KR19990063921A - 모터제어장치 - Google Patents

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가나이 쓰도무
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

교류전원을 정류하고 원하는 직류전압을 출력함과 동시에 교류전원의 역률을 개선하는 전원회로와 모터를 구동하는 모터구동회로로 구성되는 모터제어장치로서,교류전원을 직류로 변환하는 정류회로 및 평활회로, 스위칭동작과 인덕턴스에 의한 에너지 축적효과를 이용해서 직류전압의 제어를 실행하는 초퍼회로로 이루어지는 컨버터회로, 컨버터회로의 출력에 접속된 인버터회로 및 모터로 이루어지는 모터구동장치, 초퍼회로의 스위칭동작을 제어하는 컨버터제어회로, 인버터회로의 스위칭동작을 제어하고 모터를 구동하는 인버터제어회로, 모터의 회전자위치를 검출하고 속도를 연산하는 속도검출회로, 연산속도값 및 속도명령값을 입력하고 인버터제어회로를 거쳐서 모터의 속도제어를 실행하는 속도제어회로, 속도제어회로의 출력신호를 입력하고 이 출력신호에 따라서 컨버터제어회로를 거쳐서 직류전압을 제어하는 직류전압 제어회로를 구비하고, 직류전압제어회로는 속도제어회로의 출력이 소정값으로 되면 직류전압을 증가시키는 신호를 컨버터제어회로로 출력하고, 속도제어회로의 출력은 통류율신호 또는 연산속도값과 속도명령값의 속도편차신호이다.

Description

모터제어장치
종래, 교류전원을 정류해서 직류전원으로 변환하는 정류회로에 있어서 전원전류의 고조파를 억제하는 전원회로와 모터구동회로를 조합하고, 모터의 속도제어를 실행하는 모터제어장치로서, 일본 특허공개공보 평성 6-105563호에 기재된 것이 알려져 있다.
이 모터제어장치는 전원전류의 고조파억제와 직류전압제어를 동시에 실행하는 승압초퍼회로를 사용한 역률개선 컨버터회로와 모터를 구동하는 인버터회로로 이루어지고, 저부하시에는 직류전압을 역률개선을 실행할 수 있는 최저전압값으로 억제하고 인버터회로에 의한 PWM제어에 의해 모터의 속도제어를 실행하고, 고부하시에는 인버터의 PWM제어를 멈추고 컨버터에 의한 직류전압제어에 의해 모터의 속도제어를 실행하는 PAM제어를 실행하고 모터의 속도제어를 실행하고 있었다.
상기 종래기술에서는 모터의 속도제어회로의 구성이 저부하시와 고부하시에 있어서 달라 각 경우에 다른 속도제어연산을 실행할 필요가 있었다. 즉, 저부하시에는 속도편차에서 인버터의 PWM신호의 통류율을, 고부하시에는 속도편차에서 컨버터의 직류전압명령을 각각 산출하고 있었다.
또, 저부하시의 제어회로와 고부하시의 제어회로의 전환은 인버터의 PWM신호의 통류율의 직류전압값과 속도명령값 및 현재 속도에 따라서 실행되고 있었다.
그러나, 상기 종래기술에서는 저부하시와 고부하시의 2종류의 속도제어회로를 가질 필요가 있어 제어회로가 복잡하게 된다.
또, 저부하시와 고부하시의 제어회로의 전환판정은 다수의 다른 신호를 사용해서 실행되므로, 그들 신호를 얻기 위한 다수의 검출회로가 필요하였다.
본 발명의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 없애고, 부하의 대소에 관계없이 간단한 1개의 속도제어회로에 의해 모터의 속도제어를 실행하는 모터제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 교류전원을 정류하고 원하는 직류전압을 출력함과 동시에 교류전원의 역률을 개선하는 전원회로와 모터를 구동하는 모터구동회로로 구성되는 모터제어장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 모터제어장치의 구성도,
도 2는 이 모터제어장치를 구성하는 직류전압제어회로의 구성도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 모터제어장치의 동작설명도.
도 5는, 도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 관한 모터제어장치를 구성하는 직류전압 제어회로의 다른 구성을 도시한 도면,
도 9 및 도 10은 도 7 또는 도 8에 도시한 직류전압 제어회로를 사용한 경우에 있어서의 본 발명의 제1 실시예에 관한 모터제어장치의 동작설명도,
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 관한 모터제어장치를 구성하는 직류전압 제어회로의 또 다른 구성을 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 관한 모터제어장치의 구성도,
도 13은 이 모터제어장치를 구성하는 직류전압 제어회로의 구성을 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 모터제어장치의 구성도,
도 15는 이 모터제어장치에 있어서의 직류전압맥동의 보정동작을 설명하는 도면,
도 16은 본 발명의 모터제어장치를 적용한 에어콘 제어장치의 구성도,
도 17은 본 발명의 모터제어장치의 구성요소의 일부를 모듈화한 컨버터모듈의 구성을 도시한 도면.
[발명의 개시]
본 발명은 교류전원을 직류로 변환하는 정류회로 및 평활회로, 스위칭동작과 인덕턴스에 의한 에너지 축적효과를 이용해서 직류전압의 제어를 실행하는 초퍼회로로 이루어지는 컨버터회로, 컨버터회로의 출력에 접속된 인버터회로 및 모터로 이루어지는 모터구동장치, 초퍼회로의 스위칭동작을 제어하는 컨버터제어회로, 인버터회로의 스위칭동작을 제어하고 모터를 구동하는 인버터제어회로, 모터의 회전자위치를 검출하고 속도를 연산하는 속도검출회로, 연산속도값 및 속도명령값을 입력하고 인버터 제어회로를 거쳐서 모터의 속도제어를 실행하는 속도제어회로, 속도제어회로의 출력신호를 입력하고 이 출력신호에 따라서 컨버터제어회로를 거쳐서 직류전압을 제어하는 직류전압 제어회로를 구비한 모터제어장치에 있다.
보다 바람직한 실시형태로서는 직류전압 제어회로는 속도제어회로의 출력이 소정값으로 되면 직류전압을 증감시키는 신호를 컨버터제어회로로 출력하는 구성으로 한다.
보다 바람직한 실시형태로서는 직류전압 제어회로는 속도제어회로의 출력이 소정의 값으로 되도록 컨버터제어회로를 거쳐서 직류전압을 제어하는 구성으로 한다.
보다 바람직한 실시형태로서는 속도제어회로의 출력은 통류율신호 또는 연산속도값과 속도명령값의 속도편차신호로 한다.
보다 바람직한 실시형태로서는 또 직류전압의 맥동성분을 검출하고 맥동성분에 따라서 인버터제어회로로의 입력신호를 변경하는 직류전압 맥동보정회로를 마련한다.
상기 구성에 있어서, 인버터제어회로는 속도검출회로로부터의 위치신호 및 속도제어회로로부터의 통류율신호에 따라서 인버터의 스위칭소자를 구동하고 모터를 구동한다. 속도검출회로는 모터의 유기전압을 검출하고 유기전압에서 회전자의 위치를 산출하고, 펄스상의 위치검출신호를 출력함과 동시에 산출한 위치신호에서 속도를 연산하고 속도제어회로로 속도검출값으로서 출력하고 있다. 속도제어회로는 외부로부터의 속도명령과 속도검출값에서 속도편차가 0으로 되도록 인버터의 PW, 펄스의 통류율신호를 산출하고 있다. 상기 인버터회로, 모터, 속도검출회로, 인버터제어회로 및 속도제어회로에 의해 모터의 속도제어회로가 구성되고, 외부로부터의 속도명령에 따라서 모터의 속도제어가 실행된다. 컨버터제어회로는 직류전압 제어회로로부터의 신호에 따라서 초퍼회로의 스위칭소자를 구동한다. 직류전압제어회로는 직류전압과 속도제어회로의 출력신호, 예를 들면 통류율신호를 검출하고, 통류율신호가 소정값 예를 들면 임의의 통류율범위의 상한값에 도달하면 직류전압을 소정의 폭만큼 상승시키고, 통류율신호가 하한값에 도달하면 직류전압을 소정의 폭만큼 강하시키도록 직류전압을 제어한다. 상기 컨버터회로, 컨버터제어회로 및 직류전압 제어회로에 의해 컨버터의 직류전압 제어회로가 구성되어 직류전압을 제어한다.
상기 모터속도제어회로 및 컨버터직류전압 제어회로를 조합하고 각각 동작시키는 것에 의해, 부하 상태에 관계없이 간단한 구성으로 데이타속도제어가 가능하게 된다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
본 발명을 보다 상세하게 기술하기 위해 첨부 도면에 따라서 이것을 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 모터제어장치의 제1 실시예를 설명하는 도면이다. 도 1은 정류회로 및 승압초퍼회로를 사용한 컨버터회로와 인버터회로 및 모터로 이루어지는 모터구동회로를 구비한 모터제어장치의 전체 구성도이다.
교류전원(1)은 컨버터회로(2)에 접속되고, 컨버터회로(2)를 구성하는 정류회로, 리액터, 다이오드 및 트랜지스터로 이루어지는 승압초퍼회로를 통해서 직류전압으로서 출력된다. 컨버터회로(2)내의 승압초퍼회로는 컨버터회로(2)내의 정류회로의 출력측에 접속되고, 상기 트랜지스터의 스위칭동작 및 리액터의 에너지 축적효과에 의해 입력전류를 강제적으로 흐르게 하여 전압을 승압시킨다. 승압된 직류전압은 평활용 콘덴서로 공급되어 안정한 직류전압을 출력한다.
동기모터(4)를 접속한 인버터(3)은 컨버터회로(2)내의 평활용 콘덴서에 접속되어 있고, 이 평활용 콘덴서에서 공급되는 직류전압을 임의의 교류전압으로 변환하여 동기모터(4)를 구동한다.
속도검출회로(5)는 동기모터(4)의 유기전압에서 자극위치를 산출하고 인버터제어회로(6)으로 위치신호를 출력하고 있다. 또, 산출한 위치신호에 의해 속도연산을 실행하고 속도검출값을 속도제어회로(7)로 출력하고 있다.
속도제어회로(7)은 속도검출회로(5)로부터의 속도검출값 및 외부로부터의 속도명령에 의해 속도편차가 0으로 되도록 통류율신호를 인버터제어회로(6)으로 출력하고 있다.
인버터제어회로(6)은 속도검출회로(5)로부터의 위치검출신호 및 속도제어회로(7)로부터의 통류율신호에 따라서 구동신호를 작성하고, 인버터회로(3)의 트랜지스터를 구동하고, 동기모터(4)의 속도제어를 실행하고 있다.
컨버터제어회로(8)은 직류전압제어회로(9)로부터의 전류명령값에 따라서 컨버터회로(2)내의 트랜지스터를 구동하고, 상기 컨버터회로(2)의 입력전류를 정현파형태로 제어하고, 전원의 역률개선과 동시에 직류전압의 제어를 실행한다.
직류전압제어회로(9)는 속도제어회로(7)의 출력인 통류율신호를 검출하고, 통류율신호의 값에 따라서 직류전압을 제어한다.
도 2는 직류전압제어회로(9)의 내부구성을 도시한 도면이다. 직류전압제어회로(9)는 상기 통류율신호에 따라서 직류전압명령값 발생회로(96)이 발생하는 여러개의 직류전압명령값에서 어느 하나를 선택해서 출력하는 선택회로(93) 및 멀티플렉서(95)와 컨버터회로(2)의 출력직류전압을 검출하고 제어회로(2)에서 사용할 수 있는 레벨의 전압값으로 변환하는 검출회로(94), 비례항(91) 및 적분항(92)로 구성되어 있다.
비례항(91) 및 적분항(92)는 직류전압명령값과 직류전압검출값의 편차가 0으로 되도록 동작하여 전류명령으로서 출력하고 있다.
멀티플렉서(95)는 여러개의 설정되어 있는 직류전압명령값중의 어느 하나를 외부신호에 따라서 선택하고, 선택한 직류전압명령값만을 출력하는 회로이다. 도 2에 도시한 예에서는 직류전압명령값은 값이 낮은 것부터 차례로 1에서 4까지 설정되어 있다. 직류전압명령값1은 컨버터회로(2)가 제어할 수 있는 최저직류전압값으로 설정되어 있다.
선택회로(93)은 속도제어회로(7)의 출력인 통류율신호를 입력하고, 통류율신호의 값에 따라서 전환신호를 멀티플렉서(95)로 출력하고 있다.
다음에 선택회로(93)의 동작을 도 3의 제어동작설명도를 사용해서 설명한다. 도 3은 횡축에 모터의 회전수, 종축에 직류전압, 모터전압 및 통류율을 나타낸 그래프로서, 부하가 일정한 경우의 회전수에 대한 모터전압, 직류전압 및 통류율의 변화를 도시한 도면이다.
모터의 기동시 등 저회전시에는 선택회로(93)은 직류전압명령값1을 선택하도록 전환신호를 출력하고, 직류전압제어회로는 선택된 직류전압명령값1로 되도록 직류전압을 제어한다.
이 제어된 직류전압 상태에서는 전압이 낮기 때문에 회전수를 상승시키면 빠른 시기에 통류율은 100%에 도달하고, 이 이상 모터의 회전수를 상승시킬 수 없게 된다(A점). 여기에서 선택회로(93)은 직류전압명령값(2)를 선택하도록 전환신호를 멀티플렉서(95)로 출력한다. 멀티플렉서(95)는 직류전압명령값(2)를 선택하고, 직류전압제어회로는 직류전압을 직류전압명령값(2)로 되도록 제어한다. 이것에 의해 통류율은 60%까지 급격하게 감소하고, 모터전압은 증가한다. 도면에서는 통류율의 최소값이 60%로 되어 있지만, 이것은 설명을 위한 편의상의 값이다. 실제로는 부하의 상태, 모터의 회전수, 속도제어회로(7)의 응답속도 등에 의해 의존하고, 통류율의 급격한 변화는 없다.
또, 모터의 회전수를 상승시키면 재차 통류율은 100%로 된다(B점). 여기에서 재차 상기 동작을 실행하고 직류전압명령값3을 선택하면 직류전압은 상승하고 통류율은 60%까지 감소한다.
이상과 같은 동작을 반복하는 것에 의해 회전수의 증가에 따라 직류전압을 상승시켜 모터의 속도제어를 실행할 수 있다.
다음에 상기와는 반대로 모터가 감속하는 경우에 대해서 설명한다.
모터가 고회전으로 회전하는 동안 감속명령이 내려져 모터의 회전수를 감소시키는 경우, 통류율이 감소하고 모터전압을 강하시켜 간다. 여기에서, 통류율이 60%로 되면(C점), 이전과는 반대로 직류전압명령값을 직류전압명령값4에서 직류전압명령값3으로 전환하고, 직류전압을 강하시킨다. 직류전압을 강하시키면 통류율은 증가하여 100%에 가까운 값으로 된다. 여기에서, 직류전압의 감소폭은 직류전압을 강하시켰을 때 통류율이 100%를 초과하지 않는 값으로 설정될 필요가 있다.
또, 회전수를 감소시키기 위해서는 통류율을 감소시키고 B점에서 직류전압명령값을 직류전압명령값3에서 직류전압명령값2로 전환하고, 상기 동작을 반복해서 실행하여 모터의 회전수를 제어해 간다.
이상의 동작을 반복실행하는 것에 의해 통류율을 항상 100%에 가까운 값으로 유지할 수 있고, 직류전압도 모터가 필요로 하고 있는 전압에 가까운 상태로 항상 유지할 수 있다. 이것에 의해 모터 및 인버터의 손실이 개선되고, 모터효율 및 인버터효율이 항상 양호한 상태로 모터가 구동된다. 또, 컨버터에 관해서도 필요 이상으로 직류전압을 상승시키는 일 없이 컨버터효율을 개선할 수 있다.
또, 모터회전수에 따라서 직류전압을 변경할 수 있으므로, 1개의 회로에 의해 저회전에서 고회전까지 대응할 수 있다. 바꿔말하면, 모터설계점이 다른 수종의 모터라도 1개의 제어장치로 대응할 수 있어 항상 효율이 좋은 점에서 운전할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시한 경우에 비해서 직류전압을 전환하는 점을 고회전수측에 집중시킨 경우의 제어동작의 설명도이다. 기본적인 동작은 도 3의 경우와 동일하다. 다른 점은 직류전압을 전환하는 통류율의 값이 100%와 90%로 되어 있는 점이다.
컨버터회로(2)에서는 승압초퍼회로를 사용하고 있으며, 직류전압을 수전(受電)전압의 배 이하로 강하시킬 수는 없기 때문에 실제의 동작에서는 도 3에 도시한 동작에 비해 도 4에 도시한 동작 쪽이 유효하다. 또, 본 실시예에서는 승압초퍼회로를 사용한 컨버터회로에 의해 설명하고 있지만, 승강압초퍼회로 등을 사용한 직류전압을 강하시킬 수 있는 컨버터회로라도 마찬가지의 동작이 가능하다.
여기에서는 직류전압명령값의 선택레벨이 4레벨인 경우를 예로 들어 동작을 설명하였다. 그러나, 직류전압명령값은 정밀하게 설정하는 것이 가능하고, 또 넓은 범위에서 직류전압을 제어할 수 있기 때문에 선택가능한 직류전압명령값의 수는 회로구성이 허락하는 한 많은 쪽이 좋다.
또, 도 2에 도시한 직류전압 제어회로에서는 직류전압편차에서 전류명령값을 산출하고 있지만, 직접 직류전압명령값을 산출해도 좋다.
도 5는 도 2에 도시한 직류전압 제어회로와는 다른 실시예의 직류전압 제어회로의 내부구성을 도시한 도면이다. 도 2와 다른 점은 직류전압 명령값 발생회로(98)과 직류전압의 검출회로(97)이다. 도 5에 도시한 방식에서는 직류전압 명령값은 1개로서, 검출회로(97)을 여러개 마련하고 있다. 그 밖의 회로는 도 2의 것과 동일한 동작을 실행한다.
도 5의 경우, 통류율신호를 입력해서 선택회로(93)이 발생하는 전환신호에 의해 멀티플렉서(95)를 전환하고, 여러개의 검출회로중의 어느 하나를 선택한다. 선택한 검출회로의 검출신호에 따라서 직류전압의 제어를 실행한다. 이 방식으로도 도 3, 도 4에 도시한 동작을 실행할 수 있으며, 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 검출회로(97)은 직류전압을 제어회로에 의해 처리할 수 있는 전압레벨로 변환하는 회로로서, 소정의 직류전압으로 되면 직류전압명령값과 동일한 전압을 발생하는 회로구성으로 되어 있다.
최근, 컨버터회로 제어용 IC등, 검출회로의 이득을 조정해서 직류전압을 제어하는 방식의 것이 다수 제작되어 있다. 컨버터회로 제어용 IC를 사용한 모터제어장치에서는 도 5에 도시한 방식이 유효하다.
도 6은 도 5에 도시한 구성을 구체적인 회로로 도시한 도면이다. 도 6에서는 도 5에 도시한 선택회로(93)을 마이크로컴퓨터(이하, 마이컴이라 한다)(70)을 사용하여 소프트웨어에 의해 실현하고 있다. 또, 도 5에 도시한 비례항(91), 적분항(92)를 연산증폭기(operational amplifier)(71)을 사용한 아날로그회로에 의해 실현하고 있다. 직류전압의 검출회로(96)을 도 6에 도시한 바와 같은 저항 사다리형회로(ladder circuit)(72)로 구성하였다. 또한, 마이컴(70)은 도 1에 도시한 속도검출회로(5) 및 속도제어회로(7)의 기능도 갖고 있다.
도 2, 도 5 및 도 6에 도시한 직류전압 제어회로는 직류전압 명령값 또는 직류전압 검출값을 멀티플렉서(95) 등에 의해 선택하여 직류전압제어를 실행하는 것이었다. 그러나, 이들 방식에서는 명령값 또는 검출값이 불연속적으로 전환된다. 이 때문에, 전환점에서 직류전압의 큰 변화가 발생한다.
도 7은 도 2에 도시한 직류전압명령값(96)을 연속적으로 가변으로 하기 위해 직류전압명령 연산회로(90)을 사용한 경우의 직류전압제어회로의 구성을 도시한 도면이다. 또, 도 8은 도 5에 도시한 직류전압검출회로(97)을 직류전압검출 연산회로(99)로 치환한 경우를 도시한 도면이다.
직류전압명령 연산회로(90)은 통류율신호를 검출하고, 통류율이 소정의 값으로 되도록 직류전압명령값을 산출하는 것이다. 또, 직류전압검출 연산회로(99)는 통류율신호를 검출하고, 통류율이 소정의 값으로 되도록 직류전압검출이득을 산출하고, 검출한 이득에 따라서 직류전압검출값을 출력하는 것이다.
상기한 것에 의해 직류전압명령값 또는 직류전압검출값은 연속적인 출력으로 되어 직류전압을 선형적으로 제어할 수 있다.
상기 도 7 및 도 8의 직류전압제어회로를 사용한 경우의 회전수에 대한 직류전압, 통류율, 모터전압을 도 9에 도시한다. 이 방식의 경우, 직류전압을 선형적으로 제어할 수 있으므로 원활한 모터제어가 가능하게 된다.
또, 도 1에 도시한 컨버터회로(2)에 승강압초퍼회로를 사용하면 직류전압을 전원전압 이하로 제어할 수 있으므로, 도 10에 도시한 바와 같이 저회전시부터 통류율을 크게 제어할 수 있다. 이 때문에 저회전으로도 효율좋은 모터제어가 가능하게 된다. 도 10은 직류전압을 자유롭게 제어할 수 있는 컨버터회로를 사용한 경우의 회전수에 대한 직류전압, 통류율 모터전압의 관계를 도시한 도면이다.
지금까지 도 3, 도 4, 도 9 및 도 10에 도시한 제어동작설명도는 회전수를 횡축에 나타냈지만, 모터부하나 모터출력을 횡축에 나타내어도 마찬가지의 그래프로 된다.
도 11은 도 7에 도시한 회로와 마찬가지로 직류전압명령값을 선형적으로 출력하기 위해 통류율 명령값 발생회로(80), 비례항(81) 및 적분항(82)로 이루어지는 통류율 제어회로를 도입한 직류전압 제어회로의 구성을 도시한 도면이다. 상기 통류율 제어회로에 의해 통류율이 일정하게 되는 직류전압명령값을 산출할 수 있다. 도 11에 도시한 직류전압 제어회로를 사용해도 도 9나 도 10에 도시한 동작이 가능하다.
다음에, 본 발명의 다른 실시예에 관한 모터제어장치의 구성을 도 12 및 도 13에 도시한다. 도 12는 모터제어장치의 전체 구성도이고, 도 13은 도 12에 도시한 직류전압제어회로(11)의 내부구성도이다. 본 실시예에서 도 1에 도시한 실시예와 다른 점은 직류전압제어회로(11)로서, 직류전압검출회로(97)에 있어서의 선택에 통류율신호와 도 12에 도시한 속도제어회로(12) 내부의 속도편차신호를 사용하는 점이다.
도 13에 도시한 선택회로(110)의 동작을 도 3을 사용해서 설명한다. 선택회로(110)은 통류율이 100%에 도달하고 또한 속도편차가 통류율을 더욱 증가시키는 방향에 있을 때, 직류전압검출회로(97)의 출력을 직류전압이 증가하는 쪽으로 전환한다. 반대로, 통류율이 60%로 저하하고 또한 속도편차가 통류율을 더욱 감소시키는 방향에 있을 때, 직류전압검출회로(97)의 출력을 직류전압이 감소하는 쪽으로 전환한다. 이것에 의해 본 실시예에 있어서의 모터제어회로는 도 3에 도시한 바와 같이 동작한다.
도 1에 도시한 모터제어장치를 사용한 경우, 선택회로(93)은 통류율신호만을 선택의 판단기준으로 하고 있으므로, 통류율이 100%나 60%로서 모터부하와 모터출력이 평형을 이룬 경우에도 직류전압의 변경을 실행해 버린다.
본 실시예는 이러한 점을 개선한 방식으로서, 통류율신호 이외에 모터부하와 모터출력이 평형을 이루고 있는지의 여부를 검출하는 신호, 여기에서는 속도편차신호를 검출하고, 불필요한 직류전압값의 변경을 방지하고 있다. 본 실시예는 속도편차신호를 검출하고 있지만, 모터부하와 모터출력의 평형상태를 알 수 있는 신호라면 다른 신호를 사용해도 좋다.
또, 본 실시예에서는 직류전압 검출회로(97)에 있어서 어느 하나의 직류전압을 선택하고 있지만, 직류전압명령값을 여러개 갖고, 이 중에서 직류전압명령값을 선택해도 좋다.
본 발명의 또 다른 실시예에 관한 모터제어장치를 도 14 및 도 15를 사용해서 설명한다. 도 14는 도 1에 도시한 모터제어장치에 직류전압 맥동보정회로(10)을 추가한 직류전압 맥동보정모터 제어장치이다. 도 15는 도 14의 직류전압 맥동보정모터 제어장치의 동작설명도이다.
도 14에 도시한 직류전압 맥동보정모터 제어장치의 각 회로는 직류전압 맥동보정회로(10)을 제외하고 도 1에 도시한 제1 실시예와 동일한 동작을 실행한다. 직류전압 맥동보정회로(10)은 직류전압의 맥동성분을 검출하고, 맥동성분과 역위상으로 되는 맥동신호를 속도제어회로(7)에 의해 작성된 통류율신호에 곱해서 보정통류신호를 작성하는 회로이다.
도 15에 직류전압 맥동보정을 실행했을 때의 통류율의 시간변화의 상태를 도시한다. 도 15에 있어서 횡축은 시간, 종축은 직류전압, 통류율 및 보정통류율을 나타낸다. 직류전압의 맥동성분의 역위상에서 보정통류율이 변화되어 있는 것을 알 수 있다.
본 실시예에서는 직류전압맥동이 있어도 그 영향을 받지 않는 모터제어가 가능하다. 또, 본 방식에 있어서는 직류전압 제어회로(9)는 통류율을 100%이하로 제어할 필요가 있다.
다음에, 본 발명의 모터제어장치를 적용한 에어콘 제어장치의 구성을 100%이하로 제어할 필요가 있다.
다음에, 본 발명의 모터제어장치를 적용한 에어콘 제어장치의 구성을 도 16도에 도시한다. 본 실시예는 실온을 검출하고 실온을 설정온도로 제어하는 인버터 에어콘이다.
에어콘 제어장치는 실온을 검출하는 실온센서(203), 실온설정값과 실온검출값의 온도편차를 0으로 하도록 압축기(200)의 회전수 명령값을 산출하는 온도제어회로(202), 이 회전수 명령에 따라 압축기(200)의 회전수를 제어하는 압축기 회전수 제어회로(201), 회전수 명령값을 검출하고 회전수 명령값이 소정의 값으로 되도록 냉동사이클을 구성하는 실외팬(204), 실내팬(210) 및 팽창밸브(208)을 제어하는 제어신호를 연산하고 출력하는 냉동사이클 제어회로(206) 및 이 냉동사이클 제어장치(206)으로부터의 제어신호에 따라서 각 냉동사이클 구성요소(실외팬(204), 실내팬(210), 팽창밸브(208))을 제어하는 제어회로(실외 풍량제어회로(205), 실내 풍량제어회로(209), 팽창밸브 개방정도(開度)제어회로(207))로 구성되어 있다.
압축기 회전수 제어회로(201)은 온도제어회로(202)로부터의 회전수명령값에 따라서 압축기에 직결되어 있는 모터의 속도제어를 실행하는 모터제어장치로서, 상기 실시예의 모터제어장치를 적용한 것이다.
실외 풍량제어회로(205) 및 실내 풍량제어회로(209)도 압축기 회전수 제어회로(201)과 마찬가지로 실외팬 내지 실내팬에 직결된 모터의 속도제어를 실행하는 모터제어장치로 구성되어 있다. 상기 냉동사이클 제어회로(206)에서 보내져 오는 신호는 상기 실외팬 내지 실내팬의 회전수 명령값이다.
팽창밸브 개방정도제어장치(207)는 팽창밸브(208)에 직결되고 팽창밸브의 개방정도를 조절하는 스텝모터의 제어장치로서, 냉동사이클 제어회로(206)이 출력하는 개방정도신호에 따라 스텝신호를 발생하고, 스텝모터를 구동한다. 팽창밸브(208)은 스텝모터의 회전각도에 비례해서 팽창밸브의 개방정도가 변화하는 전동팽창밸브이다.
냉동사이클 제어장치(206)은 온도제어회로(202)의 출력의 회전수 명령값이 미리 설정되어 있는 값으로 되도록 냉동사이클 구성요소(실외팬(204), 실내팬(210), 팽창밸브(208))을 제어하는 제어신호를 산출하고, 각 제어장치로 회전수명령 및 개방정도명령값을 출력한다. 냉동사이클 구성요소의 제어신호는 냉동사이클 전체가 최대 효율로 동작하도록 계산된다.
냉동사이클 제어장치(206)에 미리 설정되는 회전수 명령값은 인버터 에어콘의 동작조건에 따라 변경된다.
본 실시예의 에어콘 제어장치를 사용하는 것에 의해 압축기의 과도한 고속회전이 없어져 압축기의 수명이 연장된다. 또, 냉동사이클 전체를 최대효율로 동작시킬 수 있으므로 저온난방능력이 향상하여 운전에 필요한 전기료를 저감할 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시예에 관한 컨버터모듈의 구성을 도 17에 도시한다. 본 실시예는 제1 실시예에서 설명한 컨버터회로(2), 컨버터제어회로(8) 및 직류전압 제어회로(9)를 모듈에 조립하여 일체화한 컨버터모듈이다. 본 모듈에서는 승압초퍼회로를 사용하고 있다.
컨버터회로는 정류회로(101), 리액터(102), 트랜지스터(104), 다이오드(103) 및 평활콘덴서(105)로 구성되고, 정류회로(101), 트랜지스터(104) 및 다이오드(105)의 반도체소자가 모듈화되어 있다.
컨버터제어회로(106)은 도 2에 도시한 컨버터제어회로(8)과 동일한 동작을 실행한다. 선택회로(108)은 외부신호에 의해 직류전압 검출회로(107)내의 어느 하나의 직류전압값을 선택한다. 또, (110)은 외부신호에 의해 직류전압 명령회로(109)내의 어느 하나의 직류전압 명령값을 선택한다.
본 실시예에 의해 직류전압을 제어할 수 있는 컨버터장치를 용이하고 또한 간소하게(컴팩트하게) 제작할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 모터제어장치에 의하면, 간단한 구성으로 모터, 인버터 및 컨버터의 손실을 저감할 수 있고 제어장치를 효율좋게 운전할 수 있다. 또, 모터회전수에 따라서 직류전압을 가변할 수 있으므로 1개의 제어회로에 의해 저회전에서 고회전까지 대응할 수 있다. 바꿔말하면, 모터설계점이 다른 수종의 모터라도 1개의 제어장치에 의해 제어할 수 있어 항상 효율좋은 점에서 운전할 수 있다. 또, 직류전압맥동의 보정을 간단히 실행할 수 있어 안정한 모터의 속도제어를 할 수 있다.
또, 이 모터제어장치를 인버터에어콘에 적용한 경우 고효율의 냉동사이클제어가 가능하며, 전기대를 저렴하게 할 수 있다.
또, 본 발명의 모터제어장치에 있어서의 컨버터회로를 모듈화하면 용이하게 간소한 모터제어장치를 제작할 수 있다.

Claims (15)

  1. 교류전원을 직류로 변환하는 정류회로 및 평활회로,
    스위칭동작과 인덕턴스에 의한 에너지 축적효과를 이용해서 직류전압의 제어를 실행하는 초퍼회로로 이루어지는 컨버터회로,
    상기 컨버터회로의 출력에 접속된 인버터회로 및 모터로 이루어지는 모터구동장치,
    상기 초퍼회로의 스위칭동작을 제어하는 컨버터제어회로,
    상기 인버터회로의 스위칭동작을 제어하고 모터를 구동하는 인버터제어회로,
    상기 모터의 회전자위치를 검출하고 속도를 연산하는 속도검출회로,
    상기 연산속도값 및 속도명령값을 입력하고 상기 인버터제어회로를 거쳐서 상기 모터의 속도제어를 실행하는 속도제어회로 및
    상기 속도제어회로의 출력신호를 입력하고 이 출력신호에 따라서 상기 컨버터제어회로를 거쳐서 상기 직류전압을 제어하는 직류전압제어회로를 구비한 모터제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직류전압 제어회로는 상기 속도제어회로의 출력이 소정값으로 되면 상기 직류전압을 증가시키는 신호를 상기 컨버터제어회로로 출력하는 모터제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 직류전압 제어회로는 상기 속도제어회로의 출력이 소정값으로 되도록 상기 컨버터제어회로를 거쳐서 상기 직류전압을 제어하는 모터제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 속도제어회로의 출력은 통류율신호 또는 상기 연산속도값과 속도명령값의 속도편차신호인 모터제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 직류전압의 맥동성분을 검출하고, 맥동성분에 따라서 상기 인버터 제어회로로의 입력신호를 변경하는 직류전압 맥동보정회로를 구비한 모터제어장치.
  6. 교류전원을 직류로 변환하는 정류회로 및 평활회로,
    스위칭동작과 인덕턴스에 의한 에너지 축적효과를 이용해서 직류전압의 제어를 실행하는 초퍼회로로 이루어지는 컨버터회로,
    상기 컨버터회로의 출력에 접속된 인버터회로 및 모터로 이루어지는 모터구동장치,
    상기 초퍼회로의 스위칭동작을 제어하는 컨버터제어회로,
    상기 인버터회로의 스위칭동작을 제어하고 모터를 구동하는 인버터제어회로,
    상기 모터의 회전자위치를 검출하고 속도를 연산하는 속도검출회로,
    상기 연산속도값 및 속도명령값을 입력하고 속도편차가 0에 가까워지도록 통류율신호를 상기 인버터제어회로로 공급하는 속도제어회로 및
    상기 통류율신호를 입력하고 직류전압명령값을 발생하는 직류전압명령값 발생회로와 상기 컨버터회로의 출력에 따른 직류전압을 검출하는 직류전압 검출회로를 구비하고, 상기 통류율신호가 소정 범위내의 값으로 되도록 직류전압명령값 또는 직류전압검출값을 선택하고, 직류전압명령값과 직류전압검출값의 편차가 0에 가까워지도록 전류명령값을 생성하고, 이 전류명령값을 상기 컨버터제어회로로 출력하는 직류전압 제어회로를 구비한 모터제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 속도제어회로는 또 상기 속도편차를 출력하고, 이것을 상기 직류전압 제어회로에 입력하는 모터제어장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 직류전압 제어회로는 상기 통류율신호가 상기 소정 범위의 상한값 또는 하한값으로 되었을 때, 상기 직류전압을 증가 또는 감소시키는 전류명령값을 발생시키는 모터제어장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 직류전압의 맥동성분을 검출하고, 상기 맥동성분과 역위상으로 되는 맥동신호를 상기 통류율신호에 곱해서 보정통류율신호를 생성하고, 이것을 상기 인버터제어회로에 입력하는 직류전압 맥동보정회로를 구비한 모터제어장치.
  10. 교류전원을 직류로 변환하는 정류회로 및 평활회로,
    스위칭동작과 인덕턴스에 의한 에너지 축적효과를 이용해서 직류전압의 제어와 전원역률의 개선제어를 실행하는 승압초퍼회로로 이루어지는 역률개선 컨버터회로,
    상기 역률개선 컨버터회로의 출력에 접속된 인버터회로 및 모터로 이루어지는 모터구동장치,
    상기 승압초퍼회로의 스위칭동작을 제어하는 컨버터제어회로,
    상기 인버터회로의 스위칭동작을 제어하고 모터를 구동하는 인버터제어회로 및
    에어콘의 온도제어회로에서 보내져 오는 속도명령값에 따라서 상기 인버터제어회로를 사용해서 상기 모터의 속도제어를 실행하는 속도제어회로를 구비한 인버터 에어콘에 있어서,
    상기 속도제어회로의 출력신호를 검출하고, 상기 출력신호가 소정의 상한값에 도달하면 직류전압을 상승시키고, 출력값이 소정의 하한값에 도달하면 직류전압을 강하시키는 직류전압제어회로를 구비한 인버터에어콘.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 속도제어회로의 출력은 통류율신호인 인버터에어콘.
  12. 압축기의 회전수제어와 팽창밸브의 개방정도나 열교환기의 풍량 등 냉동사이클제어에 의해 실온을 소정의 온도로 제어하는 인버터에어콘에 있어서,
    압축기의 회전수 명령값을 검출하고, 상기 회전수 명령값에 따라서 상기 팽창밸브의 개방정도나 상기 열교환기의 풍량 등 냉동사이클제어량을 변경하여 실온제어를 실행하는 인버터에어콘.
  13. 교류를 직류로 변환하는 정류회로, 스위칭소자와 다이오드로 이루어지는 초퍼회로 및 상기 스위칭소자를 제어하고 직류전압을 제어하는 제어회로로 이루어지는 컨버터모듈에 있어서,
    직류전압 검출이득이 다른 검출단자를 여러개 구비하고, 상기 검출단자의 1개 또는 여러개를 외부신호에서 선택하고, 선택한 검출단자로부터의 검출값에 따라서 직류전압을 제어하는 컨버터모듈.
  14. 교류를 직류로 변환하는 정류회로, 스위칭소자 및 다이오드로 이루어지는 초퍼회로 및 상기 스위칭소자를 제어하고 직류전압을 제어하는 제어회로로 이루어지는 컨버터모듈에 있어서,
    직류전압명령값을 여러개 구비하고, 상기 직류전압명령값의 1개를 외부신호에서 선택하고, 선택한 직류전압명령값에 따라서 직류전압을 제어하는 컨버터모듈.
  15. 다른 여러개의 조작량을 조작하는 것에 의해 상태가 변화하는 제어대상을 갖는 제어장치에 있어서,
    상기 여러개의 조작량중 1개를 주조작량으로 하고 그 이외의 조작량을 주조작량에 따라서 변경가능하게 하는 것에 의해 제어대상을 제어하는 제어장치.
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