KR19990069837A - 인버터를 이용한 유도 전동기의 속도 보상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터를 이용한 유도전동기에 있어서, 특히 유도전동기로 부터 전압과 전류의 위상차를 가지고 속도를 보상하고자 한 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치에 관한 것이다.

종래 유도전동기의 가변속 제어에 사용되는 인버터는 속도에 비례하는 전압을 인가하는 방식을 취하고 있으나 이는 상수변동에 둔감하여 많은 곳에서 사용되므로 속도정보를 피드백하여 보상하는 부분이 없어서 항상 지령치보다 1-4% 정도의 오차를 가지고 있으며, 이러한 오차를 보상하기 위하여 값비싼 엔코더를 붙여 사용하거나 복잡한 알고리즘을 사용하여 속도를 추정하는 방식을 사용하고 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 지령주파수에 대한 역률 즉, 전압과 전류의 위상차를 측정하고, 측정된 역률로 구한 값중 한가지를 선택하여 지령속도를 보상하게 하므로서, 기존에 사용되는 엔코더, 고성능 마이크로 프로세서를 사용하지 않고 간단한 회로로 구현이 가능하도록 한 것이다.

Description

인버터를 이용한 유도 전동기의 속도 보상장치

본 발명은 인버터를 이용한 유도전동기에 있어서, 특히 유도전동기의 전압과 전류의 위상차를 검출하여 유도전동기의 지령속도에 대한 속도를 보상하도록 한 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치에 관한 것이다.

도 1은 유도전동기의 속도-토오크 곡선을 보인 그래프로서,

유도전동기는 속도-토오크 곡선과 부하곡선이 만나는 지점에서 운전되며, 이때의 속도는 전원주파수에 1-4% 정도 뒤쳐진 속도이다.

상기와 같이 속도제어를 행하기 위해 입력되는 전원주파수가 변동하더라도 항상 몇 %정도의 속도오차를 가지고 있으며, 상기 속도 오차는 부하상태에 따라 변하기 때문에 일정한 값으로 보상하기는 어렵다.

도 2는 입력전원 주파수가 변동되었을 경우 속도-토오크 곡선을 보인 그래프이다.

상기와 같이 유도전동기의 가변속 제어에 사용되는 인버터는 속도에 비례하는 전압을 인가하는 방식으로 유도전동기를 구동시키므로서, 속도정보를 피드백 하여 속도를 보상하게 된다.

종래 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치의 구성은 도 3에 도시된 바와같이,

지령속도를 입력받아 인버터(2)의 구동주파수를 제어하는 인버터 제어부(1)와, 상기 인버터 제어부(1)에 의해 동작하여 지령속도에 대한 전압을 유도전동기(3)에 인가하는 인버터(2)와, 상기 인버터(2)에 의해 인가되는 전압에 따라 회전하는 유도전동기(3)와, 상기 유도전동기(3)의 회전속도를 검출하여 인버터 제어부(1)에 피드백시켜 인가하는 엔코더(4)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 종래 인버터를 이용한 유도 전동기의 속도 보상장치의 동작은 도 3에 도시된 바와같이,

먼저, 지령속도를 입력받은 인버터 제어부(1)는 지령속도에 해당하는 구동신호를 인버터(2)에 인가하게 되면, 상기 인버터(2)는 지령속도에 비례하는 전압을 유도전동기(3)에 인가하여 상기 유동전동기(3)를 가변속 제어하게 된다.

이때, 상기 유도전동기(3)의 동작에 따른 회전속도를 엔코더(4)에서 검출하여 인버터 제어부(1)에 인가하게 되면, 상기 인버터 제어부(1)는 회전속도를 인가받아 지령속도에 대한 속도오차를 검출하여 유도전동기(3)의 속도를 보상하게 된다.

여기서, 엔코더(4)는 유도전동기의 축에 취부해야 하기 때문에 별도의 공간을 차지하게 된다.

도 4는 종래 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치의 다른 실시예로서, 이의 구성은 다음과 같다.

지령속도를 입력받은 인버터 제어부(11)와, 인버터 제어부(11)에 의해 동작하여 지령속도에 비례하는 전압을 유도전동기(13)에 인가하는 인버터(12)와, 상기 인버터(12)의 지령속도에 해당하는 전압에 따른 속도로 회전하는 유도전동기(13)와, 유도전동기(13)의 회전속도를 검출하여 인버터 제어부(11)에 피드백시켜 인가하는 속도 추정기(14)로 구성된다.

이의 동작은 다음과 같다.

먼저, 지령속도를 입력받은 인버터 제어부(11)는 지령속도에 대한 구동주파수로 인버터(12)를 구동시키게 되고, 상기 인버터(12)는 구동주파수에 의해 구동되어 지령속도에 해당하는 전압을 유도전동기(13)에 인가시켜 상기 유도전동기(13)을 회전시키게 된다.

이때, 속도 추정기(14)는 상기 유도전동기(13)로 부터 2상의 전류와 2상의 전압을 검출하여 모터 방정식에 대입하여 유도전동기(13)의 모터 속도를 추정하게 되며, 이 추정된 속도를 인버터 제어부(11)에 인가하여 유도전동기(13)의 회전속도를 보상하게 된다.

여기서, 유도전동기(13)의 전압과 전류를 측정할 경우에는 파형의 왜곡이 있어서는 안되기 때문에 높은 가격의 홀(hall)소자를 사용하는 단점과 계산량이 많으므로 고속 스위칭을 위해 고성능 마이크로 프로세서를 사용하게 된다.

상기와 같이 종래 인버터를 이용한 유도전동기의 속도를 보상하기 위하여 도 3과 같이 고가의 엔코더(4)를 사용할 경우에는 유도전동기의 모터 축에 취부하기 때문에 별도의 공간을 차지하며 전체적인 제품의 가격상승 원인이 되며, 또한 도 4와같이 속도 추정기(14)를 사용할 경우에는 전압과 전류를 검출하여 속도를 추정하는 경우에는 별도의 소자가 필요하며 계산량이 과다하여 고성능의 마이크로 프로세서를 사용해야 하는 문제가 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 유도전동기로 부터 1상 전압과 1상 전류에 대한 위상차를 검출하고, 이를 이용하여 유도전동기의 지령속도에 대한 오차값으로 유도전동기의 회전 속도를 보상하게 하므로서, 장치의 구현이 간단하게 하고 추가비용을 방지하도록 한 것이다.

도 1은 일반적인 유도전동기의 속도-토오크 그래프

도 2는 주파수 변동에 따른 유도전동기의 속도-토오크 그래프

도 3은 종래 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치의 블록 구성도

도 4는 종래 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치의 다른 실시예를 보인 블록 구성도

도 5는 본 발명 인버터를 이용한 유도전동기의 속도보상 장치의 블록 구성도

도 6은 본 발명 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치에 있어서, 유도전동기의 속도-토오크 곡선과 역률곡선을 나타낸 그래프

상기한 목적 달성하기 위하여 본 발명 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치의 구성은 도 5에 도시된 바와같이,

지령속도를 입력받아 피드백되는 보상속도를 믹싱하여 인버터(22)의 구동주파수를 제어하는 믹싱부(21)와, 상기 믹싱부(22)에 의해 구동되어 유도전동기(23)의 회전속도를 제어하는 인버터(22)와, 상기 인버터(22)으로 부터 인가되는 전압에 따라 회전하는 유도전동기(23)와, 상기 유도전동기(23)의 회전속도에 따른 1상의 전압 및 1상의 전류의 위상차를 계산하여 보상속도로 하여 믹싱부(21)로 피드백 시키는 역률계산부(24)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 인버터를 이용한 유도전동기의 속도보상장치의 동작은 도 5 및 도 6에 도시된 바와같이,

먼저, 지령속도를 입력받은 믹싱부(21)에서는 인버터(22)를 지령속도에 해당하는 전압을 유도전동기(23)에 인가하도록 상기 인버터(22)를 구동시키고, 상기 인버터(22)의 구동에 따른 전압으로 유도전동기(23)가 회전하게 된다.

이때, 상기 유도전동기(23)의 동작에 따른 1상의 전류와 1상의 전압이 역률계산부(24)에 인가되면, 상기 역률계산부(24)는 1상의 전압과 1상의 전류에 대한 위상차, 즉 역률(전압과 전류의 위상차를 나타내는 수치)을 검출하게 된다.

즉, 1상의 전류 및 1상의 전압의 검출은 상위왜곡과 관계없이 역률을 계산하기 위해 전압과 전류의 영전위만을 검출하면 되고, 이의 구성은 저항을 이용하여 값싸게 구성할수 있다.

상기와 같이 역률계산부(24)에서 검출된 역률을 보상속도로 하여 믹싱부(21)에 인가하여 유도전동기(23)의 회전속도가 보상되도록 지령속도를 보상하게 되는데,

도 6의 그래프는 유도전동기(23)의 속도-토오크 곡선과 역률곡선을 나타낸 그래프로서, 속도-토오크곡선은 주파수를 달리하더라도 그 형태가 변화지 않기 때문에 위상(역률)을 검출하면 지령속도에 비해 몇 %정도의 속도오차를 가지는지를 알 수 있다.

그러나, 검출된 역률치는 2개의 값을 가지므로, 유도전동기(23)의 주파수 및 전압을 제어하여 속도를 제어하는 방식에서는 지령속도에 비해 유도전동기(23)의 모터 회전속도가 항상 뒤쳐지기 때문에 속도보상을 지령속도에 해당하는 지령주파수(S)를 상승시켜야 한다.

따라서, 지령속도에 비례하는 지령주파수(S)에서의 역률을 측정하고, S+(0.001 × S)속도에서의 역률을 측정하면, "A"의 경우 역률값이 증가하며, "B"의 경우에는 역률값이 감소한다.

그러므로, 역률계산부(24)에서 지령주파수(S)에서의 역률값에서 검출한 2개("A","B")의 보상속도중 한가지("B")를 선택하여 믹싱부(21)에 인가하여 지령속도를 상승시켜 유도전동기(23)의 회전속도를 보상하게 된다.

본 발명은 유도전동기로 부터 검출되는 전압과 전류의 위상차를 이용한 역률치로서 유도전동기의 속도를 보상할수 있으므로, 기존에 비해 장치의 구현이 용이하며, 이의 구현에 따른 추가적인 비용이 들지 않아 비용절감 효과가 있다.

Claims (2)

1. 지령속도에 피드백되는 보상속도를 믹싱하여 인버터(22)의 구동주파수를 제어하는 믹싱부(21)와, 상기 믹싱부(22)에 의해 구동되어 유도전동기(23)의 회전속도를 제어하는 인버터(22)와, 상기 인버터(22)으로 부터 인가되는 전압에 따라 회전하는 유도전동기(23)와, 상기 유도전동기(23)의 회전속도에 따른 1상의 전압 및 1상의 전류 위상차를 계산하여 보상속도를 믹싱부(21)에 피드백 시키는 역률계산부(24)로 구성된 것을 특징으로 하는 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 역률계산부(24)의 위상차는 전압과 전류가 영전위가 되는 지점을 이용하여 위상을 검출하는 것을 특징으로 하는 인버터를 이용한 유도전동기의 속도 보상장치.