KR20000009228A - 유도전동기 구동장치 및 그 구동방법 - Google Patents

유도전동기 구동장치 및 그 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유도전동기 구동장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 상용교류전원을 전파정류하는 정류부와, 상기 정류부에 의해 전파정류되어 공급되는 직류전압을 소정전압으로 변압하는 벅컨버터와, 상기 벅컨버터에 의해 변압되어 공급되는 직류전압을 주파수 변환하여 3상전압을 유도전동기로 공급하는 인버터와, 상기 유도전동기의 회전속도를 감지하는 속도감지부와, 상기 속도감지부에 의해 감지된 유도전동기의 회전속도에 따라 상기 벅컨버터를 제어하여 상기 벅컨버터의 출력전압을 조절하는 마이콤을 포함하여 구성되어, 유도전동기의 회전속도를 피드백받아 인버터에서 유도전동기로 공급되는 3상전압을 최적으로 제어함으로써, 유도전동기를 정속으로 구동시킬 수 있을 뿐만 아니라 유도전동기의 소비전력 및 소음을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

유도전동기 구동장치 및 그 구동방법
본 발명은 유도전동기 구동장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 인버터에서 유도전동기로 공급되는 3상전압을 최적으로 제어하기 위한 유도전동기 구동장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유도전동기는 교류전원을 입력받아 구동되는 교류전동기의 일종으로서, 회전하지 않는 고정자와 회전할 수 있는 회전자로 이루어지며, 고정자권선에 전류를 인가하여 회전자계가 발생되면, 회전자권선에 유도전류가 흘러서 토오크가 발생되고, 이 토오크에 의해 회전자가 회전하도록 되어 있다.
상기와 같은 유도전동기을 구동시키는 유도전동기 구동장치는 유도전동기로 공급되는 전원의 주파수 및 전압레벨을 조절함으로써 유도전동기의 속도를 제어한다. 즉, 목표로하는 회전속도를 설정하고, 설정된 회전속도에 상응하는 주파수 및 전압레벨의 전원을 유도전동기로 공급함으로써 유도전동기의 속도를 제어할 수 있는 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 유도전동기 구동장치의 회로도로서, 종래 기술에 의한 유도전동기 구동장치는, 전원공급부(1)와, 정류부(2)와, 플라이백컨버터(3)와, 인버터(4)와, 마이콤(5)과, 컨버터구동부(6)와, 인버터구동부(7)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 정류부(2)는 전원공급부(1)로부터 공급되는 상용교류전원(AC)을 전파 정류하여 플라이백컨버터(3)로 공급하고, 상기 플라이백컨버터(3)는 상기 정류부(2)로부터 공급된 직류전압을 소정전압으로 변압하여 인버터(4)로 공급한다.
이때, 마이콤(5)은 유도전동기(8)의 설정회전속도에 따라 상기 플라이백컨버터(3)의 출력전압을 조절하도록 컨버터구동부(6)를 제어하고, 상기 컨버터구동부(6)는 상기 마이콤(5)의 제어에 따라 상기 플라이백컨버터(3)를 구동시켜 인버터(4)로 공급되는 직류전압을 소망하는 전압으로 조절한다.
그리고, 상기 인버터(4)는 상기 플라이백컨버터(3)의 출력전압을 주파수 변환하여 3상전압을 유도전동기(8)로 공급한다.
이때, 마이콤(5)은 유도전동기(8)의 설정회전속도에 따라 상기 인버터(4)에서 유도전동기(8)로 공급되는 3상전압의 주파수를 변환하도록 인버터구동부(7)를 제어하고, 상기 인버터구동부(7)는 마이콤(5)의 제어에 따라 인버터(4)를 구동시켜 유도전동기(8)로 공급되는 3상전압의 주파수를 소망하는 주파수로 조절한다.
즉, 전원공급부(1)로부터 공급된 상용교류전원(AC)이 정류부(2)에 의해 전파정류되어 플라이백컨버터(3)의 콘덴서(C1)로 공급됨에 따라 상기 콘덴서(C1)의 전압이 대략 311V 정도가 된다. 그리고, 상기 콘덴서(C1)의 전압은 콘덴서(C2, C3)에 의해 분압되고, 상기 콘덴서(C2)의 전압이 인버터(4)로 공급된다.
이때, 상기 콘덴서(C2)의 전압은 트랜지스터(Q7)의 "온"듀티에 따라 조절되는데, 상기 트랜지스터(Q7)의 "온"듀티가 증가하면 콘덴서(C2)의 전압이 증가하며, 상기 트랜지스터(Q7)의 "온"듀티가 작아지면 콘덴서(C2)의 전압이 작아진다.
따라서, 마이콤(5)이 유도전동기(8)의 설정회전속도에 따라 상기 트랜지스터(Q7)의 "온"듀티를 조절하도록 컨버터구동부(6)를 제어하고, 상기 컨버터구동부(6)는 마이콤(5)의 제어에 따라 플라이백컨버터(3)의 트랜지스터(Q7)를 스위칭시켜 상기 콘덴서(C2)의 전압을 조절한다.
또한, 인버터(4)는 상기 콘덴서(C2)의 전압을 주파수 변환하여 3상전압을 유도전동기(8)로 공급한다. 이때, 인버터(4)에서 유도전동기(8)로 공급되는 3상전압의 주파수는 인버터(4)에 구비된 트랜지스터(Q1∼Q6)의 스위칭동작에 따라 변환된다.
따라서, 마이콤(5)이 유도전동기(8)의 설정회전속도에 따라 펄스폭변조신호의 듀티 및 주파수를 조절하도록 인버터구동부(7)를 제어하고, 상기 인버터구동부(7)는 상기 마이콤(5)의 제어에 따라 펄스폭변조신호의 듀티 및 주파수를 조절하여 상기 인버터(4)에 구비된 트랜지스터(Q1∼Q6)를 스위칭동작시킴으써, 상기 인버터(4)에서 유도전동기(8)로 공급되는 3상전압의 주파수가 조절된다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 유도전동기 구동장치는, 부하의 크기에 무관하게 일정 토오크로 유도전동기를 구동함에 따라, 가벼운 부하에서는 소비전력 및 소음이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 플라이백컨버터는 그 출력전압의 변동이 커서 출력전압을 미세하게 제어하기가 불가능함에 따라 유도전동기를 정속구동시키기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 유도전동기의 회전속도를 피드백받아 인버터에서 유도전동기로 공급되는 3상전압을 최적으로 제어함으로써, 유도전동기를 정속으로 구동시킬 수 있을 뿐만 아니라 유도전동기의 소비전력 및 소음을 감소시킬 수 있는 유도전동기 구동장치 및 그 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도전동기의 구동장치는, 상용교류전원을 전파정류하는 정류부와, 상기 정류부에 의해 전파정류되어 공급되는 직류전압을 소정전압으로 변압하는 벅컨버터와, 상기 벅컨버터에 의해 변압되어 공급되는 직류전압을 주파수 변환하여 3상전압을 유도전동기로 공급하는 인버터와, 상기 유도전동기의 회전속도를 감지하는 속도감지부와, 상기 속도감지부에 의해 감지된 유도전동기의 회전속도에 따라 상기 벅컨버터를 제어하여 상기 벅컨버터의 출력전압을 조절하는 마이콤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도전동기 구동방법은, 유도전동기로 공급되는 3상전압을 가변전압 가변주파수 제어하기 위해 마이콤이 벅컨버터 및 인버터를 제어하는 유도전동기 구동장치에 있어서, 유도전동기 구동명령이 입력되면 상기 벅컨버터 및 인버터를 소정시간 간격을 두고 순차 구동시키는 유도전동기기동단계와, 유도전동기로 공급되는 3상전압의 주파수가 설정 주파수에 도달할 때 까지 벅컨버터의 출력전압 및 인버터의 출력주파수를 상승시키는 유도전동기가속단계와, 상기 벅컨버터의 출력전압 및 출력전류를 감지하여 벅컨버터의 출력전압 또는 출력전류가 설정치 이상인가를 판단하는 오동작판단단계와, 상기 오동작판단단계에서 벅컨버터의 출력전압 및 출력전류가 설정치 보다 작으면 유도전동기의 회전속도편차 및 회전속도기울기를 검출하는 회전속도검출단계와, 상기 회전속도검출단계에서 검출된 유도전동기의 회전속도편차 및 회전속도기울기에 따라 벅컨버터를 비례적분제어하여 벅컨버터의 출력전압을 조절하는 전압조절단계와, 유도전동기 정지명령이 입력되었는가를 판단하여 정지명령이 입력되지 않았으면 상기 오동작판단단계를 반복 진행하는 정지명령입력판단단계와, 상기 정지명령입력판단단계에서 유도전동기 정지명령이 입력되었거나 상기 오동작판단단계에서 벅컨버터의 출력전압 또는 출력전류가 설정치 이상이면 벅컨버터 및 인버터를 소정시간 간격을 두고 순차 정지시키는 유도전동기정지단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 유도전동기 구동장치의 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 유도전동기 구동장치의 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 유도전동기 구동방법의 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 유도전동기 구동장치 및 그 구동방법에서 벅컨버터의 출력전압 및 유도전동기의 회전속도의 변화를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 정류부 30 : 벅컨버터
40 : 인버터 50 : 전류감지부
60 : 전압감지부 70 : 속도감지부
80 : 마이콤 90 : 유도전동기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 유도전동기 구동장치의 회로도로서, 본 발명에 따른 유도전동기 구동장치는, 전원공급부(10)와, 정류부(20)와, 벅컨버터(30)와, 인버터(40)와, 전류감지부(50)와, 전압감지부(60)와, 속도감지부(70)와, 마이콤(80)을 포함되어 구성되어 있다.
상기 정류부(20)는 전원공급부(10)로부터 공급되는 상용교류전원(AC)을 전파정류하여 벅컨버터(30)로 공급하도록 되어 있고, 상기 벅컨버터(30)는 상기 마이콤(80)의 제어에 따라 상기 정류부(20)에 의해 전파정류되어 공급된 직류전압을 소정전압으로 변압하여 인버터(40)로 공급하도록 되어 있다.
상기 인버터(40)는 상기 마이콤(80)의 제어에 따라 상기 벅컨버터(30)로부터 공급된 직류전압을 주파수 변환하여 3상전압을 유도전동기(90)로 공급하도록 되어 있다.
상기 전류감지부(50)는 상기 벅컨버터(30)의 출력전류를 감지하여 상기 마이콤(80)으로 입력하도록 되어 있고, 상기 전압감지부(60)는 상기 벅컨버터(30)의 출력전압을 감지하여 상기 마이콤(80)으로 입력하도록 되어 있으며, 상기 속도감지부(70)는 유도전동기(90)의 회전속도를 감지하여 상기 마이콤(80)으로 입력하도록 되어 있다.
상기 마이콤(80)은 상기 전류감지부(50)에 의해 감지된 전류값 또는 상기 전압감지부(60)에 의해 감지된 전압값이 설정치 이상이면 상기 벅컨버터(30) 및 인버터(40)의 동작을 정지시키는 한편, 상기 속도감지부(80)에 의해 감지된 유도전동기(90)의 회전속도로부터 유도전동기(90)의 회전속도편차 및 회전속도기울기를 검출하고, 상기 유도전동기(90)의 회전속도편차 및 회전속도기울기에 따라 상기 벅컨버터(30)를 비례적분제어하여 상기 벅컨버터(30)의 출력전압을 조절하도록 되어 있다.
여기서, 상기 벅컨버터(30)는 상기 정류부(20)에 의해 전파정류되어 공급되는 직류전압을 평활하는 콘덴서(C1)와, 상기 콘덴서(C1)를 통해 공급되는 직류전압을 스위칭하는 트랜지스터(Q7)와, 상기 마이콤(80)에서 출력된 제어신호에 따라 상기 트랜지스터(Q7)를 구동시켜서 상기 정류부(20)에 의해 전파정류되어 공급되는 직류전압을 소정전압으로 변압하는 포토커플러(32)와, 상기 트랜지스터(Q7)를 통해 소정전압으로 변압되어 공급되는 직류전압을 평활하여 상기 인버터(40)로 공급하는 평활부(34)를 포함하여 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 유도전동기 구동장치 및 그 구동방법의 작용효과를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 유도전동기 구동방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 유도전동기 구동장치 및 그 구동방법에서 벅컨버터의 출력전압 및 유도전동기의 회전속도의 변화를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 단계(S1)에서는 마이콤(80)이 외부로부터 유도전동기(90) 구동명령이 입력되었는가를 판단하여 유도전동기(80) 구동명령이 입력되었으면 단계(S2)를 진행한다.
상기 단계(S2)에서는 마이콤(80)이 벅컨버터(30)를 구동시키기 위한 제어신호를 벅컨터(30)의 포토커플러(32)를 통해 트랜지스터(Q7)의 게이트단으로 인가하고, 이에 따라 트랜지스터(Q7)가 "온"되어 벅컨버터(30)가 구동된다.
이어서, 단계(S3)에서는 마이콤(80)이 미리 구비되어 있는 타이머를 이용하여 소정시간(수십 msec) 지연한 후 단계(S4)를 진행하고, 상기 단계(S4)에서는 마이콤(80)이 인버터(40)를 구동시킨다.
이때, 상기와 같이 소정시간 지연한 다음 인버터(40)를 구동시키는 이유는 인버터(40)에 초기 과전류가 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이어서, 단계(S5)에서는 마이콤(80)이 벅컨버터(30)의 트랜지스터(Q7)의 온듀티를 상승시키기 위한 제어신호를 벅컨버터(30)의 포토커플러(32)를 통해 트랜지스터(Q7)의 게이트단으로 인가하고, 이에 따라 상기 트랜지스터(Q7)이 "온"듀티가 상승되어 벅컨버터(30)의 출력전압이 상승된다.
이어서, 단계(S6)에서는 마이콤(80)의 인버터(40)를 제어하여 인버터(40)에서 유도전동기(90)로 공급되는 3상전압의 출력주파수를 상승시킨다.
이어서, 단계(S7)에서는 마이콤(80)이 인버터(40)에서 유도전동기(90)로 공급되는 3상전압의 주파수가 설정주파수에 도달하였는가를 판단하여 설정주파수에 도달하지 않았으면 상기 단계(S5)를 반복 진행하고, 설정주파수에 도달하였으면 단계(S8)을 진행한다.
상기 단계(S8)에서는 전류감지부(50) 및 전압감지부(60)가 상기 벅컨버터(30)의 출력전압 및 출력전류를 감지하여 마이콤(80)으로 입력한 다음 단계(S9)를 진행하고, 상기 단계(S9)에서는 마이콤(80)이 상기 전압감지부(60)에 의해 감지된 벅컨버터(30)의 출력전압이 설정치 이상인가를 판단하여 설정치 이상이면 단계(S14)를 진행하고, 설정치 보다 작으면 단계(S10)을 진행한다.
상기 단계(S10)에서는 마이콤(80)이 상기 전류감지부(50)에 의해 감지된 벅컨버터(30)의 출력전류가 설정치 이상인가를 판단하여 설정치 이상이면 단계(S14)를 진행하고, 설정치 보다 작으면 단계(S11)을 진행한다.
상기 단계(S11)에서는 속도감지부(70)가 유도전동기(90)의 회전속도를 감지하여 마이콤(80)으로 입력하고, 상기 마이콤(80)은 유도전동기(90)의 회전속도를 입력받아 유도전동기(90)의 회전속도편차 및 회전속도기울기를 검출한다.
이어서, 단계(S12)에서는 마이콤(80)이 유도전동기(90)의 회전속도편차 및 회전속도기울기에 따라 벅컨버터(30)를 비례적분제어하여 벅컨버터(30)의 출력전압을 조절한다.
이때, 상기 마이콤(80)은 유도전동기(90)의 현재회전속도와 기준회전속도의 회전속도편차를 검출하고, 현재 회전속도편차(t)와 이전 회전속도편차(t-1)의 회전속도기울기를 검출하여, 상기 회전속도편차와 속도기울이에 각기 다른 가중치를 부여하여 다음 시점(t+1)의 벅컨버터(30)의 출력전압을 계산한 다음, 계산된 벅컨버터(30)의 출력전압에 따라 트랜지스터(Q7)를 스위칭동작시킨다.
이어서, 단계(S13)에서는 마이콤(80)이 유도전동기(90) 정지명령이 입력되었는가를 판단하여 정지명령이 입력되지 않았으면 상기 단계(S8)을 반복 진행하고, 정지명령이 입력되었으면 단계(S14)를 진행한다.
상기 단계(S14)에서는 마이콤(80)이 벅컨버터(30)를 정지시키기 위한 제어신호를 벅컨터(30)의 포토커플러(32)를 통해 트랜지스터(Q7)의 게이트단으로 인가하고, 이에 따라 상기 트랜지스터(Q7)가 "오프"되어 벅컨버터(30)의 동작이 정지된다.
이어서, 단계(S15)에서는 마이콤(80)이 미리 구비되어 있는 타이머를 이용하여 소정시간(수십 msec) 지연한 후 단계(S16)를 진행하고, 단계(S16)에서는 마이콤(80)이 인버터(40)를 정지시킨다.
이때, 상기와 같이 벅컨버터(30)를 정지시킨 후 소정시간 지연한 다음 인버터(40)를 정지시키는 이유는 벅컨버터(30)의 콘덴서(C2)의 잔여전압을 완전히 방전시켜서 유도전동기(90) 기동시에 인버터(40)로 과전류가 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이상에서 설명드린바와 같이 본 발명에 따르면, 유도전동기의 회전속도를 피드백받아 인버터에서 유도전동기로 공급되는 3상전압을 최적으로 제어함으로써, 유도전동기를 정속으로 구동시킬 수 있을 뿐만 아니라 유도전동기의 소비전력 및 소음을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 상용교류전원을 전파정류하는 정류부와,
    상기 정류부에 의해 전파정류되어 공급되는 직류전압을 소정전압으로 변압하는 벅컨버터와,
    상기 벅컨버터에 의해 변압되어 공급되는 직류전압을 주파수 변환하여 3상전압을 유도전동기로 공급하는 인버터와,
    상기 유도전동기의 회전속도를 감지하는 속도감지부와,
    상기 속도감지부에 의해 감지된 유도전동기의 회전속도에 따라 상기 벅컨버터를 제어하여 상기 벅컨버터의 출력전압을 조절하는 마이콤을 포함하여 구성된 유도전동기 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이콤은, 상기 속도감지부에 의해 감지된 유도전동기의 회전속도로부터 유도전동기의 속도편차 및 속도기울기를 검출하고, 이와 같이 검출된 유도전동기의 속도편차 및 속도기울기에 따라 상기 벅컨버터를 비례적분제어하여 벅컨버터의 출력전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 벅컨버터는, 상기 정류부에 의해 전파정류되어 공급되는 직류전압을 평활하는 콘덴서와,
    상기 콘덴서를 통해 공급되는 직류전압을 스위칭하는 스위칭소자와,
    상기 마이콤에서 출력된 제어신호에 따라 상기 스위칭소자를 구동시켜서 상기 정류부에 의해 전파정류되어 공급되는 직류전압을 소정전압으로 변압하는 포토커플러와,
    상기 스위칭소자를 통해 소정전압으로 변압되어 공급되는 직류전압을 평활하여 상기 인버터로 공급하는 평활부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한항에 있어서,
    상기 벅컨버터의 출력전류를 감지하는 전류감지부와,
    상기 벅컨버터의 출력전압을 감지하는 전압감지부를 더 포함하여 구성되는 한편,
    상기 마이콤은 상기 전류감지부에 의해 감지된 벅컨버터의 출력전류 또는 상기 전압감지부에 의해 감지된 벅컨버터의 출력전압이 설정치 이상이면 상기 벅컨버터 및 인버터를 정지시키는 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동장치.
  5. 유도전동기로 공급되는 3상전압을 가변전압 가변주파수 제어하기 위해 마이콤이 벅컨버터 및 인버터를 제어하는 유도전동기 구동장치에 있어서,
    유도전동기 구동명령이 입력되면 상기 벅컨버터 및 인버터를 소정시간 간격을 두고 순차 구동시키는 유도전동기기동단계와,
    유도전동기로 공급되는 3상전압의 주파수가 설정 주파수에 도달할 때 까지 벅컨버터의 출력전압 및 인버터의 출력주파수를 상승시키는 유도전동기가속단계와,
    상기 벅컨버터의 출력전압 및 출력전류를 감지하여 벅컨버터의 출력전압 또는 출력전류가 설정치 이상인가를 판단하는 오동작판단단계와,
    상기 오동작판단단계에서 벅컨버터의 출력전압 및 출력전류가 설정치 보다 작으면 유도전동기의 회전속도편차 및 회전속도기울기를 검출하는 회전속도검출단계와,
    상기 회전속도검출단계에서 검출된 유도전동기의 회전속도편차 및 회전속도기울기에 따라 벅컨버터를 비례적분제어하여 벅컨버터의 출력전압을 조절하는 전압조절단계와,
    유도전동기 정지명령이 입력되었는가를 판단하여 정지명령이 입력되지 않았으면 상기 오동작판단단계를 반복 진행하는 정지명령입력판단단계와,
    상기 정지명령입력판단단계에서 유도전동기 정지명령이 입력되었거나 상기 오동작판단단계에서 벅컨버터의 출력전압 또는 출력전류가 설정치 이상이면 벅컨버터 및 인버터를 소정시간 간격을 두고 순차 정지시키는 유도전동기정지단계로 이루어진 유도전동기 구동방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100420521B1 (ko) * 2001-10-15 2004-03-02 엘지전자 주식회사 3상 유도전동기 구동시스템
KR20040034908A (ko) * 2002-10-17 2004-04-29 엘지전자 주식회사 3상 유도전동기의 구동장치
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KR20190113590A (ko) * 2018-03-28 2019-10-08 도요타 지도샤（주） 전력 변환기 및, 전력 변환기의 제어 방법

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