KR20000014725A - 6펄스 사이크로컨버터의 전류제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 6펄스 사이크로컨버터의 전류제어 장치에 관한 것으로, 특히 전동기의 속도제어 등과 같이 고정도(高精度) 전류제어에 적합하도록 지령전류와 실제전류와의 교차점인 전류오차영점 또는 최대/최소전압발생 위상점호각에서 전류오차부호 및 실제전류의 부호 논리에 의해 점호신호를 인가하여 별도의 전류제어 보상기 없이 간단한 구성으로 실제전류가 지령전류를 직접적으로 최대한 빠르게 추종하게 함으로써 과도상태의 전류 추종성능을 향상시켰으며, 하드웨어의 구현이 간단함은 물론 범용 마이크로프로세서로도 구현할 수 있어 경제적이고, 회로동작의 신뢰성을 높인 사이크로컨버터의 전류제어 장치에 관한 것이다.

Description

6펄스 사이크로컨버터의 전류제어 장치(current controlling apparatus for the six-pulse cycloconverter)
본 발명은 단상 및 3상 정류기와 6펄스 사이크로컨버터, 12펄스 사이크로컨버터 등 자연전류(自然轉流)를 행하는 각종 다이리스터 정류기나 사이크로컨버터등의 전류제어 장치에 관한 것으로서, 특히 과도상태에서의 전류 추종 능력이 매우 우수할 뿐만 아니라 구현이 간편하고 용이하며, 동작의 신뢰성을 높일 수 있는 6펄스 사이크로컨버터의 전류제어 장치에 관한 것이다.
최근들어, 전동기 제어기술 및 전력변환기의 발달에 힘입어 대형프랜트의 가변속구동에 있어서 교류전동기의 채용이 증가하고 있으며, 이에 필요한 전력변환기로는 변환효율과 대용량화의 용이함등의 측면에서 자연전류형 사이크로컨버터가 적합하다.
자연전류형 사이크로컨버터는 전원전압에 의하여 전류(commutation)를 행하므로 시스템의 신뢰성이 높고, 스위칭 소자로써 다이리스터를 사용하므로 고압, 대용량화가 용이할 뿐만아니라 정현파 출력이 가능하므로 전동기의 저속원전시에도 토오크 리플이 거의 없는 좋은 토오크 특성을 얻을 수 있다. 이러한 점에서 양호한 저속특성 및 대용량이 요구되는 철강 압연기, 광산 권상기, 시멘트 튜브밀 등의 기어리스 구동 등에 자연전류형 사이크로컨버터에 의한 교류전공기의 가변속구동 시스템이 활용되고 있다.
이러한 교류전동기의 가변속제어 기술로는 현재 급가감속 특성이 우수한 백터제어법이 많이 적용되고 있는데 이러한 고성능 제어기술은 전력변환기의 출력전류제어에 있어 빠르고 정확한 전류추종능력을 요구한다.
도 1에 6펄스 사이크로컨버터 주회로도를 나타내었다. 비순환 전류형 사이크로컨버터로 교류전공기 구동을 위하여 3상 4선 출력을 위하였고 선간단락 방지를 위하여 입력측에 3상 4권선 변압기가 설치되었다. 실제 전동기 운전에 있어서는 전동기 각 상권선을 분리하여 델타결선을 취할 경우에는 입력측의 변압기는 생략이 가능하다.
이는 20∼30Hz 이하 출력시 양호한 정현파 전류를 출력할 수 있으며 직접변환방식이므로 직류링크가 포함된 인버터 시스템에 비하여 변환효율이 높은 장점을 지니고 있다. 실제에 있어서는 입력측의 역률을 고려하여 20Hz 이하에서 운전하는 것이 보통이다. 주회로 구성에 있어서 모두 36개의 스위칭 소자가 소요되지만 다이리스터를 사용하기 때문에 수백∼수천KVA 이상의 대용량이 되면 될 수록 인버터 시스템의 경우보다 오히려 회로구성이 상대적으로 간단해 진다.
도 2에는 출력 1상분의 P군 컨버터의 6개 동작모드를 나타내었다. 각 모드는 3상 입력전원으로부터 출력측에 나타낼 수 있는 6가지 선간전압에 따라 구분된 것으로 출력전류가 양인 기간동안 각 모드는 순차적으로 동작한다. 모드 P-1에서 모드 P-2로의 전류를 위하여 다이리스터 QPWB에 점호신호를 인가하여 턴온됨과 동시에 QPVB가 턴오프되어야 하므로 이를 위하여 전원측의 전압은 W상의 전압이 V상의 전압보다 낮은 상태이어야 한다. 따라서 QPWB의 점호신호는 U상을 기준으로 π/2에서 3 π/2-ωtS사이에서 인가되어야 하며 이 기간을 놓치면 전류실패가 발생한다. 여기서 ω는 전원 각주파수, tS는 다이리스터의 최소 전류여유시간이다.
한편, 종래의 사이크로컨버터의 출력제어는 기준전압 지령에 대하여 위상변조를 통한 전압출력의 변화로써 이루어지므로 사이크로컨버터에 의한 전동기 전류제어시에는 전류제어를 위한 보상기가 필수적이다.
도 3에 나타낸 종래의 다이리스터 정류기 및 사이크로컨버터의 전류제어 블록도에서 살펴보면 지령전류와 다이리스터 정류기 또는 사이크로컨버터로부터 피드백 받은 실제전류와의 오차를 전류제어 보상기의 입력으로 하고 이 보상기의 출력에 따라 다이리스터의 위상각을 결정하여 이로써 변환기의 출력전압이 제어되며, 이 출력전압이 부하에 걸림으로써 부하의 전류를 제어하는 것이다.
상기와 같은 종래의 기술에 있어서 다이리스터의 위상각을 결정하기 위하여, 정류기의 경우에는 전원과 동기되는 톱니파 또는 여현파를 발생시켜 전류제어 보상기의 출력과 비교하여야 하고, 사이크로컨버터의 경우에는 여현파 제어법이라고 하는 상당히 복잡한 전압제어 방법이 수행되어야 하기 때문에 그 구현에 있어 복잡한 제어회로가 필요할 뿐만 아니라 부하의 전류제어를 전류제어 보상기를 통한 다이리스터 정류기 또는 사이크로컨버터의 출력전압 제어에 의존하게 되므로 지령전류가 급변하게 되는 경우 또는 부하의 상태가 급변하게 되는 등의 과도상태에 있어서는 제어응답의 지연이 발생하게 되며, 특히 사이크로컨버터의 경우에는 출력주파수 변화에 따르는 위상오차로 인하여 전류제어 보상기의 설계에 기술상의 난점이 있으며 그 구현에 있어서도 복잡한 연산 알고리즘과 DSP(digital signal processing) 등의 고속 연산기가 소요되는 등의 고도의 기술과 복잡한 방법이 요구되는 등의 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 부가적인 전류제어 보상기를 사용하지 않고 간단한 하드웨어 구성으로, 전원 또는 부하의 상태나 여타 시스템 정수의 변동에 상관없이 주어진 상황하에서 최대한 빠르게 사이크로컨버터의 출력전류가 지령전류를 직접적으로 추종하도록 점호신호를 발생시켜 줄 수 있도록 한 6펄스 사이크로컨버터의 전류제어 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 6펄스 사이크로컨버터에 대한 주회로도
도 2는 도 1의 P군 컨버터의 6개 동작 모드를 도시한 회로도
도 3은 종래의 사이크로컨버터의 전류제어 블록도
도 4는 본 발명을 구현하기 위한 전류 제어기의 구성블록도
도 5는 본 발명에 따른 6펄스 사이크로컨버터의 전류제어 장치에 대한 회로도
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 기본 동작 원리의 설명을 위한 파형도
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 컴퓨터 모의실험 결과도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 전원 동기부 20 : 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부
30 : 순차모드 발생부 40 : 점호소자 판정부
50 : 전류오차부호 및 전류오차영점 판별부
60 : 전류극성 판별부 70 : 전류 제어기
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지령전류와 실제전류와의 교차점인 전류오차영점 또는 최대/최소전압발생 위상점호각에서 전류오차부호 및 실제전류의 부호 논리에 의해 다이리스터에 점호신호를 인가함으로써 별도의 전류제어 보상기 없이 실제전류가 지령전류를 직접적으로 최대한 빠르게 추종하게 하여 과도상태의 전류 추종성능을 향상시킨 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 6펄스 사이크로컨버터의 전류제어를 구현하기 위한 전류 제어기(70)의 구성블록도로서, 다수의 전원 선간전압 중 기준으로 선정된 특정 전압의 위상을 검출하며 전원전압과 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20)와의 동기를 맞추는데 이용되는 전원동기부(10)와, 최대/최소전압을 발생시키는 점호시점을 점호소자 판정부(40)에 제공하는 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20)와, 다수의 전원 선간 전압 중 현재 출력단에 나타나고 있는 전압에 따른 모드를 판단하여 그 정보를 점호소자 판정부(40)에 출력하는 순차모드 발생부(30)와, 사이크로컨버터로부터 출력되는 실제전류와 출력을 원하는 출력전류지령인 지령전류를 비교하여 전류오차의 부호 및 전류오차영점을 판별하여 점호소자 판정부(40)에 출력하는 전류오차부호 및 전류오차영점 판별부(50)와, 사이크로컨버터의 출력전류에 대한 극성을 판별하는 전류극성 판별부(60)와, 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20), 전류오차부호 및 전류오차영점 판별부(50) 및 전류극성 판별부(60)의 논리에 따라 점호신호를 인가해야 할 다이리스터 소자를 판정하고 순차모드 발생부(30)가 제공하는 모드로 점호신호를 인가하는 점호소자 판정부(40)를 포함하여 구성된다.
전류극성 판별부(60)는 사이크로컨버터 혹은 4상한 정류기 등과 같이 음, 양의 전류를 흘릴 필요가 있는 경우에만 필요하며, 2상한 정류기 등과 같이 부하에 양의 전류만을 흘릴 경우에는 이 전류극성 판별부(60)는 생략된다.
이와 같은 구성을 갖는 전류 제어기(70)에 있어서, 사이크로컨버터의 전류제어 과정을 설명한다.
전류오차부호 및 전류오차영점 판별부(50)는 출력전류에 대한 지령전류와 다이리스터 정류기 또는 사이크로컨버터의 실제 출력전류를 비교함으로써 전류오차의 크기를 판단하여 그 정보를 점호소자 판정부(40)에 출력하고, 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20)는 최대/최소전압발생 점호시점에 대한 정보를 점호소자 판정부(40)에 출력하며, 전류극성 판별부(60)는 다이리스터 정류기 또는 사이크로컨버터의 출력전류 극성을 판별하여 점호소자 판정부(40)에 출력한다.
그러면, 점호소자 판정부(40)가 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20), 순차 모드 발생부(30) 및 상기한 전류오차부호 및 전류오차영점 판별부(50)의 정보로부터 전류(轉流)를 행할 모드, 점호시점 및 점호신호를 인가해야 할 다이리스터 소자를 판정하여 다이리스터 정류기 또는 사이크로컨버터에 점호신호를 인가함으로써 실제 출력전류가 지령전류를 추종하게 된다.
또한, 점호소자 판정부(40)가 전류를 행한 다음에는 순차모드 발생부(30)에 제어신호를 출력하면 순차모드 발생부(30)는 다음에 전류를 행할 모드로 변경한다.
여기서, 사이크로컨버터 혹은 4상한 정류기 등과 같이 음, 양의 전류를 흘릴 필요가 있는 경우에는 상기 전류극성 판별부(60)로부터 입력되는 전류극성에 대한 정보도 참조하여 점호신호를 인가해야 할 다이리스터 소자를 판정한다.
즉, 초기 시동시 또는 P-N군 컨버터의 동작 교체시 해당 전류 지령의 극성에 따라서 전류를 흘릴 수 있도록 이에 적합한 전압을 발생시키기 위하여 해당 시점에 있어 최대 또는 최소의 선간전압을 발생시키도록 하는데, 이를 위하여 매 순간 마다의 최대 또는 최소의 선간전압 발생에 대한 정보를 전원과 동기시켜 발생시키도록 한다. 초기 기동이 되면 전류오차 부호, 전류부호에 따라 전류오차 영점 또는 최대 혹은 최소 전압발생점에서 다음 동작 모드로 전류를 시켜서 전체적인 동작이 이루어지는 것이다.
하기의 표 1은 전류의 조건, 즉 입력 전압의 크기에 따라 구분된 초기 동작 모드 및 전류에 필요한 정보를 나타내는 것으로 초기 기동시에는 반드시 2개의 소자에 점호신호가 인가되어야 전류를 흘릴 수 있으므로 이에 필요한 동시투입하여야 할 소자도 함께 표시하였다. 이러한 정보는 롬 데이블(ROM table)을 이용하여 간단하게 구성할 수 있다.
입력전압크기 동작모드 전류 초기시동시점호소자
VU> VW> VV MODE P-1 QPWA→ QPUA QPVB
VU> VV> VW MODE P-2 QPVB→ QPWB QPUA
VV> VU> VW MODE P-3 QPUA→ QPVA QPWB
VV> VW> VU MODE P-4 QPWB→ QPUB QPVA
VW> VV> VU MODE P-5 QPVA→ QPWA QPUB
VW> VU> VV MODE P-6 QPUB→ QPVB QPWA
VU> VW> VV MODE N-1 QNWB→ QNUB QNVA
VU> VV> VW MODE N-2 QNVA→ QNWA QNUB
VV> VU> VW MODE N-3 QNUB→ QNVB QNWA
VV> VW> VU MODE N-4 QNWA→ QNUA QNVB
VW> VV> VU MODE N-5 QNVB→ QNWB QNUA
VW> VU> VV MODE N-6 QNUA→ QNVA QNWB
도 5는 본 발명에 따른 6펄스 사이크로컨버터의 전류 제어 장치에 대한 회로도로서, 도 4의 전원 동기부(10), 최대/최소 전압발생 위상점호각 발생부(20), 순차모드 발생부(30)에 해당하는 초기 동작 모드 결정 및 순차 모드 전환에 필요한 제어 회로도이다.
동 도면에 있어서, 전원 동기부(10)는 3상의 구동 전원중에서 2상(VV,VW)의 선간 전압을 출력하는 트랜스(T)와, 트랜스(T)로부터의 출력 교류 전원을 구형파로 변환시키는 비교기(OP)와, 비교기(OP)로 부터의 구형파 펄스를 클램프시키는 제너다이오드(ZD)와, 제너다이오드(ZD)로부터의 클램프된 구형파 펄스를 반전 증폭시키는 인버터(I1)와, 인버터(I1)로부터의 펄스의 하강 에지마다 원쇼트(ONE-SHORT) 펄스를 발생시키는 단안정 멀티 바이브레이터(11)를 포함한다.
그리고, 최대/최소 전압발생 위상점호각 발생부(20)는 전원동기부(10)의 단안정 멀티 바이브레이터(11)로부터의 2상 전원에 동기된 원쇼트 펄스에 의거하여 초기화되어 카운트시작하는 제 1 카운터(21)와, 제 1 카운터(21)로부터의 카운트값을 주소로하여 기저장된 각 모드(총 12개)에 대응하여 최대/최소 전압 발생 시점을 나타내는 최대/최소 전압 발생 시점 펄스(LP, RP)를 점호소자 판정부(40)로 출력하고, 초기 구동 모드를 나타내는 구동 모드신호를 순차모드 발생부(30)로 출력하는 제 1, 2 메모리(22,23)를 포함하여 구성한다.
한편, 순차모드 발생부(30)는 전류극성 판별부(60)로부터 인가되는 P군 컨버터 활성화 펄스(P-CONV, ACTIVE SIGNAL)와 N군 컨버터 활성화 펄스(N-CONV, ACTIVE SIGNAL)를 논리합하여 출력하는 논리합 소자(OR1)와, 점호소자 판정부(40)로부터 인가되는 P군 컨버터 게이트(점호) 신호 총 6개와 N군 컨버터 게이트(점호) 신호 총 6개를 논리합 연산하여 출력하는 논리합 소자(OR2)와, 논리합 소자(OR1)로부터의 펄스의 상승 에지마다 원쇼트 펄스를 발생시키는 단안정 멀티 바이브레이터(31)와, 단안정 멀티 바이브레이터(31)의 원쇼트 펄스에 의거하여 최대/최소 전압발생 위상점호각 발생부(20)의 제 2 메모리(23)로부터의 초기 구동 모드 신호를 로딩하며, 논리합 소자(OR2)로부터의 신호에 의거하여 로딩된 초기 동작 모드를 순차적으로 다운 카운트하면서 현재 카운트값인 순차 모드 신호를 출력하는 제 2 카운터(32)와, P군 모드 또는 N군 모드 각각 6개의 모드가 순차적으로 순환 카운트되도록 제 2 카운터(32)의 출력 단자(B,C)를 논리곱 연산하여 제 2 카운터(32)의 클리어 단자로 인가하는 논리곱 소자(AND)와, 제 2 카운터(32)로부터의 순차 모드 신호에 기초하여 P군 컨버터 또는 N군 컨버터 각각 6개의 컨버터의 인에이블 신호를 출력하는 디코더(33)를 포함하며, 디코더(33)로부터의 출력을 반전 증폭하여 출력하는 각각의 인버터(I2∼I7)를 포함하여 구성한다.
다음에, 상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 사이크로콘버터의 전류 제어 장치의 동작 과정을 상세히 설명한다.
먼저, 전류오차부호 및 전류오차영점 판별부(50)는 지령전류와 부하부에 흐르는 실제 출력전류를 비교함으로써 전류오차의 크기를 판단하여 그 정보를 점호소자 판정부(40)에 출력하고, 전류극성 판별부(60)는 다이리스터 정류기 또는 사이크로컨버터의 출력전류 극성을 판별하여 점호소자 판정부(40)에 출력한다.
또한, 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20)는 최대/최소전압발생 점호시점에 대한 정보를 점호소자 판정부(40)에 출력하게 되며, 그 상세 동작 과정은 다음과 같다.
먼저, 전원 동기부(10)에서 3상의 구동 전원중에서 2상(VV,VW)의 선간 전압을 출력하는 트랜스(T)와, 트랜스(T)로부터의 출력 교류 전원을 구형파로 변환시키는 비교기(OP)와, 비교기(OP)로 부터의 구형파 펄스를 클램프시키는 제너다이오드(ZD)와, 제너다이오드(ZD)로부터의 클램프된 구형파 펄스를 반전 증폭시키는 인버터(I1)와, 인버터(I1)로부터의 펄스의 상승 에지마다 원쇼트(ONE-SHORT) 펄스를 발생시키는 단안정 멀티 바이브레이터(11)를 통해서 원쇼트 펄스가 최대/최소 전압 발생 위상점호각 발생부(20)의 제 1 카운터(21)로 인가되게 된다.
그러면, 제 1 카운터(21)의 카운터 동작에 의거하여 제 1,2 메모리(22,23)에 나누어서 기저장되어 있는 각 모드(총 12개)에 대응하여 최대/최소 전압 발생 시점을 나타내는 최대/최소 전압 발생 시점 펄스(LP, RP)를 점호소자 판정부(40)로 출력하고, 초기 구동 모드를 나타내는 구동 모드신호를 순차모드 발생부(30)로 출력하게 된다.
이때, 순차 모드 발생부(30)는 전류극성 판별부(60)로부터 인가되는 P군 컨버터 활성화 펄스(P-CONV, ACTIVE SIGNAL)와 N군 컨버터 활성화 펄스(N-CONV, ACTIVE SIGNAL)를 논리합하여 출력하는 논리합 소자(OR1)와, 점호소자 판정부(40)로부터 인가되는 P군 컨버터 게이트(점호) 신호 총 6개와 N군 컨버터 게이트(점호) 신호 총 6개를 논리합 연산하여 출력하는 논리합 소자(OR2)와, 논리합 소자(OR1)로부터의 펄스의 상승 에지마다 원쇼트 펄스를 발생시키는 단안정 멀티 바이브레이터(31)와, 단안정 멀티 바이브레이터(31)의 원쇼트 펄스에 의거하여 최대/최소 전압발생 위상점호각 발생부(20)의 제 2 메모리(23)로부터의 초기 구동 모드 신호를 로딩하며, 논리합 소자(OR2)로부터의 신호에 의거하여 로딩된 초기 동작 모드를 순차적으로 다운 카운트하면서 현재 카운트값인 순차 모드 신호를 출력하는 제 2 카운터(32)와, P군 모드 또는 N군 모드 각각 6개의 모드가 순차적으로 순환 카운트되도록 제 2 카운터(32)의 출력 단자(B,C)를 논리곱 연산하여 제 2 카운터(32)의 클리어 단자로 인가하는 논리곱 소자(AND)와, 제 2 카운터(32)로부터의 순차 모드 신호에 기초하여 P군 컨버터 또는 N군 컨버터 각각 6개의 컨버터의 인에이블 신호를 출력하는 디코더(33) 및 각각의 인버터(I2∼I7)를 통해서 다음으로 전류가 가능한 P군 컨버터 또는 N군 컨버터 각각 6개의 컨버터의 인에이블 신호를 점호소자 판정부(40)로 인가하게 된다.
그러면, 점호소자 판정부(40)가 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20), 순차 모드 발생부(30) 및 상기한 전류오차부호 및 전류오차영점 판별부(50)의 정보로부터 전류(轉流)를 행할 모드, 점호시점 및 점호신호를 인가해야 할 다이리스터 소자를 판정하여 다이리스터 정류기 또는 사이크로컨버터에 점호신호를 인가함으로써 실제 출력전류가 지령전류를 추종하게 된다.
즉, 점호소자 판정부(40)는 최대 또는 최소 전압 발생시점이거나 실제 출력전류와 지령전류의 오차가 0이면 순차모드 발생부(30)로부터의 다음으로 전류가 가능한 P군 컨버터 또는 N군 컨버터 각각 6개의 컨버터의 인에이블 신호를 이용하여 다음 점호 소자로 점호신호(게이트 신호)를 인가하게 된다.
또한, 점호소자 판정부(40)가 전류를 행한 다음에는 순차모드 발생부(30)의 논리합 소자(OR2)에 P군 컨버터 게이트(점호) 신호 총 6개와 N군 컨버터 게이트(점호) 신호 총 6개를 출력하면 순차모드 발생부(30)는 다음에 전류를 행할 모드로 변경한다.
여기서 사이크로컨버터 혹은 4상한 정류기 등과 같이 음, 양의 전류를 흘릴 필요가 있는 경우에는 상기 전류극성 판별부(60)로부터 입력되는 전류극성에 대한 정보도 참조하여 점호신호를 인가해야 할 다이리스터 소자를 판정한다.
따라서, 사이크로컨버터의 출력제어에 널리 이용되고 있는 여현파 제어법을 구현하는 경우보다 회로구성이 상당히 간단함을 알수 있으며, 논리판단이 주가 되기 때문에 마이크로프로세서를 이용하여 용이하게 구현하는 것이 가능하게 된다.
도 6a는 정상상태, 즉 지령전류의 급격한 변화 혹은 부하의 심한 변동이 없어 전류오차부호 및 전류오차영점 판별부(50)에서 지령전류와 실제전류를 비교하여 전류오차의 크기를 판단한 결과, 전류오차가 0인 전류오차영점이 발생하는 경우로서, 점호소자 판정부(40)는 순차모드 발생부(30)의 모드 정보를 이용하여 지령전류 ir과 실제전류 i의 교차점 g1,g2,g3...에서 전류(轉流)를 행함으로써 실제전류가 지령전류를 직접적으로 추종하는 것을 보여 준다.
이때, 통상의 2상한 정류기의 경우에는 음의 전류는 발생하지 않는다. 여기에서 다이리스터 정류기 및 사이크로컨버터는 입력전원의 다수의 선간전압을 변조하여 그 출력전압을 구성하게 되므로 통상의 유도성 부하의 경우 도면에 나타난 바와 같이 실제전류의 파형은 맥동하게 되는데, 본 발명은 바로 이 실제전류의 맥동하는 성질을 이용하여 지령전류와 실제전류가 같아지는 시점, 즉 전류오차영점 gz에서 점호신호를 발생시켜 다이리스터 정류기 및 사이크로컨버터의 출력전류를 제어한다.
그러나, 도 6b에 나타낸 바와 같이 지령전류의 급격한 변화 혹은 부하의 심한 변동 등의 과도상태에서는 실제전류의 크기가 지령전류의 크기보다 작으므로 전류오차 부호 및 전류오차 영점 판별부(50)에서 지령전류와 실제전류를 비교한 전류오차는 0보다 크므로 전류오차영점 gz가 발생하지 않는 경우가 있을 수 있다.
이때, 점호소자 판정부(40)는 순차모드 발생부(30)로부터 입력되는 모드 정보와 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20)로부터 입력되는 최대전압발생 위상점호각 gmax에서 전류(轉流)를 행하여 최대한 빠른 시간 내에 실제전류가 지령전류에 근접하도록 한다.
도 6c에 도시한 바와 같이 실제전류의 크기가 지령전류 보다 커서 전류오차가 0보다 작은 경우, 점호소자 판정부(40)는 순차모드 발생부(30)로부터 입력되는 모드 정보와 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20)로부터 입력되는 최소전압발생 위상점호각 gmin에서 전류(轉流)를 행하여 역시 최대한 빠른 시간 내에 실제전류가 지령전류에 근접하도록 제어를 행한다.
이와 같이 최대/최소전압발생 위상점호각에서 전류(轉流)를 행하는 경우 전원전압과 최대/최소전압발생 위상점호각 발생부(20)와의 동기는 전원동기부(10)의 출력신호를 이용하여 맞추게 된다.
도 7a 및 도7b는 도 5에 나타낸 본 발명에 따른 사이크로컨버터의 전류 제어 장치를 6펄스 사이크로컨버터에 적용시킨 결과의 일례를 나타낸 것으로서 도 7a는 5Ω/20mH의 RL 수동부하에 10㎐, 40A의 전류를 지령한 컴퓨터 모의실험 결과로 본 발명의 적용이 잘 이루어지고 있음을 나타낸다.
도 7b는 도 7a에 나타낸 실제전류 i에 대한 고조파 분석결과인데 전체적인 고조파 함유는 미미한 것으로 나타났으나 100조파 까지의 분석을 통하여 지령전류 40A에 대하여 기본파분이 41.88A의 실제전류가 흐른 것으로 계산되어 실제전류의 크기가 지령전류의 크기보다 다소 컸으나, 전동기의 속도제어시 속도 제어 보상으로 전류지령에 대한 실제전류의 크기를 자동으로 보상할 수 있으므로 아무런 문제가 발생하지 않는다.
출력전류에 포함된 고조파는 미미하여 전동기 토오크에 맥동을 미칠 정도는 못되는 것으로 판단되며, 고조파 분석을 통한 계산 결과 지령전류의 위상과 출력전류 기본파분의 위상은 정확히 일치된 상태임을 확인하였다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다이리스터 정류기 및 사이크로컨버터의 전류제어 방법은 변환기 자체의 출력전류를 제어함으로써 전류제어를 위한 별도의 보상기가 필요하지 않으며, 단순히 지령전류와 실제전류의 교차점인 전류오차영점 또는 최대/최소전압발생 위상점호각에서 전류오차부호에 의하여 점호신호를 발생시켜 실제전류가 지령전류를 직접적으로 최대한 빠르게 추종하도록 제어할 수 있으므로 정상상태는 물론 특히 과도상태에 있어 종래의 기술에 비하여 그 제어성능이 매우 우수하다.
또한 본 발명을 구현하는 전류 제어기는 단순 크기 비교 및 논리판단 소자로 구성되므로 회로를 간략화 할 수 있으며, 더욱이 종래의 기술을 구현하는데 있어서는 선형회로가 주가 되나 본 발명은 디지털회로가 주가 되므로 회로동작의 신뢰성을 높일 수 있으며, 전용 하드웨어 대신에 범용의 마이크로프로세서를 사용하여 간편하게 구현시킬 수 있는 등의 장점이 있다.
따라서 본 발명은 다이리스터 정류기 및 사이크로컨버터의 출력전류에 대해 신속하고 신뢰성 높은 제어를 간편하게 행할 수 있어 급 가감속 운전을 필요로 하는 직류전동기 및 교류전동기 등의 고성능 전류제어시 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. P군 컨버터와 N군 컨버터로 이루어진 사이크로컨버터의 출력전류를 제어하는 장치로서,
    사이크로컨버터의 구동 전원에 동기되는 동기 신호를 출력하는 전원 동기부(10)와, 상기 전원 동기부(10)로부터의 동기 신호에 의거하여 매순간 최대 또는 최소의 선간 전압 발생 시점을 나타내는 정보와, 초기 구동 모드를 나타내는 정보를 출력하는 최대/최소 전압발생 위상점호각 발생부(20)와, 상기 초기 구동 모드를 나타내는 정보와 사이크로컨버터의 P군/N군 활성화 정보 및 각 P군/N군의 점호 정보에 의거하여 다음에 점호시킬 수 있는 사이크로컨버터의 P군 또는 N군 컨버터 정보를 출력하는 순차모드 발생부(30)와, 사이크로컨버터의 실제 출력전류와 지령전류의 오차 정보를 출력하는 전류오차부호 및 전류오차 영점 판별부(50)와, 사이크로컨버터의 출력 전류 극성에 의거하여 상기 P군/N군 활성화 정보를 출력하는 전류극성 판별부(60)와, 상기 최대 또는 최소의 선간 전압 발생 시점을 나타내는 정보와 실제 출력전류와 지령전류의 오차 정보와 다음에 점호시킬 수 있는 사이크로컨버터의 P군 또는 N군 컨버터 정보에 의거하여 최대 또는 최소의 선간 전압 발생 시점이 되거나 실제 출력전류와 지령전류의 오차가 0이면 다음에 점호시킬 수 있는 사이크로 컨버터를 점호시키기 위한 게이트 신호를 사이크로 컨버터로 인가하는 점호소자 판정부(40)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 6펄스 사이크로컨버터의 전류 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전원 동기부(10)는 3상의 구동 전원중에서 2상(VV,VW)의 선간 전압을 출력하는 트랜스(T)와, 상기 트랜스(T)로부터의 출력 교류 전원을 구형파로 변환시키는 비교기(OP)와, 상기 비교기(OP)로 부터의 구형파 펄스를 클램프시키는 제너다이오드(ZD)와, 상기 제너다이오드(ZD)로부터의 클램프된 구형파 펄스를 반전 증폭시키는 인버터(I1)와, 상기 인버터(I1)로부터의 펄스의 상승 에지마다 원쇼트(ONE-SHORT) 펄스를 상기 동기 신호로 발생시키는 단안정 멀티 바이브레이터(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 6펄스 사이크로컨버터의 전류 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 최대/최소 전압발생 위상점호각 발생부(20)는 상기 전원동기부(10)의 단안정 멀티 바이브레이터(11)로부터의 2상 전원에 동기된 원쇼트 펄스에 의거하여 초기화되어 카운트시작하는 제 1 카운터(21)와, 상기 제 1 카운터(21)로부터의 카운트값을 주소로하여 기저장된 각 모드(총 12개)에 대응하여 최대/최소 전압 발생 시점을 나타내는 최대/최소 전압 발생 시점 펄스(LP, RP)를 상기 점호소자 판정부(40)로 출력하고, 초기 구동 모드를 나타내는 구동 모드신호를 상기 순차모드 발생부(30)로 출력하는 제 1, 2 메모리(22,23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 6펄스 사이크로컨버터의 전류 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 순차모드 발생부(30)는 상기 전류극성 판별부(60)로부터 인가되는 P군 컨버터 활성화 펄스(P-CONV, ACTIVE SIGNAL)와 N군 컨버터 활성화 펄스(N-CONV, ACTIVE SIGNAL)를 논리합하여 출력하는 논리합 소자(OR1)와, 상기 점호소자 판정부(40)로부터 인가되는 P군 컨버터 게이트(점호) 신호 총 6개와 N군 컨버터 게이트(점호) 신호 총 6개를 논리합 연산하여 출력하는 논리합 소자(OR2)와, 상기 논리합 소자(OR1)로부터의 펄스의 상승 에지마다 원쇼트 펄스를 발생시키는 단안정 멀티 바이브레이터(31)와, 상기 단안정 멀티 바이브레이터(31)의 원쇼트 펄스에 의거하여 상기 최대/최소 전압발생 위상점호각 발생부(20)의 제 2 메모리(23)로부터의 초기 구동 모드 신호를 로딩하며, 상기 논리합 소자(OR2)로부터의 신호에 의거하여 로딩된 초기 동작 모드를 순차적으로 다운 카운트하면서 현재 카운트값인 순차 모드 신호를 출력하는 제 2 카운터(32)와, P군 모드 또는 N군 모드 각각 6개의 모드가 순차적으로 순환 카운트되도록 상기 제 2 카운터(32)의 출력 단자(B,C)를 논리곱 연산하여 상기 제 2 카운터(32)의 클리어 단자로 인가하는 논리곱 소자(AND)와, 상기 제 2 카운터(32)로부터의 순차 모드 신호에 기초하여 P군 컨버터 또는 N군 컨버터 각각 6개의 컨버터의 인에이블 신호를 출력하는 디코더(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 6펄스 사이크로컨버터의 전류 제어 장치.
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