KR20000028733A

KR20000028733A - 전동기 제어 장치

Info

Publication number: KR20000028733A
Application number: KR1019990041881A
Authority: KR
Inventors: 가또요시히또; 요시까와다다미쯔
Original assignee: 니시무로 타이죠; 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2000-05-25
Also published as: KR100356260B1; JP2000116199A; US6184648B1

Abstract

본 발명에 따르면, 전동기의 회전 속도로부터 얻을 수 있는 속도 귀환 신호를 계자 패턴을 사용함으로써 2차 자속 기준 신호로 변환하는 약계자기와; 상기 약계자기에 의해 변환된 2차 자속 기준 신호, 상기 속도 귀환 신호, 속도 기준 신호 및 토크 기준 신호에 기초하여 얻을 수 있는 q축 토크 전류 기준 신호와, 미리 정해진 신호를 비교하여, 이 비교 결과에 기초하여 계자 패턴을 전환하기 위한 제어 신호를 출력하는 계자 패턴 선택기와, 상기 계자 패턴 선택기로부터 출력된 제어 신호에 기초하여, 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴을 전환하는 계자 패턴 기억부를 포함하는 전동기 제어 장치가 제공된다. 따라서, 선택기에 의해 계자 패턴을 전환할 수 있으므로, 고정밀도의 토크 출력이 가능해진다.

Description

전동기 제어 장치{MOTOR CONTROL APPARATUS}

본 발명은 전동기를 구동하는 제어 장치에 관한 것으로, 특히 고정밀도의 토크 출력을 필요로 하는 전동기의 제어 장치에 관한 것이다.

IGBT 인버터 장치의 일반적인 구성을 도 1에 나타낸다.

도 1은 속도 귀환, 전류 귀환 제어를 갖는 벡터 제어에 의한 전동기 구동 장치의 예를 나타내는 것이다.

동일 도면에 도시된 바와 같이, 입력된 속도 기준 신호 ωr^*가 속도 검출기(1) 및 1차 자속각 연산기(2), 미분기(3)로부터 연산된 속도 귀환 신호 ω'로 귀환 연산된다. 그리고, 연산 결과가 속도 제어기(4)에 의해 토크 기준 신호 Tr로 변환되고, 이 토크 기준 신호 Tr과 주간 장치로부터 입력되는 토크 기준 신호 Tr^*을 가산함으로써 새롭게 토크 기준 신호가 산출된다. 그리고, 산출된 토크 기준 신호를 2차 자속 기준 Φ₂ ^*로 제산함으로써 q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*를 산출한다.

한편, 속도 귀환 신호 ω'로부터 약계자 제어기(5) 및 자속 포화 패턴 생성기(6)를 사용하여 d축 전류 기준 신호 Id^*를 산출한다. 그리고, 산출된 q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*및 d축 전류 기준 신호 Id^*와, d축 및 q축 전류 귀환 신호 Id', Iq'와의 귀환 연산에 따라, 각각의 최종적인 전류 기준 신호 Id^*, Iq^*를 생성한다. 그리고, 전류 기준 신호 Id^*, Iq^*는 d축 및 q축 각각의 전류 제어기(7, 8)에 의해 각각의 전압 기준 Vd^*, Vq^*로서 출력된다.

2-3축/PWM 변환기(9)는, 전류 제어기(7, 8)로부터 출력되는 전압 기준 Vd^*, Vq^*에 기초하여, 소자 게이트 점호 펄스 지령 Gu, Gv, Gw를 출력한다.

전력 변환기(10)는, 2-3축/PWM 변환기(9)로부터 출력되는 소자 게이트 점호 펄스 지령 Gu, Gv, Gw에 기초하여, 직류 전원으로부터 공급되는 직류 전압 Vdc를 원하는 교류 전압 Vac로 변환하여 출력하고, 전동기(11)에 원하는 전류를 공급하여 구동한다.

상기 구성에서, 벡터 제어에서의 전동기 계자 성분인 d축 계자 전류 Id는, 약계자 제어기(5) 내에 있는 하나의 계자 패턴에 의해 속도 귀환 신호 ω'에 따라 2차 자속 기준 Φ₂ ^*이 연산된다.

상기 약계자 제어기(5) 내의 계자 패턴은 전동기 제어 장치에 접속되는 개개의 전동기에 의해 결정되고, 고정치로서 설정된다. 따라서, 어떤 크기의 속도 귀환 신호 ω가 입력되면 계자 패턴에 따른 전동기의 d축 계자 전류 성분 Id가 연산된다.

또한, 1차 자속각 연산기(2)에 의해 연산되는 1차 자속각 θr과 벡터 제어에 의해 연산되는 미끄럼각 θs에 의해, 2-3축 변환 및 3-2축 변환 등 벡터 제어에 필요한 2차 자속각 θo를 구할 수 있다. 이 때문에 2차 자속각 θo의 연산에는, 연산 지연이 생긴다.

상술한 종래의 전동기 제어 장치에서는, 전동기 제어 장치의 부하에서의 전동기 부하가 낮은 영역에서, 도 2에 도시된 바와 같이 벡터 제어에서의 전동기 전류 벡터 I₁이 거의 여자 전류 성분인 d축 방향에 따른 형태가 되고,

I₁= Id

로 볼 수 있다. 이 전동기 전류 I₁이 거의 계자 전류 성분인 d축에 따른 형태가 되는 것으로, 전류 귀환 루프에서의 전류 귀환 좌표 변환기(7) 및 2-3축/PWM 변환기(8)의 변환·연산 지연에 기인하는 오차가 차지하는 비율이 벡터 제어에서의 토크 성분인 q축 토크 전류 성분 신호 Iq에 대해, 저부하시에서 높고, 그로 인해 토크 정밀도의 열화가 생겼다.

본 발명은 상기 문제를 해소하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 토크 정밀도의 열화를 억제하고, 고정밀도로 안정된 토크 출력을 실현하는 전동기 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 형태에 따른 전동기 제어 장치 는:

전동기의 회전 속도로부터 얻을 수 있는 속도 귀환 신호를 계자 패턴을 사용함으로써 2차 자속 기준 신호로 변환하는 약계자기(5)와,

상기 약계자기에 의해 변환된 2차 자속 기준 신호, 상기 속도 귀환 신호, 속도 기준 신호 및 토크 기준 신호에 기초하여 얻을 수 있는 q축 토크 전류 기준 신호와 미리 정해진 신호를 비교하여, 이 비교 결과에 기초하여 계자 패턴을 전환하기 위한 제어 신호를 출력하는 계자 패턴 선택기(22)와,

상기 계자 패턴 선택기로부터 출력된 제어 신호에 기초하여, 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴을 전환하는 계자 패턴 기억부(21)를 포함한다.

이러한 발명에 따르면, 계자 패턴을 전환함에 따라 벡터 제어에서의 d축 계자 전류 벡터의 크기를 바꾸고, 이에 따라 전동기 전류 벡터를 임의의 적절한 벡터로 한다. 따라서, 전류 귀환 루프에서의 전류 귀환 좌표 변환기 및 2-3축/PWM 변환기의 변환·연산 지연에 기인하는 토크 정밀도의 열화를 억제하고, 고정밀도의 토크 출력을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 형태에 따르면, 제1 형태에 따른 전동기 제어 장치에 있어서,

상기 계자 패턴 기억부는, 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴을 강제적으로 편평한 계자 패턴으로 전환한다.

이러한 발명에 따르면, 교류 전동기의 부하 상황이 원하는 낮은 영역에 달했을 때에, 편평한 계자 패턴을 부여함으로써 저부하 영역의 포화 패턴 근사에 의한 d축 전류 성분의 오차를 없애고, 보다 고정밀도로 안정된 토크를 출력하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 제3 형태에 따르면, 제1 형태에 따른 전동기 제어 장치에 있어서,

상기 계자 패턴 기억부는, 주간 장치로부터의 계자 패턴을 전환하기 위한 제어 신호에 기초하여, 강제적으로 상기 약계자기에서의 계자 패턴을 전환하는 부(section)를 더 포함한다.

이러한 발명에 따르면, 교류 전동기의 부하 상황 또는 운전 방법에 기초하여 주간 장치로부터 출력되는 제어 신호에 의해 계자 패턴을 전환하므로, 교류 전동기 의 부하 상황 등에 기초하여 고정밀도의 토크 출력을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 형태에 따르면, 제1 형태에 따른 전동기 제어 장치에 있어서,

상기 약계자기에서 변환된 2차 자속 기준 신호의 변화율을 소정의 변화율 범위로 억제하는 억제부(23)를 더 포함한다.

이러한 발명에 따르면, 계자 패턴을 전환할 때에 생기는 2차 자속 기준 신호의 변화율을 소정의 범위로 제한함으로써, 계자를 원활하게 전환할 수 있다.

또한, 본 발명의 제5 형태에 따른 전동기 제어 장치는:

상기 약계자기에 의해 변환된 2차 자속 기준 신호, 상기 속도 귀환 신호, 속도 기준 신호 및 토크 기준 신호에 기초하여 얻어지는 q축 토크 전류 기준 신호에 기초하여, 전동기 전류 벡터의 벡터각이 소정의 범위가 되도록 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴의 시프트량을 산출하는 계자 시프트 연산기(24)와,

상기 계자 시프트 연산기에 의해 산출된 시프트량에 기초하여, 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴을 시프트하는 계자 패턴 기억부(21)를 포함한다.

이러한 발명에 따르면, 교류 전동기의 부하 상황에 따라 계자 패턴을 동적으로 시프트시킴으로써, 고정밀도로 원활하게 토크를 출력하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 제6 형태에 따른 전동기 제어 장치는:

상기 약계자기에 의해 변환된 2차 자속 기준 신호, 상기 속도 귀환 신호, 속도 기준 신호 및 토크 기준 신호에 기초하여 얻어지는 q축 토크 전류 기준 신호에 기초하여, 전동기 전류 벡터의 벡터각이 소정의 범위가 되도록 d축 계자 기준 신호를 산출하는 전류 연산기(42)를 포함한다.

이러한 발명에 따르면, 전동기 전류 벡터의 벡터각이 소정의 범위가 되도록 d축 계자 기준 신호를 산출하므로, 고정밀도의 토크 출력을 실현할 수 있다.

도 1은 종래의 전동기 제어 장치를 나타낸 도면.

도 2는 도 1에 도시된 종래의 전동기 제어 장치에서의 d-q 평면 상의 저부하시 전동기 전류를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기 제어 장치를 나타내는 블럭도.

도 4는 도 3에 도시된 제1 실시예에서의 계자 패턴 전환시 벡터 제어에서의 d축 및 q축 전류 벡터와 그 합성 벡터인 전동기 전류 벡터의 관계를 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동기 제어 장치를 나타내는 블럭도.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전동기 제어 장치를 나타내는 블럭도.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에서의 전동기 부하의 크기와 계자 패턴의 시프트의 관계를 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에서의 전동기 제어 장치를 도시하는 블럭도.

도 9는 도 8에 도시된 제4 실시예에서의 d-q 평면 상에서의 전동기 전류 벡터의 제어 범위를 나타내는 도면.

도 10은 저부하용의 계자 패턴을 나타내는 도면.

도 11은 편평한 계자 패턴을 나타내는 도면.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 속도 검출기

2 : 1차 자속각 연산기

3 : 미분기

4 : 속도 제어기

5 : 약계자 제어기

6 : 자속 포화 패턴 생성기

7 : d축 성분 전류 제어기

8 : q축 성분 전류 제어기

9 : 2-3축/PWM 변환기

10 : 전력 변환기

11 : 전동기

12 : 전류 검출기

13 : 전류 귀한 좌표 변환기

14 : 미끄럼 적분기

21 : 계자 패턴 기억부

22 : 계자 패턴 선택부

23 : 계자 패턴 전환 레이트

24 : 계자 시프트 연산기

＜제1 실시예＞

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기 제어 장치를 나타내는 블럭도이다. 또한, 도 1과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 설명한다.

본 실시예의 특징은, 레벨 설정부(41), 계자 패턴 선택기(22) 및 계자 패턴 기억부(21)를 설치하는 것에 있다.

도 3에 도시된 전동기 제어 장치에서는, 상위 주간 장치로부터 입력되는 속도 기준 신호 ωr^*와, 1차 자속각 연산기(2) 및 미분기(3)로부터 연산되는 속도 귀환 신호 ω'를 귀환 연산하고, 속도 기준 신호를 산출한다.

그리고, 산출된 속도 기준 신호는 속도 제어기(4)에 의해 토크 기준 신호 Tr로 변환된다. 변환된 토크 기준 신호 Tr은 주간 장치로부터 입력되는 토크 기준 신호 Tr^*에 가산되어, 새롭게 토크 기준 신호가 산출된다.

산출된 토크 기준 신호가 2차 자속 기준 Φ2^*로 제산됨에 따라 q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*가 산출된다.

산출된 q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*와, q축 전류 귀환 신호 Iq'가 귀환 연산되고, 이 귀환 연산된 결과는 전류 제어기(8)에 입력된다. 전류 제어기(8)는 귀환 연산 결과를 q축 전압 기준 신호 Vq^*로 변환한다.

한편, 약계자 제어기(5)는 속도 귀환 신호 ω'를 2차 자속 기준 Φ2^*로 변환한다. 약계자 제어기(5)에 의해 변환된 2차 자속 기준의 Φ2^*는 자속 포화 패턴 생성기(6)에 의해 d축 계자 전류 기준 신호 Id^*로 변환된다.

전류 제어기(7)는 자속 포화 패턴 생성기(6)로부터의 d축 계자 전류 기준 신호 Id^*와 d축 전류 전환 신호 Id'와의 귀환 연산 결과를 d축 전압 기준 신호 Vd^*로 변환한다.

2-3축/PWM 변환기(9)는 2개의 d축 및 q축 전압 기준 신호 Vd^*, Vq^*를 2-3축 변환하여 PWM(펄스 폭 변조) 신호 Gu, Gv, Gw를 생성한다. 전력 변환기(10)는 2-3축/PWM 변환기(9)로부터의 PWM 신호 Gu, Gv, Gw를 전동기 구동용 교류 전압으로 변환하고, 이 변환된 전동기 구동용 교류 전압에 의해 전동기에 원하는 전류를 공급하여 구동한다.

또한, 속도 검출기(1)는 전동기(11)의 회전 속도를 검출한다. 전류 검출기(12)는 전동기(11)에 흐르는 전류를 검출한다. 전류 귀환 좌표 변환기(13)는 전류 검출기(12)로부터 검출되는 전류 귀환 신호를 3-2축 및 d-q축 변환하여, 벡터 제어에서의 d축 귀환 전류 성분 Id' 및 q축 귀환 전류 성분 Iq'로서 출력한다.

미끄럼 적분기(14)는 약계자 제어기(5)로부터의 2차 자속 기준 Φ2^*와 q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*로부터 산출된 미끄럼 ωs를 적분하고, θs를 산출한다.

레벨 설정부(41)는 계자 패턴 선택기(22)에서 사용되는 계자 전환 레벨로서의 토크 전류치를 계자 패턴 선택기(22)에 설정한다.

계자 패턴 선택기(22)는 q축 전류 귀환 신호 Iq^*와, 계자 전환 레벨로서의 토크 전류치를 비교하고, q축 전류 귀환 신호 Iq^*가 계자 전환 레벨로서의 토크 전류치보다도 낮은 경우에, 계자 패턴 전환 지령을 출력한다.

계자 패턴 기억부(21)는 도 10에 도시된 바와 같이 통상의 계자 패턴과, 저부하용의 계자 패턴을 갖고 있고, 계자 패턴 선택기(22)로부터의 계자 패턴 전환 지령에 기초하여, 통상의 계자 패턴을 저부하용의 계자 패턴으로 전환하고, 이 저부하용의 계자 패턴을 약계자 제어기(5)로 출력한다.

즉, 계자 패턴 선택기(22)에서는, 레벨 설정부(41)에 의해 계자 전환 레벨로서 설정되는 토크 전류치와, 전동기 제어 장치의 토크 전류분에 해당하는 q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*와의 비교를 하고, 계자 전환 레벨보다도 q축 전류 기준 신호 Iq^*가 작을 때에는, 계자 패턴 전환 지령을 계자 패턴 기억부(21)에 출력한다.

계자 패턴 기억부(21)는 계자 패턴 선택기(22)로부터 계자 패턴 전환 지령을 수신하면, 저부하용 계자 패턴을 약계자 제어기(5)에 대해 출력하고, 약계자 제어기(5)는 계자 패턴 기억부(21)로부터 출력된 저부하용 계자 패턴을 기초로 연산을 행한다.

이에 따라, 통상의 d축 계자 전류 기준 신호 Id보다 작은 d축 계자 전류 기준 신호 Id^*가 연산되는 이 d축 계자 전류 기준 신호 Id^*의 억제에 의해, q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*는 그것에 반비례하여 커지기 때문에, 전동기 전류 벡터 I₁의 크기는 변하지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이 d축 계자 전류 기준 신호 Id^*와 q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*의 상대적 비율이 거의 동일해지고, 전동기 전류 벡터각 θ1은 d축 및 q축의 거의 중간에 해당하는 벡터각 45도 부근의 크기로 제어된다.

이에 따라, 전동기의 부하가 저부하가 되는 경우에, 2차 자속각 θo에 기인하는 전류 귀환 루프의 좌표 변환 및 2-3축/PWM 변환 등 제어 계통의 연산 지연 오차에 대해, 토크 전류 성분의 비율이 높아지기 때문에 생기는 토크 정밀도 열화를 억제할 수 있다.

예를 들면, q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*가 정격에 대해 7% 정도이고, 미리 설정해 두는 계자 패턴 전환 레벨이 10%인 경우에는, 계자 패턴 선택기(22)에 의해 계자 패턴 전환이 필요하다고 판단되어, 저부하용 계자 패턴의 전환 지령이 출력된다.

그리고, 계자 패턴 기억부(21)는 이 선택 지령을 수신하면, 저부하용 계자 패턴을 벡터 제어의 d축 전류 기준 신호 연산 제어계에 대해 부여하고, 이것을 기초로 통상보다 낮은 값의 d축 계자 전류 기준 신호 Id^*가 연산된다. d축 계자 전류 기준 신호 Id^*가 억제되면, d축 계자 전류 기준 신호 Id^*에 반비례하여 q축 전류 기준 신호 Iq^*는 증가하고, d-q축 평면 상에서는 전동기 전류 벡터 I₁이 이루는 벡터각 θ₁이 증대하고, d축과 q축의 거의 중간에 전동기 전류 벡터 I₁이 위치하도록 제어된다.

이렇게, q축 토크 전류 Iq를 증가시킴에 따라, 이 전동기 전류 벡터 I₁이 거의 계자 전류 성분인 d축에 따른 형태, 즉 전동기 전류 벡터 I₁의 벡터각 θ₁이 작아짐으로써 발생하고 있는 2차 자속각 θo에 기인하는 전류 귀환 좌표 변환기(7) 및 2-3축/PWM 변환기(8)의 변환·연산 지연 오차의 영향을 억제하고, 저부하시의 토크 정밀도 열화를 개선할 수 있다.

또한, 상기 계자 패턴 기억부(21)에는, 약계자 패턴을 강제적으로 편평한 계자 패턴으로 하는 수단이 설치된다. 그리고, 전동기 부하가 소정의 낮은 영역에 달했을 때에, 도 11에 도시된 바와 같은 자속 패턴에서의 약계자 영역의 약자속 커브가 제거된 편평한 계자 패턴을 부여함으로써, 저부하 영역의 포화 패턴 근사에 의한 d축 전류 성분의 오차를 없애고, 보다 고정밀도로 안정된 토크를 출력하는 것이 가능해진다.

또한, 계자 패턴 전환 지령을 상위 주간 장치로부터 계자 패턴 기억부(21)에 대해 직접 입력해도 좋다. 이에 따라, 임의의 플랜트 조업 운전 방안에 의해 고정밀도의 토크 출력이 필요한 용도에 있어서, 제어 장치의 계자 패턴을 다단층으로 전환함으로써, 그 조업 방법·용도별 전환이 가능해진다.

＜제2 실시예＞

이어서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동기 제어 장치에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동기 제어 장치를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 전동기 제어 장치는, 제1 실시예에서 도시한 전동기 제어 장치에, 계자 전환 레이트기(23)를 설치하는 것에 특징을 갖는다.

상기 계자 전환 레이트기(23)는, 계자 패턴 기억부(21)로부터 출력되는 계자 패턴을 전환할 때에 생기는 급격한 d축 계자 전류 벡터 Id의 변화를 억제하는 것이다. 즉, 계자 전환 레이트기(23)는, 약계자 제어기(5)로부터 출력되는 2차 자속 기준 Φ2^*의 급격한 변화를 억제하기 위해, 2차 자속 기준 Φ2^*의 변화율을 소정의 값으로 억제하는 것이다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 원활한 계자 패턴 전환이 가능해지고, 급경사인 d축 계자 전류 벡터 Id의 변화를 억제할 수 있다.

＜제3 실시예＞

이어서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전동기 제어 장치에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전동기 제어 장치를 도시한 도면이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 특징은, 도 3에 도시된 레벨 설정부(41) 및 계자 패턴 선택기(22) 대신에 계자 시프트 연산기(24)를 설치한 것에 있다.

계자 시프트 연산기(24)는, 전동기 부하에 따라 계자 패턴을 동적으로 시프트시키기 위해, q축 전류 귀환 신호 Iq'의 크기로부터 전동기 전류 벡터 I₁의 벡터각 θ₁이 소정의 범위가 되도록 계자 패턴의 시프트 폭을 연산하고, 이 연산된 시프트폭을 계자 패턴 기억부(21)에 출력한다.

계자 패턴 기억부(21)은, 계자 시프트 연산기(24)로부터 출력된 시프트 폭에 기초하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 계자 패턴 전체를 상하로 시프트시킨다. 이에 따라, 벡터 제어 d-q 평면에서의 q축 토크 전류를 증가시키고, 토크 정밀도, 특히 저토크 영역에서의 정밀도를 향상시킨다.

＜제4 실시예＞

이어서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전동기 제어 장치에 대해 설명한다. 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전동기 제어 장치를 도시한 도면이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 전동기 제어 장치는, 도 3에 도시된 전동기 제어 장치에서, 약계자 제어기(5), 계자 패턴 선택기(22) 및 레벨 설정부(41)를 제거하고, 또한 전류 연산기(42)를 설치한 것이다.

전류 연산기(42)는 도 9에 도시된 바와 같이 q축 토크 전류 기준 신호 Iq^*에 기초하여, 벡터 제어에서의 전동기 전류 벡터 I₁의 벡터각 θ₁이 d-q축 벡터 평면 상의 d축 및 q축의 중간에 해당하는 벡터각 45도를 중심으로 한 어떤 원하는 범위 내가 되도록 d축 계자 전류 기준 신호 Id^*를 제어한다. 이에 따라, 토크 정밀도 면에서 능동적인 벡터 제어가 가능해진다.

예를 들면, 전류 연산기(42)는 전동기 부하에 관계없이, d축 전류 기준 신호와 q축 전류 기준 신호의 비율, 즉 전동기 전류 벡터 I₁이 d축측으로 기울 때, d축 계자 전류를 약하게 하고, 이에 따라 q축 토크 전류를 늘림으로써 이들 2개의 전류 성분의 합성 벡터인 전동기 전류 벡터 I₁이 d축과 q축의 중심 위치인 벡터각 45도에 항상 있도록 벡터 제어한다. 이에 따라, 고정밀도의 토크 출력이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 토크 정밀도의 열화를 억제하고, 고정밀도이고 안정된 토크 출력을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 계자 패턴을 전환함에 따라 벡터 제어에서의 d축 계자 전류 벡터의 크기를 최적으로 하고, 이에 따라 전동기 전류 벡터를 임의의 적절한 벡터로 한다. 이에 따라, 2차 자속각에 기인하는 전류 귀환 루프에서의 전류 귀환 좌표 변환기 및 2-3축/PWM 변환기의 변환·연산 지연 오차에 기인하는 토크 정밀도의 열화를 억제하고, 고정밀도이고 안정된 토크 출력을 실현하는 시스템의 구축이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따르면, 전동기 부하가 원하는 낮은 영역에 도달했을 때에, 자속 패턴에서의 약계자 영역의 약자속 커브를 제거한 편평한 계자 패턴을 부여함으로써, 저부하 영역의 포화 패턴 근사에 의한 d축 전류 성분의 오차를 없애고, 보다 고정밀도이고 안정된 토크의 출력을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전동기 부하의 크기에 따라 계자 패턴을 전환할 때에 임의의 레이트에 의해 제한시킴으로써, 급경사의 계자 전류 벡터 Id의 변화를 억제할 수 있다. 이에 따라, 고정밀도로 원활한 토크를 출력할 수 있어, 전동기에 접속되는 기계에 대한 부담을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전동기 부하 또는 상위 주간 장치에 의해 결정되는 조업 운전 방안에 의해 토크 정밀도를 향상시킬 필요가 생겼을 때에, 상위 주간 장치로부터 출력되는 다단층의 계자 패턴 전환 신호가 본 장치에 입력됨에 따라, 제어 장치 내의 계자 패턴을 다단층으로 전환하여 고정밀도의 토크 출력을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전동기 부하의 크기에 따라 계자 패턴 전체를 동적으로 상하로 시프트시킴으로써, 고정밀로 원활하게 안정된 토크를 출력할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 벡터 제어에서의 전동기 전류가 d-q축 벡터 평면 상의 d축과 q축의 중심에 해당하는 벡터각 45도를 기점으로 원하는 범위내가 되도록, d축 계자 전류 벡터 및 q축 토크 전류 벡터의 합성 벡터인 전동기 전류 벡터를 제어함으로써, 토크 정밀도 면에서 능동적인 벡터 제어를 실현하여 고정밀도로 원활하게 안정된 토크를 출력할 수 있다.

Claims

전동기의 회전 속도로부터 얻을 수 있는 속도 귀환 신호를 계자 패턴을 사용함으로써 2차 자속 기준 신호로 변환하는 약계자기(5);

상기 약계자기에 의해 변환된 2차 자속 기준 신호, 상기 속도 귀환 신호, 속도 기준 신호 및 토크 기준 신호에 기초하여 얻어지는 q축 토크 전류 기준 신호와, 미리 정해진 신호를 비교하고, 이 비교 결과에 기초하여 계자 패턴을 전환하기 위한 제어 신호를 출력하는 계자 패턴 선택기(22); 및

상기 계자 패턴 선택기로부터 출력된 제어 신호에 기초하여, 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴을 전환하는 계자 패턴 기억부(21)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 계자 패턴 기억부는, 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴을 강제적으로 편평한 계자 패턴으로 전환하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 계자 패턴 기억부는, 주간 장치로부터의 계자 패턴을 전환하기 위한 제어 신호에 기초하여, 강제적으로 상기 약계자기에서의 계자 패턴을 전환하는 부(section)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 약계자기에서 변환된 2차 자속 기준 신호의 변화율을 소정의 변화율의 범위로 억제하는 억제부(23)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 q축 토크 전류 기준 신호와, 상기 전동기에 흐르는 전류로부터 얻을 수 있는 d축 귀환 전류 신호와의 귀환 연산 결과를 q축 전압 기준 신호로 변환하는 제1 전류 제어기(8);

상기 2차 자속 기준 신호를 d축 계자 전류 기준 신호로 변환하는 자속 포화 패턴 생성기(6);

상기 자속 포화 패턴 생성기에 의해 생성된 d축 계자 전류 기준 신호와, 상기 전동기에 흐르는 전류로부터 얻을 수 있는 d축 귀환 전류 신호와의 귀환 연산 결과를 d축 전압 기준 신호로 변환하는 제2 전류 제어기(7); 및

상기 제1 전류 제어기에 의해 변환된 q축 전압 기준 신호와, 상기 제2 전류 제어기에 의해 변환된 d축 전압 기준 신호로부터 펄스 폭 변조 신호를 생성하고, 이 생성된 펄스 폭 변조 신호를 전력 변환기의 게이트(s)에 출력하는 변환기(9)

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
전동기의 회전 속도로부터 얻을 수 있는 속도 귀환 신호를 계자 패턴을 사용함으로써 2차 자속 기준 신호로 변환하는 약계자기(5);

상기 약계자기에 의해 변환된 2차 자속 기준 신호, 상기 속도 귀환 신호, 속도 기준 신호 및 토크 기준 신호에 기초하여 얻어지는 q축 토크 전류 기준 신호에 기초하여, 전동기 전류 벡터의 벡터각이 소정의 범위가 되도록 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴의 시프트량을 산출하는 계자 시프트 연산기(24); 및

상기 계자 시프트 연산기에 의해 산출된 시프트량에 기초하여, 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴을 시프트하는 계자 패턴 기억부(21)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제6항에 있어서,

상기 계자 패턴 기억부는, 상기 약계자기에서 사용되는 계자 패턴을 강제적으로 편평한 계자 패턴으로 전환하는 부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제6항에 있어서,

상기 계자 패턴 기억부는, 주간 장치로부터의 계자 패턴을 전환하기 위한 제어 신호에 기초하여, 강제적으로 상기 약계자기에서의 계자 패턴을 전환하는 부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제6항에 있어서,

상기 q축 토크 전류 기준 신호와, 상기 전동기에 흐르는 전류로부터 얻을 수 있는 d축 귀환 전류 신호와의 귀환 연산 결과를 q축 전압 기준 신호로 변환하는 제1 전류 제어기(8);

상기 2차 자속 기준 신호를 d축 계자 전류 기준 신호로 변환하는 자속 포화 패턴 생성기(6);

상기 자속 포화 패턴 생성기에 의해 생성된 d축 계자 전류 기준 신호와, 상기 전동기에 흐르는 전류로부터 얻을 수 있는 d축 귀환 전류 신호와의 귀환 연산 결과를 d축 전압 기준 신호로 변환하는 제2 전류 제어기(7); 및

상기 제1 전류 제어기에 의해 변환된 q축 전압 기준 신호와, 상기 제2 전류 제어기에 의해 변환된 d축 전압 기준 신호로부터 펄스 폭 변조 신호를 생성하고, 이 생성된 펄스 폭 변조 신호를 전력 변환기의 게이트(s)에 출력하는 변환기(9)

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
전동기의 회전 속도로부터 얻을 수 있는 속도 귀환 신호를 계자 패턴을 사용함에 따라 2차 자속 기준 신호로 변환하는 약계자기(5); 및

상기 약계자기에 의해 변환된 2차 자속 기준 신호, 상기 속도 귀환 신호, 속도 기준 신호 및 토크 기준 신호에 기초하여 얻어지는 q축 토크 전류 기준 신호에 기초하여, 전동기 전류 벡터의 벡터각이 소정의 범위가 되도록 d축 계자 기준 신호를 산출하는 전류 연산기(42)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제10항에 있어서,

상기 q축 토크 전류 기준 신호와, 상기 전동기에 흐르는 전류로부터 얻을 수 있는 d축 귀환 전류 신호와의 귀환 연산 결과를 q축 전압 기준 신호로 변환하는 제1 전류 제어기(8);

상기 전류 연산기에 의해 생성된 d축 계자 전류 기준 신호와, 상기 전동기 에 흐르는 전류로부터 얻을 수 있는 d축 귀환 전류 신호와의 귀환 연산 결과를 d축 전압 기준 신호로 변환하는 제2 전류 제어기(7); 및

상기 제1 전류 제어기에 의해 변환된 q축 전압 기준 신호와, 상기 제2 전류 제어기에 의해 변환된 d축 전압 기준 신호로부터 펄스 폭 변조 신호를 생성하고, 이 생성된 펄스 폭 변조 신호를 전력 변환기의 게이트(s)에 출력하는 변환기(9)

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.