KR20000055056A

KR20000055056A - 가선전압의 맥동에 의한 인버터의 출력전압 보상장치

Info

Publication number: KR20000055056A
Application number: KR1019990003499A
Authority: KR
Inventors: 정만규; 고영철; 방이석; 서광덕
Original assignee: 김형벽; 현대중공업 주식회사
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2000-09-05

Abstract

본 발명은 전동차의 전원공급선로인 직류가선에 가속 및 감속중인 차량으로 가선전압 맥동시 가선전압을 피드백하여 변동분 만큼을 인버터 주파수에 보상한 후 펄스폭을 가변시켜 줄수 있도록 한 가선전압 맥동에 의한 인버터의 출력전압 보상장치에 관한 것이다.

종래에는 전동차의 가속 또는 감속중인 차량에 의해 전원공급선로인 직류가선 전압이 맥동하게 되므로 인버터의 콘덴서 전압(Vdc)이 변동하게 되고, 이 전압에 의해 인버터의 출력전압이 불평형(Beat)하게 되어 전동차의 플럭스가 흔들리는 현상이 발생하게 되므로서, 전동기 이용자에게 불안함을 주게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하도록, 직류가선전압은 맥동을 피드백하여 그 변동분만큼 인버터의 주파수에 보상한 후 인버터 주파수를 펄스폭 변조(PWM)하여 가선전압의 변동분 만큼을 인버터주파수의 펄스폭을 가변시켜 주도록 하므로서, 직류가선의 가선전압 맥동에 의한 인버터의 출력전압을 평형하게 하여 비트현상(가선전압의 맥동에 의한 인버터의 출력전압의 변동현상)을 억제하고 가선전류 및 전동기의 전류에 의해 원할한 토크가 이루어 지도록 한 것이다.

Description

가선전압의 맥동에 의한 인버터의 출력전압 보상장치{Output voltage compensation system of the VVVF inverter for the line ripple voltage}

본 발명은 전동차의 전원공급선로인 직류가선에 가속 및 감속중인 차량으로 가선전압 맥동시 변동전압을 피드백하여 인버터의 주파수의 펄스폭을 가변시켜 그 맥동분을 보상해 주도록 한 가선전압 맥동에 의한 인버터의 출력전압 보상장치에 관한 것이다.

종래 가선전압 맥동에 의한 인버터의 출력전압 보상장치에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

전동차의 전원공급 선로인 직류가선에는 가선전압(DC 1500V)을 콘덴서에서 필터링하고, 이 필터링된 전압(Vdc)이 인버터(Inverter)에 입력된다.

그리고, 상기 인버터는 가선전압을 인버터 제어기의 구동주파수에 따라 스위칭 동작하여 모터(IM;인덕션 모터)의 구동전류를 제어하게 된다.

그러나, 직류가선으로 부터 전원을 공급받아 운행되는 전동차가 직류가선에서 가속 및 감속중인 차량이 존재할 경우, 그 가선전압(DC 1500V)이 맥동하게 되고, 그 맥동전압은 콘덴서에 필터링된 후 도 1의 (a)와 같은 파형으로 나타난다.

그러면, 상기 콘덴서에 의해 필터링된 전압을 입력받은 인버터의 출력전압(Vo)이 흔들리게 되고, 이 출력전압(Vo)으로 모터의 전류가 불평형이 발생하여 전동기의 플럭스가 흔들리는 현상이 발생하게 된다.

즉, 도 1의 (a)와 같이 콘덴서의 전압이 정,부(+,-) 싸이클에 대해 흔들리게 되면, 도 1의 (b)와 같이 비트레스(Beatless)를 제어하지 않을 때 인버터의 출력전압(Vo)이 정, 부사이클에 불평형이 발생하게 된다.

이와같이, 인버터의 출력전압이 불평형하게 되면, 전동기의 전류가 발산하여 토크맥동의 원인이 되고, 이러한 불평형 때문에 비트(Beat)현상이 발생하게 된다.

그리고, 도 3의 (a)와 같이 비트레스를 제어하지 않을 때 콘덴서전압, 가선전류, 전동기 전류, 선간전압, 토크에 대한 파형이 평형하지 않고 일정시간 지나면 제어불능상태(발산)가 된다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 가선전압을 필터링하는 콘덴서의 전압을 피드백받아 그 맥동분을 검출한 후 맥동분 만큼 인버터의 주파수에 보상하여 그 펄스폭을 가변시켜 주므로서, 인버터의 출력 정 및 부의 전압을 같게 하여 비트현상을 억제하고 전동기 전류 및 토크가 흔들리지 않도록 하여 원할한 토크 제어가 이루어 지도록 한 것이다.

도 1의 (a)는 종래 가선전압의 맥동에 의한 콘덴서의 전압파형도,

(b)는 종래 비트레스를 제어하지 않는 인버터의 출력전압 파형도,

(c)는 본 발명에 의한 비트레스 제어한 인버터의 출력전압 파형도.

도 2는 본 발명 가선전압 맥동에 의한 인버터의 출력전압 보상장치 구성도.

도 3의 (a)는 종래 비트레스를 제어하지 않는 경우 각 부의 출력파형도.

(b)는 본 발명에 의해 비트레스 제어한 경우 각 부의 출력파형도.

본 발명 가선전압 맥동에 의한 인버터 출력전압 보상장치의 구성은 도 2에 도시된 바와같이,

직류가선으로 부터 공급되는 가선전압(DC)을 필터링하는 콘덴서(C1)와, 필터링된 가선전압(Vdc)을 스위칭 출력하는 인버터(1)와, 상기 인버터(1)의 스위칭 출력에 따라 구동하는 모터(IM)(2)와, 인버터(1)의 스위칭제어를 위한 인버터주파수(f)를 출력하는 인버터 제어부(3)로 구성된 인버터 출력전압 제어에 있어서,

상기 콘덴서(C1)로 부터 필터링된 가선전압(Vdc)을 피드백받아 그 변동분 만큼을 인버터주파수(f)에 보상한 후 펄스폭 변조(PWM)시켜 상기 인버터(1)에 출력하는 비트레스 제어수단(4)을 더 포함한 구성이다.

상기 비트레스 제어수단(4)은 콘덴서(C1)에서 필터링된 가선전압을 피드백하여 그 가선전압(Vdc)의 변동분에 대한 주파수(±△f)를 출력하는 비트레스 제어부(41)와, 상기 비트레스 제어부(41)의 출력 주파수(±△f)와 인버터 제어기(3)의 주파수(f)를 연산하는 연산기(42)와, 상기 연산기(42)로 부터 출력되는 주파수(f')를 펄스폭 변조(PWM)하여 인버터(1)에 출력하는 펄스폭 변조부(43)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 가선전압 맥동에 의한 인버터의 출력전압 보상장치의 동작에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전동기의 전원공급 선로인 직류가선으로 부터 가선전압(DC 1500V)을 공급받은 콘덴서(C1)는 가선전압을 필터링하고, 이 필터링된 가선전압(Vdc)를 인버터(1)에 공급하게 된다.

이때, 비트레스 제어수단(4)은 상기 콘덴서(C1)의 양단으로 부터 필터링된 가선전압(Vdc)을 피드백하여 그 가선전압의 변동분을 검출하고, 그 맥동분에 대한 주파수(±△f)로 인버터 주파수(f)를 조절하게 되는 데,

그러면, 비트레스 제어수단(4)의 비트레스 제어부(41)는 콘덴서(C1)의 양단으로 부터 필터링된 가선전압(Vdc)을 피드백 받고, 그 피드백되는 가선전압(Vdc)의 변동분을 검출하게 된다.

여기서, 상기 변동분(V_dc-rip)은 이전의 가선전압(V_dc-F)으로 부터 일정시간(T)후 현재의 가선전압(V_dc-T)을 감산하여 검출하게 된다. 즉

또한, 상기 가선전압의 변동분(V_dc-rip)에 비례상수(K1)을 적용하여 비트레스 제어부(41)의 출력 주파수(±△f)을 계산하게 된다. 즉 ±△f = (V_dc-rip)×K1이며, 비례상수(K1)은 0.03이다.

그리고, 상기 비트레스 제어부(41)로 부터 출력되는 주파수(±△f)는 연산기(42)에서 인버터 제어부(3)로 부터 출력되는 인버터 주파수(f)와 연산(합산)되며, 이때의 연산된 주파수(f')는 변동분이 정(+)의 값을 가질 경우 그 주파수는 증가하게 되고, 부(-)의 값을 가질 경우 그 주파수를 감소하게 된다.

상기와 같이 연산기(42)에 의해 연산된 주파수(f')는 펄스폭 변조부(43)에 입력되어 펄스폭 변조(PWM)시킨 다음 인버터(1)의 스위칭을 제어하기 위한 구동주파수로 출력된다.

따라서, 인버터(1)에 입력되는 가선전압의 변동분을 그 구동주파수(f')의 펄스폭(PWM)을 제어하여 가선전압의 변동에 대해 안정적인 출력전압으로 모터를 구동전류를 제어하게 된다.

다시말하면, 도 1의 (a)와 같은 콘덴서(C1)의 전압(Vdc)에 대해 도 1의 (c)와 같이 인버터(1)의 출력전압(Vo)에 대한 펄스폭(PWM)을 증가(大) 또는 감소(小)시켜 그 정 및 부 사이클에서 평형하게 되도록 한다.

또한, 상기와 같이 비트레스를 제어로 인해 인버터(1)의 출력전압(Vo)이 평형하게 되므로, 도 3의 (b)에 도시된 각 부의 출력파형과 같이, 가선된 비트현상을 억제하고 전동기 전류 및 토크의 안정적인 제어가 가능하게 하고 가선전류가 흔들려 발산되는 현상이 없게 된다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명은 가선전압의 비트현상을 억제하기 위해 필터링된 가선전압을 피드백하여 그 전압의 맥동분 만큼을 인버터의 주파수에 보상하여 펄스폭 변조시켜 인버터의 출력전압이 정 및 부의 전압이 같게하므로서, 전동기의 플럭스 및 비트현상을 방지하고 원할한 토크제어가 가능하게 하여 안정된 승차감을 갖게 하는 효과가 있다.

Claims

직류가선으로 부터 공급되는 가선전압을 필터링하는 콘덴서와, 필터링된 가선전압을 스위칭 출력하는 인버터와, 상기 인버터의 스위칭 출력에 따라 구동하는 모터와, 인버터의 스위칭 제어를 위한 인버터주파수를 출력하는 인버터 제어부로 구성된 인버터 출력전압 제어에 있어서,

상기 콘덴서로 부터 필터링된 가선전압을 피드백 받아 그 변동분 만큼을 인버터주파수에 보상한 후 펄스폭 변조시켜 상기 인버터에 출력하는 비트레스 제어수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 가선전압의 맥동에 의한 인버터의 출력전압 보상장치.
제 1항에 있어서, 상기 비트레스 제어수단은 콘덴서에서 필터링된 가선전압을 피드백하여 그 가선전압의 변동분에 대한 주파수를 출력하는 비트레스 제어부와, 상기 비트레스 제어부의 출력 주파수와 인버터 제어기의 주파수를 연산하는 연산기와, 상기 연산기로 부터 출력되는 주파수를 펄스폭 변조시켜 인버터에 출력하는 펄스폭 변조부로 구성시킨 것을 특징으로 하는 가선전압의 맥동에 의한 인버터의 출력전압 보상장치.