KR20010052601A - 전자 스위칭을 갖는 다상 전동기에 전력을 공급하는 방법,및 그것을 구현한 공급 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전원 (A) 으로부터 전자 스위칭을 갖는 다상 전동기에 전력을 공급하는 방법으로서, 전원 (A) 의 다운스트림을 수동 전기 필터링하는 단계, 전원 (A) 에 의해 공급된 전압을 변환하여, 스위칭 상태들의 각 조합이 변환 구성을 정의하는, 온-상태 또는 오프-상태를 나타내는 제어가능한 스위치들의 세트를 이용하여, 전동기 (M) 위상에 전력을 공급하는 단계, 및 전류 세트값 (Icons) 과 세트값에 의해 개시된 엔진 (M) 의 자화 및 비자화 주기의 시퀀스에 기초하여 공급 전류를 조절함으로써, 위상들을 자화 또는 비자화하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 적어도 하나의 사이클 시퀀싱 주기에 대해, 다수의 변환 구성 커플들을 더 포함하므로, 공급 평균 전류는 전류 세크값 (Icons) 을 가장 잘 감시할 수 있게 된다. 본 발명은 가정용 전기기구들에 전력을 공급하는 데에 유용하다.

Description

전자 스위칭을 갖는 다상 전동기에 전력을 공급하는 방법, 및 그것을 구현한 공급회로{METHOD FOR POWERING A POLYPHASED ELECTRIC MOTOR WITH ELECTRONIC SWITCHING, AND SUPPLY CIRCUIT FOR IMPLEMENTING SAME}

설명

본 발명은 전자 스위칭을 갖는 다상 전동기에 전력을 공급하는 방법에 관한 것이다. 이는 또한 상기 방법을 구현하는 공급회로를 주제로 한다.

단상 섹터망으로부터 전자 스위칭을 갖는 다상 전동기의 전력공급은 일반적으로 상기 전동기의 상이한 위상들에 전력을 공급하기 위해, 픽업(pick-up)으로부터 생성되는 위치에 관한 세트값과 정보에 기반하여 이루어지는 전자 스위칭 수단을 포함하는 정류 단계와 변환 단계를 일반적으로 포함한다. 본 발명은 더욱 특히 (그러나 비제한적으로)전력 변환기에 의해 전력이 공급되는 전자 스위칭에 대해 가변 자기저항을 갖는 전동기의 경우를 다룬다.

전자 스위칭을 갖는 전동기에 전력을 공급하는 현재의 방법들에서는, 전원으로부터 방출되는 전류에서 주파수 섹터의 다중 주파수에 속할 수 있는 교란이 발생하여, 이로 인해 CEI 61000-3-2 기준에 의해 허용된 전류의 배음(harmony) 값이 초과될 수 있다. 이러한 문제는 현재 공급전류를 여과하여 섹터의 주파수보다 높은 전류의 배음에서 그를 제거함으로써 해결될 수 있다. 예를 들면, 수동(필터 L, C에 기반한) 또는 능동(PFC 형 : "Power Factor Correction" ) 필터가 정류 단계와 변환 단계 사이에 삽입될 수 있다. 변환 단계 이전에 PFC 필터를 첨가하면, 제어 전력이 수백 와트(Watt)를 초과할 때, 현저하고 제한적인 초과전기값이 발생한다.

본 출원인의 특허출원 FR 2 744 577 에 따르면, 정류된 전원으로부터 전자 스위칭에 대해 가변 자기저항을 갖는 다상 전동기에 전력을 공급하기 위한 방법은 각 위상에 있어서 정류된 전압이 위상에 적용되는 자화 시퀀스, 정류된 전압의 역상이 위상에 적용되는 비(非)자화 시퀀스, 정류된 전원에 의해 방출되는 전류에 영향을 끼치는 교란의 탐지, 및 그러한 탐지에 반응하여, 적어도 하나 이상의 위상 속에 현재 비축된 자기 에너지가 상기의 것(들) 안에 상당량 유지되고 있는 프리 휠(free wheel) 시퀀스를 포함한다.

따라서, 현 공급 방법은 전동기가 자유롭게 기능을 발휘하지 못하기 때문에 또는 값비싼 여과 장치를 요구하기 때문에 완전히 만족스럽지 않다는 것이 확인된다. 특히, 상기 변환기의 공급전류의 효과적인 자동제어를 보여주는 만족스러운 경제적 해결책은 실제로 존재하지 않는다.

본 발명의 목적은 전자 스위칭을 갖는 전동기에 전력을 공급하기 위한 방법을 제안함으로써 상기 단점들을 극복하는 것이며, 예컨대 PFC 와 같은 능동 필터 장치에 의존하지 않고 전자기적 양립에 관한 현재의 한계점들을 해소하려는 목적으로 현 재의 방법들보다 훨씬 수월한 제어를 얻게 한다.

전원으로부터 전자 스위칭을 갖는 다상 전동기에 전력을 공급하기 위한 방법을 통해 상기 기술된 목적이 달성될 수 있으며, 이는 하기의 것을 포함한다.

- 상기 전원으로부터 방출되는 공급전류의 급변동을 감소시키기 위해 전원 뒤에 오는 수동 전기 필터링,

- 상기 스위칭 상태의 각 조합이 변환 구성을 정의하는, 온-상태 또는 오프-상태를 나타내는 제어가능한 스위치 세트를 이용하여, 전동기의 위상들에 전력을 공급하기 위해 전원에 의해 공급된 전압의 변환,

- 두 개의 변환 구성을 교대로 실행하면서, 전류 세트값의 수준으로 공급 전류를 통제,

- 공급 평균 전류의 측정,

- 위상의 자화 또는 비자화 세트값에 의해 개시된 전동기 위상의 자화 및 비자화 사이클 시퀀싱(각 사이클은 주기 내에서 상기 자화 또는 비자화 세트값들이 변하지 않는 복수의 시퀀스 주기를 포함한다.).

발명에 따르면, 상기 방법은 또한 하나 이상의 사이클 시퀀싱 주기에 대해 다수의 변환 구성 커플을 포함하므로, 공급 평균 전류는 전류 세트값을 가장 잘 감시할 수 있게 된다.

그리하여, 상기 공급방법은 적은 비용으로 전력 계수를 최적화시키고 전자기적 양립의 한계점들을 해소하는데 기여하는 공급전류를 효과적으로 조절하게 해준다. 게다가, 본 발명에 따른 공급방법은 전동기에 의해 발생하여 퍼지는 청각적 소음을 상당량 줄여준다.

여기에서 도중에 시퀀서에 의해 전달되는 명령과 세트값이 변하지 않는 시간 주기가 시퀀싱 주기에 의해 정의된다. 시퀀싱 주기 내에서 연속적인 두 구성커플이 동일한 또는 상응하는 구성을 가질 수 있다는 것에 주목해야 한다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 구현 형태에서, 상기의 것은 또한 두 공급 전류값이 가능한한 전류 세트값에 가깝게 산출되도록 하고 위상의 자화 또는 비자화 세트값을 계산하기 위해 조정된 구성 커플의 선택을 포함한다.

또한 본 발명에 따른 전력 공급 방법은 자화 또는 비자화의 세트값과 관련하여 미리 정의된 연속된 구성커플들을 유리하게 포함할 수 있다.

또한 진행 중인 구성커플이 두 공급 전류가 더 이상 전류 세트값 수준으로 산출되도록 보장할 수 없을 때, 진행 중인 구성 커플로부터 뒤따르는 구성 커플까지의 통행로를 예견해 볼 수 있다.

주기가 시작될 때마다, 최종 능동 구성 커플과 관련하여 미리 정의된 연속되는 구성 커플들에 속하는 최초 구성 커플을 결정한 후에, 상기 최초 구성 커플의 실행을 예측하는 것이 유리하다.

선택된 구성 커플의 구성 중의 하나는 예를 들어 하나 이상의 프리 휠(free wheel)상태를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 공급 방법을 구현하는 특별한 형태에서, 시퀀싱 주기 내에서 연속적인 두 구성 커플이 전동기의 위상에 있어 상당히 동일한 퍼텐셜의 차이를 만들어내는 동일하거나 또는 상응하는 구성을 가진다고 예측될 수 있다.

첫 번째 실시방법에서 전원은 정류된 대체 전원이고, 전류 세트값은 공급 전압으로 위상에서 상당히 정류된 사인(sine)과 유사한 형태를 나타낸다.

두 번째 실시방법에서 전원은 상당히 불변적인 전원이고, 전류 세트값은 상당히 지속적인 형태이다.

발명의 다른 측면에 따르면, 전압 전원으로부터 전기 스위칭을 갖는 다상 전동기에 전력을 공급하기 위한 회로가 제안되며, 이 회로는 발명에 따른 방법을 수행하고 하기의 것들을 포함한다.

- 상기 전원에 의해 방출된 공급 전류의 급변동을 감소시키기 위해 전원과 직렬 상에 놓인 수동 전기 필터링 수단,

- 여과된 공급 전원으로부터, 전동기의 위상들에 전력을 공급하기 위한 변환기 (이 변환기는 스위칭 상태들의 각 조합이 변환 구성을 정의하는 온-상태 또는 오프-상태를 나타내는 제어가능한 스위치를 포함한다.),

- 변환기의 공급 평균 전류를 구하기 위한 수단,

- 전류의 세트값 및 전류 측정과 관련하여, 상기 논리 신호에 반응하여 두 변환 구성 커플을 교대시키는 논리 제어신호를 생성하기 위해 조정된 공급전류를 조정하기 위한 수단, 및

- 위상의 자화 또는 비자화 사이클을 정의하는 세트값의 논리 신호를 생성해내는 위상 시퀀서 (각 사이클은 주기 내에서 모든 위상에 대해 시퀀서가 운반한 세트값이 변하지 않는 다수의 시퀀싱 주기로 나누어진다.)

발명에 따르면, 상기 회로는 또한 위상 시퀀서와 변환기 사이에 배치되고, 위상 시퀀서에 의해 정의된 각 시퀀싱 주기에 대해 다수의 구성 커플을 연속적으로 포함하여 공급 평균 전류가 전류 세트값을 가장 잘 감시할 수 있도록 조정된 선택 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

위상 시퀀서는 전동기의 회전방향과 전동기에 바람직한 평균 기계 커플의 방향과 관련하여 위상의 자화 또는 비자화 사이클을 정의하는 세트값의 논리 신호를 생성한다.

선택 장치는 바람직하게 공급 전류의 두 값이 전류 세트값 부근에서 산출되도록 하는 구성 커플을 선택하기 위하여 및 위상의 자기화 또는 비자기화 세트값을 계산하기 위하여 조정된다.

발명의 다른 특징과 이점들은 하기의 설명에서 더 나타날 것이다. 제한적이지 않은 예시들로서 주어진 첨부 도면들에서:

- 도 1은 발명에 따른 공급 회로의 도면이다;

- 도 2A와 2B 는 변환기의 공급 평균 전류를 조정하는 두 가지 방법을 설명한다;

- 도 3은 발명에 따른 전력 공급 방법의 가장 일반적인 형태의 구현에 대응하는 기구 편성표이다;

- 도 4는 발명에 따른 전력 공급 방법의 특별한 구현에 대응하는 기구편성표이다;

- 도 5A 는 회전 플러스방향에서, 여섯 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적이지 않은 3상 전원의 경우에 있어서 구성 커플들 사이에서의 특징적인 전이들을 나타내는 표이다;

- 도 5B 는 회전 반대방향에서, 여섯 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적이지 않은 3상 전원의 경우에 있어서 구성 커플들 사이에서의 특징적인 전이들을 나타내는 표이다;

- 도 5C 는 두 가지 회전방향에서, 여섯 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적인 3상 전원의 경우에 있어서 구성 커플들 사이에서의 특징적인 전이들을 나타내는 표이다;

- 도 6 은 회전 플러스방향에서, 여섯 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적이지 않은 3상 전원의 경우에 실행된 효과적으로 연속된 구성 커플들의 예를 설명한다;

- 도 7A 내지 7D 는 제각기 도 6 에서 나타난 연속된 커플들에 대응하는 구성 커플들 (V5, W3, W4 및 W5) 을 설명한다;

- 도 8 은 네 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적이지 않은 3상 전원의 경우에 있어서의 구성 커플의 예를 설명한다;

- 도 9A 와 9B 는, 회전 반대방향 및 회전 플러스방향 각각에서, 네 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적이지 않은 3상 전원의 경우에 있어서 구성 커플들 사이에서의 특징적인 전이들을 나타내는 표이다;

- 도 10 은 회전의 두 방향에서 네 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적인 3상 전원의 경우에 있어서 구성 커플들 사이에서의 특징적인 전이들을 나타내는 표이다;

- 도 11 은 네 개의 트랜지스터를 갖는 2상 전원의 경우에 있어서의 구성 커플의 예를 설명한다;

- 도 12 는 회전의 두 방향에서 네 개의 트랜지스터를 갖는 2상 전원의 경우에 있어서 구성 커플들 사이에서의 특징적인 전이들을 보여주는 표이다;

- 도 13 은 회전의 두 방향에서 세 개의 트랜지스터를 갖는 2상 전원의 경우에 있어서 구성 커플들 사이에서의 특징적인 전이들을 보여주는 표이다;

- 도 14 는 여덟 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적이지 않은 두가지 방향의 2상 전원의 경우에 있어서 구성 커플의 예를 설명한다;

- 도 15는 회전 플러스방향에서 여덟 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적이지 않은 두 가지 방향의 2상 전원의 경우에 있어서 구성 커플들 사이에서의 특징적인 전이들을 보여주는 표이다;

- 도 16 은 회전 반대방향에서 여덟 개의 트랜지스터를 갖는 대칭적이지 않은 두 가지 방향의 2상 전원의 경우에 있어서 구성 커플들 사이에서의 특징적인 전이들을 나타내는 표이다;

- 도 17 은 발명에 따른 공급, 전동기의 위상에서의 전류 및 변환기의 공급 전류의 회로로 둘러싸인 변환기로부터 제어되는 스위치의 제어 신호들의 상세한 연대표 기록이다;

- 도 18 은 지속되는 전원의 경우에 발명에 따른 공급, 전동기의 위상에서의 전류 및 변환기의 공급 전류의 회로로 둘러싸인 변환기로부터 제어되는 스위치의 제어 신호들의 상세한 연대표 기록이다; 및

- 도 19 는 대체 전원의 경우에 발명에 따른 공급, 전동기의 위상에서의 전류 및 변환기의 공급 전류의 회로로 둘러싸인 변환기로부터 제어되는 스위치의 제어 신호들의 상세한 연대표 기록이다;

이하, 도 1을 참조하여, 발명에 따른 공급 회로의 실시예가 제시될 것이다. 공급 회로 (1) 는 전원 (A) 이 입구에 연결되어 있는 필터 (2) 와 전자 스위칭을 갖는 다상 전동기 (M) 의 위상에 전력을 공급하는 통상적인 구조의 전력 변환기 (3) 를 포함하는 전력 변환 사슬을 함유한다. 공급 회로 (1) 는 또한 평균 전류 조절기 (6) 을 포함하는 통제 및 제어 회로 (10), 변환기 (3) 에 적용되는 변조 논리 신호 생성회로 (5), 위상 시퀀서 (7) 및 변환기 (3)에 적용되는 구성 커플을 선택하는 선택장치 (100) 를 포함한다.

다음 설명에서, 동일 구성 커플 내에서 논리 상태 (1) 가 논리 상태 (0) 에 의한 상기 생성물보다 높은 공급 전류의 생성에 대응한다는 것이 확실해질 것이다.

발명에 따른 공급 회로의 실시예에서, 필터 (2) 는 (L, C)형(통상적으노 L=1 mH 및 C=4.7㎌ 의 값을 갖는다.)의 필터이다. 상기 필터에서는 필터 전의 평균 전류가 필터 후의 평균 전류와 거의 같다고 알려져 있다.

위상 시퀀서 (7) 는 커플의 신호와 회전 방향의 세트값 및, 예를 들어 위치 픽업(pick-up)에서 생성되는 주기 생성 데이터를 받아들인다. 조절기 (6) 는 변환기 (3) 의 공급 전류 측정기 (4) 의 정보와 전류 세트값 (Icons) 을 받아들이고, 이 두 정보는 또한 위상 시퀀서 (7) 에 연결되어 있는 선택 장치 (100) 에 적용된다.

바람직한 구현 형태에서, 평균 전류 조절기는 바람직하게 도 2A 에서 표현된 것과 같은 최초 구조 (20) 를 나타내며, 이는 변환기의 공급전류 측정기와 전류의 세트값 사이의 성분 감수 (21; component subtracter), 변환 MLI 사이클에 대해 결과가 직접적으로 논리 신호를 생성해내는 주파수 제한기 (24), 0 에서의 비교 측정 회로 (23) 및 회로적분기 (22) 를 포함한다.

다양한 실시예에서, 상기 조절기는 또한 도 2B 에 의해 설명된 다른 구조를 나타낼 수도 있으며, 이는 변환기의 공급 전류 측정의 중간값을 제공하기 위한 중재회로 (31), 예를 들어 R, C 형, 평균 전류 측정과 전류 세트값 사이의 비교 측정 회로 (32) 및 주파수 제한기 (24) 를 포함한다.

이하, 도 3 을 참고하여, 선택 장치 중심부에서 가장 일반적으로 구현된 발명에 따른 공급 방법의 기본 단계를 기술한다.

시퀀서 (7) 은 지속기간이 주기 내에서 자화 또는 비자화 세트값이 변하지 않는 시퀀싱 주기(T)를 정의하는 모든 SL 논리 신호를 생성한다. 선택 장치 (100; 도 1) 은 논리 수요들을 계산하고 가능한 모든 구성들 사이에서 시퀀서의 수요를 감시할 수 있게 해주는 구성 1 내지 구성 M 의 모든 M 구성을 선택한다. 선택된 각각의 구성에 대해, 특히 위상 전류를 측정하면서, Iconf1 내지 IconfM 의 변환기 공급의 전류가 계산된다. 그리고나서, 계산된 전류 (Iconf) 와 전류 세트값 (Icons) 사이의 차이와 같은 전류 에러(Ierreur)에 대한 계산이 실행된다. 만약 전류 에러가 0보다 크다면,를 최소화시키는 구성이 선택되고, 상기 구성은 제어 MLI 의 논리 상태 1 에 연결된다. 만약 에러가 0보다 작다면,를 최소화시키는 구성이 제어 MLI의 논리 수준 0 에 연결될 것이다. 그렇게 선택되어진 두 가지 구성은 구성커플[구성 X, 구성 Y]를 구성한다.

도 4에 의해 단순화되어 제시된 설명에 대응하는 발명에 따른 공급 방법의 실시예 중, 새로운 주기에 대응하는 시퀀서 (7) 의 새로운 수요에 대한 각 계산에서, 사용된 최종 구성 커플이 기억된다. 미리 정의된 연속하는 구성 커플이 상기 새로운 수요에 양립하는 기억 속에서 생성된다 : 커플 1=구성 1/구성 2, 커플 2=구성 3/ 구성 4....커플 C= 구성 P/구성 Q. 이러한 연속 상에서 최초 구성커플이 선택되고, 및 제어 MLI가 논리수준 0 인 동안 변환기 (3) 의 공급 전류가 측정된다. 만약 변환기의 공급 전류가 전류 세트값 (Icons) 보다 낮다면, 선택된 커플이 유지된다. 반대로, 만약 공급전류가 전류 세트값보다 높다면, 선택된 구성 커플은 커플의 연속선 상에서 다음에 오는 커플로 교체된다.

이하, 도 5 내지 13, 및 17 내지 19 를 참고하여, 전력 변환기의 통상적인 구조 및 변환 자기저항을 지니는 전동기의 일상적인 공급 방법에 대응하는 구성 커플 선택에 관한 실제적 예들이 주어질 것이다. 상기 도면들에 있어서, 동일한 구성요소 또는 커플에 대해 공통적인 참조가 체계적으로 이용될 것이라는 것에 주목해야 한다.

우선, 도 5A 내지 7D 를 참조하여, 3상 전동기에 전력을 공급하기 위해 여섯 개의 트랜지스터 (T1-T6) 를 갖는 전력 변환기 (50) 가 고려된다. 상기 전력 변환기는 지속적인 전원 (E) 에 사전에 연결되어 있으며 (L, C)형의 필터링 단계를 포함한다. 상기 변환기는 각각 프리 휠의 두 개의 2극관을 갖춘 비대칭적인 3개의 해프-브리지들(half-bridges)의 통상적인 구조를 나타내며, 3상 전원을 갖는다.

도 5A 에 제시된 첫 번째 표는 상기 공급 구조에 대해 플러스방향으로 사용된 모든 공급 커플들을 나타낸다. 공급된 전동기의 세 위상(U, V 및 W)에 대응하는 세 개의 행과 특징적인 시퀀스에 대응하는 여섯 개의 열을 포함하는 상기 표는 따라서 사이클 비율이 0 내지 100% 일 수 있고 계수 α에 의해 표현될 수 있는 제어 MLI 와 변환기의 트랜지스터 상태의 특정한 조합에 각각 대응하는 18개의 구성커플을 재집합시킨다. 상기 표의 각각의 경우에서 변환기의 공급 전류식이 나타내어 진다.

그래서, (W, 4)의 경우에 공급 전류는 다음 관계에 의해 표현된다 :

-Iu -αIv + Iw

식 중, Iu, Iv 및 Iw 는 개별적으로 계수 α가 0 과 1 사이에서 연속적인 형태로 변화하는 위상들(U, V 및 W)에 주입된 전류를 나타낸다. 0 인 계수 α가 프리 휠의 상태에 대응하는 동안, 1 인 계수 α는 자기화 (+I) 또는 비자기화 (-I)에 대응할 수 있다.

하나의 행으로부터 다른 행까지의 통행로는 각각 새로운 시퀀싱 주기에 대해 만들어지고, 따라서 시퀀서 (7) 에 의해 관리된다. 행 내부에서, 한 열에서 뒤따르는 한 열까지의 통로는 진행 중인 구성 커플이 더이상 적절하지 않다는 것을 탐색하는 동안에 선택 장치에 의하여 형성된다.

각 표에 명시된 화살표는 주기 교체 기간 동안 최초 구성 커플의 선택을 가르킨다. 각각 구성 커플의 전이 시, 전환기의 평균 공급 전류가 지속된다는 것에 주목해야 한다.

시퀀서에 의해 요구되는 방향이 역류하는 동안에는, 도 5B 에서 예로 제시된 것 같은 대응하는 표가 참조된다. 회전의 두 방향에서 사용될 수 있는 상기 대칭적인 시퀀스를 정의하는 것이 가능한데, 이러한 경우 도 5C 에 의해 제시된 독특한 표가 참조된다.

이하 도 6 및 도 7A 내지 7D 에 의해 설명된, 회전 플러스방향에서 연속적인 구성 커플들의 실시예가 제시될 것이다.

예를 들어 전류식 -Iu + αIv - Iw 에 의해 도 6 의 표 중 행 (Ⅴ)과 열 (5) 에서 나타난 V5 라고 불리는 최초 구성 커플이 고려된다. 상기 최초 구성 커플 속에, 두 개의 위상(U 및 W)이 비자화되는 동안에 변조 MLI 에서는 전동기의 위상(V)가 자화된다. 상부 트랜지스터 (T3) 가 변조 MLI 에서 제어되는 동안 변환기의 브랜치(branch)(V)의 하부 트랜지스터 (T4) 는 온-상태에서 지속된다.(도 7A)

시퀀서 (7) 가 위상 (V) 에서 위상 (W) 까지의 스위칭에 대응하는 새로운 시퀀싱 주기를 정리하는 동안, 도 6 의 표는 적절한 화살표를 통해 도 7B 에 의해 설명된 커플 (V5) 로부터 커플 (W3) 까지의 통행로를 가르킨다. 상기 두 번째 구성 커플에서, 위상 (U) 는 비자화되고 위상 (W)가 영구히 공급되는 동안, 위상 (V)는 상부 트랜지스터 (T3) 의 제어 MLI에 의해 통제되면서 자화된다. 표의 동일한 행에서 두 번째 구성 커플 (W3) 로부터 뒤따르는 구성커플 (W4) 까지의 통행로는 전류 에러의 최소화의 조건과 관련하여 선택 장치에 의해 제어된다. 상기 새로운 구성 커플 (W4)(도 7C) 에서, 브랜치 (V) 의 상부 트랜지스터 (T3) 가 개방된 채로 유지되는 동안, 하부 트랜지스터 (T4) 는 MLI 방식에서 제어되며, 이는 롤링 업(rolling up) V 를 통제된 프리 휠를 통해 비자화시킨다. 이러한 경우에 트랜지스터 (T3) 및 (T4) 의 제어를 거꾸로 뒤집는 것이 가능하며, 이는 상응하는 구성 커플을 산출한다. 그리고 나서, 선택 장치 (100) 의 지시 상에서, 두 개의 위상 (U) 와 (V) 가 완전히 비자화되고 위상 (W) 는 브랜치 (W) 의 상부 트랜지스터 (T5) 의 제어 MLI 에 의해 통제되는 자화 상황에 놓이는 구성 커플 (W5; 도 7D) 로 옮겨간다. 일반적으로 상기 구성 커플에 있어서 시퀀서 (7) 가 위상 (W) 에서 위상 (U) 까지의 스위칭에 상응하는 새로운 시퀀싱 주기를 정리할 때까지 유지된다.

또한 도 8 에서 제시되는 통상적인 구조에 따라 네 개의 트랜지스터와 네 개의 2극 진공관을 포함하는 전력 변환기 (60) 를 위해 발명에 따른 공급 방법이 적용될 수 있다. 상기 구성에 대응하는 구성커플은 트랜지스터 (T1-T4) 의 논리 상태[1011]에 연결된 첫 번째 구성과 논리상태[1001]에 연결된 두 번째 구성을 포함한다. 상기 공급 방식에서는, 도 9A 및 9B 가 설명하는 것처럼 각각 회전방향이 단지 여섯 개의 공급 커플만을 통과한다. 또한, 도 10 에서 나타난 구성커플 표를 참조하면, 네 개의 트랜지스터를 갖는 상기 변환기의 구조를 지닌 대칭적인 3상 전원이 예측될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 방법은 전기 스위칭을 갖는 2상 전동기에 전력을 공급하기 위해 실행될 수 있다. 비대칭적인 두 해프 브리지로 구성되고 반드시 대칭적인 공급에 부응하는 전력 변환기 (70) 에 대한 적용의 첫 번째 예에서, 도 11 및 12 를 참조하여, 연속적인 구성 커플들이 두 회전 방향에 대해 화살표로 표시된 전이에 따라 연속적으로 통과할 수 있는 8개의 구성 커플을 포함한다. 도 11 에서 보여지는 구성 커플은 전류식 -αIu+Iv 가 대응하는 커플 (V2) 이다.

또한 세 개의 트랜지스터를 갖는 배선을 갖는 반드시 대칭적인 2상 공급 방식이 도식화될 수 있으며, 이 공급 방식은 도 13 에서 나타나는 4개의 구성 커플을 만들어낸다.

예를 들어, 도 14 를 참조하면, 각각의 회전방향에 대해 전기 스위칭을 갖는 자기 전동기 또는 비동기식 전동기를 조종하기 위해 사용될 수 있는, 2개의 완전한 브리지들만으로 구성된 8개의 트랜지스터 (T1-T8) 를 갖는 변환 수단 (80) 에서 실현된 대칭적이지 않은 두 가지 방향의 2상 공급의 경우에, 도 15 및 16 에 나타나 있는 연속적인 16개의 구성 커플들이 각각의 회전 방향에 연결된다. 상기 공급 방식에서, 2상 전동기의 각각의 롤링 업은 하나의 방향 또는 다른 하나의 방향에서 공급될 수 있으며, 이는 두 개의 위상에서 공급 전압의 적용의 상이한 혼합체에 대응하는 4개의 행 (U+, V+, U-, V-) 을 통해, 도 15 및 16 의 표에서 제시되는 네 개의 사이클 주기를 만든다. 도 14에서 보여지는 구성 커플은 따라서 커플 (V+2)의 영역 하에 지정될 수 있고 전류식 -αIu⁺+Iv⁺에 대응할 수 있다.

발명에 따른 공급의 방법의 상세한 수행은 도 17 내지 19 의 연대표 기록에 의해 설명된다. 그래서, 도 17 에서 제시되며 도 6 의 표에 의해 설명된 변환기의 구조에 연결된 공급 전파의 형태는 구성 커플 (V5) 에 대응하는 전류의 스위칭 MLI의 처음 영역, 새로운 시퀀싱 주기의 경우에 시퀀서 (7) 에 의해 제어되는 위상의 스위칭에 의해 시작되어 상기 주기 안에서 구성 커플 (W3) 의 첫번째 영역에 대응하는 두 번째 영역, MLI=0 수준에서 측정된 전류가 전류의 세트값을 초과하는 동안에 시작되어 구성 커플 (W4) 에 대응하는 세 번째 영역 및 MLI=0 수준에서 측정된 전류가 다시 전류 세트값을 초과하는 동안에 시작되어 구성커플 W5 에 대응하는 네 번째 영역을 포함한다. 상기 구성 커플은 새로운 연속적인 구성 커플 (U3, U4 및 U5) 을 개시하기 위해 위상 스위칭의 지시가 시퀀서 (7) 에 의해 전달되자마자 끊어진다. 상기 구성 커플의 스위칭 과정은 위상의 스위칭에도 불구하고 상이한 공급 주기동안 공급 평균 전류 (Ialim) 를 전류 세트값 (Icons) 수준으로 효과적으로 확실하게 통제한다.

변환기의 동일한 브랜치, 이경우에는 브랜치 W, 의 상부 및 하부 트랜지스터의 개별적인 제어로부터 나오는 논리 신호 C(TL), C(TH) 의 관찰을 통해 상부 및 하부 트랜지스터가 시퀀싱 주기 (T) 가 끝난 후에도 MLI 에서 제어되는 상태로 남아있다는 것을 알 수 있다.

만약 도 18 에 참조하여 발명에 따른 공급 방법으로 제어되는 전압 변환기의 특징적인 파형이 지금 관찰된다면, 하위 IGBT 트랜지스터의 제어 C(TL)의 논리 신호는 통상적인 총안 형태를 나타내는 동안에, 연결된 상위 IGBT 트랜지스터 제어 C(TH)의 논리 신호는 끊기지 않은 첫 번째 부분과 높은 주파수에서 변조 MLI에 대응하는 두 번째 영역을 포함하는 총안(crenel) 형태를 나타낸다.

위상 내 전류는 (Iphase) 사이클의 시작에서 하위 트랜지스터의 제어가 지속되는 나머지 기간 동안에 "통제 MLI 하"에서 감소하는 첫 번째 영역, 상위 트랜지스터제어의 말단 상의 "통제 하"에서의 영역, 미리 정의된 두 트랜지스터의 제어의 범위를 벗어나 제어 MLI 하에서 감소하는 영역, 그리고 마지막으로 사이클의 끝에서 전류가 소멸되는 부분에 의해 수반되는 끊기지 않은 상승파를 포함하는 파형을 보여준다. 변환기의 공급 전류 (Ialim) 가 지속적인 전류 세트값 수준으로 통제되며, 이는 발명에 따른 공급 과정에 효력을 부여한다.

발명에 따른 공급 과정의 효력은 또한 정현곡선의 전류 세트값을 감시해야하는 공급 전류의 경우에 효과적이다. 측정된 공급 전류 (Ialim) 은, 위상 전류 (Iphase) 가 상당히 불규칙한 파형을 보여주는 가운데, 도 19의 연대표 기록이 설명하는 것처럼 상대적으로 약한 진폭의 변조 MLI 에서 상당히 정현곡선을 그리는 속도를 나타낸다.

발명에 따른 공급 방법으로 단순화된 실행이 임펄스 폭변조 (MLI) 에서 단 하나의 스위칭으로 변환기의 연속적인 세 구성 커플을 효과적으로 선택하게 해준다는 것에 주목해야 한다. 그러나 상기 실행은 예외적인 경우 예컨대 시퀀서에 의해 운반되는 전류값이 갑자기 바뀔 때에는 구성 커플들이 연속적이지 않다는 문제점을 제기한다. 예로서, 회전 방향에 대한 반대방향의 수요를 들 수 있다. 이러한 경우, 구성 커플의 시퀀스는 정상적으로 진행될 시간을 갖지 못하고 최초 구성 커플은 더 이상 변환기에 의해 소모되는 전류를 지속시키지 못한다.

일반적으로, 발명에 따른 공급 방법은 전기 스위칭을 갖고 있는 전동기(MCE), 자기 동기화 전동기 또는 광주리형으로 감은 선을 가진 비동기 전동기의 모든 형태에 사용될 수 있다. 전동기의 위상 수는 예를 들어 2, 3, 4 또는 5일 수 있다.

스위칭 IGBT에 적용되는 동안 신호 MLI에 대한 통상적인 주파수대는 10 kHz 및 50 kHz 이다.

방금 전의 설명은 단지 매우 특별한 기능에 대한 예만을 다루고 있으며 세 가지 위상은 각 열에 대해 독립적으로 그 어떤 에너지 상태도 인지할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 특히, 위상의 회복이 도식화될 수 있다.

물론, 발명은 상기 기술된 예에 제한되지 않으며 많은 장치들이 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기 예들에 사용될 수 있다. 따라서, 이 방법에 의해 전력을 공급받는 전자 스위칭을 갖는 전동기의 쌍극과 위상의 수는 중요하지 않을 수 있다. 게다가, 발명에 따른 방법은 자화 및 비자화 시퀀스의 초기의 각도의 조절에 관한 모든 통상적 규칙을 수용할 수 있다. 전력 스위칭의 선택은 설명에서 제시된 IGBT 트랜지스터에 국한되지 않고 임의의 다른 트랜지스터 기술을 포함할 수 있다. 게다가, 상부 및 하부 스위칭의 제어 논리는 스위치를 통해 확실히 전류가 바꿔질 수 있다.

Claims (14)

1. 전압 공급원 (A) 으로부터 전자 스위칭을 갖는 다상 전동기 (A) 에 전력을 공급하기 위한 방법으로서,

   - 상기 전원 (A) 으로부터 방출되는 공급 전류의 급변동을 감소시키기 위해 전원 (A) 뒤에 오는 수동 전기 필터링;

   - 상기 스위칭 상태의 각 조합이 변환 구성을 정의하는, 온-상태 또는 오프-상태를 나타내는 제어가능한 스위치 세트를 이용하여, 전동기 (M) 의 위상들에 전력을 공급하기 위해 전원 (A) 에 의해 공급되는 전압의 변환;

   - 두 개의 변환 구성이 교대하면서, 전류 세트값 (Icons) 의 수준으로 공급 전류를 통제;

   - 변환이 이루어지는 동안 공급 평균 전류의 측정;

   - 위상의 자화 또는 비자화 세트값에 의해 개시된 전동기 (M) 의 위상의 자화 및 비자화 사이클 시퀀싱을 포함하되,

   각 사이클은 주기 내에서 상기 자화 또는 비자화 세트값들이 변하지 않는 복수의 시퀀싱 주기를 포함하며,

   하나 이상의 사이클 시퀀싱 주기동안 다수의 변환 구성 커플을 포함하므로 공급 평균 전류가 전류 세트값 (Icons) 을 가장 잘 감시할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 두 가지 공급 전류값이 전류 세트값 (Icons) 수준으로 산출되도록 하고 위상의 자화 또는 비자화 세트값을 계산하기 위해 조정된 구성 커플(구성 X, 구성 Y)의 선택을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 자화 또는 비자화의 세트값과 관련하여 미리 정의된 연속된 구성커플들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 진행 중인 구성커플이 두 공급 전류가 더 이상 전류 세트값 (Icons) 수준으로 산출되도록 보장할 수 없을 때, 진행 중인 구성 커플로부터 뒤따르는 구성 커플까지의 통행로를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 각 주기의 개시마다, 전 주기의 최종 능동 구성 커플과 관련하여 미리 정의된 연속되는 구성 커플에 속하는 최초 구성 커플을 결정한 후, 상기 최초 구성 커플을 실행시키는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 선택된 구성 커플의 구성 중의 하나가 하나 이상의 프리 휠(free wheel) 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속적인 두 구성 커플이 시퀀싱 주기 내에서 전동기의 위상에 대해 상당히 동일한 퍼텐셜의 차이를 만들어내는 상응하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 선행한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 전원 (A) 은 정류된 대체 전원이고, 전류 세트값 (Icons) 은 공급 전압으로 위상이 상당히 정류된 사인(sine)과 유사한 형태를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 전원 (A) 은 상당히 불변하는 전원이고, 전류 세트값 (Icons) 은 상당히 지속적인 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 전압 공급원 (A) 으로부터 전기 스위칭을 갖는 다상 전동기 (M) 에 전력을 공급하기 위한 회로 (1) 로서,

    - 상기 전원 (A) 에 의해 방출된 공급 전류의 급파동을 약화시키기 위해 공급 전원 (A) 과 직렬 상에 놓인 수동 전기 필터링 수단 (2);

    - 여과된 공급 전원으로부터, 전동기 (M) 의 위상들에 전력을 공급하기 위한 변환기 (3);

    - 변환기 (3) 의 공급 평균 전류를 구하기 위한 수단 (4);

    - 전류의 세트값 (Icons) 과 전류 측정과 관련하여, 상기 논리 신호에 반응하여 두 변환 구성 커플 (구성 X, 구성 Y) 이 교대할 수 있게 해주는 논리 제어신호를 생성하기 위해 조정된 공급전류를 제어하기 위한 수단 (6); 및

    - 위상의 자화 또는 비자화 사이클을 정의하는 세트값의 논리 신호를 생성해내는 위상 시퀀서 (7) 를 포함하되,

    상기 변환기 (3) 는 스위칭 상태들의 각 조합이 변환 구성을 정의하는 온-상태 또는 오프-상태를 나타내는 제어가능한 스위치를 포함하며,

    각 사이클은 주기 내에서 모든 위상으로 시퀀서 (7) 가 운반한 세트값이 변하지 않는 다수의 시퀀싱 주기로 나누어지며,

    선행한 항들 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 상기 공급 회로 (1) 는 또한 위상 시퀀서 (7) 와 변환기 (3) 사이에 배치되고, 위상 시퀀서 (7) 에 의해 정의된 하나 이상의 시퀀싱 주기동안 다수의 구성 커플을 연속적으로 포함하여 변환기 (3) 의 평균 전류가 전류 세트값 (Icons) 을 가장 잘 감시할 수 있게 하기 위해 조정된 선택 장치 (100) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 (1).
11. 제 10 항에 있어서, 선택 장치 (100) 를 조정하여, 공급 전류의 두 값이 전류 세트값 (Icons) 수준으로 산출되도록 하는 구성 커플을 선택하며 위상의 자화 또는 비자화 세트값을 계산하는 것을 특징으로 하는 회로 (1).
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 선택 장치 (100) 가 자화 또는 비자화 세트값과 관련하여 미리 정의된 연속적인 구성 커플을 수행하기 위해 조정되는 것을 특징으로 하는 회로 (1).
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어, 진행 중인 구성 커플이 더 이상 두 구성 전류값을 전류 세트값 (Icons) 수준으로 산출해내는 것을 보장할 수 없을 때, 선택 장치 (100) 가 진행 중인 구성 커플로부터 뒤따르는 구성 커플까지의 통행로를 제어하기 위해 조정되는 것을 특징으로 하는 회로 (1).
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어, 각 주기의 시작단계에서 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 또한 주기가 시작될 때마다, 전 주기의 최종 능동 구성 커플과 관련하여 미리 정의된 연속되는 구성 커플에 속하는 최초 구성 커플을 결정한 후, 상기 최초 구성 커플을 실행시키기 위해 선택 장치 (100) 가 조정되는 것을 특징으로 하는 회로 (1).