KR20010094399A - Driver for Switched Reluctance Motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에스알엠(SRM : Switched Reluctance Motor) 드라이버에 관한 것으로서, 특히 능동 소자를 사용하지 않고 여자 전압과 감자 전압을 달리하여 전류를 빠르게 제거할 수 있도록 하는 에스알엠 드라이버에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switched reluctance motor (SRM) driver, and more particularly, to an SM driver capable of quickly removing current by changing an excitation voltage and a potato voltage without using an active device.
SRM(Switched reluctance motor)은 현재 국내에서도 연구가 활발히 진행되고있는 모터의 일종으로서, 스위칭 제어 장치가 결합된 특수 형태의 모터로 분류되어진다.Switched reluctance motor (SRM) is a type of motor that is currently being actively researched in Korea, and is classified as a special type of motor combined with a switching control device.
또한, SRM은 고정자와 회전자 모두가 돌극형 구조를 하고 있으며, 각기 다른 갯수의 극을 가진다. 특히 고정자 부분에만 권선이 감겨져 있으며 회전자 부분에는 어떠한 형태의 권선 이나 영구 자석도 존재하지 않으므로 이러한 간단한 구조의 형태를 SRM의 가장 큰 특징으로 볼 수 있다.In addition, the SRM has both poles and rotors, and has a different number of poles. In particular, since the winding is wound only on the stator part, and there is no winding or permanent magnet in the rotor part, this simple structure can be regarded as the biggest feature of SRM.
상기와 같은 SRM의 구조상의 특징으로 인해 제작 생산적인 측면에서 상당한 이점을 갖고 있으며 또한, 직류 모터와 같이 기동 특성이 좋고 토오크가 큰 반면에 정기적으로 브러쉬를 교환 하는 등의 유지, 보수의 필요성이 적으며 인버터로 구동하는 유도 전동기와 비교할 때는 구동장치의 구조가 간단하며, 단위 체적당 토오크, 효율 및 컨버터의 정격등 많은 부분에서 우수한 특성을 지니고 있다.Due to the structural features of SRM, it has significant advantages in terms of production and production. In addition, it has good starting characteristics and high torque like DC motors, but requires little maintenance and repair such as changing brushes regularly. Compared with the induction motor driven by the inverter, the structure of the driving device is simple, and it has excellent characteristics in many parts such as torque per unit volume, efficiency, and converter rating.
아울러, 광범위한 가변속 범위의 초저속 운전을 요구하는 부분에 있어서는 아주 우수한 특성을 나타내므로 선진국을 중심으로 사용 분야가 증가되고 있는 추세이다.In addition, in the part requiring ultra-low speed operation of a wide variable speed range, the use field is increasing, especially in developed countries, because it shows very excellent characteristics.
도 1은 종래의 SRM 드라이버의 구조를 보여주는 상세 회로도이다.1 is a detailed circuit diagram illustrating a structure of a conventional SRM driver.
도 1을 참조하면, 종래의 SRM 드라이버는 입력되는 교류 전원을 평활하고, 그 평활한 직류 전압을 공급하는 DC 링크 캐패시터(101,102), 상기 DC 링크 캐패시터(101,102)와 병렬로 연결되고, SRM의 회전자 위치 신호에 따라 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시키기 위한 게이트 구동신호를 출력하는 스위치 구동부(미도시)의 구동 신호에 따라 온, 오프되는 직렬 연결된 상, 하부 스위칭소자(103,104), 상기 상, 하부 스위칭 소자(103,104)의 온, 오프 동작에 따라 토오크를 발생시키는 모터 권선(105) 및 상기 상부 스위칭 소자(103)의 일측단과 상기 하부 스위칭 소자(104)의 일측단 사이에 연결된 제 1다이오드(106), 상기 상부 스위치의 타측단과 상기 하부 스위치의 타측단 사이에 연결된 제 2 다이오드(107)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, a conventional SRM driver is connected in parallel with the DC link capacitors 101 and 102 and the DC link capacitors 101 and 102 that smooth the input AC power and supply the smooth DC voltage. Series connected lower and lower switching elements 103 and 104, the upper and lower parts are turned on and off according to a driving signal of a switch driver (not shown) for outputting a gate driving signal for rotating the motor in a forward or reverse direction according to an electronic position signal. The first diode 106 connected between the motor winding 105 generating torque according to the on / off operation of the switching elements 103 and 104 and one end of the upper switching element 103 and one end of the lower switching element 104. ), And a second diode 107 connected between the other end of the upper switch and the other end of the lower switch.
이하 상기와 같은 구성을 갖는 종래의 SRM 드라이버의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the conventional SRM driver having the above configuration will be described in detail.
먼저, 외부로부터 AC 전압이 공급되면 이를 DC 링크 캐패시터(101,102)에서 직류 전압으로 평활 한다. 이렇게 평활된 직류 전압은 모터 권선(105)으로 공급된다.First, when an AC voltage is supplied from the outside, it is smoothed to a DC voltage in the DC link capacitors 101 and 102. The smoothed DC voltage is supplied to the motor winding 105.
즉, SRM의 회전자(미도시), 고정자(미도시)의 위치에 따라 상부 및 하부 스위치(103,104)가 일정시간 온(ON) 되어 제 1, 제 2 DC 링크 캐패시터(101,102), 상부 스위칭 소자(103), 권선(105) 및 하부 스위칭 소자(104)로 전류 패스가 형성되어 모터 권선(305)에 전압을 여자 하여 고정자(미도시)에 자기력을 발생시켜 회전자(미도시)를 끌어당긴다. 이에 따라 SRM은 회전하게 된다.That is, according to the position of the rotor (not shown) and the stator (not shown) of the SRM, the upper and lower switches 103 and 104 are turned on for a predetermined time, so that the first and second DC link capacitors 101 and 102 and the upper switching element are turned on. A current path is formed by the 103, the winding 105, and the lower switching element 104 to excite a voltage on the motor winding 305 to generate a magnetic force on the stator (not shown), thereby attracting the rotor (not shown). . As a result, the SRM rotates.
이렇게 회전하다가 상부 및 하부 스위치(103,104)를 동시에 오프시키면 권선에 인가되었던 상전류가 제 1다이오드(106), 권선(105), 제 2다이오드(107) 및 DC 링크 캐패시터(101)를 통해 제거되게 된다.In this rotation, the upper and lower switches 103 and 104 are simultaneously turned off to remove phase currents applied to the windings through the first diode 106, the winding 105, the second diode 107, and the DC link capacitor 101. .
이하 전압이 여자 되고 감자되는 것을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the voltage excitation and demagnetization will be described in more detail.
먼저, 외부로부터 상용 전압(AC) 220V가 인가되는 경우 DC 링크 캐패시터(101,102)는 대략 DC 310V가 되고, 상부 및 하부 스위칭 소자(103,104)가 온 되는 경우 여자 전압이 권선(105)에 인가된다. 이로 인해 모터 권선(105)에 흐르는 상전류도 서서히 증가하게 된다.First, when the commercial voltage AC 220V is applied from the outside, the DC link capacitors 101 and 102 are approximately DC 310V, and the excitation voltage is applied to the winding 105 when the upper and lower switching elements 103 and 104 are turned on. As a result, the phase current flowing in the motor winding 105 also gradually increases.
이후, 상부 및 하부 스위칭 소자(103,104)를 오프하게 되면 상기에서 설명한 바와 같이 여자 되었던 전압 DC 310과 동일한 크기의 감자 전압에 의해 상전류가 감소하게 된다.Subsequently, when the upper and lower switching elements 103 and 104 are turned off, the phase current is reduced by the potato voltage having the same magnitude as the voltage DC 310 that has been excited as described above.
그러나 상기와 같은 종래의 SRM 드라이버는 권선에 전류를 인가하는 여자 전압과 여자 되었던 전압을 제거하는 감자 전압이 동일하여 전류를 제거되는 시간(t)이 오래 걸리게 되고, 이렇게 오랫동안 상전류가 모터 권선에 남아 있으면, 고정자가 회전자를 역으로 끌어당기게 되는 역토오크가 발생하여 고속 동작을 하는 SRM에는 문제점이 있다.However, in the conventional SRM driver as described above, the excitation voltage applying the current to the winding is equal to the demagnetization voltage to remove the excitation voltage, so that it takes a long time (t) to remove the current, and thus, the phase current remains in the motor winding for such a long time. If there is, there is a problem in the SRM in which high speed operation occurs due to reverse torque that causes the stator to pull the rotor backwards.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 능동 소자를 사용하지 않고 여자 전압과 감자 전압을 달리하여 전류를 빠르게 제거하여 고속, 고효율 운전이 가능한 에스알엠 드라이버를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and provides an SM driver capable of high speed and high efficiency operation by quickly removing current by changing an excitation voltage and a potato voltage without using an active device. There is a purpose.
도 1은 종래의 SRM 드라이버의 구조를 보여주는 상세 회로도.1 is a detailed circuit diagram showing the structure of a conventional SRM driver.
도 2는 본 발명의 SRM 드라이버의 구조를 보여주는 상세 회로도.Figure 2 is a detailed circuit diagram showing the structure of the SRM driver of the present invention.
도 3은 여자 전압과 감자 전압이 동일하였을 때의 종래와 감자 전압을 여자 전압보다 크게 했을 때 전류가 제거되는 속도의 차를 개략적으로 보여주기 위한 도면.FIG. 3 is a diagram schematically showing a difference between a speed at which current is removed when a potato voltage is larger than an excitation voltage when the excitation voltage and the potato voltage are the same.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
101,102,201 ... DC 링크 캐패시터 103,104,203,204 ... 스위칭 소자101,102,201 ... DC link capacitors 103,104,203,204 ... switching elements
105,205 ... 모터 권선 106,107,206,207 ... 다이오드105,205 ... motor winding 106,107,206,207 ... diode
202 ... 부가 전원 축적 캐패시터 208 ... 인덕터202 ... Additional Power Accumulation Capacitor 208 ... Inductor
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 SRM 드라이버는,The SRM driver of the present invention for achieving the above object,
입력 전원을 평활 하여 직류 전압을 공급하는 DC링크 캐패시터, 상기 DC링크 캐패시터와 병렬로 연결된 모터 권선, 상기 모터 권선과 직렬로 연결된 상, 하부스위칭 소자 및 상기 상부 스위칭 소자의 일측단과 상기 하부 스위칭 소자의 일측단 사이에 연결된 제 1다이오드와 상기 상부 스위칭 소자의 타측단과 상기 하부 스위칭 소자의 타측단 사이에 연결된 제 2 다이오드로 구성된 에스알엠 드라이버에 있어서,A DC link capacitor for supplying a DC voltage by smoothing an input power supply, a motor winding connected in parallel with the DC link capacitor, upper and lower switching elements connected in series with the motor winding, and one end of the upper switching element and the lower switching element. In the SM driver comprising a first diode connected between one end and a second diode connected between the other end of the upper switching element and the other end of the lower switching element,
상기 상부 스위칭 소자와 직렬로 연결된 인덕터와 상기 상, 하부 스위칭 소자, 상기 모터 권선, 상기 인덕터와 병렬 연결된 부가 전원 축적 캐패시터를 구비하여 여자 전압과 감자 전압을 다르게 하는 것을 특징으로 한다.And an inductor voltage connected to the upper switching element in series, the upper and lower switching elements, the motor winding, and an additional power storage capacitor connected in parallel with the inductor to different the excitation voltage and the potato voltage.
바람직하게는, 상기 감자 전압은 여자 전압보다 크며, 감자 전압의 크기는 인덕터의 크기로 조절하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the potato voltage is greater than the excitation voltage, characterized in that the magnitude of the potato voltage is adjusted to the size of the inductor.
도 3은 본 발명의 SRM 드라이버의 구조를 보여주는 상세회로도이다.3 is a detailed circuit diagram illustrating a structure of an SRM driver of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 SRM 드라이버는, 입력되는 교류 전원을 평활 하고, 그 평활한 직류 전압을 공급하는 DC 링크 캐패시터(201), 상기 DC 링크 캐패시터(201)와 병렬로 연결되고, SRM의 회전자 위치 신호에 따라 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시키기 위한 게이트 구동신호를 출력하는 스위치 구동부(미도시)의 구동 신호에 따라 온, 오프되는 직렬 연결된 상, 하부 스위칭 소자(203,204), 상기 상, 하부 스위칭 소자(203,204)의 온, 오프 동작에 따라 토오크를 발생시키는 모터 권선(205), 상기 모터 권선(205)과 캐패시터(201,202)와 연결되어 있는 다이오드(206,207), 인덕터(208) 및 상기 상, 하부 스위칭 소자(203,204), 모터 권선(205)과 인덕터(208)에 병렬 연결된 부가 전원 축적 캐패시터(202)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 3, the SRM driver of the present invention is connected in parallel with the DC link capacitor 201 and the DC link capacitor 201 for smoothing an input AC power and supplying the smooth DC voltage. Series connected lower and lower switching elements 203 and 204 which are turned on and off according to a drive signal of a switch driver (not shown) for outputting a gate driving signal for rotating the motor in a forward or reverse direction according to a rotor position signal of The motor winding 205 generates torque according to the on / off operation of the lower switching elements 203 and 204, the diodes 206 and 207, the inductor 208, and the motor windings 205 and the capacitors 201 and 202, respectively. The upper and lower switching elements 203 and 204, the motor winding 205, and the additional power storage capacitor 202 connected in parallel with the inductor 208.
이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 SRM 드라이버의 동작을 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the SRM driver of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIG. 3.
먼저, 외부로부터 AC 전압이 공급되면 이를 DC 링크 캐패시터(201)에서 직류 전압으로 평활 한다. 이렇게 평활된 직류 전압은 고정자(미도시)를 감고 있는 모터 권선(205)으로 공급된다.First, when an AC voltage is supplied from the outside, it is smoothed to a DC voltage in the DC link capacitor 201. The smoothed DC voltage is supplied to the motor winding 205 wound around the stator (not shown).
SRM의 회전자(미도시), 고정자(미도시)의 위치에 따라 상부 및 하부 스위칭 소자(203,204)가 일정시간 턴 온(ON) 되어 DC 링크 캐패시터(201), 상부 스위칭 소자(203), 모터 권선(205) 및 하부 스위칭 소자(204)로 전류 패스가 형성되어 모터 권선(205)에 전압을 여자 하게 되고, 모터 권선(205)에 상전류가 흐르게 된다.The upper and lower switching elements 203 and 204 are turned on for a predetermined time according to the position of the rotor (not shown) and the stator (not shown) of the SRM, so that the DC link capacitor 201, the upper switching element 203, and the motor are turned on. A current path is formed by the winding 205 and the lower switching element 204 to excite the voltage on the motor winding 205, and the phase current flows through the motor winding 205.
이후, SRM의 회전자와 고정자의 위치에 따라 상부 및 하부 스위칭 소자(203,204)가 턴 오프(Off) 되면, 턴 온 시와는 반대로 DC 링크 캐패시터(201), 제 1다이오드(206), 모터 권선(205), 제 2다이오드(207) 및 인덕터(208)로 전류 패스가 형성되어 상전류를 제거하게 되는데, 인덕터의 특성상 일시적으로 전류를 블록킹(Blocking)하기 때문에 일정 전압이 부가 전원 축적 캐패시터(202)에 충전되게 된다.Thereafter, when the upper and lower switching elements 203 and 204 are turned off according to the position of the rotor and the stator of the SRM, the DC link capacitor 201, the first diode 206, and the motor winding are reversed as opposed to the turn on state. 205 and the second diode 207 and the inductor 208 form a current path to remove the phase current, and because of the characteristics of the inductor temporarily blocks the current (Blocking) because the constant voltage of the additional power storage capacitor 202 Will be charged.
따라서 부가 전원 축적 캐패시터의 전압(V2)은 다음 수학식 1과 같이 된다.Therefore, the voltage V2 of the additional power storage capacitor is as shown in Equation 1 below.
상기 수학식 1에서은 여자 전압이고,는 인덕터(208)의 전류 블록킹에의해 충전된 전압을 말한다.In Equation 1 Is the excitation voltage, Denotes the voltage charged by the current blocking of the inductor 208.
이후 상기 부가 전원 축적 캐패시터(202)의 전압이 일정 이상이 되면 부가 전원 축적 캐패시터(202)에서 인덕터(308)를 통해 DC 링크 캐패시터(201)쪽으로 전류 패스가 형성되어 전류를 제거하게 된다.Thereafter, when the voltage of the additional power storage capacitor 202 is greater than or equal to a predetermined level, a current path is formed from the additional power storage capacitor 202 through the inductor 308 toward the DC link capacitor 201 to remove the current.
상기에서 설명한 바와 같이 여자 전압에 비해 감자 전압이 높기 때문에 보다 빨리 전류를 제거할 수 있게 되는 것이다.As described above, since the potato voltage is higher than the excitation voltage, the current can be removed more quickly.
여기서 감자 전압이 여자 전압보다 크면 클수록 전류가 빨리 제거되긴 하지만, 감자 전압이 너무 크게 되면 소자들의 정격이 커져야 하므로 인덕터(308)의 크기를 조절하여 감자 전압을 최적화 하도록 한다.In this case, when the potato voltage is greater than the excitation voltage, the current is removed quickly. However, when the potato voltage is too large, the devices have to be rated so that the potato voltage is adjusted to optimize the potato voltage.
본 발명에서는 감자 전압이 여자 전압보다 30 ~ 50V 높도록 인덕터의 크기를 조절한다.In the present invention, the size of the inductor is adjusted so that the potato voltage is 30 to 50V higher than the excitation voltage.
도 3은 여자 전압과 감자 전압이 동일하였을 때의 종래와 감자 전압을 여자 전압보다 크게 했을 때 전류가 제거되는 속도의 차를 개략적으로 보여주기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a difference between a speed at which current is removed when a potato voltage is larger than an excitation voltage when the excitation voltage and the potato voltage are the same.
도 3에서 보는 바와 같이 여자 전압과 감자 전압이 동일했을 때 보다 감자 전압이 여자 전압보다 클 경우가 상전류가 제거되는 시간(t')이 빨라지는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, when the potato voltage is greater than the excitation voltage than when the excitation voltage and the potato voltage are the same, it can be seen that the time t 'when the phase current is removed is increased.
상기에서 설명한 바와 같이, 능동소자의 사용 없이 여자 전압과 감자 전압을 달리함으로써, 상전류를 빨리 제거함으로서 발생할 수 있는 역토오크를 방지할 수있으며, 모터의 고속/고 효율의 운전이 가능해진다.As described above, by changing the excitation voltage and the potato voltage without using the active element, it is possible to prevent reverse torque that may occur by quickly removing the phase current, and the motor can be operated at high speed and high efficiency.
또한, 능동소자를 사용하지 않음으로 인해, 비용절감에도 효과가 있다In addition, it is effective in reducing costs by not using active elements.
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