KR20020007526A - 인버터 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유도전동기에 가변전압 가변주파수의 전원를 공급하는 인버터를 제어하는 인버터제어장치에 관한 것으로서, 상기 유도전동기의 운전속도를 감지하는 감지부와, 소정 속도 이하의 저속운전시 운전주파수별 최적전압값이 저장된 최적전압 테이블과, 상기 유도전동기가 상기 저속운전 중일 때, 상기 최적전압 테이블에 따라 운전 주파수에 대응하는 전압의 전원을 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 유도전동기의 저속운전시 최적의 전압값을 갖는 전원을 인가할 수 있다.

Description

인버터 제어장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR INVERTER CONTROLING }

본 발명은, 인버터 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유도전동기에 가변전압 가변주파수의 전원를 공급하는 인버터를 제어하는 인버터 제어장치에 관한 것이다.

일반 범용 인버터는 일정 토크 출력을 유지하기 위하여 출력전압대 출력주파수 일정 제어를 하고 있다. 이는 유도전동기의 토크가 전압내 주파수에 비례하기 때문이다. 따라서 펄스폭 변조방식의 인버터를 이용하여 가변주파수 가변전압으로유도전동기를 구동하는 경우가 많다.

이러한 유도전동기의 제어는, 유도전동기에서 출력되는 전류를 측정하여 계산한 전류 변화량을 통해 부하의 변동을 알아냄으로써 가능하다.

그런데, 유도전동기가 저속영역에서 운전중일 때에는 임피던스가 증가하여 전압강하가 일어나기 때문에 전류값의 변화가 미미해진다. 따라서, 부하가 인가되었는지의 유무를 정확히 측정하지 못하게 된다.

이러한 경우에, 종래에는 사용자의 경험에 의해 임의로 설정된 전압으로 강하분의 전압을 보상하여 모터를 구동함으로써 정밀한 고성능 제어가 불가능했다.

따라서, 본 발명의 목적은, 유도전동기의 저속운전시 최적의 전압값을 갖는 전원을 인가하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 인버터 제어장치의 기능블럭도,

도 2는 도 1의 최적전압 테이블의 계산방법을 나타낸 블럭도,

도 3은 본 발명에 따른 인버터 제어장치의 제어 순서도 이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 제어부 12 : 감지부

14 : 일반전압 테이블 16 : 최적전압 테이블

20 : 최적전압 계산부

상기 목적은, 본 발명에 따라, 유도전동기에 가변전압 가변주파수의 전원를 공급하는 인버터를 제어하는 인버터 제어장치에 있어서, 상기 유도전동기의 운전속도를 감지하는 감지부와; 소정 속도 이하의 저속운전시 운전 주파수별 최적전압값이 저장된 최적전압 테이블과; 상기 유도전동기가 상기 저속운전 중일 때, 상기 최적전압 테이블에 따라 운전 주파수에 대응하는 전압의 전원을 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 최적전압 테이블의 전압값은, 상기 유도전동기의 고정자 저항, 회전자 저항, 인덕턴스 등의 모터변수와 운전주파수를 가지고 시뮬레이션하여, 부하의 변화에 따른 출력 전류의 변동이 최대가 되는 전압값으로 하는 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 유도전동기에 가변전압 가변주파수의 전원을 공급하는 인버터를 제어하는 인버터 제어방법에 있어서, 상기 유도전동기가 소정 속도 이하의 저속운전시 운전주파수에 따른 최적전압값을 계산하여 저장하는 단계와; 상기 유도전동기의 운전속도를 감지하는 단계와; 상기 운전속도가 소정 속도 이하의 저속운전 중인지 판단하는 단계와; 상기 저속운전시 상기 최적전압의 전원을 상기 유도전동기에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.

여기서, 상기 최적전압값을 계산하여 저장하는 단계는, 상기 유도전동기의 모터변수를 설정하는 단계와; 상기 운전주파수를 설정하는 단계와; 상기 모터변수와 상기 운전주파수의 설정에 따라 시뮤레이션하여 전류차를 최대화하는 최적전압값을 찾는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 인버터 제어장치의 기능 블럭도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 인버터는 유도전동기의 운전속도를 측정하는 감지부(12)와, 일반적으로 사용되는 일반전압 테이블(14), 저속운전 시 사용되는 최적전압 테이블(16)과 이들을 제어하는 제어부(10)로 구성된다.

여기서, 일반전압 테이블(14)은 현재 사용중인 V/F 테이블로서, 운전 주파수에 따라 인가해야 하는 전압을 표시해 놓은 것이다.

한편, 최적전압 테이블(16)은 유도전동기가 저속운전 중일 때에 운전주파수별 최적 전압값을 표시해 놓은 것으로서, 유도전동기의 구동전에 미리 계산해 놓은 값이다.

감지부(12)는 유도전동기의 운전속도를 감지하며, 제어부(10)는 감지부(12)의 감지결과를 분석하여 유도전동기의 운전상태를 판단한다. 제어부(10)의 판단결과 유도전동기가 소정 속도 이하의 저속운전 중일 경우, 제어부(10)는 최적전압 테이블(16)에 따라, 운전주파수에 대응하는 전압의 전원을 공급하게 된다.

상술한 최적전압 테이블(16)의 계산방법은 도 2에 도시된 바와 같다. 도 2에 도시된 최적전압 계산부(20)는, 무부하 전류와 구속시의 전류의 차이를 최대화하는 전압값을 계산해 내며, 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

100(%)

: 부하가 최대 일 때 유도전동기에 흐르는 전류

Is, noload : 무부하시 유도전동기에 흐르는 전류

Vs : 무부하시 유도전동기에 인가되는 전압

위의 평가지표는 Vs의 함수로서 평가지표를 최대화하는 Vs가 최적전압 이다.

위의 평가 지표는 Vs는 볼록함수의 형태를 지닐 것으로 추정되는데, 그 이유는 만약 전압이 0에 가까워지면 무부하전류와 구속전류 모두 0에 근접하여 위의 평가지표값이 작아 질 것이다. 반면, Vs를 지나치게 키울 경우 손실분의 증대에 따라 무부하시와 부하시의 차이가 더 이상 증가되지 않는 지점이 생길 것이기 때문이다.

여기서, 최적전압 계산부(20)는 시뮬레이션 장치로서 사용자는 시뮬레이션 장치에 모터변수를 입력하고 운전주파수에 따라 시뮬레이션하여 최적전압을 계산하게 된다. 이때 입력되는 모터변수는, 고정자 저항, 회전자 저항, 고정자 누설인덕턴스, 회전자 누설인덕턴스, 상호인덕턴스 등이다. 시뮬레이션 결과에 따라 확인된 최적전압은 운전주파수에 따라 기록되어 최적전압 테이블(16)에 저장된다.

한편, 최적전압 계산부(20)는 필요에 따라 제어장치 자체에 포함시키는 것도 가능하다.

상술한 본 발명에 따른 유도전동기는 도 3에 도시된 것과 같은 순서로 구동된다. 먼저 감지부(12)에서 유도전동기의 운전속도를 감지하여 제어부(10)에 전달한다(S10). 제어부(10)에서는 감지부(12)의 감지결과를 분석하여 유도전동기가 소정 속도 이하의 저속운전 중인지 여부를 판단한다(S20).

제어부(10)의 판단결과 유도전동기가 중,고속 운전중일 때에는 현재 사용되고 있는 일반전압 테이블(14)에 따라(S40) 현재 운전주파수에 해당하는 전압전원을 공급하고(S50), 제어부(10)의 판단결과 유도전동기가 저속 운전중일 때에는 최적전압 테이블(16)에 따라(S30) 운전주파수에 해당하는 전압의 전원을 공급한다(S50).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유도전동기의 저속운전시 최적의 전압값을 갖는 전원을 인가함으로써, 유도전동기의 고성능 제어가 가능해진다.

Claims (4)

1. 유도전동기에 가변전압 가변주파수의 전원를 공급하는 인버터를 제어하는 인버터 제어장치에 있어서,

   상기 유도전동기의 운전속도를 감지하는 감지부와;

   소정 속도 이하의 저속운전시 운전주파수별 최적전압값이 저장된 최적전압 테이블과;

   상기 유도전동기가 상기 저속운전 중일 때, 상기 최적전압 테이블에 따라 운전 주파수에 대응하는 전압의 전원을 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 최적전압 테이블의 전압값은, 상기 유도전동기의 고정자 저항, 회전자 저항, 인덕턴스 등의 모터변수와 운전주파수를 가지고 시뮬레이션하여, 부하의 변화에 따른 출력 전류의 변동이 최대가 되는 전압값임을 특징으로 하는 인버터 제어장치.
3. 유도전동기에 가변전압 가변주파수의 전원을 공급하는 인버터를 제어하는 인버터 제어방법에 있어서,

   상기 유도전동기가 소정 속도 이하의 저속운전시 운전주파수에 따른 최적 전압값을 계산하여 저장하는 단계와;

   상기 유도전동기의 운전속도를 감지하는 단계와;

   상기 운전속도가 소정 속도 이하의 저속운전 중인지 판단하는 단계와;

   상기 저속운전시 상기 최적전압의 전원을 상기 유도전동기에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 최적전압값을 계산하여 저장하는 단계는,

   상기 유도전동기의 모터변수를 설정하는 단계와;

   상기 운전주파수를 설정하는 단계와;

   상기 모터변수와 상기 운전주파수의 설정에 따라 시뮤레이션하여 전류차를 최대화하는 최적전압값을 찾는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어방법.