KR20030073138A

KR20030073138A - 유도전동기의 누설 인덕턴스 추정장치 및 방법

Info

Publication number: KR20030073138A
Application number: KR1020020012535A
Authority: KR
Inventors: 조병국
Original assignee: 엘지산전 주식회사
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19

Abstract

본 발명은 유도전동기의 누설 인덕턴스 추정장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 유도전동기에 흐르는 유효, 무효 전류와 단상 전압을 유도전동기의 파라미터 추정수식에 적용하여 유도전동기의 파라미터를 추정할 수 있도록 한 유도전동기의 누설 인덕턴스 추정장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 유도전동기의 디축, 큐축의 2상 전압을 3상 전압으로 변환하여 출력하는 2/3상 변환부와; 상기 2/3상 변환부의 상기 3상 출력전압을 스위칭하여 유도 전동기를 구동시키는 인버터와; 상기 유도전동기의 구동시 3상 전류를 검출하고 그 검출된 전류를 2상으로 변환하여 출력하는 3/2상 변환부와; 상기 3/2상 변환부의 출력 전류와 상기 디축, 큐축의 2상 전압을 입력받아 유효분 전류, 전력과 무효분 전류, 전력을 얻어 누설 인덕턴스를 추정하는 누설인덕턴스 추정부로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

유도전동기의 누설 인덕턴스 추정장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR THE LEAKAGE INDUCTANCE MEASUREMENT OF INDUCTION MOTOR}

본 발명은 유도전동기의 누설 인덕턴스 추정장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 유도전동기에 흐르는 유효, 무효 전류와 단상 전압을 유도전동기의 파라미터 추정수식에 적용하여 유도전동기의 파라미터를 추정할 수 있도록 한 유도전동기의 누설 인덕턴스 추정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유도전동기의 파라미터를 추정하는 방법은 크게 오프라인 추정법과 온라인 추정법이 있다.

상기 오프라인으로 추정하는 방법에는 상기 유도전동기를 회전시키면서 추정하는 방법과 정지된 상태에서 추정하는 방법이 있다.

또한, 상기 유도전동기가 정지된 상태에서 추정하는 방법에는 그 유도전동기를 구속하여 추정하는 방법과 구속없이 스스로 정지된 상태에서 추정한다.

이와 같은 종래 기술을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 누설 인덕턴스 파라미터 추정법에 대한 등가회로도로서, 이에 도시한 바와같이 T형 등가회로로 나타낼 수 있으며, 고정자 저항(Rs), 누설 인덕턴스(L_ls, L_lr), 자기 인덕턴스(L_m), 회전자 저항(R_r)으로 구성되어, 이와 같은 유도전동기 모델링에서 실제로 전동기 누설 인덕턴스를 추정하기 위해서는 유도전동기를 구속시켜야한다.

즉, 유도전동기를 구속 시킨 상태에서 도 1과 같은 등가 모델에 전압(Vas)을AC로 고주파(대략 30Hz)로 인가시킨다. 이와 같은 전압을 인가 시키면 유도전동기의 리액턴스 크기는로 표현할 수 있으며, 이때, 전류의 흐름은 도 1의 점선과 같은 경로를 갖는다.

이때, 전압()이라고 가정하면 전압과 전류의 위상관계는 90도의 위상차를 가지고 아래의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

여기서,는 동기좌표계상의 큐축 전압, Lls는 고정자 누설 인덕턴스, Llr은 회전자 누설 인덕턴스,는 동기 좌표계상의 디축 전류를 의미한다.

이때, 유도전동기 누설 인덕턴스는 다음의 수학식 2에 의해 구할 수 있다.

이와같은 방법으로 유도전동기의 누설 인덕턴스를 구하기 위해서는 물리적으로 유도전동기를 구속시켜야만 추정이 가능하다.

즉, 상기와 같은 종래 방법의 유도 전동기 파라미터를 추정하기 위해서는 유도전동기를 물리적으로 구속시켜야만 가능하다.

그로 인해, 상기와 같이 동작하는 종래 장치는 유도 전동기가 회전하지 않도록 기계적으로 구속하는 구속장치를 두어 정지 시킨 상태에서 파라미터 측정 함으로써, 정격 전류가 흐르기 때문에 그 유도 전동기가 크면 클수록 구속하기가 힘들어진다.

또한, 상기 유도 전동기는 상기 구속부에 의해 정지 시킨 상태에서 파라미터 측정을 통해 얻게되어 정격 조건과 구속 시험시의 회전자에 흐르는 전류의 주파수가 달라지게 되어 각 파라미터들은 인가되는 주파수에 따라 값이 변하게 되어 정확한 데이터를 얻지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 유도전동기가 작은 경우는 쉽게 그 유도전동기의 구속이 가능하지만 유도전동기가 커지면 구속장치 또한 필요로하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 유도전동기의 속도 센서없는 벡터제어를 하기 위해 유도전동기를 물리적으로 구속 시키지 않고, 또한 그 유도전동기를 회전시키지 않고

유도전동기에 흐르는 전류를 유효분, 무효분으로 분리하여 그 유효분 전류와 무효분 전류 및 인가되는 전압을 통해 상기 유도전동기의 파라미터 추정수식을 통해 유도전동기의 누설인덕턴스를 추정할 수 있도록 한 유도전동기의 누설 인덕턴스 추정장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 누설 인덕턴스 파라미터 추정법에 대한 등가회로도.

도 2는 본 발명 누설 인덕턴스 추정방법이 적용되는 유도전동기의 등가회로도.

도 3은 도 2의 등가회로를 보인 회로도.

도 4는 본 발명 누설 인덕턴스 파라미터 추정장치의 구성을 보인 예시도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

41: 2/3상 변환부 42: 인버터

43: 유도전동기 44: 전류센서

45: 3/2상 변환부 45: 누설인덕턴스 추정부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유도전동기의 디축, 큐축의 2상 전압을 3상 전압으로 변환하여 출력하는 2/3상 변환부와; 상기 2/3상 변환부의 상기 3상 출력전압을 스위칭하여 유도 전동기를 구동시키는 인버터와; 상기 유도전동기의 구동시 3상 전류를 검출하고 그 검출된 전류를 2상으로 변환하여 출력하는 3/2상 변환부와; 상기 3/2상 변환부의 출력 전류와 상기 디축, 큐축의 2상 전압을 입력받아 유효분 전류, 전력과 무효분 전류, 전력을 얻어 누설 인덕턴스를 추정하는 누설인덕턴스 추정부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유도전동기의 디축,큐축 전압을 3상전압으로 변환한후 그 3상전압을 스위칭하여 유도전동기를 제어하는 단계와;

상기 유도전동기의 흐르는 3상전류를 2상으로 변환한후, 상기 디축, 큐축 전압과 2상전류를 통해 유효 전류, 전력과 무효 전류, 전력을 분리하여 유도전동기의 파라미터를 추정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 누설 인덕턴스 추정방법이 적용되는 유도전동기의 등가회로도로서, 이와 같은 T형 등가회로는 유도전동기의 누설 인덕턴스를 고정자 누설 인덕턴스(L_ls)와 회전자 누설 인덕턴스(L_lr)를 아래의 수학식 3과 같이 하나의 누설인덕턴스()로 표현할 수 있다.

또한, 도 2에 표현된 유도전동기 파라미터를 보면 알 수 있듯이 예를 들어 회전자 저항(Rr)을 Rr'와 같이 표현된 것은 일반적인 회전자 저항과 약간 수학식적으로 다르게 표현한 것이다.

따라서, 아래의 수학식 4를 통해서도 알 수 있듯이 종래 유도전동기 파라미터 표현과는 다음과 같은 관계가 있다.

도 2와 같은 유도전동기 T형 등가회로에서 유도전동기 누설 인덕턴스를 추정하기 위한 조건으로 고주파 전압(40[Hz])을 단상으로 인가하면 등가회로에서 자기 인덕턴스()와 누설 인덕턴스()관계로 도 2의 등가회로는 도 3과 같이 변환될 수 있다.

본 발명은 도 4와 같이 누설 인덕턴스 추정기에 의하여 동작한다.

먼저, 도 4에 도시한 바와 같이 디축, 큐축 전압()을 인가하면 2/3상 변환부(41)를 통해 인버터(42)에 전압이 인가된다.

전압이 유도전동기(43)에 인가되면 전류가 흐르고 그 유도전동기(43)에 흐르는 전류는 전류센서(44)에 의하여 센싱되고, 3상 전류는 3/2상 변환부(45)에 의하여 2상으로 변환된다.

이와 같이 전압()과 전류()가 누설 인덕턴스 추정부(46)에 인가되면 누설 인덕턴스를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명의 누설 인덕턴스 추정부(46) 동작은 다음과 같다.

먼저, 단상 고주파 전압(40[Hz])을다음과 같이 인가한다.

이때, 실제로 인버터(42)에 인가되는 전압은 디축, 큐축()와 같이 인가되고, 그 인가된 전압에 의해 유도전동기에 흐르는 전류를 유효분 전류()와 무효분 전류()로 분류하여 표현하면 아래 수학식 5와 같이 표현된다.

또한, 유도 전동기에 인가된 인가전압 실효치는 다음 수학식과 같이 표현할 수 있다.

상기 수학식 5와 6을 통해 유효분 전력(P)과 무효분 전력(Q)을 구하면 아래와 같은 유도전동기 파라미터 추정이 가능한 수학식으로 전개 할 수 있다.

이때, 얻은 전류값과 전압값을 이용하면 유도전동기의 고정자 저항과 회전자 저항값도 쉽게 구할 수 있다.

따라서, 본 발명은 유도전동기 누설 인덕턴스를 회전 또는 구속없이 단상 전압을 인가하여 추정하므로 어떠한 환경에서도 누설 인덕턴스를 추정할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 유도전동기를 구속 또는 회전시키지 않고, 단상 전압에 의해 상기 유도전동기에 흐르는 전류를 유효분 전류와 무효분 전류로 분류하여 유도전동기 파라미터 추정수식을 통해 누설 인덕턴스를 추정함으로써, 유도전동기를 구속하기 위한 구속장치 없이도 어떠한 유도전동기의 환경에서도 누설 인덕턴스를 추정하는 효과가 있다.

Claims

유도전동기의 디축, 큐축의 2상 전압을 3상 전압으로 변환하여 출력하는 2/3상 변환부와;

상기 2/3상 변환부의 상기 3상 출력전압을 스위칭하여 유도 전동기를 구동시키는 인버터와;

상기 유도전동기의 구동시 3상 전류를 검출하고 그 검출된 전류를 2상으로 변환하여 출력하는 3/2상 변환부와;

상기 3/2상 변환부의 출력 전류와 상기 디축, 큐축의 2상 전압을 입력받아 유효분 전류, 전력과 무효분 전류, 전력을 얻어 누설 인덕턴스를 추정하는 누설인덕턴스 추정부로 구성된 것을 특징으로 하는 유도전동기의 누설 인덕턴스 추정장치.
유도전동기의 디축,큐축 전압을 3상전압으로 변환한후 그 3상전압을 스위칭하여 유도전동기를 제어하는 단계와;

상기 유도전동기에 흐르는 3상전류를 2상으로 변환한후, 상기 디축, 큐축 전압과 2상전류를 통해 유효 전류, 전력과 무효 전류, 전력을 분리하여 유도전동기의 파라미터를 추정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도전동기의 누설 인덕턴스 추정방법.
제2 항에 있어서, 상기 파라미터의 추정은 아래의 수학식을 통해 누설 인덕턴스를 추정하는것을 특징으로 하는 유도전동기의 누설 인덕턴스 추정방법.

(수학식 7)

여기서,: 무효분 전류

: 유효분 전류

: 인가전압의 실효치