KR20040010612A - 전동기의 전류검출방법과 전동기의 제어장치 - Google Patents

전동기의 전류검출방법과 전동기의 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동기의 전류검출방법과 전동기의 제어장치에 관한 것으로서, 브릿지 접속된 복수의 스위칭소자를 소정 통전 패턴에 따라서 온, 오프 제어하는 것에 의해 직류를 다상 교류로 변환하는 전력변환기를 통해 구동되는 전동기의 상전류를 검출하는 전동기의 전류검출방법에 있어서, 상기 전력변환기의 직류측에 전류값에 대응하는 신호를 발생하는 전류검출소자를 접속하고, 상기 상전류에 직접 또는 간접적으로 대응하는 신호가 상기 전류검출소자에 발생하도록 상기 소정 통전 패턴을 변경하고, 상기 전류검출소자에 발생한 상기 신호 및 변경 후의 통전패턴에 기초하여 상기 전동기의 상전류를 검출한다.
또, 브릿지 접속된 복수의 스위칭소자를 소정 통전패턴에 따라서 온, 오프제어하는 것에 의해 직류를 다상 교류로 변환하는 전력변환기를 통해 전동기를 구동할 때, 상기 전동기의 상전류를 검출하고, 상기 상전류에 기초하여 회전자 위치를 결정하고, 상기 회전자 위치에 추종하도록 상기 통전패턴을 생성하는 전동기의 제어장치에 있어서, 상기 전류검출방법을 실현하는 전류검출소자, 파형변경수단 및 전류검출수단을 구비하며, 상기 전류검출수단으로 검출된 상기 상전류에 기초하여 상기 소정의 통전패턴을 생성하고, 상기 파형변경수단에 의해 변경된 통전패턴에 따라서 상기 스위칭소자를 온, 오프제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동기의 전류검출방법과 전동기의 제어장치{METHOD OF DETECTING MOTOR CURRENT AND MOTOR CONTROL DEVICE}
전동기를 벡터 제어하는 경우, 교류전류를 교류전압으로 변환하고, 또 전류파형에 대해 위상 지연이 적은 전압파형을 얻는 것이 요구된다. 교류전류를 교류전압으로 변환하는 수단으로서, 일반적으로 CT(Current Transformer)라고 불리우는 계기용 변류기나 홀 효과를 이용한 홀CT 등이 있다. 이 중, 홀CT는 고가이고 그 용도가 한정되어 있다. 이 때문에 계기용 변류기를 이용한 전동기의 전류검출방법과 제어장치에 대해 이하에 설명한다.
도 7은 CT를 이용하여 전류 검출하고, 그 검출값에 기초하여 전동기를 벡터 제어하는 종래의 전동기의 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 상기 도면에 있어서, 교류전원(1)의 교류를 직류로 변환하는 컨버터라고 불리우는 교류직류변환기(2)의 출력측에 평활컨덴서(3)가 접속되고, 평활된 직류가 인버터라고 불리우는 직류교류변환기(5)에 공급된다. 이 직류교류변환기(5)는 IGBT 등의 스위칭소자를브릿지접속한 것으로 이루어지고, 이것들의 스위칭소자를 미리 정한 기본적인 통전패턴에 따라서 온, 오프제어하는 것에 의해 직류를 3상 교류로 변환하여 전동기(7)로 공급한다. 이 직류교류변환기(5)의 직류측에는 그 입력 전류를 검출하는 전류검출 저항(4)이 접속되고, 직류교류변환기(5)와 전동기(7)의 사이에는 3상 교류전류의 2상분의 전류를 각각 검출하는 CT(6a, 6b)가 설치되어 있다.
또, 전류검출저항(4)에는 과전류를 검출하는 과전류검출회로(8)가 접속되고, CT(6a, 6b)에는 전류검출기(9)가 접속되어 있다. 이 중, 전류검출기(9)는 CT(6a, 6b)의 각 출력신호에 기초하여 2상분의 전류를 검출하고, 또 3상 교류전류의 순시값을 합계한 것이 항상 0이 되므로 나머지 1상분의 전류를 연산에 의해 검출하고, 3상분의 전류검출신호를 회전자위치검출기(10)에 부여한다. 회전자위치검출기(10)는 3상분의 전류검출신호에 기초하여 전동기(7)의 회전자 위치를 검출한다.
파형생성기(11)는 검출된 회전자위치신호와, 외부로부터 부여되는 회전수 지령에 기초하여 펄스폭 변조된 3상 교류전류를 출력하기 위해 직류교류변환기(5)를 구성하는 복수의 스위칭소자를 온, 오프제어하는 기본적인 통전 패턴을 생성한다. 그리고, 구동회로(12)가 이 통전패턴에 따라서 직류교류변환기(5)를 구성하는 스위칭소자를 온, 오프제어하고, 또 과전류검출회로(8)가 과전류를 검출했을 때, 스위칭소자의 온, 오프제어를 정지한다.
상기한 종래의 전동기의 제어장치에 있어서는 전동기(7)에 공급되는 3상분의 전류를 검출하기 위해 2개의 전류검출소자, 즉 CT(6a, 6b)를 필요로 했다. 이와 같은 구성에 대해 직류교류변환기(5)에 대한 전동기(7)의 접속 경로에서 전류검출소자를 제거할 수 있다면 배선을 포함한 구성의 간이화가 실현되는 점에서 유리하다.
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 단일 전류검출소자에 의해 전동기에 공급되는 각 상의 전류를 검출하는 전동기의 전류검출방법과 이 방법을 이용한 전동기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전동기의 벡터제어에 관한 것으로서, 특히 단일 전류검출소자에 의해 상전류를 검출하는 전동기의 전류검출방법과 이 방법을 이용한 전동기의 제어장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전류검출방법과 이 방법을 이용한 전동기의 제어장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 파형생성기의 기본적인 통전패턴에 대해 파형변경기가 패턴변경하는 3종류의 변경예 및 전류검출상태를 나타내는 표,
도 3은 기본적인 통전 패턴의 하나의 변경예를 통전시간과 전기각을 대응시킨 상태로 나타낸 파형도,
도 4A-도 4C는 도 1에 도시한 실시형태의 동작을 설명하기 위한 타이밍차트,
도 5A-도 5C는 도 1에 도시한 실시형태의 동작을 설명하기 위한 타이밍차트,
도 6은 도 1에 도시한 실시형태의 기능을 마이크로프로세서 등에 갖게 한 경우의 구체적인 처리 순서를 나타내는 플로우차트,
도 7은 각 권선으로의 통전상태와 검출전류값이 대응하는 상의 관계를 나타내는 표 및
도 8은 종래의 전류검출방법과 이 방법을 이용한 전동기의 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 전동기의 전류검출방법에 의하면 브릿지접속된 복수의 스위칭소자를 소정 통전패턴에 따라서 온, 오프제어하는 것에 의해 직류를 다상교류로 변환하는 전력변환기를 통해 구동되는 전동기의 상 전류를 검출하는 전동기의 전류검출방법에 있어서, 상기 전력변환기의 직류측에 전류값에 대응하는 신호를 발생하는 전류검출소자를 접속하고, 상기 상전류에 직접 또는 간접적으로 대응하는 신호가 상기 전류검출소자에 발생하도록 상기 소정 통전패턴을 변경하고, 상기 전류검출소자에 발생한 상기 신호 및 변경 후의 통전패턴에 기초하여 상기 전동기의 상전류를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 전동기의 제어장치에 의하면 브릿지 접속된 복수의 스위칭소자를 소정 통전패턴에 따라서 온, 오프제어하는 것에 의해 직류를 다상교류로 변환하는 전력변환기를 통해 전동기를 구동할 때, 상기 전동기의 상전류를 검출하고, 상기 상전류에 기초하여 회전자 위치를 결정하고, 상기 회전자 위치에 추종하도록 상기 통전패턴을 생성하는 전동기의 제어장치에 있어서, 상기 전력변환기의 직류측에 접속되고, 전류값에 대응하는 신호를 발생하는 전류검출소자와, 상기 전류검출소자에 발생하는 신호가 직접 또는 간접적으로 상전류에 대응하도록 상기 소정 통전패턴을 변경하는 파형변경수단과,
상기 전류검출소자에 발생한 상기 신호 및 변경 후의 통전패턴에 기초하여 상기 전동기의 상전류를 검출하는 전류검출수단을 구비하며, 상기 전류검출수단으로 검출된 상기 상전류에 기초하여 상기 소정 통전 패턴을 생성하고, 상기 파형변경수단에 의해 변경된 통전패턴에 따라서 상기 스위칭소자를 온, 오프 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 도면에 나타내는 바람직한 실시형태에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 전류검출방법과 이 방법을 이용한 전동기의 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도면 중, 종래장치를 나타내는 도 8과 동일한 요소에는 각각 동일한 참조번호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
이 실시형태에서는 과전류를 검출하기 위한 전류검출저항(4)을 상전류를 검출하기 위한 요소로 공용한 것으로, 전류검출기(9a)가 그 양단에 발생하는 전압에 기초하여 전동기(7)에 공급되는 3상분의 전류를 검출한다. 이와 같은 전류검출을 가능하게 하기 위해 파형생성기(11)와 구동회로(12) 사이에 펄스폭 변조(PWM)하기 위한 기본적인 통전 패턴을 변경하는 파형변경기(13)가 설치되고, 전류검출기(9a)는 이 파형변경기(13)의 출력신호파형을 참조하여 각 상의 전류를 결정하도록 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 실시형태의 동작에 대해 그 원리와 함께 이하에 설명한다. 직류교류변환기(5)가 펄스폭 변조된 3상 교류를 출력할 때, 이 직류교류변환기(5)를 구성하는 스위칭소자에 대한 통전패턴에 의해 특정 상의 전류를 검출할 수 있다. 즉, 도 7에 도시한 바와 같이 U상의 전류만이 H레벨이고, V상 및 W상의 전류가 모두 L레벨의 통전패턴이 존재하면 전류검출저항(4)의 양단에 발생하는 전압은 U상 전류에 대응한다. 또, U상 및 V상의 전류 양쪽이 H레벨이고 W상의 전류가 L레벨인 기간에서는 전류검출저항(4)의 양단에 발생하는 전압의 부호를 반전한 것이 W상 전류에 대응한다.
이와 같이 펄스폭 변조파형의 통전패턴에 따라서 3상분의 전류를 차례로 검출하고, 기억하는 방식을 채용하면 이 전류검출은 시분할적이지만 3상분의 전류를 검출할 수 있다. 이 경우, 상전류를 동시에 검출하고 있지 않기 때문에 실제로는 오차를 생기게 한다. 그러나, 특별한 엄밀함을 요구받지 않으면 시분할로 검출된 3상분의 전류검출값을 이용하여 회로방정식을 이해하면 다음 통전패턴, 즉 직류교류변환기(5)를 구성하는 스위칭소자의 온, 오프패턴을 산출할 수 있다.
이상에 설명한 방법에 의해 전동기의 벡터 제어는 가능해진다. 그러나, 시분할로 전류값을 판독하는 간격이 크면 동시에 검출된 3상분의 전류값에 대해 오차가 커져, 전동기를 안정적으로 구동할 수 없어질 우려가 있다. 이 때문에 3상분의 전류는 가능한한 짧은 시간간격으로 판독할 필요가 있다.
한편, 스위칭소자의 온, 오프상태가 변화한 직후는 회로 상태가 안정되지 않기 때문에 전류검출소자에 발생한 신호를 판독하기까지의 최소 대기시간(τ)이 필요하다. 이 대기시간(τ)이, 예를 들면 20μsec라면 한개의 상의 전류를 판독하기 위해서는 특정 통전상태를 20마이크로초 이상 계속시킬 필요가 있다. 바꿔말하면 동일한 통전상태에서의 계속시간이 20마이크로초 보다도 짧은 경우에는 전류의 판독 동작이 실시되지 않는다. 그 결과, 그 때 갱신해야 할 상의 전류값을 갱신할 수 없다.
또, 펄스폭 변조에 있어서는 2개의 상의 전류값이 동일한 타이밍, 즉 2개의상전류의 순시값이 시간의 경과에 따라서 교차하는 점(전기각으로 30°, 90°, 150°, 210°, 270°, 330°)에서는 동시에 2개의 상의 통전상태가 전환된다. 이 때문에 이 때에는 새로운 상의 전류검출은 할 수 없다.
도 2에 도시한 표는 파형생성기(11)의 통전 패턴에 대해 파형변경기(13)가 펄스폭 변조 파형을 변경하는 변경예를 나타낸 것이고, 도 3은 이것들의 파형변경에 대응하는 펄스폭 변경파형의 전기각과 시간폭(μsec)의 관계를 나타낸 선도이고, 도 4A-도 4C 및 도 5A-도 5C는 이것들의 변경에 대응하는 타이밍차트이다. 이하, 이것들의 시간폭 및 이상(移相)의 관계를 상세히 설명한다.
우선, 도 2의 「파형출력」란은 파형생성기(11)가 출력하는 기본적인 통전패턴에 대응하는 온(ON) 시간폭을 1사이클분의 주요한 전기각마다 나타낸 것으로, 특히 펄스폭 변조파형을 생성하는 캐리어주파수가 4kHz, 온듀티가 100%인 경우를 나타내고 있다.
이 도 2에 있어서, 마크 ● 및 마크 ×는 파형시프트하는 상을 나타내고 있다. 즉 다른 그 상을 시프트해도 동일한 효과가 있는 것을 나타내고 있다. 또, (+)는 양전압측(상측) 아암의 ON시간을 증가시키는 것을, (-)는 상측 아암의 ON시간을 감소시키는 것을 각각 나타내고 있다. 또, 가공 파형 출력 시간은 「파형증감+시프트」예에서 그물친 부분은 시간이 증가한 것을 나타내고 있다.
이 중, 전기각이 30도인 점에 착안하면 직류교류변환기(5)를 구성하는 스위칭소자의 양전압측 아암의 U, V, W 각 상의 스위칭소자의 온, 오프 상태는 도 4A와 같이 나타내어진다. 즉, U상의 스위칭소자를 온 상태로 하는 시간폭은 187μsec이고, V상의 스위칭소자를 온상태로 하는 시간폭은 188μsec이고, W상의 스위칭소자를 온상태로 하는 시간폭은 0이다. 이 때, 캐리어의 기준 위치(0, 250, 500, ‥)에서 31μsec를 경과한 시각으로 U상 및 V상의 파형은 L레벨에서 H레벨로 변화하고 있다. 그런데, 파형의 변화로 회로가 안정되기까지 20μsec의 대기시간을 필요로 하기 때문에 51μsec에서 219μsec까지의 기간이 W상 전류를 정확히 검출할 수 있는 기간이 된다. 그러나, U상 및 V상의 전류는 검출할 수 없다. 도 2 중의 「생성파형」란 중, W상의 전류검출이 가능한 것이 ○로 나타내어지고, U상 및 V상의 전류검출이 불가능한 것이 ×로 나타내어져 있다.
계속해서, 도 4B에 도시한 바와 같이 V상의 파형의 상승 타이밍 및 하강 타이밍을 20μsec만큼 빠르게 하면, 즉 V상의 파형을 도면의 좌측에 20μsec 시프트하면 V상의 파형이 캐리어의 기준 위치에서 11μsec로 상승한다. 이 때문에 회로가 안정된 31μsec로 V상의 전류검출을 할 수 있다. 51μsec 이후에 W상의 전류검출을 할 수 있다. 또 219μsec로 U상의 전류검출을 할 수 있다. 또, V상의 파형을 도면 좌측에 20μsec 시프트하는 대신에 U상의 파형을 도면 좌측에 20μsec 시프트하는 방법을 채용해도 U상, V상, W상의 모든 전류를 검출할 수 있다. 도 2 중의 「파형시프트」란에는 파형의 시프트에 의해 검출할 수 있는 상이 흑색으로 칠해진 마크 ○로 나타내어지고, 파형의 시프트 없이도 검출할 수 있는 상이 마크 ○로 나타내어지고, 또 파형을 시프트한 것만으로는 직접적으로 전류를 검출할 수 없는 상이 마크 ×로 나타내어져 있다.
도 1에 도시한 파형변경기(13)가 이와 같은 파형시프트를 실행하고, 전류검출기(9a)가 변경된 통전패턴의 각 전류 검출 타이밍으로 전류 검출 저항(4)에 발생하는 전압값을 판독하는 것에 의해 U, V, W의 각 상의 전류를 직접 검출할 수 있고, 도 4A는 이 상태를 나타내고 있다.
또, 2개의 상의 전류를 직접 검출하고, 나머지 또 하나의 상의 전류를 상기 2개의 상에서 간접적으로 검출할 수 있다.
이와 같이 기본적인 통전 패턴 중 어느 하나의 1상의 파형을 대략 대기시간(τ)만큼 시프트하는 방법은 온시간폭을 변경하고 있지 않기 때문에 출력 전압은 변하지 않는다. 그 결과, 파형 변형이 적은 정현파에서의 상전류의 검출이 가능해지고, 또 3상분의 전류를 직접 검출할 수 있는 전기각의 수가 증가하므로 전류에 중첩된 외란의 영향을 받기 어려워지는 이점도 있다. 또, 도 1에 도시한 실시형태에서는 과전류를 검출하기 위한 전류검출 저항(4)을 전류검출소자로 하고 있기 때문에 배선을 포함한 구성의 간이화를 실현할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
그런데, 상기한 예는 기본적인 통전패턴 중 어느 하나의 1상의 파형을, 대략 대기시간(τ)만큼 시프트시켰지만, 이 대신에 시간폭을 변경해도 대략 동일한 상전류의 검출이 가능하다. 이것을 이하에 설명한다.
도 4C에 도시한 바와 같이, U상의 시간폭을 20μsec 감소시키고, V상의 시간폭을 20μsec증가시킨 경우, 캐리어의 기준 위치에서 41μsec를 경과한 시점에서 V상의 전류를, 61μsec를 경과한 이후에 W상의 전류를, 229μsec로 U상의 전류를 각각 검출할 수 있다. 도 2 중의 「파형증감」란 중, 시간폭의 증감에 의해 직접 전류 검출하는 것이 가능한 상이 마크 ○로 나타내어지고, 간접적으로밖에 전류를 검출할 수 없는 상이 마크 ×로 나타내어져 있다. 또 도 2 중의 또 하나의 「파형증감」란의 수치는 부분적으로 변경된 시간폭이 도시되어 있다.
도 2 및 도 4에서 명확해진 바와 같이 적어도 전기각의 30도에서는 온시간에 대응하는 파형의 시간폭을 변경하는 것만으로 U, V, W상의 전류를 직접 검출할 수 있다. 그러나, 간접적으로밖에 전류를 검출할 수 없는 전기각의 수는 파형을 시프트하는 경우와 비교하여 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 파형의 온 시간폭을 변경하는 방법은 출력 전압이 본래의 값에서 어긋나 파형 변형을 생기게 하는 결점은 있지만 캐리어의 주기의 전반과 후반 2가지 시점에서 상전류를 검출할 수 있기 때문에 파형을 시프트하는 경우 보다도 응답이 좋은 제어를 할 수 있는 이점이 있다.
상기한 2개의 전류검출방법으로는 U, V, W의 상 전류 전부를 직접 검출할 수 없는 경우가 있기 때문에, 이 경우에는 2개의 상전류에 의해 또 1개의 상전류를 간접적으로 검출하지 않으면 안되었다. 따라서, 검출 가능한 2개의 상전류의 한쪽에 외란에 의한 오차분(α)이 중첩되어 있으면 필연적으로 또 1개의 상전류도 오차분(α)을 포함한다. 이에 의해 정밀도가 높은 제어를 할 수 없어진다. 따라서, 3상분의 전류를 모두 직접 검출할 수 있다면 그것들의 전류의 총합이 0이 되지 않을 때 적어도 1개의 상에는 외란에 의한 오차분이 중첩되어 있는 것을 알 수 있다. 이 때문에 이 오차를 보정할 수 있다. 3상분의 전류를 모두 직접 검출 가능하게 하는 방법으로서 파형의 시프트와 시간폭의 변경을 조합하는 것을 생각할 수 있다.
도 5A, 5B, 5C는 온시간에 대응하는 파형의 위상을 시프트시키고, 또 시간폭도 변경하는 예로, 특히 전기각의 0도에 대응하는 타이밍차트이다. 도 2 및 도 5A에 도시한 바와 같이 기본적인 통전 패턴의 전기각 0도에서는 U상의 파형의 온시간폭은 125μsec, V상의 파형의 온시간폭은 233μsec, W상의 파형의 온시간폭은 17μsec이다. 이대로 캐리어의 기준 위치에서 25μsec∼62μsec의 기간에서 V상전류를, 82μsec∼116μsec의 기간에서 W상의 전류를 각각 검출하는 것은 가능하다. 그러나, U상의 전류를 직접 검출하는 것은 불가능하다. 도 5B는 V상의 파형을 좌로 116μsec 시프트시키고, 또 그 시간폭을 3μsec 단축하고, 또 W상의 파형을 좌로 9μsec 시프트한 예이다. 이에 의해 캐리어의 기준 위치에서 62μsec까지 V상의 전류를, 82μsec∼108μsec의 기간에서 W상의 전류를, 145μsec에서 U상의 전류를 각각 검출할 수 있다.
도 5C는 또 하나의 예이며, U상의 파형을 우측으로 62μsec시프트하고, V상의 파형을 좌측으로 11μsec만큼 시프트하고, 또 시간폭을 3μsec 단축한 경우를 나타내고 있다. 이에 의해 캐리어의 기준 위치에서 20μsec∼116μsec의 기간에서 V상의 전류를, 154μsec∼230μsec의 기간에서 W상의 전류를, 250μsec에서 U상의 전류를 각각 검출할 수 있다.
도 2 중의 「파형증감+시프트」란 중, 파형의 시프트를 포함한 상태에서 전류검출이 가능해지는 상을 흑색으로 칠한 마크 ○로 나타내고, 파형의 시프트 없이 전류 검출이 가능해지는 상을 마크 ○로 나타내고 있다. 이와 같이 전기각에 따라서 파형의 시프트를 실시하거나 시간폭을 변경하는 것에 의해 모든 전기각의 모든 상의 전류를 직접 검출할 수 있다. 도 2 중의 또 하나의 「파형증감+시프트」란에는 이것들의 변경을 실시해 얻어진 모든 전기각의 각 상의 온시간폭이 수치로서 기재되어 있다. 이 결과, 각 상의 전류의 총합이 0이 되도록 전류값을 보정하거나 전회의 전류검출값과 비교하여 외란에 의한 오차분이 중첩되어 있는 상을 추정할 수 있고, 이에 의해 전동기의 상전류 또는 권선전류를 고정밀도로 검출할 수 있다.
도 3은 상기한 바와 같이 기본적인 통전 패턴에 대해 그대로는 각 상의 전류검출을 할 수 없는 전기각으로 시간폭의 증감을 실시한 경우의 변경전과 변경후의 값을 나타낸 선도로서, 굵은선은 변경 전의 시간폭을 나타내고, 부분적으로 떨어져 그려진 가는선은 변경 후의 시간폭을 나타내고 있다. 이 도 3으로부터 명확해진 바와 같이 2개의 상전류의 순시값이 교차하는 점(전기각으로 30°, 90°, 150°, 210°, 270°, 330°) 근방에서 온 상태로 하는 시간폭이 비교적 크게 변경되어 있는 것을 알 수 있다.
도 2에 도시한 표는 온듀티가 100%인 경우에 대응하는 것이지만, 예를 들면 온듀티가 20%나 5%인 경우에는 대부분의 전기각으로 파형의 시프트나 시간폭의 증감이 필요해진다. 그러나, 도면 및 설명의 간이화를 위해 본 명세서에서는 이것들의 기술을 생략한다.
도 6은 도 1에 도시한 실시형태 중, 과전류검출회로(8), 전류검출기(9a), 회전자위치검출기(10), 파형생성기(11) 및 구동회로(12)의 각 기능을 마이크로프로세서에 갖게 하여, 파형 시프트를 실시하는 경우의 전류검출기(9a), 파형생성기(11) 및 파형변경기(13)의 각 기능에 대응하는 구체적 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 주지된 바와 같이 도 2 또는 도 3에 도시한 전기각으로 0도에서 360도까지의 범위는 6개의 통전모드로 나뉘어지고, 또 모든 상의 전류가 0이 되는 통전모드를 가미하면 각 권선으로의 통전상태와 검출 전류값이 대응하는 상의 관계를 나타내는 표인 도 7 중에 나타낸 바와 같이 0∼7로서 나타낸 8개의 통전모드를 갖는다.
따라서, 우선 단계(101)에서 통전패턴의 변경이 실시된 소정 타이밍(t)으로 직류전류(I(t))를 판독하고, 단계(102)에서는 U상, V상, W상의 각 통전 패턴의 조합에서 해당하는 통전모드를 조사하고, 또 얻어진 직류전류가 U상, V상, W상의 전류 중 어느 것인지를 도 7의 표를 참조하여 판별하고, 계속해서 단계(103)에서 직류전류(I(t))를 n상(n=U, V, W)의 전류라고 기억한다. 계속해서 단계(104)에서는 전회분의 측정상(n(t-1))과 이번회의 측정상(n(t))이 같은지 여부를 판별하고, 이것들의 상이 변화하기까지, 즉 2개의 상전류를 직접 검출하기까지 단계(101∼104)의 처리를 반복한다.
계속해서 2개의 상전류를 검출한 후의 단계(105)에서는 이번회의 n상의 전류(In(t))와 전회에 측정한 다른 상의 전류(In(t-1))의 부호를 바꾼 값을 가산하는 것에 의해 나머지 또 하나의 상(m(m=U, V, W)의 전류(Im)를 구한다. 이에 의해 3상분의 전류가 얻어진다. 계속해서 단계(106)에서는 3상분의 전류값으로 벡터 연산을 실행하여, 다음에 출력해야 할 기본적인 통전패턴에 대응하는 파형(Pu(t), Pv(t), Pw(t))을 산출한다.
계속해서 단계(107)에서는 U상 파형의 상승(Pu(t0))과 V상 파형의 상승(Pv(t0))의 차를 절대값이 20μsec이상인 경우, V상 파형의 상승(Pv(t0))과 W상 파형의 상승(Pw(t0)) 차의 절대값이 20μsec이상인 경우, V상 파형의상승(Pv(t0))과 W상 파형의 상승(Pw(t0))의 차의 절대값이 20μsec이상, W상 파형의 상승(Pw(t0))과 U상 파형의 상승(Pu(t0))의 차의 절대값이 20μsec이상의 경우 중 적어도 2개를 만족하는지 여부를 판별한다. 상기 2가지 조건을 만족하고 있지 않다고 판별한 경우에는 단계(108)에서 U상(또는 V상 또는 W상)의 통전 파형을 Δt(10μsec)만큼 시프트하여, 다시 단계(107)의 처리로 복귀한다. 상기한 2가지 조건을 만족하는 경우에는 단계(109)에서 직류교류변환기(5)를 구성하는 스위칭소자에 대한 통전 파형(Pu(t), Pv(t), Pw(t))의 출력 지령을 부여하고, 하나의 캐리어 주기에 대응하는 전류검출 및 통전파형의 출력 처리를 종료한다. 상기 처리를 실행하는 것에 의해 직류교류변환기(5)의 직류측에 접속한 단일 전류검출소자를 이용하여 전동기의 상전류의 검출이 가능해지고, 또 이 전류검출방법을 이용한 전동기의 제어가 가능해진다.
이와 같이 하여 본 실시형태에 의하면 기본적인 통전 패턴 중 어느 하나 1상의 파형을 대략 대기시간(τ)만큼 시프트하는 것에 의해 파형 변형이 없는 정현파의 상태로 상전류의 검출이 가능해지고, 전류에 중첩된 외란의 영향을 받기 어려워지는 효과를 얻을 수 있다. 또 과전류를 검출하기 위한 전류검출 저항을 전류검출소자로 하고 있기 때문에 배선을 포함한 구성의 간이화를 실현할 수 있는 효과도 얻을 수 있다. 기본적인 통전 패턴의 시간폭을 변경하는 것에 의해 캐리어의 주기의 전반과 후반 2가지 시점에서 상전류를 검출할 수 있다. 이 때문에 파형을 시프트하는 경우 보다도 응답이 좋은 제어를 할 수 있는 새로운 효과를 얻을 수 있다. 또, 기본적인 통전 패턴의 온시간에 대응하는 파형의 위상을 시프트시키고, 또 시간폭을 변경하는 것에 의해 각 상의 전류의 총합이 0이 되도록 전류값을 보정하거나 전회의 전류검출값과 비교하여 외란에 의한 오차분이 중첩되어 있는 상을 추정할 수 있고, 전동기의 상전류 또는 권선전류를 고정밀도로 검출할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는 직류를 3상 교류로 변환하여 3상 전동기(직류전동기에서도 가능. 실제로는 직류전동기임)를 운전하는 경우에 대해 설명했지만 보다 다상의 교류로 변환하여 전동기를 구동하는 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는 직류교류변환기(5)의 직류측에 접속된 전류검출저항(4)을 전류검출소자로서 공용했지만 이 대신에 전류 검출에만 사용하는 CT 등을 설치해도 좋다.
이상의 설명에 의해 명확해진 바와 같이 본 발명에 의하면 단일 전류검출소자에 의해 전동기에 공급되는 각 상의 전류를 검출할 수 있는 전동기의 전류검출방법 및 이 방법을 이용한 전동기의 제어장치를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 브릿지접속된 복수의 스위칭소자를 소정 통전패턴에 따라서 온, 오프제어하는 것에 의해 직류를 다상 교류로 변환하는 전력변환기를 통해 구동되는 전동기의 상전류를 검출하는 전동기의 전류검출방법에 있어서,
    상기 전력변환기의 직류측에 전류값에 대응하는 신호를 발생하는 전류검출소자를 접속하고,
    상기 상전류에 직접 또는 간접적으로 대응하는 신호가 상기 전류검출소자에 발생하도록 상기 소정의 통전패턴을 변경하고,
    상기 전류검출소자에 발생한 상기 신호 및 변경 후의 통전패턴에 기초하여 상기 전동기의 상전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 전동기의 전류검출방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력변환기는 직류를 3상 교류로 변환하는 것이고,
    적어도 1개의 상기 스위칭소자의 온, 오프상태가 변화한 시각에서 상기 전류검출소자에 발생한 신호를 판독하기까지의 최소대기시간을 “τ”로 했을 때, 2개의 상전류가 τ시간 이상의 시간 동시에 흐르는 기간과, 상기 2개의 상전류의 적어도 한쪽이 τ시간 이상 단독으로 흐르는 기간의 조합이 되도록, 상기 소정의 통전 패턴중 어느하나의 1상의 시간의 시프트 및 시간폭의 변경의 적어도 한쪽을 실행하여 상기 소정의 통전패턴을 변경하는 것을 특징으로 하는 전동기의 전류검출방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류검출소자는 전류검출저항인 것을 특징으로 하는 전동기의 전류검출방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류검출소자는 전류트랜스인 것을 특징으로 하는 전동기의 전류검출방법.
  5. 브릿지 접속된 복수의 스위칭소자를 소정 통전패턴에 따라서 온, 오프 제어하는 것에 의해 직류를 다상 교류로 변환하는 전력변환기를 통해 전동기를 구동할 때, 상기 전동기의 상전류를 검출하고, 상기 상전류에 기초하여 회전자 위치를 결정하고, 상기 회전자 위치에 추종하도록 상기 통전패턴을 생성하는 전동기 제어장치에 있어서,
    상기 전력변환기의 직류측에 접속되어, 전류값에 대응하는 신호를 발생하는 전류검출소자;
    상기 전류검출소자에 발생하는 신호가 직접 또는 간접적으로 상전류에 대응하도록 상기 소정의 통전패턴을 변경하는 파형변경수단; 및
    상기 전류검출소자에 발생한 상기 신호 및 변경 후의 통전패턴에 기초하여 상기 전동기의 상전류를 검출하는 전류검출수단을 구비하며, 상기 전류검출수단으로 검출된 상기 상전류에 기초하여 상기 소정의 통전 패턴을 생성하고, 상기 파형변경수단에 의해 변경된 통전패턴에 따라서 상기 스위칭소자를 온, 오프제어하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전력변환기는 직류를 3상 교류로 변환하는 것이고,
    적어도 1개의 상기 스위칭소자의 온, 오프상태가 변환한 시각에서 상기 전류검출소자에 발생한 신호를 판독하는 시각까지의 최소대기시간을 “τ”로 했을 때, 상기 파형 변경수단은 2개의 상전류가 τ시간 이상의 시간 동시에 흐르는 기간과, 상기 2개의 상전류의 적어도 한쪽이 τ시간 이상의 시간 단독으로 흐르는 기간의 조합이 되도록 상기 소정의 통전패턴의 일부의 상의 시간의 시프트 및 시간폭의 변경의 적어도 한쪽을 실행하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류검출소자는 전류검출저항인 것을 특징으로 하는 전동기의 전류검출방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류검출소자는 전류트랜스인 것을 특징으로 하는 전동기의 전류검출방법.
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