KR20040084082A - Deceleration control apparatus and method for inverter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인버터의 감속 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 사용자가 설정한 감속시간 동안에 관성이 큰 부하로 구성된 시스템을 안정적으로 감속시킬 수 있게 한 인버터의 감속 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a deceleration control device and method for an inverter, and a deceleration control device and method for an inverter that can stably decelerate a system composed of a load having a large inertia during a deceleration time set by a user.
교류 모터를 구동하는 제어 장치의 일반적인 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 교류 전원을 직류로 변환하여 출력하는 컨버터(2)와; 상기 컨버터(2)의 직류 전원 투입 시 돌입 전류의 유입을 방지하는 초기 충전저항(R)과; 상기 돌입 전류가 억제된 후 초기 충전저항(R)을 회로에서 분리하는 전자 접촉기(4)와; 상기 전자 접촉기(4)를 통과한 직류전압을 평활시키는 직류 리액터(L)와 필터 콘덴서(C)와; 회생운전 등의 이유로 상승한 상기 직류전압이 설정된 전압보다 큰 경우 회생에너지를 저항으로 소비시키는 제동장치(12)와; 제어 스위칭 소자로 구성되어 상기 직류전압을 교류로 변환하는 인버터(6)와; 상기 인버터(6)에 의해 운전되는 교류 모터(7)와; 상기 교류 모터(7)의 U, V, W 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(8)와; 상기 인버터(6)의 직류전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하고 각종 운전을 지령하는 주제어부(9)와; 상기 주제어부(9)로부터 입력된 전압지령과 주파수 지령치를 가지고 펄스폭변조 파형을 만들어 인버터 각 상의 스위칭 소자 및 DB스위치의 게이트에 스위칭 전압을 인가하는 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부(10)와; 상기 인버터(6)의 온도를 검출하는 온도 검출기(13)로 구성된다.As shown in FIG. 1, a general system of a control device for driving an AC motor includes: a converter 2 for converting AC power into DC and outputting the same; An initial charging resistor (R) for preventing inrush current from flowing in when the DC power of the converter 2 is turned on; An electromagnetic contactor (4) for separating the initial charging resistance (R) from the circuit after the inrush current is suppressed; A direct current reactor (L) and a filter capacitor (C) for smoothing the direct current voltage passed through the electromagnetic contactor (4); A braking device 12 that consumes regenerative energy as a resistance when the DC voltage raised due to regenerative operation or the like is larger than a set voltage; An inverter 6 composed of a control switching element for converting the DC voltage into AC; An AC motor 7 driven by the inverter 6; A current detector (8) for detecting a current flowing in each of the U, V, and W phases of the AC motor (7); A main control unit 9 which collects various types of information such as a DC voltage and a phase current of the inverter 6 and commands various operations; A variable voltage / variable frequency pulse width modulation control unit 10 for generating a pulse width modulation waveform having a voltage command inputted from the main control unit 9 and a frequency command value and applying a switching voltage to a gate of a switching element and a DB switch of each inverter. Wow; It consists of a temperature detector 13 which detects the temperature of the inverter 6.
인버터(6)는 사용자의 설정에 따라서 일정한 가감속 패턴과 시간을 가지고 운전할 수 있다. 인버터(6)의 용량에 적합한 부하가 사용된 상태에서 감속을 실행하면 인버터(6)는 설정된 감속 패턴과 감속 시간에 알맞게 제어하면서 운전한다.The inverter 6 may operate with a constant acceleration / deceleration pattern and time according to the user's setting. When deceleration is performed in a state where a load suitable for the capacity of the inverter 6 is used, the inverter 6 operates while controlling appropriately to the set deceleration pattern and deceleration time.
인버터(6)가 교류 모터를 가속시키면 처음에는 교류 모터가 정지 상태에 있다가 시작 신호와 동시에 가속시간과 설정 주파수에 맞게 가속하고 설정된 주파수에 도달하면 일정속도로 운전한다.When the inverter 6 accelerates the AC motor, the AC motor initially stops and then accelerates to the acceleration time and the set frequency at the same time as the start signal, and operates at a constant speed when the inverter 6 reaches the set frequency.
감속시에는 설정 주파수로부터 감속 패턴과 정해져 있는 감속 시간에 맞춰서 감속하여 감속 시간이 끝나면 교류 모터(7)는 정지 상태를 유지하게 된다.At the time of deceleration, the motor is decelerated in accordance with the deceleration time determined from the set frequency and the AC motor 7 maintains the stop state when the deceleration time is completed.
도 2는 도 1의 인버터가 갖고 있는 시간에 따른 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프로서, 종래 인버터의 특성에서 시간에 따른 전압과 주파수의 관계를 설명한다. 인버터는 가속시 설정된 시간 동안 전압과 주파수를 일정하게 증가시키고 감속시 설정된 시간(△t)동안 전압과 주파수를 일정하게 감소시킨다.FIG. 2 is a graph illustrating a relationship between voltage and frequency according to time of the inverter of FIG. 1, and illustrates a relationship between voltage and frequency with time in the characteristics of the conventional inverter. The inverter constantly increases the voltage and frequency during the set time during acceleration and constantly decreases the voltage and frequency during the set time Δt during deceleration.
도 3은 인버터가 일정하게 감속할 때 나타나는 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프로서, 도 2의 시간 축에 대한 전압과 주파수의 인버터 특성 그래프에서 주파수에 대한 전압 관계를 도시한 그래프를 설명한다.FIG. 3 is a graph showing a relationship between voltage and frequency that appears when the inverter decelerates constantly. FIG. 3 illustrates a graph showing the relationship of voltage to frequency in the inverter characteristic graph of voltage and frequency with respect to the time axis of FIG. 2.
도 4는 종래 토크와 슬립 곡선을 보인 그래프로서, 도 2에 도시된 감속 패턴이 적용될 때 교류 모터의 토크 대 슬립 곡선을 설명한다. 인버터는 토크 T1 레벨에서 정상 운전한다.4 is a graph showing a conventional torque and slip curve, illustrating the torque versus slip curve of the AC motor when the deceleration pattern shown in FIG. 2 is applied. The inverter operates normally at the torque T1 level.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 부하의 상태에 따라서 설정된 감속 시간이 경과한 상태라고 하여도 교류 모터가 정지하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이는 부하의 관성이 큰 경우이거나 용량이 적절하지 못한 교류 모터인 경우에 발생할 수 있는데, 이로 인해 인버터가 정상적인 감속 운전을 못할 수가 있고, 또한 시스템의 신뢰성을 저하시켜 최악의 경우 다음 운전 상태에 정상적인 제어를 할 수 없게 되는 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, even when the deceleration time set according to the load state has elapsed, there may be a case where the AC motor does not stop. This can occur when the load inertia is large or when the AC motor has an inadequate capacity, which may cause the inverter to fail in normal deceleration operation and also degrade the reliability of the system and, in the worst case, normal control of the next operation state. There is a problem that can not be.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 부하의 관성이 큰 경우에 교류 모터를 운전하게 되더라도 인버터가 부하의 영향을 최소화할 수 있도록 안정적인 감속 제어를 수행할 수 있도록 한 인버터의 감속 제어 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and even if the AC motor is operated when the load inertia is large, the inverter can perform stable deceleration control so that the influence of the load can be minimized. It is an object of the present invention to provide a deceleration control apparatus and method.
도 1은 종래 교류 모터를 구동하는 제어 장치의 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a control device for driving a conventional AC motor.
도 2는 도 1의 인버터가 갖고 있는 시간에 따른 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프.FIG. 2 is a graph showing a relationship between voltage and frequency with time of the inverter of FIG. 1. FIG.
도 3은 인버터가 일정하게 감속할 때 나타나는 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프.Figure 3 is a graph showing the relationship between the voltage and frequency appear when the inverter decelerates constantly.
도 4는 종래 토크와 슬립곡선을 보인 그래프.Figure 4 is a graph showing a conventional torque and slip curve.
도 5는 본 발명에 따른 인버터의 감속 제어 장치의 구성을 보인 블록도.Figure 5 is a block diagram showing the configuration of the deceleration control device of the inverter according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 인버터의 감속 제어 방법의 동작 흐름도.6 is an operation flowchart of a deceleration control method of an inverter according to the present invention;
도 7은 인버터 감속 시 주제어부의 연산 결과 중 하나인 전압 지령치에 전압보상량이 더해지는 파형을 도시한 그래프.FIG. 7 is a graph showing a waveform in which a voltage compensation amount is added to a voltage command value that is one of calculation results of a main controller during deceleration of an inverter;
도 8은 도 7에서 인버터가 일정하게 감속할 때 나타나는 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프.FIG. 8 is a graph illustrating a relationship between voltage and frequency when an inverter decelerates constantly in FIG. 7. FIG.
도 9는 본 발명의 토크와 슬립 곡선을 보인 그래프.9 is a graph showing the torque and slip curve of the present invention.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
51 : 인버터 52 : 주제어부51 inverter 52 main controller
53 : 전압 보상부 54 : 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부53: voltage compensator 54: variable voltage / variable frequency pulse width modulation control unit
55 : 교류 모터55 AC motor
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 직류를 교류로 변환하는 인버터와; 상기 인버터의 직류 전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하여 전압 지령과 주파수 지령치를 연산하는 주제어부와; 상기 주제어부에서 감속이 실행되면서 연산된 전압 지령에 전압 보상하는 전압보상부와; 상기 주제어부와 전압보상부로부터 연산된 전압 지령과 주제어부의 주파수 지령치를 가지고 펄스폭변조 파형을 만들어 상기 인버터 각 상의 스위칭 전압을 인가하는 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부로 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is an inverter for converting a direct current into alternating current; A main control unit that collects various types of information such as a DC voltage and a phase current of the inverter and calculates a voltage command and a frequency command value; A voltage compensating unit for performing voltage compensation on the calculated voltage command while the deceleration is performed in the main controller; And a variable voltage / variable frequency pulse width modulation control unit for generating a pulse width modulation waveform using the voltage command calculated from the main control unit and the voltage compensating unit and the frequency command value of the main control unit and applying a switching voltage on each inverter.
또한, 주제어부가 인버터의 감속 루틴을 수행하는지를 판단하여 수행하면 실제 인버터의 직류-링크 전압에서 정격기준 직류-링크 전압을 빼어 부하량에 따른 전압을 연산하는 단계와; 상기 인버터의 과전류 레벨에서 실제 출력 전류를 빼어 인버터 자체 안정을 위한 안정 조건을 생성하는 단계와; 상기 계산된 전압과 전류의 비율을 고려하여 전압 지령에 더해지는 전압 보상을 결정하여 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부에 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, if the main controller determines whether to perform the deceleration routine of the inverter and calculating the voltage according to the load by subtracting the rated reference DC-link voltage from the DC-link voltage of the actual inverter; Subtracting an actual output current from an overcurrent level of the inverter to create a stable condition for inverter self-stable; In consideration of the calculated ratio of the voltage and the current, the voltage compensation added to the voltage command is determined and output to the variable voltage / variable frequency pulse width modulation control unit.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따른 인버터의 감속 제어 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 직류를 교류로 변환하는 인버터(51)와; 상기 인버터(51)의 직류 전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하여 전압 지령과 주파수 지령치를 연산하는 주제어부(52)와; 상기 주제어부(52)에서 감속이 실행되면서 연산된 전압 지령에 전압 보상하는 전압보상부(53)와; 상기 주제어부(52)와 전압보상부(53)로부터 연산된 전압 지령과 주제어부의 주파수 지령치를 가지고 펄스폭변조 파형을 만들어 상기 인버터(51) 각 상의 스위칭 전압을 인가하는 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부(54)로 구성된다.5 is a block diagram showing the configuration of a deceleration control device of an inverter according to the present invention, and an inverter 51 for converting direct current into alternating current as shown therein; A main controller 52 for collecting various types of information such as a DC voltage and a phase current of the inverter 51 and calculating a voltage command and a frequency command value; A voltage compensator 53 for voltage compensation to the voltage command calculated while the deceleration is performed in the main controller 52; A variable voltage / variable frequency pulse width for applying a switching voltage of each phase of the inverter 51 by generating a pulse width modulation waveform using the voltage command calculated from the main controller 52 and the voltage compensator 53 and the frequency command value of the main controller. And a modulation control unit 54.
인버터(51)는 교류 모터(55)를 구동하기 위해 직류를 교류로 변환하여 출력한다.The inverter 51 converts a direct current into alternating current to output the alternating current to drive the alternating current motor 55.
주제어부(52)는 상기 인버터(51)의 직류 전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하여 전압 지령과 주파수 지령치를 연산하고 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부(54)에 출력한다.The main controller 52 collects various types of information such as a DC voltage and a phase current of the inverter 51, calculates a voltage command and a frequency command value, and outputs the voltage command and the frequency command value to the variable voltage / variable frequency pulse width modulation control unit 54.
전압보상부(53)는 상기 주제어부(52)에서 감속이 실행되면 이 주제어부(52)로부터 연산되어 출력되는 전압 지령에 전압 보상을 수행한다.When the deceleration is performed in the main controller 52, the voltage compensator 53 performs voltage compensation on the voltage command calculated and output from the main controller 52.
전압 보상은 인버터 감속 루틴 수행 시 실행하는데 실제 인버터(51)의 직류-링크 전압과 정격기준 직류-링크 전압을 비교한 결과와 인버터(51)의 과전류 레벨과 실제 출력되는 전류를 비교한 결과의 비율을 고려하여 상기 전압 지령에 더해지는 전압 보상을 결정한다.Voltage compensation is executed when the inverter deceleration routine is executed. The ratio of the result of comparing the actual DC-link voltage of the inverter 51 with the rated reference DC-link voltage and the result of comparing the overcurrent level of the inverter 51 with the actual output current. In consideration of this, the voltage compensation added to the voltage command is determined.
가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부(54)는 상기 주제어부(52)와 전압보상부(53)로부터 연산된 전압 지령과 주제어부(54)의 주파수 지령치를 입력받아 펄스폭변조 파형을 만들어 인버터(51) 각 상의 스위칭 전압을 인가한다.The variable voltage / variable frequency pulse width modulation control unit 54 receives a voltage command calculated from the main control unit 52 and the voltage compensator 53 and a frequency command value of the main control unit 54 to generate a pulse width modulation waveform. (51) A switching voltage of each phase is applied.
도 6은 본 발명에 따른 인버터의 감속 제어 방법의 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 주제어부가 인버터의 감속 루틴을 수행하는지를 판단하여 수행하면 실제 인버터의 직류-링크 전압에서 정격기준 직류-링크 전압을 빼어 부하량에 따른 전압을 연산하는 단계(S61, S62)와; 상기 인버터의 과전류 레벨에서 실제 출력 전류를 빼어 인버터 자체 안정을 위한 안정 조건을 생성하는 단계(S63)와; 상기 계산된 전압과 전류의 비율을 고려하여 전압 지령에 더해지는 전압 보상을 결정하여 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부에 출력하는 단계(S64)로 이루어진다.6 is an operation flowchart of the deceleration control method of the inverter according to the present invention. As shown in FIG. 6, when the main control unit determines whether the deceleration routine of the inverter is performed, the rated reference DC-link voltage is determined from the DC-link voltage of the actual inverter. Subtracting the voltage according to the load (S61, S62); Generating a stable condition for stabilizing the inverter by subtracting the actual output current from the overcurrent level of the inverter (S63); In operation S64, the voltage compensation added to the voltage command may be determined in consideration of the calculated ratio of the voltage and the current, and output to the variable voltage / variable frequency pulse width modulation controller.
전압보상부는 주제어부가 인버터의 감속 루틴을 수행하는지를 판단하여 수행하면 실제 인버터의 직류-링크 전압에서 정격기준 직류-링크 전압을 빼어 부하량에 따른 전압을 연산한다(S61, S62).When the voltage compensator determines whether the main controller performs the deceleration routine of the inverter, the voltage compensator subtracts the rated reference DC-link voltage from the DC-link voltage of the actual inverter to calculate a voltage according to the load (S61 and S62).
그리고, 인버터의 과전류 레벨에서 실제 출력 전류를 빼어 인버터 자체 안정을 위한 안정 조건을 생성한다(S63).Subsequently, the actual output current is subtracted from the overcurrent level of the inverter to generate a stable condition for stabilizing the inverter itself (S63).
상기 과정을 설명하면 인버터가 감속 루틴에 진입하면 회생되는 에너지 때문에 필연적으로 직류-링크단에 전압이 상승한다. 메인 커패시터에 상승하는 전압은 부하량에 따라 다르게 되는데 이 전압을 이용해서 안정적인 조건을 고려하여 출력 전압을 다시 생성하는 절차이다.In the above process, when the inverter enters the deceleration routine, the voltage inevitably rises at the DC-link stage due to the regenerated energy. The voltage rising to the main capacitor varies depending on the load, and this process is used to regenerate the output voltage considering the stable condition.
상기에서 계산된 전압과 전류의 비율을 고려하여 전압 지령에 더해지는 전압 보상을 결정한다(S64).The voltage compensation added to the voltage command is determined in consideration of the ratio of the voltage and the current calculated above (S64).
이후, 전압보상부는 주제어부로부터 출력되는 전압 지령에 전압 보상을 더해 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부에 출력한다.Thereafter, the voltage compensator adds voltage compensation to the voltage command output from the main controller and outputs it to the variable voltage / variable frequency pulse width modulation controller.
도 7은 인버터 감속 시 주제어부의 연산 결과 중 하나인 전압 지령치에 전압보상량이 더해지는 파형을 도시한 그래프로서, 감속 루틴이 실행될 때 주제어부의 연산 결과 중 하나인 전압 지령(V*)에 전압 보상이 더해져 최종 전압 지령(V**)을 생성한 결과를 시간 축에 대해 설명한다.FIG. 7 is a graph illustrating a waveform in which a voltage compensation amount is added to a voltage command value which is one of the calculation results of the main control part when the inverter is decelerated, and voltage compensation is added to the voltage command V *, which is one of the calculation results of the main control part, when the deceleration routine is executed. The result of generating the final voltage reference (V **) is explained on the time axis.
일정한 감속을 하는 주파수(f*)와는 다르게 감속시간(△t)동안 전압을 보상하여 출력되는 전압값을 상승시킨다.Differently from the frequency f * for constant deceleration, the voltage value is increased by compensating the voltage during the deceleration time Δt.
도 8은 도 7에서 인버터가 일정하게 감속할 때 나타나는 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프로서, 주파수에 대해 최종 전압 지령이 전압 보상된 값만큼 더해져서 이동했음을 설명한다.FIG. 8 is a graph illustrating a relationship between a voltage and a frequency that appears when the inverter decelerates constantly in FIG. 7, and illustrates that the final voltage command is moved by the voltage-compensated value with respect to the frequency.
도 9는 본 발명의 토크와 슬립 곡선을 보인 그래프로서, 종래 기술에서 인버터는 토크 T1 레벨에서 정상운전을 했지만 본 발명에서 인버터는 토크 T2 레벨에서정상 운전함을 설명한다.9 is a graph showing the torque and slip curves of the present invention. In the prior art, the inverter normally operates at the torque T1 level, but in the present invention, the inverter operates normally at the torque T2 level.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 감속시간 동안 인버터가 출력하는 전압 지령에 소정 전압을 보상해 줌으로써 부하가 큰 경우에 안정적으로 감속 동작을 할 수 있게 하는 효과가 있다.As described above in detail, the present invention has an effect of stably decelerating when the load is large by compensating a predetermined voltage to the voltage command output by the inverter during the deceleration time.
또한, 이로 인해 시스템 전체적으로 적은 비용으로 신뢰성이 증대된 감속 제어기를 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, this has the effect of obtaining a deceleration controller with increased reliability at low cost as a whole of the system.
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