KR20070072089A

KR20070072089A - 상전류 검출 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20070072089A
Application number: KR1020050136047A
Authority: KR
Inventors: 박성민; 김태경
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-07-04
Also published as: KR101198230B1

Abstract

본 발명은 상전류 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 인버터 구동을 위한 유효전압 벡터를 분석하고 그 분석결과를 기초로 전동기의 운전상태를 파악한 후 전동기의 상전류 측정방법을 달리함으로써 전동기의 전 운전영역에서 신뢰성 있는 상전류를 검출하기 위한 것이다. 이를 위하여 본 발명은, 부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어부와; 상기 전압 지령치에 근거한 유효전압 벡터를 출력하는 공간전압 변조부와; 상기 유효전압 벡터에 기초한 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 신호 생성부와; 상기 유효전압 벡터와 최소 유효전압 벡터 비교하여 그 비교결과에 따른 상전류 검출 제어신호를 출력하는 전류 검출 제어부와; 상기 전류 검출 제어신호에 따라 상전류를 검출하는 전류 검출부를 포함하여 구성된다.

Description

상전류 검출 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING PHASE CURRENT}

도 1은 종래의 상전류 검출 장치에 관한 회로도이다.

도 2는 스위칭 상태에 따른 상전류와 직류링크 전류의 관계도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상전류 검출 장치의 회로도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상전류 검출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상전류 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

410 : 전류 제어부 420 : 공간전압 변조부

430 : 스위칭 신호 생성부 440 : 인버터

450 : 전류 검출 제어부 460 : 전류 검출부

본 발명은 전동기의 정상 운전시뿐만 아니라 초기 기동시 및 저속 운전시에도 상전류를 검출하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 유효전압 벡터를 분 석하고 그 분석결과에 기초하여 전동기의 운전상태를 판단하고, 그 판단결과에 근거하여 전동기의 상전류 측정방법을 달리함으로써 전동기의 전 운전영역에서 상전류를 검출하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 단일전류센서를 이용한 인버터 시스템으로써, 직류 링크(DC- Link) 전류 센서로부터 상전류를 재구축하는 것은 두 개의 유효전압 벡터의 인가시간이 적어도 신뢰성 있는 샘플링 되기에 충분할 만큼 클 때만이 가능하다.

즉, 도 2의 유효전압 벡터와 직류 링크(DC-Link) 전류의 관계로부터 알 수 있듯이, 하나의 유효전압벡터는 하나의 상전류를 재구축하기 위하여 사용되고 또 다른 유효전압벡터는 다른 상전류를 구축하기 위하여 사용된다.

따라서 이 방식은 신뢰할 수 있는 상전류를 얻기 위해서는 상전류에 대응되는 유효전압벡터가 어떤 최소한의 시간동안 인가될 것을 요구한다.

일반적으로, 단일전류센서를 이용한 인버터 시스템에서 신뢰할 수 있는 상전류를 얻기 위하여 최소 유효전압벡터를 인가해야 하는 시간인 최소 유효전압벡터 Tmin 은 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.

식(1)

여기서 T _dead 는 데드타임, T _sett 는 스위칭에 의해 생기는 직류링크(DC-Link)의 링깅(Ringing) 전류의 안정화 시간, T _AD 는 A/D 변환 시간이다.

따라서, 도 2의 종래기술에서 알 수 있듯이, 각 유효전압 벡터(T1, T2)의 절반이 상전류를 검출하기 위한 최소 유효전압 벡터 T_min 보다 작으면, 검출된 상전류 의 신뢰도는 떨어진다.

그러므로 종래의 단일 전류센서를 사용한 상전류 검출 시스템은 초기 기동시나 저속 운전시의 유효전압 벡터가 최소 유효전압 벡터보다 작은 경우, 3상의 전류는 신뢰성 있게 복원될 수 없다.

즉, 종래의 단일전류센서를 사용한 상전류 검출 시스템은 하나의 유효전압벡터만이 최소 유효전압 벡터보다 작은 경우 한 상의 전류만을 검출할 수 있으며, 또한 유효전압 벡터가 저변조(Low-Modulation) 영역에 있는 경우에는 어떠한 상전류도 검출할 수 없다.

여기서, 저 저변조(Low-Modulation) 영역이란 2개의 유효전압 벡터의 절반(T1/2, T2/2)이 모두 상전류를 검출할 수 있는 최소 유효전압 벡터(Tmin) 보다 작은 상태를 말한다.

따라서 종래의 단일 전류센서를 사용한 상전류 검출 시스템은 모든 영역에서 상전류의 검출이 되지 않으므로 상전류의 검출에 신뢰성을 떨어뜨리며, 또한 기동시나 저속운전시에는 Full-Duty를 사용할 수 없어 전압 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명은 전동기 구동의 가장 중요한 요소중의 하나인 상전류의 검출에 있어 검출된 상전류에 신뢰성을 높이기 위하여, 전동기의 초기 기동 및 저속 운전시와 정상 운전시에 각각 전동기의 상전류를 검출하는 방법을 달리함으로써 전동기를 운전할 때 전동기의 모든 영역에 걸쳐 신뢰성 있는 상전류를 검출하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동기의 전 운전영역에서 신뢰성 있는 상전류를 검출하기 위한 장치는, 부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어부와; 상기 전압 지령치에 근거한 유효전압 벡터를 출력하는 공간전압 변조부와; 상기 유효전압 벡터와 최소 유효전압 벡터를 비교하여 그 비교결과에 따른 상전류 검출 제어신호를 출력하는 전류 검출 제어부와; 상기 유효전압 벡터에 기초한 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 신호 생성부와; 상기 전류 검출 제어신호에 따라 상전류를 검출하는 전류 검출부로 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동기의 전 운전영역에서 신뢰성 있는 상전류를 검출하기 위한 방법은,

부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어 과정과; 상기 전압 지령치에 근거한 유효전압 벡터를 출력하는 공간전압 변조 과정과; 상기 유효전압 벡터와 최소 유효전압 벡터를 비교하여 그 비교결과에 따른 상전류 검출 제어신호를 출력하는 전류 검출 제어 과정과; 상기 유효전압 벡터에 기초한 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 신호 생성 과정과; 상기 전류 검출 제어신호에 따라 상전류를 검출하는 과정을 수행함을 특징으로 한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 상전류를 검출 장치를 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 전류 검출부(360)는 부하의 실제 전류를 복원하여 출력하고, 전류제어부(310)는 상기 전류 검출부(360)에서 복원된 실제 전류치와 부하에 연동하여 생성된 전류 지령치를 비교하여, 그 비교 차이에 기초한 전압지령치를 생성하여 출력한다.

다음으로, 공간전압 변조부(320)는 상기 전압 지령치에 기초하여 유효전압벡터 T1, T2를 생성하여 출력하고, 스위칭 신호 생성부(330)는 상기 유효전압벡터 T1, T2에 기초하여 인버터(440)에 상전류 및 상전압을 공급하기 위한 스위칭 신호를 생성하여 출력한다.

다음으로, 전류 검출 제어부(350)는 상기 유효전압 벡터 T1, T2를 최소 유효전압 벡터 Tmin와 비교하고, 그 비교결과에 따라 전류 검출부(360)의 전류 검출을 제어한다.

여기서, 상기 전류 검출부(360)는 상전류 검출부(361)와 직류 전류 검출부(362)로 구성되면, 상기 상전류 검출부(361)는 상기 스위칭 신호에 따라 인버터(340)를 구성하고 있는 하단의 전력 소자가 도통하는 시간에 상전류 측정부분(363)에 흐르는 모터의 상전류를 검출한다.

이때, 전동기의 상전류는 상기 인버터(340) 하단의 전력 소자와 상기 전력소자 하단의 저항을 거쳐 캐패시터로 귀환하게 된다. 그리고, 상기 전력소자 하단의 저항에 흐르는 전류는 상기 전력소자 하단의 저항에서 측정된 전기량에 기초하여 상기 상전류 검출부(361)에서 식 (1)에 의하여 검출된다.

i = V / R 식(1)

즉, 저항을 통하여 흐르는 전류의 크기는 저항의 크기가 일정한 경우, 그 저항 양단에 강하된 전압의 크기에 비례한다. 이와 같은 방법으로 전동기의 두 상전류는 직접적으로 검출되고, 나머지 하나의 상전류는 전류평형조건을 이용하여 구할수 있으므로 3상의 전류는 모두 검출된다.

그리고, 상기 직류링크 전류 검출부(362)는 전동기 구동을 위한 유효전압벡터가 인가될 때, 상전류를 직접 검출하지 않고 상기 직류링크 전류 검출부분(364)에서 측정된 전기량에 기초하여 검출된 전류를 전류복원 알고리즘을 통해 3상의 전류로 복원한다.

따라서, 상기 상전류 검출부(364)는 초기기동 및 저속 부분에서 유효전압벡터가 작더라도 그 유효전압벡터에 상응하는 안정적이고 신뢰성있는 상전류의 측정이 가능하며, 상기 직류링크 전류 검출부(363)는 PWM DUTY를 다 쓰게 되어 영 전압벡터가 나오지 않아 인버터의 하단 스위치가 모두 온이 되는 경우가 생기지 않게 되더라도 안정적이고 신뢰성있는 상전류의 측정이 가능하다.

그러므로, 전류 검출부는(460) 공간전압벡터의 Full-Duty에서 전류를 측정하는 것이 가능하다. 또한, 상기 상전류 검출부(364)는 상기 인버터(440)의 하단 전력소자의 하단에 3개의 저항을 연결하여 구성된 전류 측정부분을 이용하여 상전류를 검출하는 것도 가능하며, 직류링크 전류 검출부(362)와 상전류 검출부(361) 가운데 어느 하나를 선택하기 위하여 절환유닛을 포함하는 것도 가능하다.

이하에서는 보다 상세하게, 본 발명의 실시예에 따른 상전류를 검출하기 위한 방법을 도 4 및 5를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 전류제어부(410)는 외부로부터 입력받은 부하와 연동된 전류 지령치와 전류 검출부(460)에 의하여 복원된 실제 전류치를 비교하고, 그 비교 차이에 기초한 전압 지령치를 생성한다(S50 ~ S52).

그리고, 공간전압 변조부(420)는 상기 전압 지령치에 기초하여 유효전압벡터의 크기를 결정하는 유효전압벡터 T1, T2를 생성하고(S52), 그 다음 스위칭 신호 생성부(430)는 상기 유효전압 벡터 T1, T2에 기초하여 전동기에 상전압을 공급하기 위한 스위칭 신호를 생성하여 인버터(440)에 공급한다.

여기서, 상기 스위칭 신호는 상기 인버터(440)를 구성하는 전력소자의 온-오프 상태를 결정하며, 결국 전동기의 각 상전류의 상태를 결정한다.

그 다음, 전류 검출 제어부(450)는 상기 유효전압 벡터 T1, T2 와 상전류를 측정하기 위한 최소 유효전압 벡터 Tmin 를 비교하여, 그 비교결과에 따른 상전류 검출 제어신호를 출력한다(S53).

이러한 상기 상전류 검출 제어신호에 따라, 상기 유효전압벡터 T1, T2가 최소 유효전압 벡터 Tmin 이상이면 상기 상전류 검출부(461)가 상기 인버터(440)의 전력소자 하단에서 상전류를 직접검출하여 실제 전류를 복원한다.(S54)

그러나, 상기 유효전압벡터 T1, T2가최소 유효전압 벡터 Tmin 이하이면 상기 직류링크 전류 검출부(462)가 직류링크 전류를 검출함으로써 전류복원 알고리즘을 통해 3상의 전류로 실제 전류를 복원한다(S55).

구체적으로, 상기 전류 검출부(460)는 상기 상전류 검출 제어신호에 따라 전동기의 모든 운전영역에서 안정적이고 신뢰성있는 상전류를 검출하기 위하여 그 검출방법을 달리한다.

즉, 상기 전류 검출부(461)는 초기 기동시나 저속운전시에는 유효벡터가 충분히 크지 않으므로 상기 상전류 검출부(461) 통해 상전류를 검출하여 실제 전류값을 복원하나, 정상 운전시에는 상기 공간전압 변조부(420)로부터 나온 유효전압 벡터들의 크기가 기준 크기보다 충분히 크므로 상기 직류링크 전류 검출부(462)를 통해 상전류를 검출하여 실제 전류값을 복원한다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 방법을 이용하여 전동기의 모든 운전영역에 걸쳐 안정적이고 신뢰성 있는 상전류값을 얻을 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 영역에서 신뢰성 있는 상전류 검출 장치 및 그 방법은 정상 운전시뿐만 아니라 초기 기동시나 저속운전시에도 안정적인 상전류를 검출함으로써, PWM Duty를 모두 사용할 수 있어 전압 이용률을 증대시키는 효과가 있다.

Claims

부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어부와;

상기 전압 지령치에 근거한 유효전압 벡터를 출력하는 공간전압 변조부와;

상기 유효전압 벡터와 최소 유효전압 벡터를 비교하여 그 비교결과에 따른 상전류 검출 제어신호를 출력하는 전류 검출 제어부와;

상기 유효전압 벡터에 기초한 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 신호 생성부와;

상기 전류 검출 제어신호에 따라 상전류를 검출하는 전류 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상전류 검출 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전류 검출 제어부는,

상기 유효전압 벡터가 최소 유효전압 벡터 이하인 경우, 직류링크 전류를 검출하기 위한 직류링크 전류 검출 제어신호를 출력하고;

상기 유효전압 벡터가 최소 유효전압 벡터 이상인 경우, 각 상에서 상전류를 검출하기 위한 상전류 검출 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 상전류 검출 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전류 검출부는,

상기 직류링크 전류 검출 제어신호에 따라 직류링크 전류를 검출하고, 그 결과에 근거한 실제 전류를 복원하여 출력하는 직류링크 전류 검출부와;

상기 상전류 검출 제어신호에 따라 상전류를 검출하고, 그 결과에 근거한 실제 전류를 복원하여 출력하는 상전류 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상전류 검출 장치.
부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어 과정과;

상기 전압 지령치에 근거한 유효전압 벡터를 출력하는 공간전압 변조 과정과;

상기 유효전압 벡터와 최소 유효전압 벡터를 비교하여 그 비교결과에 따른 상전류 검출 제어신호를 출력하는 전류 검출 제어 과정과;

상기 유효전압 벡터에 기초한 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 신호 생성 과정과;

상기 전류 검출 제어신호에 따라 상전류를 검출하는 과정을 수행함을 특징으로 하는 상전류 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 전류 검출방법 제어 과정은,

상기 유효전압 벡터가 최소 유효전압 벡터 이하인 경우, 직류링크 전류를 검출하기 위한 직류링크 전류 검출 제어신호를 출력하는 단계와;

상기 유효전압 벡터의 크기가 소정의 크기 이상인 경우, 각 상에서 상전류를 검출하기 위한 상전류 검출 제어신호를 출력하는 단계를 수행함을 특징으로 하는 상전류 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 전류 검출 과정은,

상기 직류링크 전류 검출 제어신호에 따라 직류링크 전류를 검출하고, 그 결과 근거한 실제 전류를 출력하는 직류링크 전류 검출 단계와;

상기 상전류 검출 제어신호에 따라 상전류를 검출하고, 그 결과에 근거한 실제 전류를 출력하는 상전류 검출 단계를 수행함을 특징으로 하는 상전류 검출방법.