KR20070091185A - 전기차 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벡터 제어된 1 대의 인버터 장치로 복수 대의 유도 전동기를 병렬 접속하여 구동하는 시스템에서 1 대의 유도 전동기의 1 상만이 단선한 상태도 검지할 수 있는 전기차 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 전기차 제어 장치는 벡터 제어부(2)에서 얻어지는, q축 전류 I1q, d축 전류 I1d, q축 전압 지령 E1qr, d축 전압 지령 E1dr 및 인버터 각주파수 ωinv에 기초하여, 유도 전동기의 토크를 연산하는 토크 연산부(5)와; 해당 토크 연산 결과에 기초하여, 미리 설정된 시간폭에 있어서 토크 연산 결과의 최대값과 최소값으로부터 토크 변동폭을 연산하는 토크 변동폭 연산부(6)와; 해당 토크 변동폭이 토크 변동폭 기준값을 넘었을 때에 단선 검지 신호를 출력하는 비교기(7)를 구비하고 있다.

Description

전기차 제어 장치{ELECTRIC CAR CONTROL DEVICE}
본 발명은 전기차 제어 장치에 관한 것으로, 특히 인버터 장치에서부터 유도 전동기로 교류 전력을 공급하는 모터선의 단선(斷線)을 검지하는 기능을 구비한 전기차 제어 장치에 관한 것이다.
종래의 전기차 제어 장치의 결상(缺相) 검지 방식에 있어서는, 인버터 장치가 출력하는 3상(相) 교류 전류의 각 상 전류의 평균값 Iu, Iv, Iw를 취하여, 이러한 각 상 전류의 평균값을 다시 평균한 값 Io=(Iu+Iv+Iw)/3 을 구하고, 각 상 전류의 평균값과 다시 평균한 값의 차 |Iu-Io|, |Iv-Io|, |Iw-Io| 가 기준값을 넘었을 때, 결상임을 검지한다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평 6-245301호 공보
상기와 같은 종래의 전기차 제어 장치에 있어서, 벡터(vector) 제어된 1 대의 인버터 장치로 복수 대, 예를 들어 4 대의 유도 전동기를 병렬 접속하여 구동하는 시스템인 경우에는 4 대의 유도 전동기 중 1 대의 유도 전동기의 1 상만이 단선한 상태를 검지할 수 없다고 하는 문제점이 있었다. 이것은 벡터 제어에 의해서 유도 전동기의 전류가 고속으로 제어되도록 되어 있으므로, 유도 전동기 4 대분의 각 상 평균 전류는 1 대의 유도 전동기의 1 상이 단선해도 변화하지 않는다. 이 때문 에, |Iu-Io|, |Iv-Io|, |Iw -Io| 가 기준값을 넘는 일이 없어지게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 벡터 제어된 1 대의 인버터 장치로 복수 대의 유도 전동기를 병렬 접속하여 구동하는 시스템에서 1 대의 유도 전동기의 1 상만이 단선한 상태도 검지할 수 있는 전기차 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 인버터 장치로 유도 전동기를 벡터 제어하는 전기차 제어 장치로서, 상기 유도 전동기의 q축 전류 I1q, d축 전류 I1d, q축 전압 지령 E1qr, d축 전압 지령 E1dr 및 인버터 각주파수 ωinv를 연산하는 벡터 제어부와; 상기 q축 전류 I1q, 상기 d축 전류 I1d, 상기 q축 전압 지령 E1qr, 상기 d축 전압 지령 E1dr 및 상기 인버터 각주파수 ωinv에 기초하여, 상기 유도 전동기의 토크(torque)를 연산하는 토크 연산부와; 상기 토크 연산부에서 연산된 토크 연산 결과에 기초하여, 미리 설정된 시간폭에 있어서 토크 연산 결과의 최대값과 최소값으로부터 토크 변동폭을 연산하는 토크 변동폭 연산부와; 상기 토크 변동폭 연산부에서 연산된 상기 토크 변동폭과 미리 설정된 토크 변동폭 기준값을 비교하고, 상기 토크 변동폭이 상기 토크 변동폭 기준값을 넘었을 때에 단선 검지 신호를 출력하는 비교기를 구비한 전기차 제어 장치이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1의 전기차 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1의 전기차 제어 장치에 있어서 정상시의 각 상 전류와 토크 연산 결과 파형을 나타낸 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1의 전기차 제어 장치에 있어서 1 대의 유도 전동기의 W 상이 단선한 상태에 있어서 각 상 전류와 토크 연산 결과 파형이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1의 전기차 제어 장치에 있어서 1 대의 유도 전동기의 W 상이 단선한 상태를 나타내는 설명도이다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 전기차 제어 장치를 나타내는 것이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 인버터 장치(1)에는 4 대의 유도 전동기(3a, 3b, 3c, 3d)가 접속되어 있다. 이러한 4 대의 유도 전동기(3a, 3b, 3c, 3d)는 병렬 접속되어 있고, 1 대의 인버터 장치(1)로 벡터 제어되어 있다. 인버터 장치(1)에는 벡터 제어부(2)가 접속되어 있고, 인버터 장치(1)는 벡터 제어부(2)로부터 출력되는 게이트 신호에 의해서, 인버터 장치(1)의 내부에 설치된 스위칭 소자(도시 생략)를 스위칭하는 것에 의해, 인버터 장치(1)에 병렬 접속된 4 대의 유도 전동기(3a, 3b, 3c, 3d)로 전력을 공급한다. 인버터 장치(1)로부터 출력되는 각 상 전류 Iu, Iv, Iw는 상 전류 검출용 CT(4a, 4b, 4c)에 의해서 검출되고, 벡터 제어부(2)에 입력된다. 벡터 제어부(2)에서 실시되는 벡터 제어 연산의 과정에서 얻어지는 유도 전동기의 q축 전류 I1q, d축 전류 I1d, q축 전압 지령 E1qr, d축 전압 지령 E1dr 및 인버터 각주파수 ωinv는 벡터 제어부(2)에서부터 토크 연산부(5)로 입력된다. 토크 연산부(5)에서는 입력된 이러한 값에 기초하여 토크 연산 결과 Tqcal이 연산된다. 토크 연산부(5)에서 연산된 해당 토크 연산 결과 Tqcal은 토크 변동폭 연산부(6)에 입력된다. 토크 변동폭 연산부(6)에서 연산된 토크 변동폭 △Tqcal은 비교기(7)에 입력된다. 비교기(7)에서는 미리 설정되어 있는 토크 변동폭 기준값 △Tqref와 토크 변동폭 △Tqcal을 비교하고, 비교 결과에 기초하여, 단선 검지 신호를 벡터 제어부(2)에 출력한다.
다음에, 동작에 대해 설명한다. 토크 연산부(5)에서는 벡터 제어부(2)로부터 입력된, q축 전류 I1q, d축 전류 I1d, q축 전압 지령 E1qr, d축 전압 지령 E1dr 및 인버터 각주파수 ωinv에 기초하여, 이하의 (식 1) ~ (식 5)의 연산을 실시하는 것으로, 토크 연산 결과 Tqcal을 구한다.
유도 전동기의 d축 및 q축 1차 자속 Φ1d, Φ1q의 연산
Φ1d=(E1qr-R1ㆍI1q-sΦ1q)/ωinv (식 1)
Φ1q=(-E1dr+R1ㆍI1d+sΦ1d)/ωinv (식 2)
유도 전동기의 d축 및 q축 2차 전류 I2d, I2q의 연산
I2d=(Φ1d-L1ㆍI1d)/M (식 3)
I2q=(Φ1q-L1ㆍI1q)/M (식 4)
유도 전동기의 토크 Tqcal의 연산
Tqcal=pM(I1qㆍI2d-I1dㆍI2q) (식 5)
여기서, R1은 유도 전동기의 1차 저항, s는 미분 연산자, L1은 유도 전동기의 1차 자체 인덕턴스, M은 유도 전동기의 상호 인덕턴스, p는 유도 전동기의 극대수(極對數)를 나타낸다. 또한, 이와 같이 (식 1) ~ (식 5)에 의해 토크를 연산하도 록 했으므로, 단시간에 정확한 토크를 연산할 수 있다.
도 2에, 인버터 장치(1)에서 병렬 접속된 유도 전동기(3a, 3b, 3c, 3d) 사이의 각 상 배선에 단선이 없는 정상적인 상태에 있어서 각 상 전류 Iu, Iv, Iw와 토크 연산 결과 Tqcal의 파형예를 나타낸다. 토크 변동폭 연산부(6)에서는 설정된 시간폭 Tw(도 2의 Tw1, Tw2, Tw3에 상당함)에 있어서, 토크 연산 결과 Tqcal의 최대값과 최소값을 구하여 시간폭 Tw내의 토크 변동폭 △Tqcal을 연산한다. 예를 들어, 도 2의 Tw1내의 토크 연산 결과의 최대값을 Tqmax, Tw1내의 토크 연산 결과의 최소값을 Tqmin으로 하면 Tw1내의 토크 변동폭은 △Tqcal=Tqmax-Tqmin 으로 연산된다.
토크 변동폭 연산부(6)에서 연산된 토크 변동폭 △Tqcal은 비교기(7)에서, 토크 변동폭 기준값 △Tqref와 비교되고, 하기와 같이 논리표에 따라서 단선 검지 신호를 출력한다.
[표 1]
논리식 단선 검지 신호
|△Tqcal|
Figure 112007049379687-PCT00001
△Tqref		 0 (단선 없음)
|△Tqcal| > △Tqref 1 (단선 있음)
도 2 상태에서는 토크 변동폭 △Tqcal이 토크 변동폭 기준값 △Tqref보다 작고, 상기 논리표에 나타난 바와 같이, 단선 검지 신호는 "0"이므로, 벡터 제어부(2)로부터 인버터 장치(1)에 벡터 제어 결과로 정해지는 게이트 신호가 입력된다.
그렇지만, 도 1의 구성에 있어서, 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같이, 인 버터 장치(1)와 병렬 접속된 유도 전동기(3a, 3b, 3c, 3d) 사이의 각 상 배선 중, 유도 전동기(3a)의 W 상의 1 선이 단선했을 경우에 대해 설명한다. 도 3에, 그 경우에 있어서 각 상 전류 Iu, Iv, Iw와 토크 연산 결과 Tqcal의 파형예를 나타낸다.
도 3으로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 각 상 전류 Iu, Iv, Iw의 파형은 도 2에 나타난 정상시의 파형과 거의 변함없지만, 토크 연산 결과 Tqcal은 각 상 전류의 주파수의 2 배의 주파수로 변동한다. 또, 토크 변동폭 △Tqcal의 절대값은 토크 변동폭 기준값 △Tqref보다 커지므로, 상기 논리표에 나타낸 바와 같이, 단선 검지 신호는 "1"로 된다. 벡터 제어부(2)에서는 단선 검지 신호 "1"이 입력되면, 게이트 신호를 정지하고, 인버터 장치(1)에서부터 유도 전동기(3a, 3b, 3c, 3d)로의 전력 공급을 정지한다.
또한, 벡터 제어부(2), 토크 연산부(5), 토크 변동폭 연산부(6) 및 비교기(7)의 처리는 통상 마이크로 컴퓨터나 디지털 시그널 프로세서 등을 이용하여 디지털 연산에 의해 실시된다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 벡터 제어부에 의해 얻어지는 상기 q축 전류 I1q, 상기 d축 전류 I1d, 상기 q축 전압 지령 E1qr, 상기 d축 전압 지령 E1dr 및 상기 인버터 각주파수 ωinv에 기초하여, 상기 유도 전동기의 토크를 연산하고, 이 토크 연산 결과가 벡터 제어된 1 대의 인버터 장치로 복수 대의 유도 전동기를 병렬 접속하여 구동하는 시스템에서 1 대의 유도 전동기의 1 상만이 단선했을 때에 변동하는 것에 주목하고, 토크 변동폭과 토크 변동 기준값을 비교하여 단선을 검지하도록 했으므로, 벡터 제어된 1 대의 인버터 장치로 복수 대의 유도 전동기를 병 렬 접속하여 구동하는 시스템에서 1 대의 유도 전동기의 1 상만이 단선한 상태도 검지할 수 있다.
또, 본 발명을 이용하면, 게이트 신호가 없어진 상태나 인버터 장치 출력의 단선 상태에서도, 토크 연산 결과가 크게 변동하므로, 이러한 이상을 검지할 수도 있다.
또, 상기의 설명에서는 유도 전동기의 대수는 4 대로 하여 설명하였으나, 이 경우에 한정하지 않고, 1 대, 2 대, 5 대, 6 대 등이어도 된다. 또, 도 1 및 도 4에서, 각 상 전류 검출용 CT는 3 상분인 것으로 하고 있으나, 이것에 대해서도 이 경우에 한정하지 않으며, 2 상분, 예를 들어 Iu와 Iv를 검출하기 위한 4a와 4b만으로도 된다. 이 경우 Iw는 벡터 제어부(2)에서 Iw=-(Iu+Iv) 로서 연산된다.
또, 토크 변동폭을 연산할 때의 시간폭 Tw는 적당한 시간폭이면 어떤 값이어도 되지만, 다음과 같이 결정해도 된다. 도 3으로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 토크 연산 결과 Tqcal의 변동 주파수는 상 전류의 주파수의 2 배이다. 이것을 고려하여, 토크 변동폭을 연산할 때의 시간폭 Tw는 연산시의 상 전류 주기의 1/2 이상으로 설정한다. 이와 같이 설정하면, 시간폭 Tw는 반드시 토크 변동 주기 이상으로 되므로, 정확하게 토크 변동폭 △Tqcal을 연산할 수 있다.
본 발명에 의하면, 벡터 제어부에 의해 얻어지는 상기 q축 전류 I1q, 상기 d축 전류 I1d, 상기 q축 전압 지령 E1qr, 상기 d축 전압 지령 E1dr 및 상기 인버터 각주파수 ωinv에 기초하여, 상기 유도 전동기의 토크를 연산하고, 이 토크 연산 결과가 벡터 제어된 1 대의 인버터 장치로 복수 대의 유도 전동기를 병렬 접속하여 구동하는 시스템에서 1 대의 유도 전동기의 1 상만이 단선했을 때에 변동하는 것에 주목하고, 토크 변동폭과 토크 변동 기준값을 비교하여 단선을 검지하도록 했으므로, 벡터 제어된 1 대의 인버터 장치로 복수 대의 유도 전동기를 병렬 접속하여 구동하는 시스템에서 1 대의 유도 전동기의 1 상만이 단선한 상태도 검지할 수 있다.

Claims (3)

  1. 인버터 장치로 유도 전동기를 벡터 제어하는 전기차 제어 장치로서,
    상기 유도 전동기의 q축 전류 I1q, d축 전류 I1d, q축 전압 지령 E1qr, d축 전압 지령 E1dr 및 인버터 각주파수 ωinv를 연산하는 벡터 제어부와,
    상기 q축 전류 I1q, 상기 d축 전류 I1d, 상기 q축 전압 지령 E1qr, 상기 d축 전압 지령 E1dr 및 상기 인버터 각주파수 ωinv에 기초하여, 상기 유도 전동기의 토크를 연산하는 토크 연산부와,
    상기 토크 연산부에서 연산된 토크 연산 결과에 기초하여, 미리 설정된 시간폭에 있어서 토크 연산 결과의 최대값과 최소값으로부터 토크 변동폭을 연산하는 토크 변동폭 연산부와,
    상기 토크 변동폭 연산부에서 연산된 상기 토크 변동폭과 미리 설정된 토크변동폭 기준값을 비교하고, 상기 토크 변동폭이 상기 토크 변동폭 기준값을 넘었을 때에 단선 검지 신호를 출력하는 비교기를 구비한 것을 특징으로 하는 전기차 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크 변동폭 연산부에 있어서 미리 설정된 상기 시간폭은 상 전류 주기의 1/2 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 전기차 제어 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 토크 연산부는 상기 q축 전류 I1q, 상기 d축 전류 I1d, 상기 q축 전압 지령 E1qr, 상기 d축 전압 지령 E1dr 및 상기 인버터 각주파수 ωinv를 이용하여, 유도 전동기의 d축 및 q축 1차 자속과 d축 및 q축 2차 전류를 연산하고, 상기 d축 및 q축 1차 자속과 상기 d 및 q축 2차 전류로부터 상기 토크를 연산하는 것을 특징으로 하는 전기차 제어 장치.
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