KR20090042519A - 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치 - Google Patents

전동기 판별 방법 및 그 판별 장치 Download PDF

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KR20090042519A
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황선호
정한수
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은, 삼상 전동기에 소정 전원을 공급하고, 전동기에 흐르는 출력전류를 검출하고, 검출되는 출력전류에 기초하여 전동기 정수를 연산하고, 연산된 전동기 정수와 미리 저장된 전동기 정수를 비교하여 전동기의 종류를 판별하는 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치에 관한 것이다. 이에 의하여, 간단히 전동기의 종류를 판별할 수 있게 된다.
Figure P1020070108323
전동기, 종류, 판별

Description

전동기 판별 방법 및 그 판별 장치{Method for discriminating a type of motor and device discriminating the same}
본 발명은 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동기에 소정 전원을 공급하고 이에 의해 간단히 전동기의 종류를 판별하는 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치에 관한 것이다.
전동기, 특히 삼상 전동기는 인버터에 의해 변환된 교류 전원을 이용하여 구동되는 장치로서, 산업 전반에 걸쳐 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 세탁기, 냉장고 및 에어컨 등을 포함하는 공기조화기, 엘리베이터, 자동차 등에서 사용되고 있다.
다양한 분야에서 사용되는 전동기는 효율성 등을 이유로 다양한 종류의 전동기가 사용되고 있는 실정이다. 예를 들어, 유도 전동기, BLDC(Brushless DC) 전동기, synRM(synchronous Reluctance Motor) 등의 다양한 전동기가 있다. 또한, BLDC(Brushless DC) 전동기도 영구 자석의 위치에 따라 IPM(Interier Permanent Magnet), SPM(Surface Permanent Magnet) 등으로 나뉜다.
한편, 전동기를 제어하는 제어장치는, 인버터 등을 통해 전동기에 적절한 교 류전원을 공급함으로써, 최적의 전동기 제어를 구현하고 있다. 이러한 상황에서, 전동기의 종류가 다양한 경우에, 전동기 종류 각각에 따른 전동기 제어장치를 구현한다는 것은 비용적인 측면에서 불리하며, 나아가 하나의 장치에 다양한 전동기가 사용하는 경우에는 더욱 그러하다.
본 발명의 목적은, 간단히 전동기의 종류를 판별하는 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동기 판별 방법은, 삼상 전동기에 소정 전원을 공급하는 단계와, 전동기에 흐르는 출력전류를 검출하는 단계와, 검출되는 출력전류에 기초하여 전동기 정수를 연산하는 단계와, 연산된 전동기 정수와 미리 저장된 전동기 정수를 비교하여 전동기의 종류를 판별하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전동기 판별 장치는, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전동기를 구동하는 인버터와, 인버터의 스위칭 소자를 제어하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 마이컴과, 전동기에 흐르는 전류를 검출하는 출력전류 검출수단과, 전동기에 소정 전원이 인가되는 경우에 검출되는 출력전류에 기초하여 전동기의 종류를 판별하는 전동기 판별부를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치는 전동기에 소정 전원을 공급하고 이를 바탕으로 전동기 정수를 비교함으로써 간단히 전동기의 종류를 판별할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치는 전동기를 사용하는 세탁기, 냉장고 및 에어컨 등을 포함하는 공기조화기, 엘리베이터, 자동차 등 다양한 분야에서 적용이 가능하나, 이하에서는 공기조화기에서의 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치를 중심으로 기술한다.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(50)는, 크게 실내기(I)와 실외기(O)로 구분된다.
실외기(O)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(2)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(2b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(4)와, 실외 열교환기(5)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(5a)과 실외팬(5a)을 회전시키는 전동기(5b)로 이루어진 실외 송풍기(5)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(6)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(10)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(3) 등을 포함한다.
실내기(I)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(8)와, 실내측 열교환기(8)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(9a)과 실내팬(9a)을 회전시키는 전동기(9b)로 이루어진 실내 송풍기(9) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(8)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(2)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 또한, 상기 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치에서의 전동기는 도면에서 도시한, 실외팬, 압축기 또는 실내 팬을 동작시키기 각 전동기(2b,5b,9b)일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 판별 방법 및 그 판별 장치를 도시한 회로도이고, 도 3은 전동기 판별시 전동기에 인가되는 소정 전원의 일 예를 도시한 타이밍도다.
도 2 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 판별 장치(200)는, 인버터(220), 마이컴(230), 전동기 판별부(240) 및 출력전류 검출수단(E)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 판별 장치(200)는 컨버터(210), 리액터(L) 및 평활 커패시터(C) 등을 더 포함할 수 있다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원과 컨버터(210) 사이에 배치되어, 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
컨버터(210)는 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원의 종류에 따라 컨버터(210)의 내부 구 조도 달라진다. 예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다. 컨버터(210)는 복수개의 스위칭 소자를 구비하여, 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행한다.
평활 커패시터(C)는 컨버터(210)의 출력단에 접속된다. 컨버터(210)로부터 출력되는 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 이하에서는 컨버터(210)의 출력단을 dc 단 또는 dc 링크단이라고 한다. dc 단에 평활된 직류 전압은 인버터(220)에 인가된다.
인버터(220)는 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여 출력한다. 구체적으로 설명하면, 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결된다.
인버터(220)에서 출력되는 삼상 교류 전원은 삼상 전동기(250)의 각 상에 인가된다. 여기서 삼상 전동기(250)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 삼상 전동기(250)의 종류로는 유도 전동기, BLDC 전동기, synRM 전동기 등 다양한 형태가 가능하다.
마이컴(230)은 인버터(220)를 제어하도록 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 스위칭 제어신호(Sic)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출수단(E)에서 검출되는 출력전류(io)에 기초하여 생성된다.
도면에서는 도시하지 않았으나, 마이컴(230)은, 출력전류(io)에 기초하여 전동기 속도를 추정하는 추정부(미도시)와, 추정 속도와 속도 지령치에 기초하여 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부(미도시)와, 전류 지령치와 검출된 출력전류에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부(미도시)와, 전압 지령치에 기초하여 인버터(220)의 스위칭 소자를 제어하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부(미도시)를 포함할 수 있다.
출력전류 검출수단(E)는 출력전류(io)를 검출한다. 출력전류 검출수단(E)은 인버터(220)와 전동기(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 또한 출력전류 검출수단(E)은 인버터의 3개의 하암 스위칭 소자에 일단이 각각 접속되는 션트 저항일 수 있다. 검출되는 출력전류(io)는 스위칭 제어 신호의 생성을 위해 마이컴(230)에 입력되며, 또한, 전동기의 종류를 판별하기 위해 전동기 판별부(240)에 입력된다.
전동기 판별부(240)는 전동기(250)에 소정 전원이 인가되는 경우에, 검출되는 출력전류(io)에 기초하여 전동기의 종류를 판별한다. 여기서 소정 전원은 다양한 형태일 수 있으나, 일정한 크기의 직류 전원일 수 있다.
도 3은 일정한 크기의 직류 전원이 전동기(250)에 인가된 후, 출력전류 검출수단(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 보여준다. 이러한 직류 전원의 인가로 인하여, 서로 다른 전동기 정수를 갖는 전동기의 종류를 판별할 수 있게 된다. 즉, 출력전류(io)에 기초하여 전동기의 전기 방정식 또는 기계 방정식에 의해 전동기 정수를 연산하고 이를 전동기 종류별로 미리 저장된 전동기 정수들과 비교하여, 최종적으로 해당하는 전동기 종류를 판별할 수 있게 된다. 전동기 판별부(240)의 동작에 관해서는 도 4를 참조하여 후술한다.
한편, 마이컴(230)은 전동기 판별부(240)으로부터 전동기 판별 신호(Sm)을 입력받고, 이에 따라 전동기 종류에 따른 알고리즘을 이용하여 최적의 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력할 수 있다.
예를 들어, 유도 전동기는 슬립(slip)의 특성이 있으므로, 마이컴(230)은 슬립 특성을 고려하여 스위칭 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
또한, BLDC 전동기 중 IPM 타입은 회전자의 자속의 힘(Magnet Torque)과 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)를 이용하는 형태로서 돌극성을 가지므로, 마이컴(230)은 돌극성을 고려하여 스위칭 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
BLDC 전동기 중 SPM 타입은 영구자석이 표면에 매립된 구조로 완전한 대칭을 이루어 돌극성을 갖지 않는다. 따라서 마이컴(230)은 돌극성을 고려하지 않고 스위칭 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
synRM은 영구 자석 없이 릴럭턴스 토크를 이용하는 동기 전동기로서, 마이 컴(230)은 자속에 기초하여 스위칭 제어 신호를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전동기 판별 장치(200)는 dc 단 전압(Vdc)을 검출하는 dc 단 전압 검출수단, 상용 교류 전원으로부터의 입력전압 또는 입력전류를 검출하는 수단 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 컨버터(210)는 검출되는 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여 생성되는 컨버터 스위칭 제어 신호에 의해 제어될 수 있으며, 이러한 컨버터 스위칭 제어 신호는 마이컴(230)과 동일한 마이컴에서 생성될 수 있으나, 별개의 마이컴에서 생성되는 것도 가능하다.
도 4는 도 2의 전동기 판별부 내부의 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 전동기 판별부(240)는 전동기 정수 연산부(410), 전동기 정수 저장부(420) 및 전동기 정수 비교부(430)를 포함한다.
전동기 정수 연산부(410)는 입력되는 출력전류(io)에 기초하여 전동기 정수를 연산하고, 이를 연산된 전동기 정수(Mc)를 전동기 정수 비교부(430)으로 출력한다. 입력되는 출력전류(io)는 도 3과 같이 전동기에 흐르는 일정한 크기의 직류 전류일 수 있다. 전동기에 일정한 크기의 직류 전원이 인가되는 경우, 이를 기초로 하여 전동기 정수를 연산한다. 전동기 정수는 전동기의 기계 정수와 전동기의 전기 정수로 나뉠 수 있다.
한편, 전동기의 전기 방정식은 하기의 수학식 1과 같다.
Figure 112007076938958-PAT00001
여기서, Va는 단자 전압, Ra는 등가 저항, La는 등가 인덕턴스, ia는 전류이며, e는 역기전력을 나타낸다. 상기 식에 기초하여, 전동기 전기 정수 Ra 또는 La 를 구할 수 있다. 구체적으로 설명하면, ia는 직류인 출력 전류라고 가정하면, 직류 전류의 미분은 제로이므로, 상기 식의 미분 항목은 제로가 되며, 전동기 전기 정수 Ra를 구할 수 있다.
한편, 전동기의 기계 방정식은 하기의 수학식 2와 같다.
Figure 112007076938958-PAT00002
여기서, Te는 발생 토크, J는 관성, B는 마찰계수, ωrm은 회전 각속도, TL은 부하 토크를 나타낸다. 상기 식에 기초하여, 전동기 기계 정수 J 또는 B 를 구할 수 있다.
전동기 정수 저장부(420)는 전동기 종류별로 전동기 정수를 미리 저장하고, 미리 저장된 전동기 정수(Ms)를 전동기 정수 비교부(430)에 제공한다. 테이블 형태로 구현이 가능하며, 그 데이터가 소실되지 않도록, 전동기 정수 저장부(240)는 불휘발성 메모리일 수 있다. 예를 들어, 유도 전동기, BLDC의 IPM, BLDC의 SPM, synRM 별로 Ra, La, J, B 가 테이블 형태로 저장될 수 있다.
전동기 정수 비교부(430)는 입력되는 연산된 전동기 정수(Mc)와 미리 저장된 전동기 정수(Ms)를 비교하여 해당하는 전동기 정수로부터 전동기의 종류를 판별하고, 전동기 판별 신호(Sm)를 마이컴(230)에 통지한다.
결국, 전동기에 직류 전원을 인가함으로써, 전동기 방정식을 이용하여, 간단히 전동기 정수를 연산할 수 있으며, 또한 미리 저장된 전동기 정수 테이블을 이용하여, 전동기의 종류를 손쉽게 판별할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 판별 방법을 도시한 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저 전동기(250)에 소정 전압을 인가한다(S510). 여기서 소정 전원은교류 전원 또는 직류 전원일 수 있다. 이하에서는 소정 전원을 직류 전원으로 가정하여 기술한다.
다음에, 전동기에 흐르는 출력전류를 검출한다(S520). 직류 전원을 전동기(250)에 인가한 경우, 출력전류(io)는 출력전류 검출수단(E)을 통해 도 3과 같이 검출된다.
다음에, 검출된 출력전류에 기초하여 전동기 정수를 연산한다(S530). 전동기 정수 연산부(410)는 상술한 바와 같이 전동기 전기 방정식(수학식 1) 또는 전동기 기계 방정식(수학식 2)을 이용하여, 전동기 정수를 연산한다.
다음에, 연산된 전동기 정수(Mc)와, 미리 저장된 전동기 정수(Ms)를 비교하여 전동기 종류를 판별한다(S540). 전동기 정수 저장부(420)는 전동기 종류별로 전 동기 정수를 미리 저장한다. 데이터 손실 방지를 위하여, 전동기 정수 저장부(420)는 불휘발성 메모리일 수 있다. 한편, 전동기 정수 비교부(430)는 연산된 전동기 정수와 미리 저장된 전동기 정수를 입력받아 이를 비교하고, 비교 결과 일치하는 전동기를 찾아내어 전동기 종류를 판별한다. 전동기 판별 신호(Sm)는 마이컴(230)에 입력된다.
마이컴(230)은 전동기 판별 신호(Sm)에 의한 전동기 종류에 따라 적절한 알고리즘을 사용하여 스위칭 제어 신호(Sic)를 인버터(220)로 출력한다.
상술한 바와 같이, 전동기에 소정 전원, 특히 직류 전원을 인가하여, 전동기의 정수를 연산하고, 이를 미리 전동기 종류 별로 저장된 전동기 정수 테이블과 비교함으로써, 간단히 전동기의 종류를 판별할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련된 공기조화기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 판별 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 전동기 판별시 전동기에 인가되는 소정 전원의 일 예를 도시한 타이밍도이다.
도 4는 도 2의 전동기 판별부 내부의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동기 판별 방법을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
210:컨버터 220:인버터
230:마이컴 240:전동기 판별부
250:전동기 210:전동기 정수 연산부
220:전동기 정수 저장부 230:전동기 정수 비교부

Claims (10)

  1. 삼상 전동기에 소정 전원을 공급하는 단계;
    상기 전동기에 흐르는 출력전류를 검출하는 단계;
    상기 검출되는 출력전류에 기초하여 전동기 정수를 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 전동기 정수와, 미리 저장된 전동기 정수를 비교하여 전동기의 종류를 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 판별 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판별 단계는,
    상기 연산된 전동기 정수와 전동기 정수 테이블에 미리 저장된 전동기 정수들을 비교하여, 해당하는 전동기 정수로부터 전동기의 종류를 판별하는 전동기 판별 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미리 저장된 전동기 정수는 전동기 종류마다 서로 다른 것을 가지는 것을 특징으로 하는 전동기 판별 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전동기 정수 테이블은 불휘발성 메모리에 미리 저장되는 것을 특징으로 하는 전동기 판별 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소정 전원은,
    크기가 일정한 직류 전원인 것을 특징으로 하는 전동기 판별 방법.
  6. 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 전동기를 구동하는 인버터;
    상기 인버터의 스위칭 소자를 제어하는 스위칭 제어 신호를 출력하는 마이컴;
    전동기에 흐르는 전류를 검출하는 출력전류 검출수단; 및
    상기 전동기에 소정 전원이 인가되는 경우에, 검출되는 출력전류에 기초하여 전동기의 종류를 판별하는 전동기 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 판별 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전동기 판별부는
    상기 검출되는 출력전류에 기초하여 전동기 정수를 연산하는 전동기 정수 연산부;
    전동기 종류별로 전동기 정수가 미리 저장되는 전동기 정수 저장부; 및
    상기 연산된 전동기 정수와 상기 미리 저장된 전동기 정수들을 비교하여 해당하는 전동기 정수로부터 전동기의 종류를 판별하는 전동기 정수 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 판별 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전동기 정수 저장부는 불휘발성 메모리인 것을 특징으로 하는 전동기 판별장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소정 전원은
    크기가 일정한 직류 전원인 것을 특징으로 하는 전동기 판별장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전동기 판별부는 전동기 판별 신호를 상기 마이컴에 인가하고,
    상기 마이컴은, 상기 전동기 판별 신호에 대응하여 상기 스위칭 제어 신호를 가변하는 것을 특징으로 하는 전동기 판별장치.
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