KR20100059910A

KR20100059910A - 전기 컨버터 구동 방법과 그 장치

Info

Publication number: KR20100059910A
Application number: KR1020107006560A
Authority: KR
Inventors: 디르크 요아힘스마이어
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-06-04
Also published as: US20100259206A1; WO2009027326A1; CN101790838A; CN101790838B; DE102007040560A1

Abstract

주기적인 정류 패턴에 따른 인버터(4) 구동 방법이 제공된다. 상기 방법에 따르면, 정류 패턴의 범위 내에서 정현 정류 영역(21) 및 블록 정류 영역(22) 사이에 천이 영역(25)이 제공되되, 상기 천이 영역(25)에서 상기 인버터(4)에 의해 출력되는 상 전압(<U_L1>)이 블록 정류의 방식으로 각각의 반-사이클(P1, P2)의 제1 서브-구간(t1) 동안 시간에 대하여 일정하도록 설정되는 한편, 상기 상 전압(<U_L1>)이 정현 전류의 방식으로 상기 반-사이클(P1, P2)의 제2 서브 구간(t2,t3) 동안 시간에 대하여 변하도록 설정된다. 상기 방법을 수행하기에 적합한 장치(5)는 전술한 방법에 따라서 컨버터(4)에 대한 스위칭 신호(PWM)을 생성하도록 설계된 제어 유닛(6)을 포함한다.

Description

전기 컨버터 구동 방법과 그 장치{METHOD FOR DRIVING AN ELECTRICAL CONVERTER AND ASSOCIATED APPARATUS}

본 발명은 특히 전기 모터의 모터 상들에 전기 구동 전류를 제공하기 위해서 사용되는 것과 같은, 전기 컨버터 구동 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하도록 구현된 장치에 관한 것이다.

정류(commutation)는 일반적으로 구동 전류에 의해서 전기 모터의 모터 상들에 전류가 통하는 하는 것(energizing)을 의미하는 것으로 이해된다. 현대의 (소위) 무브러쉬 방식(brushless) 전기 모터들은 대체로 인버터 회로(이하 축약하여 인버터로서 지칭함)에 의해서 전자적으로 통상 정류된다. 이러한 유형의 인버터는 중간 전기 회로(intermediate electric circuit)로 연결된 복수의 하프-브릿지들을 구비하는데, 그 수는 모터 상들의 수에 해당한다. 각각의 하프-브릿지는 그 사이에 개개의 해당 모터 상이 연결되는, 예를 들어 MosFet들 또는 IGBT들 형태로, 두 직렬-연결된 전자 파워 스위치들을 구비한다. 결과적으로 정류의 방식 및 유형을 결정하는 전자 스위칭 신호에 의해서 -대개 소프트웨어 제어 하에서- 파워 스위치들이 구동된다. 이와 관련하여 다양하게 흔히 사용되고 있는 다양한 정류 패턴들 중에서 특히 정현 정류(sinusoidal commutation)라 명명된 것과 블록 정류라 명명된 것이 구별된다. 정현 정류에 있어서 모터의 일 회전 동안 인버터에 의하여 모터 상 내로 인가되는 전기 상 전압이 적어도 실질적인 정현 시간 파형을 따르도록, 인버터의 파워 스위치들이 구동된다. 다른 한편, 블록 정류에 있어서, 인버터에 의해서 실질적으로 사각으로 변화하는 상 전압이 출력되도록, 인버터의 파워 스위치들이 구동된다. 따라서 블록 정류의 경우에, 상 전압은 불연속 전압 값들 간을 실질적으로 갑작스럽게 스위칭한다.

상 전압의 진폭이 중간 회로 전압(intermediate circuit voltage)의 절대값을 향하여 이르렀을 때, 순수 정현 정류에 의해서 모터에 전달될 최대 구동 전력에 도달한다. 그럼에도 불구하고 이 경우 전력을 더 증가시킬 수 있기 위하여 다시 말해서 100% 이상의 순수 정현 전력에 의해서 모터를 구동하기 위해서, 현대의 인버터들은 때때로 정현 정류로부터 블록 정류로 전환될 수 있다. 그런데 정현 정류와 블록 정류 간을 스위칭할 때, 모터에 의해 발생하는 구동 토크의 점프가 대개 존재하는데, 상기 토크의 점프는 상 전류의 갑작스런 변화와 관련된다. 토크 점프는 대개 모터에 의해 구동되는 움직임 프로세스의 갑작스런(jerky) 변화를 야기하고 이것은 -모터의 적용 분야에 따라서- 분열적인 또는 심지어 파괴적인 영향을 미친다. 상 전류에서의 상응하는 도약(leap)에 기인하여 과도 과전류 피크들이 인버터 내에 발생하고 그 피크들은 불리한 조건 하에서 인버터의 작동정지(shutdown)를 야기할 수 있다.

본 발명의 근간을 이루는 목적은 이러한 배경기술에 대하여 개선된 인버터 구동 방법을 개시하는 것이다. 본 발명의 근간을 이루는 다른 목적은 상기 방법을 수행하기에 적합한 장치를 개시하는 것이다.

방법에 관한 상기 목적은 청구항 제1 항의 특징들에 의해서 본 발명에 따라서 성취된다. 이에 따르면 주기적인 정류 패턴의 범위 내에서 정현 정류 영역 및 블록 정류 영역 사이에 천이 영역이 제공되되, 상기 천이 영역에서 상기 인버터(4)에 의해 출력되는 상 전압(<U_L1>)이 블록 정류의 방식으로 상기 정류 패턴의 각각의 반-사이클(P1, P2)의 제1 서브-구간(t1) 동안 일정하도록 설정되고, 상기 상 전압(<U_L1>)이 정현 전류의 방식으로 상기 반-사이클(P1, P2)의 제2 서브 구간(t2,t3) 동안 변하도록 설정되는 것이 제공된다.

용어 "정류 패턴(commutation pattern)"에 의해서 일반적으로 이해되는 것은 인버터를 제어하는 특정한 일 유형이고 다시 말해서 인버터로 발해지는(issue) 스위칭 신호의 특정한 형태이고 이를 기초로 인버터에 의해 출력되는 상 전압이 특정한 시간 파형을 취한다. 정류 패턴을 주기적이고 다시 말해서 - 정류 패턴이 동일하거나 유사한 방식으로 그 자체가 반복되는 - 복수의 잇달아 일어나는 시간 세그먼트들(사이클 구간들)을 포함한다. 이러한 경우에 정류 패턴의 사이클 구간은 인버터에 의해 모터에서 생성되는 로터리 필드의 일 회전에 해당한다. 용어 "정현 정류 영역", "블록 정류 영역" 및 "천이 영역"은 정류 패턴이 일정한 특징적인 특성들을 나타내는 정류 패턴의 시간 세그먼트들을 지칭한다. 따라서 정현 정류 영역에 있어서 상 전압은 시간에 대하여 정현적이 되고 반면 블록 정류 영역에서는 사각 펄스 구성(rectangular pulse scheme)에 따라서 변화한다. 정현 정류에 있어서 사이클 구간은 통상적으로 정현 상 전압의 양의 반-파의 개시와 함께 다시 말해서 상 전압이 양의 방향으로 평균 진폭 값을 초과하는 점에서 시작한다. 블록 정류에 있어서 사이클 구간은 마찬가지로 통상적으로 양의 반-파의 개시와 함께 다시 말해서 정류 패턴의 양의 구동 상의 개시와 함께 시작한다. 따라서 천이 영역에 대한 사이클 구간의 시작이 또한 천이 정류 패턴의 양의 반-파의 개시에 고정된다. 개개의 정류 패턴의 양의 또는 음의 반-파들이 유사하게 하프-사이클로서 지칭된다.

상기 방법에 의해서 정현 정류와 블록 정류 사이에 실질적으로 연속적인 천이가 생성되고, 그 결과로서 모터에 의해 생성되는 구동 토크 및 근간을 이루는 상 전류의 갑작스런 변화들이 회피된다. 따라서 이러한 갑작스런 변화들이 모터에 의해 구동되는 움직임 프로세스에 미치는, 또는 경우에 따라서 인버터에 미치는 악영향들이 회피된다.

상기 방법의 제1 변이에 있어서, 상기 인버터에 의해서 구동되는 모터에 대하여 설정되도록 모터 출력을 나타내는 조작 변수에 따라서 상기 제1 서브-구간의 기간이 변화한다. 상기 조작 변수는 특히 100% 순수 정현 전력으로 정규화된다.

상기 방법의 대안적인 변이에 있어서, 정현 정류와 블록 정류 간의 스위칭이 모터 출력에 따라서 불연속적으로 성취된다. 이들 두 정류 형태들 간의 천이는, 갑작스럽게가 아니라 상기 방법의 이 실시예에서 일시적인 천이 방식으로 항상 사용되는 중간 천이 영역을 통해 이 경우에서 이루어질지라도 시간에 따라서 발생한다. 이러한 경우에 제1 서브-구간의 기간이 (하프-사이클의 기간에 대하여) 정류 각으로서 지칭되는 것의 함수로서 또는 기정의된 시간 의존성에 따라서 변화한다.

따라서 정현 정류 영역으로부터 후속 블록 정류 영역으로의 천이의 경우에 제1 서브-구간의 기간이 제2 서브-구간에 비하여 연속적으로 길어진다. 부가적으로 또는 대안적으로, 블록 정류 영역으로부터 후속 정현 정류 영역으로의 천이의 경우에 제1 서브-구간의 기간이 연속적으로 짧아진다.

상기 방법의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제1 서브-구간은 제2 서브-구간에 대하여 시간적으로 중심에 있도록 설정된다. 그 결과는 천이 영역에 있어서 블록-유사 일정한 상 전압들을 가지는 시간 세그먼트들이 순수 정현 정류의 경우에 상 전압의 최대값들 또는 최소값들이 놓이는 정류 패턴의 점들로 항상 배열된다는 것이다. 이에 의해서 얻어지는 것은 천이 정류 패턴이, 특히 정현 정류 영역에 접하는 천이 영역의 에지에서, 순수 정현 정류에 상응하는 정류 패턴에 가능한 근접하게 정렬된다는 것이다. 이런 방식으로 순수 정현 전류로부터 천이 영역으로의 스위치가 특히 연속적으로 발생한다.

동일한 것을 제어하기 위해 인버터에 인가되는 스위칭 신호는 바람직하게는 펄스-폭-변조되고 다시 말해서 고정된 사이클 기간에 따라서 타이밍된 일련의 펄스들과 그 사이에 배치된 펄스 갭들을 포함하되, 상기 신호는 펄스들의 (시간적인(temporal)) 펄스 폭의 가변 설정에 의해서 변조된다. 상기 방법의 이러한 실시예에 있어서, 스위칭 신호는 PWM 신호로서 지칭된다. 인버터가 펄스 폭 변조에 기초하여 구동된다면, 전술한 상 전압은 PWM 신호 사이클의 기간에 걸쳐 형성된 순간적인 상 전압의 평균 값에 의해서 주어진다. 이러한 유효 상 전압은 항상 펄스 폭에 비례한다.

상기 방법의 일 실시예에 있어서, 기정의된 펄스-락킹/펄스-드로핑(PLPD; pulse-locking/pulse-dropping) 시간의 변화를 통해서 제1 서브-구간을 늘리거나 또는 경우에 따라서 줄이는 것을 특히 용이하게 이행하는 것이 성취된다. 또한 이에 의해서 종래의 구동 방법의 범위 내에서 거의 당연히 제공된 펄스-락킹/펄스-드로핑(PLPD) 함수가 -그러한 함수의 실제 의도된 사용과는 대조적으로- 천이 영역에서의 정류 패턴 형성에 사용될 수 있음을 의미한다. 이런 방식으로 본 발명에 따른 방법은 알려진 제어 알고리즘들의 작은 변형만으로 - 이로써 커다란 개발 오버헤드 없이 - 실행될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로 PLPD 함수는 또한 블록 정류 영역에서의 스위칭 신호 생성에 다시 말해서 블록 정류의 순수 형태 이행에 이롭게 사용된다. 블록 정류를 생성하기 위해서 기정의된 PLPD는 이 경우에 간단히 PWM 신호의 사이클 기간으로 설정된다.

특히 리소스-절약적인 다시 말해서 특히 연산 오버헤드의 관점에서 요구하지 아니하는 상기 방법의 일 실시예에 있어서, 제1 서브-구간의 기간이 연속적으로 변하지 아니하고 기정의된 구배에 따른 양자화된 방식으로 변화한다. 이것은 특히 상기 방법의 반복적인 수행 동안 매번 제1 서브--구간의 기간을 재연산할 필요를 제거한다.

장치에 관한 전술한 목적이 제10 항의 특징들에 의해서 본 발명에 따라서 성취된다. 이에 따르면, 상기 장치가 포함하는 제어 장치는 전술한 방법에 따라서 스위칭 신호를 생성하기 위한 목적으로 회로 및/또는 프로그래밍 관점에서 구현된다. 제어 유닛은 특히 소프트웨어의 형태로 상기 방법을 수행하는 제어 로직이 이행되는 마이크로컨트롤러이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 보다 상세히 설명하는데, 여기서:
도 1은 인버터 구동 장치와 그 상류에 연결된 인버터를 구비하는 전기 모터를 개략적으로 도식적으로 단순화된 회로도로 나타내고,
도 2는 시간에 대하여 또는 경우에 따라서 소위 정류 각에 대하여 작도된, 정현 정류의 경우에 PWM 사이클 기간에 걸쳐 평균내어진 상 전압을 예시적으로 전기 모터의 상에 대하여 도식적인 다이어그램으로 나타낸 것이고,
도 3은 도 2에 따른 다이어그램의 시간 섹션 III의 상세도이고,
도 4는 블록 정류의 경우에 상 전압의 파형을 도 2에 따르는 표현으로 나타낸 것이고,
도 5는 도 2에 따른 다섯 개의 수직으로 배열된 다이어그램들에 관하여 정현 정류 및 블록 정류 간의 천이를 나타낸 것인데, 천이 영역에서 상 전압 곡선의 형태는 전기 모터의 바람직한 출력을 나타내는 변수에 따라서 결정되고, 그리고
도 6은 정현 정류 및 블록 정류 간의 대안적인 천이를 도 2에 따른 표현으로 나타낸 것인데, 해당 천이 영역에서 상기 상 전압 곡선의 형태는 시간 또는 정류 각에 따라서 변화한다.
서로 대응하는 부분들 또는 크기(magnitudes)는 항상 모든 도면들에 있어서 동일한 참조 부호를 사용하여 라벨링한다.

도 1은 고정자(2)와 거기에 회전식으로 장착된 회전자(3)를 구비하는 (전기) 모터(1)를 대략적으로 도식화된 형태로 나타낸다. 모터는 예를 들어 영구적으로 여기되는 동기식 모터(permanently excited synchronous motor)이다. 이러한 배열에서 회전자(3)에 회전자 자장을 생성하기 위한 영구 자석들이 제공된다. 그러나 또한 다른 모터 유형들 특히 비동기식 모터들 또는 전기적으로 여기되는 동기식 모터들이 또한 본 발명의 범주 내에서 기본적으로 사용될 수도 있다. 모터(1)는 특히 자동차의 하이브리드 구동에서 사용되도록 제공된다.

도 1은 또한 인버터(4)와 인버터(4) 구동 장치(5)를 나타낸다. 상기 장치(5)는 마이크로컨트롤러 형태의 제어 유닛(6)과 모터(1)의 작동 동안 고정자(2)에 대한 회전자(3)의 회전 위치를 탐지하는 회전자 위치 센서(7)를 포함한다.

모터(1)의 고정자(2)에는 자기 고정자 로터리 필드(magnetic stator rotary field)를 생성하기 위한 로터리 필드 권선(8)이 감긴다. 로터리 필드 권선(8)은 이하 중성점(9)에 함께 연결된 모터 상들(L1, L2 및 L3)이라 지칭할 권선 3상을 포함한다. 그 물리적 특성의 관점에서 각각의 모터 상(L1, L2, L3)은 인덕터(L_L1, L_L2, L_L3)와 옴 저항(R_L1, R_L2, R_L3)과 유도 전압(U_L1, U_L2, U_L3)에 의해서 특징지워진다. 인덕터들(L_L1, L_L2, L_L3)와 저항들(R_L1, R_L2, R_L3)과 전압들(U_L1, U_L2, U_L3)은 도 1에서 등가회로도의 형태로 나타나 있다.

인버터(4)는 고-전위 측(11)과 저-전위 측(12)을 구비하는 중간 전기 회로(intermediate electric circuit)(10)를 포함하고 모터(1)의 작동 동안 그 사이에 중간 회로 전압(U_Z)이 인가된다.

중간 회로(10)에 있어서, 세 개의 하프 브릿지들(13a, 13b, 13c)이 각각 하나의 모터 상(L1, L2, L3)을 제공할 목적으로 병렬 연결된다. 각각의 하프 브릿지(13a, 13b, 13c)는 해당 모터 상(L1, L2, L3)이 연결된 상 단자(14a, 14b, 14c)를 포함한다.

개개의 상 단자(14a, 14b, 14c)와 중간 회로(10)의 고-전위 측(11) 사이에, 각각의 하프-브릿지(13a, 13b, 13c)는 IGBT 형태의 고-전위 측 파워 스위치(15a, 15b, 15c)를 포함한다. 환류 다이오드(freewheeling diode)(16a, 16b, 16c) 각각이 이들 파워 스위치들(15a, 15b, 15c)의 각각에 병렬 연결된다. 각각의 하프-브릿지(13a, 13b, 13c)의 범주 내에서 저-전위 측 파워 스위치(17a, 17b, 17c) 각각이 모터 단자(14a, 14b, 14c)와 중간 회로(10)의 저-전위 측(12) 사이에 연결된다. 이들 파워 스위치들(17a, 17b, 17c) 각각은 차례로 IGBT의 형태로 구현되고 병렬 연결된 환류 다이오드(18a, 18b, 18c)가 옆에 위치된다.

인버터(4)는 또한 모터(1)의 작동 동안 전압 리플을 보상할 목적으로 하프-브릿지들(13a, 13b, 13c)에의 병렬 회로로 중간 회로(10) 내로 연결된 커패시터(19)를 포함한다.

제어 유닛(6)은 입력 측 상에서 회전자 위치 센서(7)에 연결되고 모터(1)의 작동 동안 상기 센서로부터 고정자(2)에 대한 회전자(3)의 전류 회전 위치에 관한 정보를 포함하는 회전자 위치 신호(D)를 받는다. 회전자 위치 센서(7)는 예를 들어 회전자 위치 신호(D)를 생성할 목적으로 회전자(3)에 의해 생성되는 회전자 자장에의 유도성 커플링 또는 홀 효과로 알려진 것을 이용하는 절대 위치 센서이다.

출력 측 상에서 제어 유닛(6)은 각각 제어 단자에 연결되거나 또는 경우에 따라서 파워 스위치들(15a, 15b, 15c 그리고 17a, 17b, 17c)의 각각의 게이트 단자에 연결된다. 디지털 스위칭 신호를 출력함에 의해서 제어 유닛(6)은 파워 스위치들(15a, 15b, 15c 그리고 17a, 17b, 17c)을 모터(1)의 작동 동안 전기가 흐르는 상태와 전기 차단 상태 간에 가역적으로 스위칭하고 그 결과 기정의된 정류(commutation)에 따라서 모터 상들(L1, L2, L3)에 인가된 상 전압들을 바꾼다. 상기 스위칭 신호들은 펄스-폭-변조되고 따라서 이하 PWM 신호(PWM)라고 지칭된다.

또한 모터의 회전 속도에 대한 셋포인트 값이 제어 변수로서 제어 유닛에 (더 상세히 설명하지 않는 방식으로) 제공된다.

인버터(4) 구동을 위해 다시 말해서 모터(1)의 작동 동안 PWM 신호들(PWM)을 생성하기 위해 -보다 상세히 후술하는- 방법을 수행하는 제어 로직(20)이 하나 이상의 소프트웨어 모듈들의 형태로 제어 유닛에서 실행된다.

이러한 경우에 제어 로직(20)은 회전자 위치 신호(D)의 시간 곡선으로부터 모터의 회전 속도에 대한 실제 값을 계산한다. 제어 로직(20)은 또한 회전 속도의 레귤레이션 동안 미분 조작 변수를 결정하는데 미분 조작 변수는 현재의 작동 조건 하에서 모터 출력- 또는 경우에 따라서 모터의 회전 속도 -이 감소할 것인지 증가할 것인지 또는 유지될 것인지를 가리킨다.

이후 회전자 위치 신호(D)와 미분 조작 변수를 기초로 하여서 제어 로직(20)이 펄스 폭(λ)(도 3)을 계산하고 펄스 폭(λ)과 기정의된 사이클 구간(T)(도 3)에 따라서 파워 스위치들(15a, 15b, 15c 그리고 17a, 17b, 17c) 각각에 대한 PWM 신호(PWM)를 생성한다.

모터(1)의 정상 작동 동안, 말하자면(which is to say) 낮은 또는 중간 모터 출력에서, 제어 로직(20)은 소위 정현 정류(sinusoidal commutation)(21)(도 2)을 수행하는데, 여기서 파워 스위치들(15a, 15b, 15c 그리고 17a, 17b, 17c) 각각에 할당된 PWM 신호(PWM)의 펄스 폭(λ)이 시간(t)에 따라서 정현적으로 변한다. 상응하게, PWM 클락 펄스의 사이클 구간(T)에 걸쳐 평균내어진 모터 상(L1, L2, L3) 각각의 상 전압이 또한 시간에 따른 정현 곡선을 따른다. 모터 상(L1)의 유효 상 전압 <U_L1>, 다시 말해서 사이클 구간(T)에 걸쳐 평균내어진 전압을 예시로 사용하여서 도 2 및 도 3에 정현 정류(21)가 표현된다(여기서 꺾쇠 괄호들(<>)이 평균 값의 형성을 형식적으로 표시한다).

모터 상들(L1, L2, L3)에 의해서 생성되는 자기 고정자 로터리 필드의 로터리 위치를 반영하는, 소위 정류 각(φ)과 동기되어 유효 상 전압 <U_L1>이 진동한다. 따라서 유효 상 전압 <U_L1>의 사이클 구간(P) 또는 풀 진동은 자기 로터리 필드의 완전한 일 회전에 해당하고, 이로써 360°만큼의 정류 각(φ) 변화에 해당한다.

시간 곡선의 관점에서, 경우에 따라서, 정류-각-의존 특성의 관점에서, 다른 모터 상들(L2 및 L3)의 평균내어진 상 전압들은 상 전압 <U_L1>과 같지만, 각각 120° 및 240°의 정류 각 값만큼 상 전압 <U_L1>에 대하여 상 변위된다.

100% 이상의 순수 정현 전력으로 고 전력 범위에서 모터(1)를 동작시킬 수 있도록 하기 위해서, 제어 로직(20)은 도 2에 도시된 정현 정류(21)를, 다시 상 전압 <U_L1>에 대한 예시에 의해서 도 4에 도시된 바와 같은, 소위 블록 정류(22)로 전환(switch over)할 수 있다. 이 경우에 상 전압 <U_L1>이 상응하는 파워 스위치들(15a, 15b, 15c 및 17a, 17b, 17c)의 상응하는 구동에 의해서 사이클 구간(P) 내에서 사각 파 펄스(23)와 후속 펄스 갭(24)를 나타내도록 설정된다. 각각에 할당된 고-전위 측 파워 스위치(15a 내지 15c)의 펄스 폭(λ)은 사각 파 펄스(23)의 기간에 대하여 λ = 100% T로 설정되고, 펄스 갭(24)의 기간에 대하여 λ = 0 으로 설정된다. 할당된 파워 스위치(17a 내지 17c)는 항상 여기에 반대 방향으로 구동된다. 다른 상들(L2 및 L3)의 상 전압들은 차례로 상 전압 <U_L1>에 대하여 그들의 시간 특성 곡선의 관점에서 같지만, 각각 120° 및 240°의 정류 각 차만큼 상 전압 <U_L1>에 대하여 상 변위된다.

제어 로직(20)에 의해서 수행되는 방법에 있어서, 정현 정류(21)와 순수 블록 정류(22) 사이의 천이는 갑작스럽게 발생하지 아니한다. 이와 달리, 상기 두 개의 극단적인 정류 패턴들 간에 정현 모드로부터 블록 모드(또는 그 반대로) 연속적으로 정류 패턴- 및 그로부터 결과되는 상 전압 <U_L1>의 형태 -이 천이되는 천이 영역(25)이 제공된다. 순수 정현 모드로부터 시작하여, 사이클 구간(P)의 각각의 반-사이클(P1, P2)에 있어서 중간 회로 전압(U_Z)에 실질적으로 해당하는 최대 값으로 상 전압 <U_L1>이 일정하게 유지되는 제1 서브-구간(t1)이 제공되도록 정류가 변형된다는 점에서 이러한 천이가 얻어진다. 여기서, 제1 서브-구간(t1)은 반-사이클(P1)에 대하여 시간적으로 중심에 위치하여서 그 결과 일정한 상 전압 <U_L1> 섹션이 순수 정현 정류(21)의 경우에 상 전압 <U_L1>의 최대값들 또는 경우에 따라서 최소값들이 발생하는 전압 곡선의 이들 섹션들과 항상 일치한다. 동일한 크기의 시간 세그먼트들(t2 및 t3)에 있어서 서브-구간(t1) 전후에 각각 상 전압 <U_L1>이 정현적으로 정류된다.

개개의 반-사이클(P1, P2)의 다른 서브-구간(t2+t3)을 해쳐서 서브-구간(t1)의 기간이 더욱 더 증가함에 따라서 천이 영역(25)에서의 정류 패턴이 더욱 더 순수 블록 모드로 정렬될 것이라는 점에서, 순수 정현 모드 및 순수 블록 모드 간의 연속적인 천이가 상기 방법에 따라서 수행된다. 따라서 서브-구간(t1)은 정현 모드에 인접한 천이 영역의 에지에서 다른 서브-구간(t2+t3)에 비하여 상대적으로 작고 반면 순수 블록 모드에 인접한 천이 영역의 에지에서 상대적으로 크다.

제어 로직(20)에 의해 수행되는 방법의 제1 변이에 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이 천이 영역에서 서브-구간(t1)의 길이가 모터 출력을 나타내는 조작 변수(S)에 따라서 설정된다. 도 5에 도시된 예시에 있어서, 상기 조작 변수(S)는 100% 순수 정현 전력으로 정규화된다. 따라서 그것은 100% 정현 전력에 대하여 제어 로직(20)에 의해서 설정된 모터 출력을 특정하고 최대 정현 전력에 도달하였을 때 그것은 값 1을 가진다.

제어 로직(20)은 순수 정현 모드에 있어서 S = 1에 대하여 유사하게(analogously) 동작한다. 이러한 영역에서 조작 변수(S)는 중간 회로 전압(U_Z)으로 정규화된 상 전압 <U_L1> 의 크기에 실질적으로 해당한다. 상부(upper) 전력 임계 값이 도 5에 따른 예시에서 S = 1.3을 초과할 때와 같은 시간에서 시간 구간(t1)이 반-사이클(P1 또는 P2)의 전체 기간으로 정렬되고 결과적으로 순수 블록 모드가 얻어질 때까지, S = 1의 값들에 대하여 서브-구간(t1)은 점진적으로(incrementally) 증가한다.

표 1은 도 5에 도시된 예시에 대하여 조작 변수(S)의 서브-구간(t1)의 함수 관계(functional dependence)를 나타낸다.

S	t1 / (t1 + t2 + t3)	정류 패턴
≤ 1	0	정현 모드
1 < S ≤ 1.1	0.2	천이 모드
1.1 < S ≤ 1.2	0.4
1.2 < S ≤ 1.3	0.75
> 1.3	1	블록 모드

특히 작은 수치 오버헤드로 천이 영역에서 전압 곡선을 실행하기 위하여 제어 로직(20)은 일체화된 PLPD 함수(integrated pulse-locking/pulse-dropping function)에 의존한다.

상기 함수에 의해서 그 펄스 폭(λ)이 기정의된 PLPD 시간(t_PLPD) 아래로 떨어지면(pulse dropping) PWM 신호(PWM)의 펄스는 억제된다. 또한, 사이클 구간(T)으로부터의 펄스 폭(λ)의 차이가 기정의된 PLPD 시간(t_PLPD) 아래로 떨어지면(pulse locking) PWM 신호(PWM)의 펄스가 전체 사이클 구간(T)에 걸쳐서 확장된다. 다시 말해서, PWM 신호(PWM)의 두 펄스들 간에 형성된 펄스 갭이 상기 펄스 갭의 기간이 PLPD 시간(t_PLPD)보다 더 작을 때 펄스 락킹에 의해서 억제된다.

장치(5)의 정상적인 동작 동안 PLPD 함수는, 파워 스위치들(15a, 15b, 15c 및 17a, 17b, 17c)의 설계-관련된 스위칭 시간들에 기인하여 인터버(4)에 의해서 정확한 방식으로 수행될 수 없는 과도하게 짧은 스위칭 펄스들을 피하도록 하는 역할을 한다. 정상 동작 동안 PLPD 시간(t_PLPD)은 비-조화(non-harmonic) 신호 왜곡들을 피하기 위해서 대략 6μs의 매우 작은 상수값으로 설정된다.

이와 대조적으로 PLPD 시간(t_PLPD)이 서브-구간(t1)에 대하여 바람직한 값으로 항상 설정된다는 점에서 천이 영역(25)에서 PLPD 시간(t_PLPD)은 조작 변수(S)에 따라서 변한다. PLPD 함수의 특성들의 결과로서, 도 5에 도시된 상 전압 <U_L1> 의 곡선 진행이 이후 자동적으로 자신을 확립(establish)한다. 특히 개개의 반-사이클(P1, P2)의 기간에 해당하는 값으로 PLPD 시간(t_PLPD)이 설정된다는 점에서, 순수 블록 정류(22)가 또한 PLPD 함수에 의해서 실현된다.

도 6은 제어 로직(20)에 의해 수행되는 방법의 일 변이를 나타낸다. 전술한 방법 변이와 대조적으로, 이 예시에서는 모터 출력에 따라서가 아니라 기정의된 시간 의존성에 기초하여 또는 정류 각(φ)에 따라서, 서브-구간(t1)이 천이 영역(25)에서 변한다. 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 천이 영역(25)의 개시로부터 시작하여 블록 모드(22)에 도달할 때까지 기정의된 양자화 규칙(quantization rule)에 기초하여 각각의 후속 사이클 구간(P)과 함께 서브-구간(t1)의 크기가 점진적으로 증가한다. 또한 선택적으로, 각각의 사이클 구간(P)과 함께 서브-구간(t1) 길이의 크기가 점진적으로 감소하는 그러한 천이 영역이 블록 모드로부터 정현 모드로의 천이에 대하여 제공된다. 이러한 경우에 제1 서브-구간의 선택가능한 값들이 특히 표 1의 중간 컬럼에 해당하는 기정의된 구배(또는 경우에 따라서 양자화 규칙)에 의해서 특정된다.

그 밖에 있어서, 정류 방법은 도 5를 참조하여 설명한 방법 변이와 동일하다. 특히 블록 모드 및 천이 영역에서의 상 전압 <U_L1>의 곡선 형태는 PLPD 시간(t_PLPD)의 변이를 통해서 설정된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 해당 상 전압 <U_L1> 및 상(L1)에 대한 천이 영역(25)에서의 정류 패턴의 변이는 다른 상들(L2 또는 L3)의 상 전압들에도 동일한 방식으로 적용되고 이것은 차례로 상 전압 <U_L1>에 대하여 단순히 상-변위된다.

Claims

주기적인 정류 패턴에 따른 인버터(4) 구동 방법으로서,
정류 패턴(commutation pattern)의 범위(scope) 내에서 정현(sinusoidal) 정류 영역(21) 및 블록(block) 정류 영역(22) 사이에 천이 영역(25)이 제공되되,
상기 천이 영역(25)에서 상기 인버터(4)에 의해 출력되는 상 전압(<U_L1>)이 블록 정류의 방식으로 각각의 반-사이클(P1, P2)의 제1 서브-구간(t1) 동안 시간에 대하여 일정하도록 설정되는 한편, 상기 상 전압(<U_L1>)이 정현 전류의 방식으로 상기 반-사이클(P1, P2)의 제2 서브 구간(t2,t3) 동안 시간에 대하여 변하도록 설정되는,
인버터 구동 방법.
제1 항에 있어서,
모터 출력을 나타내는 조작 변수(S)에 따라서 상기 반-사이클(P1, P2)의 기간에 대하여(relative to) 상기 제1 서브-구간(t1)의 기간이 설정되는,
인버터 구동 방법.
제1 항에 있어서,
기정의된 시간(t) 또는 정류 각(φ) 의존성에 따라서, 상기 정현 정류 영역(21)과 일시적으로 후속하는 블록 정류 영역(22) 사이에서 상기 천이 영역(25) 동안, 상기 제1 서브-구간(t1)의 기간이 연속적으로 증가하는,
인버터 구동 방법.
제1 항에 있어서,
기정의된 시간(t) 또는 정류 각(φ) 의존성에 따라서, 상기 블록 정류 영역(22)과 일시적으로 후속하는 정현 정류 영역(21) 사이에서 상기 천이 영역 동안, 상기 제1 서브-구간(t1)의 기간이 연속적으로 감소하는,
인버터 구동 방법.
제1 항 내지 제4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
각각의 반-사이클(P1,P2) 내에서 상기 제2 서브-구간(t2,t3)에 대하여 중심에 상기 제1 서브-구간(t1)이 제공되는,
인버터 구동 방법.
제1 항 내지 제5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 인버터(4)의 구동은 하나 이상의 PWM 신호(PWM)의 사양(specification)에 의해서 수행되는,
인버터 구동 방법.
제6 항에 있어서,
기정의된 펄스-락킹/펄스-드로핑 시간(t_PLPD)의 변화에 의해서 상기 제1 서브-구간(t1)이 길어지거나 또는 짧아지는,
인버터 구동 방법.
제6 항 또는 제7 항에 있어서,
상기 PWM 신호(PWM)의 PWM 사이클의 사이클 기간(T)으로 기정의된 펄스-락킹/펄스-드로핑 시간(t_PLPD)을 설정하는 것에 의해서,
상기 블록 정류 영역(22)이 설정되는,
인버터 구동 방법.
제1 항 내지 제8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
기정의된 구배에 따라서 양자화된 방식으로 상기 제1 서브-구간(t1)의 기간이 변화되는,
인버터 구동 방법.
인버터(4)에 대하여 하나 이상의 스위칭 신호(PWM)를 특정하는 제어 유닛(6)을 구비하는 인버터(4) 구동 장치(5)로서,
주기적인 정류 패턴에 따른 상기 스위칭 신호(PWM)를 생성하도록 상기 제어 유닛(6)이 구현되되,
상기 정류 패턴의 범위 내에서 정현 정류 영역(21) 및 블록 정류 영역(22) 사이에 천이 영역(25)이 배치되고,
상기 천이 영역(25)에서 상기 인버터(4)에 의해 출력되는 평균내어진 상 전압(<U_L1>)이 블록 정류의 방식으로 각각의 반-사이클(P1, P2)의 제1 서브-구간(t1) 동안 시간에 대하여 일정하도록 설정되고, 그리고 정현 전류의 방식으로 상기 반-사이클(P1, P2)의 제2 서브 구간(t2,t3) 동안 변하도록 설정되게, 상기 제어 유닛(6)이 구현되는,
인버터 구동 장치.
제10 항에 있어서,
모터 출력을 나타내는 조작 변수(S)에 따라서 상기 반-사이클(P1, P2)의 기간에 대하여 상기 제1 서브-구간(t1)의 기간이 설정되도록 상기 제어 유닛(6)이 구현된,
인버터 구동 장치.
제10 항에 있어서,
기정의된 시간(t) 또는 정류 각(φ) 의존성에 따라서, 상기 정현 정류 영역(21)과 일시적으로 후속하는 블록 정류 영역(22) 사이에서 상기 천이 영역(25) 동안, 상기 제1 서브-구간(t1)의 기간이 연속적으로 증가하도록 상기 제어 유닛(6)이 구현된,
인버터 구동 장치.
제10 항에 있어서,
기정의된 시간(t) 또는 정류 각(φ) 의존성에 따라서, 상기 블록 정류 영역(22)과 일시적으로 후속하는 정현 정류 영역(21) 사이에서 상기 천이 영역 동안, 상기 제1 서브-구간(t1)의 기간이 연속적으로 감소하도록 상기 제어 유닛(6)이 구현된,
인버터 구동 장치.
제10 항 내지 제13 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 서브-구간(t1)이 각각의 반-사이클(P1,P2) 내에서 상기 제2 서브-구간(t2,t3)에 대하여 중심에 놓이게 설정하도록 상기 제어 유닛(6)이 구현된,
인버터 구동 장치.
제10 항 내지 제14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 PWM 신호(PWM)의 사양에 의해서 상기 인버터(4)의 구동이 수행되도록 상기 제어 유닛(6)이 구현된,
인버터 구동 장치.
제15 항에 있어서,
기정의된 펄스-락킹/펄스-드로핑 시간(t_PLPD)의 변화에 의해서 상기 제1 서브-구간(t1)이 길어지거나 또는 짧아지도록 상기 제어 유닛(6)이 구현된,
인버터 구동 장치.
제15 항 또는 제16 항에 있어서,
상기 PWM 신호(PWM)의 PWM 사이클의 사이클 기간(T)으로 기정의된 펄스-락킹/펄스-드로핑 시간(t_PLPD)을 설정하는 것에 의해서,
상기 블록 정류 영역(22)을 설정하도록 상기 제어 유닛(6)이 구현된,
인버터 구동 장치.
제10 항 내지 제17 항 중의 어느 한 항에 있어서,
기정의된 구배에 따라서 양자화된 방식으로 상기 제1 서브-구간(t1)의 기간을 변화시키도록 상기 제어 유닛(6)이 구현된,
인버터 구동 장치.