KR20110032628A - 유도 전동기의 속도 추정 방법 - Google Patents

유도 전동기의 속도 추정 방법 Download PDF

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KR20110032628A
KR20110032628A KR1020090090214A KR20090090214A KR20110032628A KR 20110032628 A KR20110032628 A KR 20110032628A KR 1020090090214 A KR1020090090214 A KR 1020090090214A KR 20090090214 A KR20090090214 A KR 20090090214A KR 20110032628 A KR20110032628 A KR 20110032628A
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Abstract

본 발명은 유도 전동기의 속도 추정 방법을 제공한다. 상기 유도 전동기의 추정 방법은 전동기의 역기전력 주파수 유무에 따라 속도 추정기의 초기 주파수를 설정하는 제 1단계; 및 상기 초기 주파수로 회전체의 제어각을 가변시키면서 추정되는 자속값과 자속 지령값이 동일해 지도록 자속분 전류와 속도를 동시에 추정하는 제 2단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 유도 전동기를 기동하기 이전에, 전동기의 역기전력 주파수를 측정하여 속도 추정기의 초기 주파수를 설정하고, 상기 초기 주파수로 제어각을 회전시키면서 자속값과 자속 지령값이 동일해지도록 자속분 전류와 속도를 추정할 수 있다.

Description

유도 전동기의 속도 추정 방법{METHOD FOR ESTIMATING ROTATION SPEED ON STARTING OF INDUCTION MOTOR}
본 발명은 유도 전동기의 속도 추정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도 전동기를 기동하기 이전에, 전동기의 역기전력 주파수를 측정하여 속도 추정기의 초기 주파수를 설정하고, 상기 초기 주파수로 제어각을 회전시키면서 자속값과 자속 지령값이 동일해지도록 자속분 전류와 속도를 추정하는 유도 전동기의 속도 추정 방법에 관한 것이다.
전형적으로 전동기 구동장치는 전동기가 정지해있는 상태에서 출력토크를 제어하면서 원하는 속도까지 증가시키는 역할을 한다. 하지만 부하 관성이 커서 순시정전 후 전압이 복귀되어 재운전 할 때까지 전동기가 회전하고 있는 경우나 팬과 같이 자연적인 바람에 의해 전동기가 회전하는 상태에서 인버터를 기동하는 경우 인버터의 주파수를 0Hz 혹은 기동주파수에서부터 출력한다면 전동기의 회전주파수와의 차이에 의해 과전류 혹은 과전압 트립이 유발될 수 있다. 그리고, 이러한 트립을 방지하기 위해서 DC브레이크 혹은 기계적인 브레이크를 사용하여 전동기를 정지시킨 후 다시 기동한다면 에너지 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 전동기의 회전 속도로부터 기동하여야 인버터 트립을 방지하거나 인버터의 효율을 증대시킬 수 있다. 하지만 대부분의 응용부하에서는 속도센서가 부착되어 있지 않으므로 전동기의 현재속도를 측정할 수 없어 회전속도를 전기적인 신호로부터 추정해야 한다.
도 1은 종래의 비교기(2)를 사용하여 역기전력을 측정하는 것을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조 하면, 주파수의 크기만을 알고자 하는 경우에는 선간전압의 신호가 1개만 필요하지만 방향까지 측정하기 위해서는 2개 이상이 필요하다. 주파수의 크기는 카운터를 사용하여 역기전력 펄스수를 저장하여 이 역기전력 펄스에 동기시킨 타이머 카운터값을 알면 전동기(1)의 회전속도를 측정 할 수 있다.
그러나, 역기전력을 이용한 회전속도의 측정은 역기전력이 남아있는 수 초에서 수십 초에 불과하며 팬과 같이 자연적으로 회전하는 경우에는 역기전력이 발생하지 않으므로, 이러한 경우 회전속도를 측정할 수 없는 문제점이 발생하고 있다.
그리고 역기전력을 사용하지 않고 전압과 전류를 인가하여 주파수를 찾는 방법은 역기전력이 작거나 없는 경우에는 주파수를 정확히 찾을 수 있으나 역기전력이 크게 남아있는 경우에는 과전류트립이 유발되거나 과전류트립을 방지하기 위해 전류제어를 하는 경우 주파수를 찾지 못하는 경우가 많다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 유도 전동기를 기동하기 이전에, 전동기의 역기전력 주파수를 측정하여 속도 추정기의 초기 주파수를 설정하고, 상기 초기 주파수로 제어각을 회전시키면서 자속값과 자속 지령값이 동일해지도록 자속분 전류와 속도를 추정할 수 있는 유도 전동기의 속도 추정 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 속도센서가 부착되지 않은 전동기를 인버터를 사용하여 기동 하는 경우에, 전동기의 역기전력에 관계없이 속도를 추정할 수 있도록 하여, 기동시 발생 할 수 있는 과전류 트립 및 과전압 트립의 방지와 함께 부가적으로 전동기를 멈추지 않고 회전을 유지함으로써 관성 에너지의 손실을 방지할 수 있는 유도 전동기의 속도 추정 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 유도 전동기의 속도 추정 방법을 제공한다.
상기 유도 전동기의 추정 방법은 전동기의 역기전력 주파수 유무에 따라 속도 추정기의 초기 주파수를 설정하는 제 1단계; 및 상기 초기 주파수로 회전체의 제어각을 가변시키면서 추정되는 자속값과 자속 지령값이 동일해 지도록 자속분 전류와 속도를 동시에 추정하는 제 2단계를 포함한다.
여기서, 상기 제 1단계는, 상기 전동기의 역기전력 주파수를 측정하고, 상기 측정된 역기전력 주파수가 '0'이상 또는 '0'과 동일 한지의 여부를 판단하고, 상기 역기전력 주파수가 '0'이상인 경우에 상기 초기 주파수를 일정 값으로 설정하고, '0'과 동일한 경우에 미리 설정되는 주파수를 사용하여 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 역기전력 주파수는 역기전력 펄스 카운트 값을 타이머 펄스 카운값과 상기 역기전력 펄스에 동기된 타이머 카운트 값의 적으로 나누어 측정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자속 추정기의 출력인 상기 추정되는 자속값과 상기 자속 지령값이 동일해지도록 상기 자속분 전류를 제어함과 동시에 토크분 전류를 '0'으로 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 추정되는 자속값이 상기 자속 지력값과 동일하고, 상기 자속분 전류가 무부하 정격 전류를 이루는 경우에 상기 속도의 추정을 중지하는 것이 바람직하다.
본 발명은 유도 전동기를 기동하기 이전에, 전동기의 역기전력 주파수를 측정하여 속도 추정기의 초기 주파수를 설정하고, 상기 초기 주파수로 제어각을 회전시키면서 자속값과 자속 지령값이 동일해지도록 자속분 전류와 속도를 추정할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 속도센서가 부착되지 않은 전동기를 인버터를 사용하여 기동 하는 경우에, 전동기의 역기전력에 관계없이 속도를 추정할 수 있도록 하여, 기동시 발생 할 수 있는 과전류 트립 및 과전압 트립의 방지와 함께 부가적으로 전동 기를 멈추지 않고 회전을 유지함으로써 관성 에너지의 손실을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 유도 전동기의 속도 추정 방법을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 유도 전동기의 속도 추정 과정을 보여주는 블록도이다. 도 3은 본 발명의 유도 전동기의 속도 추정 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조 하면, 본 발명의 유도 전동기의 추정 방법은 다음과 같은 과정을 거친다.
먼저, 유도 전동기(100)의 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00001
) 유무에 따라 속도 추정기(30)의 초기 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00002
)를 설정하는 제 1단계를 거친다.
여기서, 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00003
)를 측정하는 제어 블록(10)은 유동 전동기(100)로부터 전동기의 실측 전압(
Figure 112009058557609-PAT00004
)을 전달받을 수 있다. 그리고, 상기 제어 블록(10)은 상기 역기전력을 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00005
)로 변환하여 측정할 수 있다.
상기 제어 블록(10)에서 역기전력 펄스의 주파수를 측정함은 다음과 같다.
하기의 [식 1]을 참조 하면, 상기 역기전력 펄스의 주파수는 역기전력 펄스의 카운트값과 역기전력 펄스에 동기된 타이머 카운트값을 사용하여 그 주파수를 측정할 수 있고, 상기 역기전력 펄스는 한주기에 4개씩 입력될 수 있다.
Figure 112009058557609-PAT00006
................[식 1]
즉, 상기 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00007
)는 역기전력 펄스 카운트 값을 타이머 펄스 카운값과 상기 역기전력 펄스에 동기된 타이머 카운트 값의 적으로 나누어 측정될 수 있다.
이어, 판별기(20)는 상기 측정된 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00008
)가 '0'이상인지(
Figure 112009058557609-PAT00009
) 또는 '0'과 동일한지(
Figure 112009058557609-PAT00010
)의 여부를 판별할 수 있다. 즉, 상기 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00011
)의 유무를 판별할 수 있다.
여기서, 상기 판별기(20)는 상기 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00012
)가 '0'이상인 경우에 상기 초기 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00013
)를 일정 값으로 설정한다. 반면에, 상기 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00014
)가 '0'과 동일한 경우에 미리 설정되는 주파수를 사용하여 설정할 수 있다. 상기 미리 설정되는 주파수는 60헤르쯔인 것이 좋다. 여기서의 상기 60헤르쯔는 외부로부터 입력되어 가변될 수 있는 값이다.
여기서, 상기 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00015
)가 상기 '0'이상인 경우를 설명하도록 한다. 즉, 이러한 경우에, 속도 추정기(30)의 초기 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00016
)는 상기 역기전력 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00017
)와 동일하다.
이어, 상기 초기 주파수(
Figure 112009058557609-PAT00018
)로 제어각(θe)을 가변시키면서 추정되는 자속 추정값(
Figure 112009058557609-PAT00019
)과 자속 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00020
)이 동일해 지도록 자속분 전류와 속도를 동시 에 추정하는 제 2단계를 거친다.
즉, 상기 속도 추정기(30)는 추정된 속도 추정값(
Figure 112009058557609-PAT00021
)을 적분기(70)로 전송하고 상기 적분기(70)는 제어각(θe)을 산출할 수 있다. 이 산출된 제어각(θe)은 각각
Figure 112009058557609-PAT00022
와
Figure 112009058557609-PAT00023
로 전송된다.
또한, 자속 추정기(40)는 추정된 자속 추정값(
Figure 112009058557609-PAT00024
)을 자속 제어기(50)로 전송하고, 상기 자속 제어기(50)는 상기 자속 추정값(
Figure 112009058557609-PAT00025
)과 자속 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00026
)이 동일해지도록 자속분 전류를 제어하여 자속분 전류 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00027
)을 전류 제어기(60)로 출력한다. 이때, 토크분 전류 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00028
)을 '0'이 되도록 유지한다. 즉, 상기 토크분 전류 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00029
)을 '0'으로 유지하는 이유는 토크는 발생되지 않도록 하기 위함이다.
이에 상기 자속 제어기(50)는 전류 제어기(60)로 자속분 전류 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00030
)과 토크분 전류 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00031
)을 출력할 수 있다. 즉,
Figure 112009058557609-PAT00032
를 출력할 수 있다.
그리고, 상기 전류 제어기(60)는
Figure 112009058557609-PAT00033
로 직류 전압 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00034
)으로 출력할 수 있다. 그리고, 상기
Figure 112009058557609-PAT00035
는 이를 역변환하여 유도 전동기(100)로 교류 전압 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00036
)으로 출력할 수 있다.
또한, 상기 유도 전동기(100)는
Figure 112009058557609-PAT00037
로 실측 전류값(
Figure 112009058557609-PAT00038
)을 출력할 수 있 고, 상기
Figure 112009058557609-PAT00039
는 상기 실측 전류값(
Figure 112009058557609-PAT00040
)을
Figure 112009058557609-PAT00041
로 직류 변환하여 상기 전류 제어기(60)로 출력할 수 있다.
상기와 같이, 자속 추정기(40)로부터 추정되는 자속 추정값(
Figure 112009058557609-PAT00042
)과 자속 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00043
)이 동일해지도록 자속분 전류를 제어함과 아울러 토크분 전류가 '0'이 되도록 제어한 이후에, 자속 제어가 완료되는 지를 판별할 수 있다.
즉, 자속 추정기(40)의 자속 추정값(
Figure 112009058557609-PAT00044
)이 자속 지령값(
Figure 112009058557609-PAT00045
)과 동일하고, 자속분 전류가 무부하 정격 전류와 같은 값이면 속도 추정을 완료할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 역기전력 정보를 갖고 속도 추정을 시작하기 때문에, 인버터를 기동전에 전동기의 회전 속도를 정확히 알 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형 가능함은 물론이다.
따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐만 아니라, 이 특허 청구 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래의 비교기를 사용하여 역기전력을 측정하는 것을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 유도 전동기의 속도 추정 과정을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 유도 전동기의 속도 추정 방법을 보여주는 흐름도이다.
*주요부분에 대한 도면 설명*
10 : 제어 블록
20 : 판별기
30 : 속도 추정기
40 : 저속 추정기
50 : 자속 제어기
60 : 전류 제어기
70 : 적분기
80 :
Figure 112009058557609-PAT00046
90 :
Figure 112009058557609-PAT00047
100 : 유동 전동기

Claims (5)

  1. 전동기의 역기전력 주파수 유무에 따라 속도 추정기의 초기 주파수를 설정하는 제 1단계; 및
    상기 초기 주파수로 회전체의 제어각을 가변시키면서 추정되는 자속값과 자속 지령값이 동일해 지도록 자속분 전류와 속도를 동시에 추정하는 제 2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 속도 추정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계는,
    상기 전동기의 역기전력 주파수를 측정하고,
    상기 측정된 역기전력 주파수가 '0'이상 또는 '0'과 동일 한지의 여부를 판단하고,
    상기 역기전력 주파수가 '0'이상인 경우에 상기 초기 주파수를 일정 값으로 설정하고, '0'과 동일한 경우에 미리 설정되는 주파수를 사용하여 설정하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 속도 추정 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 역기전력 주파수는 역기전력 펄스 카운트 값을 타이머 펄스 카운값과 상기 역기전력 펄스에 동기된 타이머 카운트 값의 적으로 나누어 측정되는 것을 특 징으로 하는 유도 전동기의 속도 추정 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자속 추정기의 출력인 상기 추정되는 자속값과 상기 자속 지령값이 동일해지도록 상기 자속분 전류를 제어함과 동시에 토크분 전류를 '0'으로 제어하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 속도 추정 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 추정되는 자속값이 상기 자속 지력값과 동일하고, 상기 자속분 전류가 무부하 정격 전류를 이루는 경우에 상기 속도의 추정을 중지하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 속도 추정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101397893B1 (ko) * 2012-12-10 2014-05-20 삼성전기주식회사 모터 구동 장치 및 모터 구동 방법

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