KR20140100410A

KR20140100410A - 모터 제어장치

Info

Publication number: KR20140100410A
Application number: KR1020140006832A
Authority: KR
Inventors: 유지 이데; 사토시 야마자키
Original assignee: 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2014-08-14
Also published as: JP5620527B2; CN103973186B; CN103973186A; JP2014155255A; TWI618344B; TW201436449A

Abstract

자기포화가 있는 모터의 역행시에 있어서의 고속부하 회전시의 토크저하를 개선해서 가속 시간을 단축하고, 동시에 모터 회생시의 과대한 토크도 억제하고 인버터의 과전압이나 컨버터의 과전류를 방지하고, 게다가 토크정수의 급변이 없고, 양호한 가속 특성과 안전한 감속 특성을 양립할 수 있는 모터 제어장치를 실현한다.
역행/회생 판별기는 토크전류명령과 모터 회전속도를 사용하여 모터의 역행/회생 상태를 판별한다. 제한기는 모터가 역행 상태일 때에는 토크전류명령을 통과시키고, 회생 상태일 때에는 토크전류명령의 크기를 제한 값으로 제한해서 통과시킨다. 여자전류명령 연산기는 모터 회전속도를 사용하여 모터의 회전 상태를 인식하고, 해당 회전 상태에 따른 여자전류명령을 연산한다. 모터 구동부 (q축전류제어기, d축전류제어기, 좌표변환기, PWM제어기, 전력변환기)는 제한기 통과 후의 토크전류명령과 연산한 여자전류명령을 사용하여 모터를 구동한다.

Description

모터 제어장치{Motor Control Unit}

본 발명은 유도기의 벡터 제어에 있어서의 가감속 특성을 개선한 모터 제어장치에 관한 것이다.

공작기계의 주축에는 저속 중절삭과 고속 절삭과의 양립이 요청된다. 이것 때문에 약화 계자에 의한 정출력(定出力) 제어를 이용하여 저속회전시의 고 토크화와 고속 회전화를 실현하고 있다. 정출력 제어를 행하는 모터 제어장치로서는 다음과 같은 구성을 예시할 수 있다.

도 12는 종래의 모터 제어장치의 블록도이다. 이 모터 제어장치는 다음과 같이 동작한다.

우선, 속도명령을 속도연산기(15)로부터의 모터 회전속도(ωm)과 비교하여 속도제어기(20)에 의해 q축전류명령(IqC)을 구한다. 속도연산기(15)가 출력하는 모터 회전속도(ωm)는 인코더(10)가 검출하는 위치 피드백을 이용하여 연산한다. q축전류명령(IqC)을 좌표변환기(25)로부터의 ｑ축전류 피드백(IqF)과 비교하여 q축전류제어기(30)에 의해 q축전압명령(VqC)을 구한다.

한편, 모터 회전속도(ωm)를 참조하여, 필요로 하는 자속을 자속명령(φ2C)으로 제공하고, 자속명령(φ2C)을 자속연산기(35)가 구한 자속(φ2)과 비교하여 자속제어기(40)에 의해 d축전류명령(IdC)을 구한다. 자속연산기(35)가 출력하는 자속(φ2)은 좌표변환기(25)로부터의 ｄ축전류 피드백(IdF)을 사용하여 연산한다. d축전류명령(IdC)을 좌표변환기(25)로부터의 ｄ축전류 피드백(IdF)와 비교하여 d축전류제어기(45)에 의해 d축전압명령(VdC)을 구한다.

q축전류명령(IqC)과 자속(φ2)으로부터 미끄럼 주파수연산기(50)가 미끄럼 주파수명령(ωs)을 산출한다. 미끄럼 주파수명령(ωs)은 속도연산기(15)가 출력하는 모터 회전속도(ωm)과 가산된다. 미끄럼 주파수명령(ωs)과 모터 회전속도(ωm)로 일차주파수명령(ω1)을 구한다. 일차주파수명령(ω1)을 적분기(55)로 적분해서 고정자 위치 명령(θmc)을 구한다.

좌표변환기(60)는 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 q축전압명령(VqC), d축전압명령(VdC)을 좌표변환하고 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)을 구한다. 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)은 PWM제어기(65), 전력변환기(70)를 통하여 모터(80)에 공급되며, 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)에 따라 모터(80)가 구동된다.

q축전류 피드백(IqF)과 ｄ축전류 피드백(IdF)은 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 좌표변환기(25)가 모터 전류(lu), (lv)를 좌표변환 함으로써 구한다.

자속명령(φ2C)은 도 12의 그래프에서 나타내듯이, 정 토크 영역에서는 일정하게 하고, 정출력 영역에서는 모터(80)의 회전속도의 상승에 반비례해서 감소시킨다. 모터(80)의 회전속도의 상승에 반비례해서 자속명령(φ2C)을 저감시키는 것에 의해 약화 계자제어를 한다.

태핑(tapping) 가공을 행하는 공작기계의 주축에는 가공 시간을 줄이기 위해서 소형으로 관성이 작고 고속에 회전할 수 있는 주축 모터가 요청된다. 모터의 소형화나 저 관성화를 실현하기 위해서 모터 철심의 자속밀도를 높게 설계하면 역행(力行)시의 고속 고부하 회전시에 철심의 포화에 의해 충분한 자속을 확립할 수 없고, 필요한 크기의 토크가 나올 수 없기 때문에 가속 시간이 길어진다는 문제가 있다.

이것을 개선하기 위해서는 고속회전시의 자속을 증가시키는 것이 고려된다. 이 경우에는 모터의 감속시의 토크가 가속시와 비교해서 지나치게 과대해진다고 하는 문제가 있다. 모터 감속시에는 모터의 회생 전력(回生電力)에 의해 전력변환기의 직류 전압이 높아지기 때문에 모터에 가해지는 전압이 높아지며, 철심의 포화가 완화되기 때문에 큰 토크가 나온다. 과대한 토크는 기계 조직에 악영향을 끼치기 때문에 사양 내에 얻는 것이 요청된다. 또한, 감속시의 토크가 지나치게 크면 회생 전력이 커지고 모터 제어장치의 허용하는 회생 전력을 초월해버린다. 저항기에서 회생 전력을 소비시키는 모터 제어장치에서는 인버터의 직류 전압이 상승해서 과전압이 되어버리는 문제가 있다. 또한, 전원에 회생 전력을 반환시키는 모터 제어장치에서는 컨버터의 전류가 상승해서 과전류가 되어버린다는 문제가 있었다.

이들의 문제를 개선하기 위해서 하기 특허문헌 1에 기재되어 있는 발명에서는 역행시와 회생시에 자속명령을 바꾼다.

[특허문헌1]특허 제4065903호 명세서

그러나 상기의 특허문헌 1에 기재되어 있는 발명을 채용했을 경우, 역행시와 회생시에 자속명령을 바꾸면, 역행으로부터 회생으로 이행할 때에 자속이 급변해서 토크 정수가 바뀌고, 토크를 출력한 경우 모터의 출력 토크가 급변해서 기계조직에 충격을 준다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 모터 제어장치의 문제를 해소하기 위해서 이루어진 것이며, 자기포화가 있는 모터의 역행시에 있어서의 고속부하 회전시의 토크 저하를 개선해서 가속 시간을 단축하고, 동시에 모터 회생시의 과대한 토크도 억제하고 인버터의 과전압이나 컨버터의 과전류를 방지하고, 게다가 토크 정수의 급변이 없고, 양호한 가속 특성과 안전한 감속 특성을 양립할 수 있는 모터 제어장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관련되는 모터 제어장치는 역행/회생 판별기, 제한기, 여자전류명령 연산기 및 모터 구동부를 포함한다.

역행/회생 판별기는 토크전류명령과 모터 회전속도를 사용하여 모터의 역행/회생 상태를 판별한다. 제한기는 모터가 역행 상태일 때에는 토크전류명령을 통과시키고, 회생 상태일 때에는 토크전류명령의 크기를 제한해서 통과시킨다. 여자전류명령 연산기는 모터 회전속도를 사용하여 모터의 회전 상태를 인식하고 해당 회전 상태에 따른 여자전류명령을 연산한다. 모터 구동부는 제한기 통과 후의 토크전류명령과 연산한 여자전류명령을 사용하여 모터를 구동한다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 관한 모터 제어장치에 따르면 자기포화가 있는 모터의 역행시에 있어서의 고속부하 회전시의 토크 저하를 개선해서 가속 시간을 단축하고, 동시에 모터 회생시의 과대한 토크도 억제하고 인버터의 과전압이나 컨버터의 과전류를 방지하고, 게다가 토크 정수의 급변이 없고 양호한 가속 특성과 안전한 감속 특성을 양립시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 모터 제어장치의 블록 도이다.
도 2는 도 1의 역행/회생 판별기에 있어서의 역행 및 회생의 판별 수법을 나타내는 도이다.
도 3은 도 1의 ｑ축전류제한 값 산출기에 있어서의 모터 회전속도(ωm)와 q축전류명령 제한 값(IqLIM)의 관계를 나타내는 도이다.
도 4는 도 1의 여자전류명령 연산기에 있어서의 모터 회전속도(ωm)와 약화 계자전의 여자전류명령(IdCB)의 관계를 나타내는 도이다.
도 5는 도 1의 여자전류명령 연산기에 있어서의 모터 회전속도(ωm)과 여자전류명령(IdC)의 관계를 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예2에 따른 모터 제어장치의 블록도이다.
도 7은 도 6의 ｑ축전류제한 값 산출부에 있어서의 모터 회전속도(ωm)와 약화 계자전의 자속명령(φ2CB)의 관계를 나타내는 도이다.
도 8은 도 6의 ｑ축전류제한 값 산출부에 있어서의 모터 회전속도(ωm)와 자속명령(φ2C)의 관계를 제시하는 도이다.
도 9는 본 발명의 실시예3에 따른 모터 제어장치의 블록도이다.
도 10은 도 9의 역행/회생 판별기에 있어서의 역행 및 회생의 판별 수법을 나타내는 도이다.
도 11은 도 9의 최대 일차전류명령 연산기에 있어서의 모터 회전속도(ωm)과 최대 일차전류명령(IPC)의 관계를 나타내는 도이다.
도 12는 종래의 모터 제어장치의 일례를 나타내는 블록도이다.

본 발명에 관련되는 모터 제어장치는 자기포화(magnetic saturation)가 있는 모터의 역행(力行)시에 있어서의 고속부하 회전시의 토크 저하를 개선해서 가속 시간을 단축하고, 동시에 모터의 회생시에 있어서의 과대한 토크도 억제하고 인버터의 과전압이나 컨버터의 과전류를 방지하고, 게다가 토크 정수의 급변이 없고 양호한 가속 특성과 안전한 감속 특성을 양립시킨다. 다시 말해 본 발명에 관련되는 모터 제어장치는 모터의 가감속 특성을 개선 시킨다.

다음으로, 도면을 참조하면서 상기와 같은 특성을 발휘하는 본 발명에 관련되는 모터 제어장치의 실시예를 [실시예1]로부터 [실시예3]으로 나누어서 설명한다.

[실시예1]

[모터 제어장치(100)의 전체구성]

도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 모터 제어장치(100)의 블록 도이다.

모터 제어장치(100)는 q축전압명령(VqC)을 제공하는 조직으로서, q축전류제어기(130), 역행/회생 판별기(175), q축전류제한 값 산출기(185) 및 제한기(190)를 포함한다.

역행/회생 판별기(175)는 토크전류명령(IqCB)과 모터 회전속도(ωm)로부터 모터(180)가 역행 상태에 있는 것인지 회생 상태에 있는 것인지를 판별한다. 모터 회전속도(ωm)는 속도연산기(115)로부터 출력된다. 속도연산기(115)는 모터 회전속도(ωm)를 인코더(110)가 검출하는 위치 피드백을 사용하여 연산한다. 한편, 역행/회생 판별기(175)의 상세한 동작은 후술한다.

q축전류제한 값 산출기(185)는 역행/회생 판별기(175)에 의한 역행 회생 판별 결과와 모터 회전속도(ωm)로부터 q축전류제한 값(IqLIM)을 산출한다. 한편, q축전류제한 값 산출기(185)의 상세한 동작은 후술한다.

제한기(190)는 q축전류제한 값 산출기(185)가 산출한 ｑ축전류제한 값(IqLIM)을 입력받고 토크전류명령(IqCB)의 값을 제한한다. 한편, 제한기(190)의 상세한 동작은 후술한다.

q축전류제한기(130)는 제한기(190)가 제공한 q축전류명령(IqC)으로부터 q축전류 피드백(IqF)을 감산해서 얻을 수 있는 전류편차를 입력받고 q축전압명령(VqC)을 산출한다. q축전류 피드백(IqF)은 좌표변환기(125)로부터 출력된다. q축전류 피드백(IqF)은 후술하는 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 좌표변환기(125)가 모터 전류(lu), (lv)를 좌표변환 함으로써 구한다. q축전류제어기(130)는 비례 적분 제어기로 구성한다. 또한, 모터 제어장치(100)는 d축전압명령(VdC)을 제공하는 조직으로서 자속전류명령 연산기(135), d축전류제어기(145)를 포함한다.

여자전류명령 연산기(135)는 모터 회전속도(ωm)를 입력받고, 모터(180)의 가감속 특성을 개선하기 위한 최적인 ｑ축전류명령(IdC)을 연산한다. 한편, 여자전류명령 연산기(135)의 상세한 동작은 후술한다.

d축전류제어기(145)는 여자전류명령 연산기(135)로부터 출력된 ｑ축전류명령(IdC)으로부터 ｄ축전류 피드백(IdF)을 감산해서 얻을 수 있는 전류편차를 입력받고 d축전압명령(VdC)을 산출한다. ｄ축전류 피드백(IdF)은 좌표변환기(125)로부터 출력된다. ｄ축전류 피드백(IdF)은 후술하는 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 좌표변환기(125)가 모터 전류(lu), (lv)를 좌표변환 함으로써 요구한다. d축전류제어기(145)는 비례 적분 제어기로 구성한다.

더욱 모터 제어장치(100)는 좌표변환을 행하게 하기 위한 조직으로서 미끄럼 주파수연산기(150), 적분기(155), OSC(157), 좌표변환기(125), (160)를 포함한다.

미끄럼 주파수연산기(150)는, q축전류명령(IqC)과 여자전류명령 연산기(135)로부터 출력되는 d축전류명령(IdC)을 입력받고 미끄럼 주파수명령(ωs)을 산출한다. 한편, 미끄럼 주파수연산기(150)의 상세한 동작은 후술한다.

적분기(155)는 미끄럼 주파수연산기(150)로부터 출력되는 미끄럼 주파수명령(ωs)과 속도연산기(115)로부터 출력되는 모터 회전속도(ωm)를 가산해서 얻을 수 있는 일차주파수명령(ω1)을 입력받고, 일차주파수명령(ω1)을 적분해서 고정자 위치 명령(θmc)을 구한다. 고정자 위치 명령(θmc)은 OSC(157)을 통하여 좌표변환기(125), (160)에 출력된다.

좌표변환기(160)는 입력한 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 q축전압명령(VqC), d축전압명령(VdC)을 좌표변환하고 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)을 구한다.

좌표변환기(125)는 입력한 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 모터 전류(lu), (lv)를 좌표변환하고 q축전류 피드백(IqF), ｄ축전류 피드백(IdF)을 구한다.

더욱이, 모터 제어장치(100)는 모터(180)를 구동시키기 위한 조직으로서 PWM제어기(165), 전력변환기(170)를 포함한다. 한편, PWM제어기(165), 전력변환기(170), q축전류제어기(130), d축전류제어기(145), 좌표변환기(160)에 의해 모터 구동부를 형성한다.

PWM제어기(165)는 좌표변환기(160)로부터 출력되는 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)을 입력받고, 입력받은 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)에 근거하여 전력변환기(170)를 스위칭시키기 위한 PWM신호를 출력한다.

전력변환기(170)는 PWM제어기(165)로부터 출력되는 PWM신호를 입력받아 내부에 구비한 반도체 스위칭소자를 스위칭하고 모터(180)를 구동한다.

[역행/회생 판별기(175)의 동작]

전술한 바와 같이, 역행/회생 판별기(175)는 토크전류명령(IqCB)과 모터 회전속도(ωm)로부터 모터(180)가 역행 상태에 있는 것인지 회생 상태에 있는 것인지를 판별한다.

역행 회생 판별은 모터(180)의 손실이나 인코더(110)의 양자화 오차에 기인하는 속도 리플(ripple)을 고려하고 도 2에 나타내듯이, 모터 회전속도역치(ωA), 토크전류명령 역치(IqA)를 사용하여 행한다. 모터 회전속도역치(ωA)는 인코더(110)의 양자화 오차를 고려해서 정하고, 모터(180)의 무부하 운전시에 역행 회생 판별 결과가 채터링(chattering) 하지 않도록 하고 있다. 토크전류명령 역치(IqA)는 모터(180)의 손실을 고려해서 정하고 모터(180)의 회생 전력-모터 손실=0이 될 때의 토크전류명령(IqCB)의 값으로 설정한다.

역행/회생 판별기(175)는 도 2에 나타내듯이, ωm≥ωA, 그리고 IqCb≤-IqA, 또는 ωm≤-ωA, 그리고 IqCB≥IqA의 조건의 경우에는 회생 상태에 있다고 판정하고 이들 조건 이외의 조건의 경우에는 역행 상태에 있다고 판단한다.

[q축전류제한 값 산출기(185)의 동작]

전술한 바와 같이 q축전류제한 값 산출기(185)는 역행/회생 판별기(175)에 의한 역행 회생 판별 결과와 모터 회전속도(ωm)로부터 q축전류제한 값(IqLIM)을 산출한다. 구체적으로 q축전류제한 값 산출기(185)는 역행 상태의 경우에는 q축전류(IqC)는 제한하지 않고 회생 상태의 경우에는 도 3에 나타내듯이, q축전류(IqC)를 제한한다.

q축전류명령 제한 값(IqLIM)=Iqmax

(0≤|ωm|≤ω1일 때)

q축 전류제한 값(IqLIM)=Iqmax-KLIM·(|ωm|-ω1)

(ω1<|ωm|일 때)

여기서 ω1: q축전류의 제한 시작 회전속도

ω1은 기저속도이상의 값으로 모터(180) 감속 시의 토크 특성에 근거하여 조정한다.

KLIM: 고속회전시의 ｑ축전류명령 제한 값의 저감량을 정하는 계수

[제한기(190)의 동작]

전술한 바와 같이, 제한기(190)는 q축전류제한 값 산출기(185)가 산출한 ｑ축전류제한 값(IqLIM)을 입력받아 토크전류명령(IqCB)의 값을 제한한다. 제한기(190)는 토크전류명령(IqCB)을 통해 제한 후의 q축전류명령(IqC)을 구한다.

[여자전류명령 연산기(135)의 동작]

전술한 바와 같이, 여자전류명령 연산기(135)는 모터(180)의 가감속 특성을 개선하기 위한 최적인 여자전류명령(IdC)을 연산한다.

도 4는 도 1의 여자전류명령 연산기(135)에 있어서의 모터 회전속도(ωm)와 약화전 여자전류명령(IdCB)의 관계를 나타내는 도이다. 여자 전류명령 연산기(135)는 모터 회전속도(ωm)에 따른 약화 계자 전의 여자전류명령(IdCB)을 연산한다. 또한, 도 5는 도 1의 여자전류명령 연산기(135)에 있어서의 모터 회전속도(ωm)와 여자전류명령(IdC)의 관계를 나타내는 도이다. 여자 전류명령 연산기(135)는 모터 회전속도(ωm)에 따른 여자전류명령(IdC)을 연산한다.

도 4 및 도 5는 모터 회전속도(ωm)에 대한 여자전류명령 특성을 나타낸다. 도 4는 약화 계자 전의 여자전류명령(IdCB)을 나타내고, 도 5는 여자전류명령(IdC)을 나타낸다.

도 4에 나타내듯이 약화 계자 전의 여자전류명령(IdCB)은 모터 회전속도(ωm)가 0에서부터 ω0까지는 전류 I0인 채로 바뀌지 않는다. 모터 회전속도가 ω0을 초과하면, 여자전류명령(IdCB)은 모터 회전속도(ωm)의 증가에 따라, 전류 I0로부터 일정한 경사로 상승한다.

또한, 도 5에 나타내듯이 여자전류명령(IdC)은 모터 회전속도(ωm)가 0에서부터 ω0까지는 전류 I0인 채로 바뀌지 않는다. 모터 회전속도가 ω0을 초과하면 모터 회전속도(ωm)의 증가에 반비례해서 하강한다.

여자 전류명령 연산기(135)는 약화 계자전의 여자전류명령(IdCB)을 다음 식에서 의해 구한다.

IdCB=I0

(0≤|ωm|≤ω0일 때)

IdCB=φ0+K0·(|ωm|-ω0)

(ω0<|ωm|일 때) …(1)

여기서, ω0: 기저속도

I0: 기저속도에 있어서의 여자전류

φ0: 기저속도에 있어서의 자속

K0: 고속회전시의 여자전류명령을 상승시키는 계수

상기의 식(1)에 모터 회전속도(ωm)를 대입해서 약화 계자전의 여자전류명령(IdCB)을 가시화하면 도 4와 같은 그래프가 된다.

고속회전시의 여자전류명령을 상승시키는 계수K0에 의해 모터(180)의 고속회전시의 여자전류명령이 커지고, 자기포화가 있어도 자속이 작아지지 않도록 할 수 있으며, 가감속 특성을 개선할 수 있다. K0의 최적값을 어느 값으로 할지는 시행착오에 의한 실험에 의해 구하거나, 시뮬레이션(simulation)에 의해 구한다.

여자 전류명령 연산기(135)는 상기한 바와 같이 하여 약화 계자 전의 여자전류명령(IdCB)을 구한 후 여자전류명령(IdC)을 다음 식에서 의해 구한다.

IdC=IdCB

(0≤|ωm|≤ω0일 때)

IdC=IdCB·ω0/|ωm|

(ω0<|ωm|일 때) …(2)

상기의 식(2)에 모터 회전속도(ωm)를 대입해서 여자전류명령(IdC)을 가시화하면 도 5과 같은 그래프가 된다.

여자전류명령 연산기(135)는 모터 회전속도(ωm)에 따라, 식(1)의 연산을 행하여 약화 계자 전의 여자전류명령(IdCB)을 구한 후에 약화 계자 전의 여자전류명령(IdCB)에 대하여 식(2)의 연산을 행하고 여자 전류명령 IdC을 d축전류제어기(145)를 향해서 출력한다.

[미끄럼 주파수연산기(150)의 동작]

미끄럼 주파수연산기(150)는 하기의 식에 나타내듯이 제한기(190) 통과 후의 q축전류명령(IqC)과 d축전류명령(IdC)으로부터 미끄럼 주파수명령(ωs)을 산출한다. 미끄럼 주파수명령(ωs)은 다음 식에 의해 구한다.

ωs=R2/L2·(IqC/IdC) …(3)

R2: ２차 저항

L2: ２차 인덕턴스

[모터 제어장치(100)의 동작]

우선 입력한 토크전류명령(IqCB)을 제한기(190)에 의해 제한하고 제한기(190)로부터 출력된 ｑ축전류(IqC)를 좌표변환기(125)로부터의 ｑ축전류 피드백(IqF)과 비교하여, q축전류제어기(130)에 의해 q축전압명령(VqC)을 구한다.

한편, 모터 회전속도(ωm)로부터 여자전류명령 연산기(135)가 상기의 식(1) 및 식(2)를 이용해서 구한 d축전류명령(IdC)을 좌표변환기(125)로부터의 ｄ축전류 피드백(IdF)과 비교하여, d축전류제어기(145)에서 의해 d축전압명령(VdC)을 구한다.

q축전류명령(IqC)과 여자전류명령(IdC)으로부터 미끄럼 주파수연산기(150)는 상기의 식(3)을 이용해서 미끄럼 주파수명령(ωs)을 산출한다. 미끄럼 주파수명령(ωs)은 속도연산기(115)가 출력하는 모터 회전속도(ωm)와 가산된다. 미끄럼 주파수명령(ωs)과 모터 회전속도(ωm)로 일차주파수명령(ω1)을 구한다. 일차주파수명령(ω1)을 적분기(155)로 적분해서 고정자 위치 명령(θmc)을 구한다.

좌표변환기(160)는 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 q축전압명령(VqC), d축전압명령(VdC)을 좌표변환하고 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)을 구한다. 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)은 PWM제어기(165), 전력변환기(170)를 통하여 모터(180)에 공급되어 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)에 따라 모터(180)가 구동된다.

q축전류 피드백(IqF)과 ｄ축 전류 피드백(IdF)은 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 좌표변환기(125)가 모터 전류(lu), (lv)를 좌표변환 함으로써 구한다.

이상으로 설명한 것 같이, 여자전류명령 연산기(135)는 모터 회전속도와 기저속도 차에 비례시켜서, 여자전류를 증가시킨 값을 구하고, 그 값을 기초로 약화 계자를 실시하도록 하고, 더욱이 약화 계자 영역에서 q축전류명령(IqC)에 비례시켜서 자속을 저감한다. 즉, 여자전류명령 연산기(135)는 모터(180)의 가감속 특성을 개선하기 위한 최적인 여자전류명령(IdC)을 출력한다.

이것 때문에 실시예1에 관한 모터 제어장치(100)에 따르면, 자기포화가 있는 모터의 역행시에 있어서의 고속부하 회전시의 토크 저하를 개선해서 가속 시간을 단축하고, 동시에 모터 회생시에 있어서의 과대한 토크도 억제하고 인버터의 과전압이나 컨버터의 과전류를 방지하고, 게다가 토크 정수의 급변이 없어, 양호한 가속 특성과 안전한 감속 특성을 양립시킬 수 있다.

한편, 실시예1에 관련되는 모터 제어장치(100)는 q축전압명령(VqC), d축전압명령(VdC)을 출력하는 조직에 비간섭 제어기를 설치하고, d축 및 q축의 간섭을 제어하도록 해도 좋다. 또한, d축 및 q축의 전류제어조직의 내부를 3상전류제어 조직으로 구성해도 좋다. 더욱이 여자전류명령을 기저속도로부터가 아니고 임의인 회전속도로부터 상승시키도록 해도 좋다.

[실시예2]

[모터 제어장치(200)의 전체구성]

도 6은 본 발명의 실시예2에 따른 모터 제어장치(200)의 블록 도이다. 실시예2에 관련되는 모터 제어장치(200)는 실시예1에 관련되는 모터 제어장치(100)의 구성에 자속제어기와 자속연산기를 부가하고, 여자 전류명령 연산기(135)를 자속명령 연산기로 바꾸어 설치한다.

모터 제어장치(200)는 q축전압명령(VqC)을 제공하는 조직으로서 q축전류제어기(230), 역행/회생 판별기(275), q축전류제한 값 산출기(285) 및 제한기(290)를 포함한다. q축전류제어기(230), 역행/회생 판별기(275), q축전류제한 값 산출기(285) 및 제한기(290)는 실시예1의 q축전류제어기(130), 역행/회생 판별기(175), q축전류제한 값 산출기(185) 및 제한기(190)와 동일하다.

또한, 모터 제어장치(200)는 d축전압명령(VdC)을 제공하는 조직으로서 자속명령 연산기(220), 자속제어기(240), d축전류제어기(245)를 포함한다.

자속명령 연산기(220)는 모터 회전속도(ωm)를 입력받고 모터(280)의 가감속 특성을 개선하기 위한 최적의 자속명령(φ2C)을 연산한다. 한편, 자속명령 연산기(220)의 상세한 동작은 후술한다.

자속제어기(240)는 자속명령 연산기(220)로부터 출력된 자속명령(φ2C)으로부터 자속(φ2)을 감산해서 얻을 수 있는 자속편차를 입력받고, d축전류명령(IdC)을 산출한다. 자속(φ2)은 자속연산기(235)로부터 출력된다. 자속제어기(240)는 비례 적분 제어기로 구성한다.

자속연산기(235)는 자속(φ2)을 좌표변환기(225)가 출력하는 ｄ축전류 피드백(IdF)를 사용하여 연산한다. 자속연산기(235)의 상세한 동작은 후술한다.

d축전류제어기(245)는 자속제어기(240)로부터 출력된 d축전류명령(IdC)으로부터 ｄ축전류 피드백(IdF)을 감산해서 얻을 수 있는 전류편차를 입력받고, d축전압명령(VdC)을 산출한다. ｄ축전류 피드백(IdF)은 좌표변환기(225)로부터 출력된다. ｄ축전류 피드백(IdF)은 후술하는 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 좌표변환기(225)가 모터 전류(lu), (lv)를 좌표변환 함으로써 구한다. d축전류제어기(245)는 비례 적분 제어기로 구성한다.

더욱 모터 제어장치(200)는 좌표변환을 행하게 하기 위한 조직으로서 미끄럼 주파수연산기(250), 적분기(255), OSC(257), 좌표변환기(225),(260)을 포함한다.

미끄럼 주파수연산기(250)는 입력한 q축전류명령(IqC)과 자속연산기(235)로부터 출력되는 자속(φ2)을 입력받고 미끄럼 주파수명령(ωs)을 산출한다. 한편, 미끄럼 주파수연산기(250)의 상세한 동작은 후술한다.

적분기(255), OSC(257), 좌표변환기(225), (260)는 실시예1의 적분기(155), OSC(157), 좌표변환기(125), (160)와 동일하다.

더욱이 모터 제어장치(200)는 모터(280)를 구동시키기 위한 조직으로서 PWM제어기(265), 전력변환기(270)를 포함한다. PWM제어기(265), 전력변환기(270)는 실시예1의 PWM제어기(165), 전력변환기(170)와 동일하다. 한편, PWM제어기(265), 전력변환기(270), q축전류제어기(230), d축전류제어기(245), 좌표변환기(260)에 의해 모터 구동부를 형성한다.

[자속명령 연산기(220)의 동작]

전술한 바와 같이, 자속명령 연산기(220)는 모터(280)의 가감속 특성을 개선하기 위한 최적인 자속명령(φ2C)을 연산한다.

도 7은 도 6의 자속명령 연산기(220)에 있어서의 모터 회전속도(ωm)와 약화 계자 전의 자속명령(φ2CＢ)의 관계를 나타내는 도이다. 자속명령 연산기(220)는 모터 회전속도(ωm)에 따른 약화 계자 전의 자속명령(φ2CＢ)을 연산한다. 또한, 도 8은 도 6의 자속명령 연산기(220)에 있어서의 모터 회전속도(ωm)과 자속명령(φ2C)의 관계를 나타내는 도이다. 자속명령 연산기(220)는 모터 회전속도(ωm)에 따른 자속명령(φ2C)을 연산한다.

도 7 및 도 8은 모터 회전속도(ωm)에 대한 자속φ0의 자속명령 특성을 나타내고 있다. 도 7은 약화 계자 전의 자속명령(φ2CＢ)을 나타내고, 도 8은 자속명령(φ2C)을 나타낸다.

도 7에 나타내듯이 약화 계자 전의 자속명령(φ2CＢ)은 모터 회전속도(ωm)가 0으로부터 ω0까지는 자속 φ0인 채로 바뀌지 않는다. 모터 회전속도가 ω0을 초과하면 자속명령(φ2CＢ)은 자속 φ0으로부터 일정한 경사로 상승한다.

또한, 도 8에 나타내듯이 자속명령(φ2C)은 모터 회전속도(ωm)가 0에서부터 ω0까지는 자속 φ0인 채로 바뀌지 않는다. 모터 회전속도가 ω0을 초과하면 자속명령(φ2C)은 자속 φ0에서부터 모터 회전속도(ωm)의 증가에 반비례해서 하강한다.

자속명령 연산기(220)는 약화 계자 전의 자속명령(φ2CＢ)을 다음 식에서 의해 구한다.

φ2CＢ=φ0

(0≤|ωm|≤ω0일 때)

φ2CＢ=φ0+K0·(|ωm|-ω0)

(ω0 <|ωm|일 때) …(4)

여기서, ω0: 기저속도φ0: 기저속도에 있어서의 자속

K0: 고속회전시의 자속을 상승시키는 계수

상기의 식(4)에 모터 회전속도(ωm)를 대입해서 자속명령(φ2CＢ)을 가시화하면 도 7과 같은 그래프가 된다.

고속회전시의 자속을 상승시키는 계수K0에 의해 고속회전 경부하의 자속명령(φ2CＢ)의 값을 크게 할 수 있고, 모터(180)의 고속회전시의 여자전류명령이 커지고 자기포화가 있어도 자속이 작아지지 않도록 할 수 있으며, 가감속 특성을 개선할 수 있다. K0의 최적값을 어느 값으로 할지는 시행착오에 의한 실험에 의해 구하거나 시뮬레이션(simulation)에 의해 구한다.

자속명령 연산기(220)는 상기한 바와 같이 하여 약화 계자 전의 자속명령을 구한 후 자속명령(φ2C)을 다음 식에 의해 구한다.

φ2C=φ2CＢ

(0≤|ωm|≤ω0일 때)

φ2C=φ2CＢ·ω0/|ωm|

(ω0<|ωm|일 때) …(5)

상기의 식(5)에 모터 회전속도(ωm)를 대입해서 자속명령(φ2C)을 가시화하면 도 8과 같은 그래프가 된다.

자속명령 연산기(220)는 모터 회전속도(ωm)에 따라, 식(4)의 연산을 행하여 약화 계자 전의 자속명령(φ2CＢ)을 구한 후에, 자속명령(φ2CＢ)에 대하여 식(5)의 연산을 행하고 자속명령(φ2C)을 자속제어기(240)로 향해 출력한다.

[미끄럼 주파수연산기(250)의 동작]

미끄럼 주파수연산기(250)는 하기의 식에 나타내듯이 q축전류명령(IqC)과 자속(φ2)으로부터 미끄럼 주파수명령(ωs)을 산출한다.

미끄럼 주파수명령(ωs)은 다음 식에 의해 구한다.

ωs=Ｍ·R2/L2·(Iqc/φ2) …(6)

R2: ２차 저항

φ2: ２차 자속

L2: ２차 인덕턴스

M: 상호 인덕턴스

[자속연산기(235)의 동작]

자속연산기(235)는 하기의 식에 나타내듯이 ｄ축전류 피드백(IdF)으로부터 자속(φ2)을 구한다.

φ2=1/(1+L2/R2·S)·M·IdF …(7)

S: 미끄럼

ＩｄＦ: q축전류 피드백

[모터 제어장치(200)의 동작]

우선 입력한 토크전류명령(IqCB)을 제한기(290)에 의해 제한하고, 제한기(290)로부터 출력된 ｑ축전류(IqC)을 좌표변환기(225)로부터의 ｑ축전류 피드백(IqF)과 비교하고 q축전류제어기(230)에서 의해 q축전압명령(VqC)을 구한다.

한편, 모터 회전속도(ω)로부터 자속명령 연산기(220)는 상기의 식(4) 및 식(5)을 이용해서 산출한 자속을 자속명령(φ2C)으로서 제공하고, 자속연산기(235)는 상기의 식(7)을 이용해서 산출한 자속(φ2)과 비교하여, 자속제어기(240)에 의해 d축전류명령(IdC)을 구한다. d축전류명령(IdC)을 좌표변환기(225)로부터의 ｄ축전류 피드백(IdF)와 비교하여, d축전류제어기(245)에서 의해 d축전압명령(VdC)을 구한다.

q축전류명령(IqC)과 자속(φ2)으로부터 미끄럼 주파수연산기(250)는 상기의 식(6)을 이용해서 미끄럼 주파수명령(ωs)을 산출한다. 미끄럼 주파수명령(ωs)은 속도연산기(215)가 출력하는 모터 회전속도(ωm)와 가산된다. 미끄럼 주파수명령(ωs)과 모터 회전속도(ωm)로 일차주파수명령(ω1)을 구한다. 일차주파수명령(ω1)을 적분기(255)로 적분해서 고정자 위치 명령(θmc)을 구한다.

좌표변환기(260)는 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 q축전압명령(VqC), d축전압명령(VdC)을 좌표변환하고 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)을 구한다.

3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)은 PWM제어기(265), 전력변환기(270)를 통하여 모터(280)에 공급되며, 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)에 따라 모터(280)가 구동된다.

q축전류 피드백(IqF)과 ｄ축전류 피드백(IdF)은 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 좌표변환기(225)가 모터 전류(lu), (lv)를 좌표변환 함으로써 구한다.

이상으로 설명한 것 같이, 자속명령 연산기(220)는 모터 회전속도와 기저속도의 차에 비례시켜서, 자속을 증가시킨 값을 구하고 그 값을 기초로 약화 계자를 실시하도록 하고, 더욱이 약화 계자 영역에서 토크전류명령(IqC)에 비례시켜서 자속을 저감한다. 즉, 자속제어기(240)는 모터(280)의 가감속 특성을 개선하기 위한 최적의 여자전류명령(IdC)을 출력한다.

이 때문에, 실시예2에 관한 모터 제어장치(200)에 따르면, 자기포화가 있는 모터의 역행시에 있어서의 고속부하 회전시의 토크 저하를 개선해서 가속 시간을 단축하고, 동시에 모터 회생시에 있어서의 과대한 토크도 억제하고 인버터의 과전압이나 컨버터의 과전류를 방지하고, 게다가 토크 정수의 급변이 없어, 양호한 가속 특성과 안전한 감속 특성을 양립시킬 수 있다.

한편, 실시예2에 관련되는 모터 제어장치(200)는 q축전압명령(VqC), d축전압명령(VdC)을 출력하는 조직에 비간섭 제어기를 설치하고, d축 및 q축의 간섭을 제어하도록 해도 좋다. 또한, d축 및 q축의 전류제어조직의 내부를 3상전류제어 조직으로 구성해도 좋다. 더욱이 여자전류명령을 기저속도로부터가 아니라 임의의 회전속도로부터 상승시키도록 해도 좋다.

[실시예3]

[모터 제어장치(300)의 전체구성]

도 9는 본 발명의 실시예3에 따른 모터 제어장치(300)의 블록 도이다. 실시예3에 관련되는 모터 제어장치(300)는 실시예2에 관련되는 모터 제어장치(200)의 구성에 최대 일차전류명령 산출기, 토크제한 값 연산기 및 q축전류연산기를 부가한다.

모터 제어장치(300)는 q축전압명령(VqC)을 제공하는 조직으로서 q축전류제어기(330), 역행/회생 판별기(375), 최대 일차전류명령 산출기(383), 토크제한 값 연산기(385), 제한기(390) 및 q축전류연산기(395)를 포함한다. q축전류제어기(330) 및 역행/회생 판별기(375)는 실시예2의 ｑ축전류제어기(230) 및 역행/회생 판별기(275)와 동일하다.

최대 일차전류명령 산출기(383)는 모터(380)에 공급하는 일차전류명령의 최대치를 산출하고, 최대 일차전류명령(IPC)으로서 토크제한 값 연산기(385)에 제공한다. 최대 일차전류명령 산출기(383)의 상세한 동작은 후술한다.

토크제한 값 연산기(385)는 자속연산기(335)가 출력하는 자속(φ2), 자속제어기(340)가 출력하는 d축전류명령(IdC), 최대 일차전류명령(IPC)으로부터 토크제한 값(TLIM)을 연산한다. 토크제한 값 연산기(385)의 상세의 동작은 후술한다.

제한기(390)는 토크제한 값 연산기(385)가 출력하는 토크제한 값(TLIM)을 입력으로 하고 토크명령(TCB)의 값을 제한한다. 제한기(390)의 상세한 동작은 후술한다.

q축전류연산기(395)는 제한기(390)를 통하여 입력되는 토크명령(TCB)을 이용해서 q축전류(IqC)를 연산한다. q축전류연산기(395)의 상세한 동작은 후술한다.

또한, 모터 제어장치(300)는 d축전압명령(VdC)을 제공하는 조직으로서 자속명령 연산기(320), 자속제어기(340), d축전류제어기(345)를 포함한다. 자속명령 연산기(320), 자속제어기(340), d축전류제어기(345)는 실시예2의 자속명령 연산기(220), 자속제어기(240), d축전류제어기(245)와 동일하다.

더욱이, 모터 제어장치(300)는 좌표변환을 행하게 하기 위한 조직으로서, 미끄럼 주파수연산기(350), 적분기(355), OSC(357), 좌표변환기(325), (360)를 포함한다. 미끄럼 주파수연산기(350), 적분기(355), OSC(357), 좌표변환기(325), (360)는 실시예2의 미끄럼 주파수연산기(250), 적분기(255), OSC(257), 좌표변환기(225), (260)와 동일하다.

더욱이 모터 제어장치(300)는 모터(380)를 구동시키기 위한 조직으로서 PWM제어기(365), 전력변환기(370)를 포함한다. PWM제어기(365) 전력변환기(370)는 실시예2의 PWM제어기(265), 전력변환기(270)와 동일하다. 한편, PWM제어기(365), 전력변환기(370), q축전류제어기(330), d축전류제어기(345), 좌표변환기 (360)에 의해 모터 구동부를 형성한다.

[역행/회생 판별기(375)의 동작]

전술한 바와 같이, 역행/회생 판별기(375)는 토크명령(TCB)과 모터 회전속도(ωm)로부터 모터(380)가 역행 상태에 있는 것인지 회생 상태에 있는 것인지를 판별한다.

역행, 회생 판별은 모터(380)의 손실이나 인코더(310)의 양자화 오차에 기인하는, 속도 리플(ripple)을 고려하고, 도 10에 나타내듯이 모터 회전속도역치(ωA), 토크명령 역치(TCA)를 사용하여 행한다. 모터 회전속도역치(ωA)는 인코더(310)의 양자화 오차를 고려해서 정하고, 모터(380)의 무부하 운전시에 역행, 회생 판별 결과가 채터링(chattering) 하지 않도록 한다. 토크명령 역치(TCA)는 모터(380)의 손실을 고려해서 정하고, 모터(380)의 회생 전력-모터 손실=0이 될 때의 토크전류명령(TCB)의 값을 설정한다.

역행/회생 판별기(375)는 도 10에 나타내듯이 ωm≥ωA 그리고 TCB≤-TCA, 또는 ωm≤-ωA 그리고 TCB≥TCA의 조건의 경우에는 회생 상태에 있다고 판정하고 이들 조건 이외의 조건의 경우에는 역행 상태에 있다고 판단한다.

[최대 일차전류명령 산출기(383)의 동작]

전술한 바와 같이, 최대 일차전류명령 산출기(383)는 역행/회생 판별기(375)에 의한 역행 회생 판별 결과와 모터 회전속도(ωm)로부터 최대 일차전류명령(IPC)을 산출한다. 구체적으로 최대 일차전류명령 산출기(383)는 역행 상태의 경우에는 최대 일차전류명령(IPC)은 제한하지 않고, 회생 상태의 경우에는 도 11에 나타내듯이 최대 일차전류명령(IPC)을 제한한다.

최대 일차전류명령(IPC)=IPCmax

(0≤|ωm|≤ω1일 때)

최대 일차전류명령(IPC)=IPCmax-KLIM·(|ωm|-ω1)

(ω1<|ωm|의 때)

여기서, ω1: q축전류의 제한 개시 회전속도

ω1는 기저속도 이상의 값으로 모터(180) 감속 시의 토크 특성에 근거해 조정한다.

KLIM: 고속회전시의 최대 일차전류명령 값의 저감량을 정하는 계수

[제한기(390)의 동작]

전술한 바와 같이, 제한기(390)는 토크제한 값 연산기(385)가 산출한 토크제한 값(TLIM)을 입력받고 토크명령(TCB)의 값을 제한한다.

[자속명령 연산기(320)의 동작]

전술한 바와 같이, 자속명령 연산기(320)는 모터(380)의 가감속 특성을 개선하기 위한 최적인 자속명령(φ2C)을 연산한다.

자속명령 연산기(320)는 약화 계자 전의 자속명령(φ2CB)을 다음 식에 의해 구한다.

φ2CB=φ0

(0≤|ωm|≤ω0일 때)

φ2CB=φ0+K0·|ωm|-ω0)

(ω0 <|ωm|일 때) …(9)

여기서, ω0: 기저속도

φ0: 기저속도에 있어서의 자속

K0: 고속회전시의 자속을 상승시키는 계수

상기의 식(9)에 모터 회전속도(ωm)를 대입해서 자속명령(φ2CB)을 가시화하면 실시예2로 나타낸 도 8과 같은 그래프가 된다.

고속회전시의 자속을 상승시키는 계수K0에 의해 고속회전 경부하의 자속명령(φ2CB)의 값을 크게 할 수 있고, 모터(380)의 고속회전시의 여자전류명령이 커지고 자기포화가 있어도 자속이 작아지지 않도록 할 수 있어, 가감속 특성을 개선할 수 있다. K0의 최적값을 어느 값으로 할지는 시행착오에 의한 실험에 의해 구하든지 시뮬레이션(simulation)에 의해 구한다.

자속명령 연산기(320)는 상기한 바와 같이 해서 약화 계자 전의 자속명령을 구한 후 자속명령(φ2C)을 다음 식에 의해 구한다.

φ2C=φ2CB

(0≤|ωm|≤ω0일 때)

φ2C=φ2CB·ω0/|ωm|

(ω0 <|ωm|일 때) …(10)

상기의 식(10)에 모터 회전속도(ωm)를 대입해서 자속명령(φ2C)을 가시화하면 실시예2로 나타낸 도 9과 같은 그래프가 된다.

자속명령 연산기(320)는 모터 회전속도(ωm)에 따라, 식(9)의 연산을 행하고, 약화 계자 전의 자속명령(φ2CB)을 구한 후에 자속명령(φ2CB)에 대하여 식(10)의 연산을 행하고, 자속명령(φ2C)을 자속제어기(340)로 향해 출력한다.

[미끄럼 주파수연산기(350)의 동작]

미끄럼 주파수연산기(350)는 실시예2의 미끄럼 주파수연산기(250)와 같이, 상기의 식(6)을 이용하여 토크전류명령(IqC)과 자속(φ2C)으로부터 미끄럼 주파수명령(ωs)을 산출한다.

[자속연산기(335)의 동작]

자속연산기(335)는 실시예2의 자속연산기(235)과 같이 상기의 식(7)을 이용하고 ｄ축전류 피드백(IdF)로부터 자속(φ2)을 구한다.

[토크제한 값 연산기(385)의 동작]

토크제한 값 연산기(385)는 d축전류명령(IdC)과 최대 일차전류명령(IPC)으로부터 다음 식을 이용해서 토크제한 값(TLIM)을 연산한다.

TLIM=Pm·M/L2·φ2(IPC2-IdC)1/2 …(11)

여기서, Pm은 모터(380)의 극대수

[q축전류연산기(395)의 동작]

q축전류연산기(395)는 제한기(390)를 통하여 토크 제한된 후의 토크명령으로부터 q축전류명령(IqC)을 다음 식을 이용해서 구한다.

IqC=L2/(Pm·M·φ2)·(토크 제한된 후의 토크명령) …(12)

[모터 제어장치(300)의 동작]

입력한 토크명령(TCB)은 제한기(390)에 의해 토크제한 값(TLIM) 내에 제한되어 q축전류연산기(395)에 출력된다. q축전류연산기(395)는 토크 제한 후의 토크명령(TCB)과 자속(φ2)에 근거해서 q축전류명령(IqC)을 구한다. q축전류명령(IqC)을 좌표변환기(325)로부터의 ｑ축전류 피드백(IqF)과 비교하여, q축전류제어기(330)에 의해 q축전압명령(VqC)을 구한다. 한편, 제한기(390)가 토크명령(TCB)의 값을 제한하기 위한 토크제한 값(TLIM)은 토크제한 값 연산기(385)가 상기의 식(11)을 이용해서 산출한다.

한편, 자속명령 연산기(320)가 상기의 식(9) 및 식(10)을 이용해서 산출한 자속을 자속명령(φ2C)으로서 제공하고, 자속연산기(335)가 상기의 식(7)을 이용해서 산출한 자속(φ2)과 비교하여, 자속제어기(340)에 의해 d축전류명령(IdC)을 구한다. d축전류명령(IdC)을 좌표변환기(325)로부터의 ｄ축전류 피드백(IdF)과 비교하여 d축전류제어기(345)에 의해 d축전압명령(VdC)을 구한다.

토크전류명령(IqC)과 자속(φ2)으로부터 미끄럼 주파수연산기(350)는 상기의 식(6)을 이용해서 미끄럼 주파수명령(ωs)을 산출한다. 미끄럼 주파수명령(ωs)은 속도연산기(315)가 출력하는 모터 회전속도(ωm)와 가산된다. 미끄럼 주파수명령(ωs)과 모터 회전속도(ωm)로 일차주파수명령(ω1)을 구한다. 일차주파수명령(ω1)을 적분기(355)로 적분해서 고정자 위치 명령(θmc)을 구한다.

좌표변환기(360)는 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로 q축전압명령(VqC), d축전압명령(VdC)을 좌표변환하고 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)을 구한다. 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)은 PWM제어기(365), 전력변환기(370)를 통하여 모터(380)에 공급되며, 3상전압명령(Vuc), (Vvc), (Vwc)에 따라 모터(380)가 구동된다.

q축전류 피드백(IqF)과 ｄ축전류 피드백(IdF)은 고정자 위치 명령(θmc)을 기초로, 좌표변환기(325)가 모터 전류(lu), (lv)를 좌표변환 함으로써 구한다.

이상으로 설명한 것 같이 자속명령 연산기(320)는 모터 회전속도와 기저속도와의 차에 비례시켜서, 자속을 증가시킨 값을 구하고 그 값을 기초로 약화 계자를 실시하도록 하고, 더욱이 약화 계자영역에서 토크전류명령(IqC)에 비례시켜서 자속을 저감한다. 즉, 자속제어기(340)는 모터(380)의 가감속 특성을 개선하기 위한 최적의 여자전류명령(IdC)을 출력한다.

이 때문에, 실시예3에 관한 모터 제어장치(300)에 따르면 자기포화가 있는 모터의 역행시에 있어서의 고속부하 회전시의 토크 저하를 개선해서 가속 시간을 단축하고, 동시에 모터 회생시에 있어서의 과대한 토크도 억제하고 인버터의 과전압이나 컨버터의 과전류를 방지하고, 게다가 토크 정수의 급변이 없어, 양호한 가속 특성과 안전한 감속 특성을 양립시킬 수 있다.

한편 실시예3에 관련되는 모터 제어장치(300)는 q축전압명령(VqC), d축전압명령(VdC)을 출력하는 조직에 비간섭 제어기를 설치하고, d축 및 q축의 간섭을 제어하도록 해도 좋다. 또한, d축 및 q축의 전류제어조직의 내부를 3상전류제어조직으로 구성해도 좋다. 더욱이, 여자전류명령을 기저속도로부터가 아니라 임의의 회전속도로부터 상승시키도록 해도 좋다.

본 발명에 관련되는 모터 제어장치에서는 모터의 기저회전속도 이상의 회전속도로 회전속도에 비례시켜서 자속을 증가하고, 역행/회생 판별을 설치하여 회생시의 최대 일차전류를 제한한다. 이것에 의해 자기포화가 있는 모터의 역행 동작시에 있어서의 고속부하시의 토크 저하를 개선해서 가속 시간을 빠르게 한다. 동시에 모터 회생시의 과대한 토크도 억제하고, 인버터의 과전압이나 컨버터의 과전류를 방지하고, 게다가 토크 정수의 급변이 없어, 빠른 가속 특성과 안전한 감속 특성을 양립할 수 있는 모터 제어장치를 실현할 수 있다.

100 모터 제어장치
200 모터 제어장치
300 모터 제어장치
10 인코더
110 인코더
210 인코더
310 인코더
15 속도연산기
115 속도연산기
215 속도연산기
315 속도연산기
20 속도제어기
25 좌표변환기
125 좌표변환기
225 좌표변환기
325 좌표변환기
135 여자전류명령 연산기
30 q축전류제어기
130 q축전류제어기
230 q축전류제어기
330 q축전류제어기
235 자속연산기
335 자속연산기
240 자속연산기
340 자속제어기
45 d축전류제어기
145 d축전류제어기
245 d축전류제어기
345 d축전류제어기
50 미끄럼 주파수연산기
150 미끄럼 주파수연산기
250 미끄럼 주파수연산기
350 미끄럼 주파수연산기
55 적분기
155 적분기
255 적분기
355 적분기
60 좌표변환기
160 좌표변환기
260 좌표변환기
360 좌표변환기
65 PWM제어기
165 PWM제어기
265 PWM제어기
365 PWM제어기
70 전력변환기
170 전력변환기
270 전력변환기
370 전력변환기
80 모터
180 모터
280 모터
380 모터
190 제한기
290 제한기
390 제한기
157 OSC
257 OSC
357 OSC
220 자속명령 연산기
320 자속명령 연산기
383 최대 일차전류명령 산출기
385 토크제한 값 연산기
395 q축전류연산기

Claims

토크전류명령과 모터 회전속도를 사용하여 모터의 역행/회생 상태를 판별하는 역행/회생 판별기;
상기 모터가 역행 상태일 때에는 상기 토크전류명령을 통과시키고, 상기 모터가 회생 상태일 때에는 상기 토크전류명령의 크기를 제한해서 통과시키는 제한기;
상기 모터 회전속도를 사용하여 상기 모터의 회전 상태를 인식하고, 상기 회전 상태에 따른 여자전류명령을 연산하는 여자전류명령 연산기; 그리고,
상기 제한기 통과 후의 토크전류명령과 연산한 여자전류명령을 사용하여 상기 모터를 구동하는 모터 구동부를 포함하는 모터 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 여자전류명령 연산기는, 상기 모터 회전속도의 증가에 반비례해서 여자전류명령을 작게 하는 약화 계자기능을 가지고, 상기 모터가 고속회전하고 있을 때에는 여자전류명령을 상기 약화 계자기능에 의한 여자전류명령보다 크게 하는 모터 제어장치.
청구항 1 또는 청구항 2항에 있어서,
상기 모터의 역행/회생 상태와 상기 모터 회전속도를 사용하여, 상기 모터가 회생 상태일 때의 상기 제한기의 제한 값을 산출하는 ｑ축전류제한 값 산출기를 더 포함하고,
상기 제한기는 상기 q축전류제한 값 산출기가 산출하는 제한 값을 사용하여 상기 토크전류명령의 크기를 제한하는 모터 제어장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 모터에 공급하는 전류를 좌표변환 함으로써 q축전류 피드백 및 d축전류 피드백을 구하는 좌표변환기를 더 포함하고,
상기 모터 구동부는 상기 토크전류명령으로부터 상기q축전류 피드백을 감산한 값 및 상기 여자전류명령으로부터 상기d축전류 피드백을 감산한 값을 사용하여 상기 모터를 구동하는 전압명령을 구하는 모터 제어장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제한기 통과 후의 토크 전류명령과 상기 여자전류명령 연산기가 연산한 여자전류명령으로부터 미끄럼 주파수명령을 연산하는 미끄럼 주파수연산기를 더 포함하고,
상기 좌표변환기는 상기 미끄럼 주파수연산기가 연산한 미끄럼 주파수명령을 이용해서 상기 모터에 공급하는 전류를 좌표변환하는 모터 제어장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 역행/회생 판별기는,
상기 모터 회전속도가 설정한 모터 회전속도역치보다 크고, 토크전류명령의 크기가 설정한 토크전류역치보다도 작을 경우, 또는 상기 모터 회전속도가 설정한 모터 회전속도역치보다 작고, 토크전류명령의 크기가 설정한 토크전류역치보다도 클 경우에는 모터가 회생 상태라고 판별하고, 상기 이외의 경우에는 모터가 역행 상태라고 판별하는 모터 제어장치.
청구항 3에 있어서,
상기q축전류제한 값 산출기는, 상기 모터가 회생 상태일 때의 제한 값을 하기의 식에 의해 산출하며,
제한 값(IqLIM)=Iqmax
(0≤|ωm|≤ω1일 때)
q축 전류제한 값(IqLIM)=Iqmax-KLIM·(|ωm|-ω1)
(ω1<|ωm|일 때)
여기서 ω1: q축전류의 제한 시작 회전속도
ω1은 기저속도이상의 값으로 모터 감속 시의 토크특성에 근거하여 조정하고,
KLIM: 고속회전시의 ｑ축전류명령 제한 값의 저감량을 정하는 계수
인 모터 제어장치
토크전류명령과 모터 회전속도를 사용하여 모터의 역행/회생 상태를 판별하는 역행/회생 판별기;
상기 모터가 역행 상태일 때에는 상기 토크 전류명령을 통과시키고, 상기 모터가 회생 상태일 때에는 상기 토크 전류명령의 크기를 제한해서 통과시키는 제한기;
상기 모터 회전속도를 사용하여 상기 모터의 자속명령을 연산하는 자속명령 연산기;
상기 모터에서 공급하는 전류로 구한 자속과 상기 자속명령 연산기가 연산한 자속명령으로부터 여자전류명령을 구하는 자속제어기; 그리고,
상기 제한기 통과 후의 토크전류명령과 구한 여자전류명령을 사용하여 상기 모터를 구동하는 모터 구동부를 포함하는 모터 제어장치.
청구항 8에 있어서,
상기 자속명령 연산기는,
상기 모터 회전속도의 증가에 따라서 여자전류명령을 작게 하는 약화 계자기능을 가지고,
상기 모터가 고속회전하고 있을 때에는 여자전류명령을 상기 약화 계자기능에 의한 여자전류명령보다 크게 하는 모터 제어장치.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 모터의 역행/회생 상태와 상기 모터 회전속도를 사용하여, 상기 모터가 회생 상태일 때의 상기 제한기의 제한 값을 산출하는 ｑ축전류제한 값 산출기를 더 포함하고,
상기 제한기는 상기 q축전류제한 값 산출기가 산출하는 제한 값을 사용하여 상기 토크전류명령의 크기를 제한하는 모터 제어장치.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 모터에서 공급하는 전류로 구한 자속은, 상기 모터에 공급하는 전류를 좌표변환 함으로써 구한 ｄ축전류 피드백으로부터 자속연산기가 구하는 모터 제어장치.
토크명령과 모터 회전속도를 사용하여 모터의 역행/회생 상태를 판별하는 역행/회생 판별기;
상기 모터가 역행 상태일 때에는 상기 토크명령을 통과시키고, 상기 모터가 회생 상태일 때에는 상기 토크명령의 크기를 제한해서 통과시키는 제한기;
상기 제한기를 통과한 토크명령을 이용해서 토크전류명령을 연산하는 ｑ축전류연산기;
상기 모터 회전속도를 사용하여 상기 모터의 자속명령을 연산하는 자속명령 연산기;
상기 모터에서 공급하는 전류로 구한 자속과 상기 자속명령 연산기가 연산한 자속명령으로부터 여자전류명령을 구하는 자속제어기; 그리고,
연산한 토크전류명령과 구한 여자전류명령을 사용하여 상기 모터를 구동하는 모터 구동부를 포함하는 모터 제어장치.
청구항 12에 있어서,
상기 모터의 역행/회생 상태와 상기 모터 회전속도를 사용하여, 상기 모터가 회생 상태일 때의 최대 일차전류명령을 산출하는 최대 일차전류명령 산출기;
상기 최대 일차전류명령 산출기가 산출하는 최대 일차전류명령, 상기 자속제어기가 구하는 여자전류명령 및 상기 자속연산기가 구하는 자속을 사용하여, 상기 모터가 회생 상태일 때의 상기 제한기의 제한 값을 연산하는 토크제한 값 연산기를 더 포함하며,
상기 제한기는 상기 토크제한 값 연산기가 연산하는 제한 값을 사용하여 상기 토크명령의 크기를 제한하는 모터 제어장치.