KR20140122690A - 회전 구동 시스템, 인버터를 제어하는 방법 및 연관된 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

회전 구동 시스템, 인버터를 제어하는 방법 및 연관된 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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KR20140122690A
KR20140122690A KR1020140043263A KR20140043263A KR20140122690A KR 20140122690 A KR20140122690 A KR 20140122690A KR 1020140043263 A KR1020140043263 A KR 1020140043263A KR 20140043263 A KR20140043263 A KR 20140043263A KR 20140122690 A KR20140122690 A KR 20140122690A
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뽈 쌍뒤레스뀌
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Abstract

회전 구동 시스템, 인버터를 제어하는 방법 및 연관된 컴퓨터 프로그램
회전 구동 시스템은, - 직류 전압 소스(102); - 회전축(A)을 가지고, 상기 회전축(A)에 대해 방향을 가지는 독립적인 위상(a, b, c)을 포함하는 전기 모터(104); - 각 위상(a, b, c)을 상기 직류 전압 소스(102)에 연결하는 인버터(106); 및 - 커맨드를 상기 인버터(106)에 공급하는 제어 장치(110)를 포함한다. 제어 장치(110)는, - 공식을 선택하는 수단(118)으로서, 상기 수단(118)은 미리 정해진 공식들로부터 하나의 공식을 선택하도록 되어있고, 각 미리 정해진 공식은 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 계산하도록 되어 있는, 공식을 선택하는 수단(118); - 설정점을 결정하는 수단(124)으로서, 상기 수단(124)은 선택된 공식을 적용하여 상기 선택된 공식에 따라, 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 결정하도록 되어 있는, 결정하는 수단(124), 및 - 커맨드를 결정하는 수단(126)으로서, 상기 수단(126)은 결정된 설정점에 기초하여 인버터(106)의 커맨드를 결정하도록 되어 있는, 결정하는 수단(126)을 포함한다.

Description

회전 구동 시스템, 인버터를 제어하는 방법 및 연관된 컴퓨터 프로그램{ROTARY DRIVE SYSTEM, METHOD FOR CONTROLLING AN INVERTER AND ASSOCIATED COMPUTER PROGRAM}
본 발명은 회전 구동 시스템, 인버터를 제어하는 방법 및 연관된 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
종래 기술은,
- 직류 전압 소스,
- 회전축을 구비하고, 이 회전축 주위에 방향을 가지는 독립적인 위상을 포함하는 전기 모터,
- 각 위상을 상기 직류 전압 소스에 연결하는 인버터, 및
- 커맨드를 상기 인버터에 공급하는 제어 장치를 포함하는 유형의 회전 구동 시스템의 사용을 포함한다.
일부 구동 시스템에서, 제어 장치는 인버터를 제어하여 전기 모터에 제로 호모폴라 전류(zero homopolar current)를 획득하여 일부 목적을 충족하도록 구성될 수 있고, 반면에, 다른 구동 시스템에서, 제어 장치는 인버터를 제어하여 전기 모터에 비-제로 호모폴라 전류를 획득하여 다른 목적을 달성하도록 구성될 수 있다.
작동하는 동안 다수의 목적을 충족하는데 적절한 구동 시스템을 구비하는 것이 필요할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제를 적어도 부분적으로 해소하는 회전 구동 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제를 적어도 부분적으로 해소하기 위하여, 본 발명은, 전술된 유형의 회전 구동 시스템으로서, 제어 장치는,
- 공식(formula)을 선택하는 수단으로서, 상기 수단은 미리 정해진 공식들로부터 하나의 공식을 선택하도록 되어 있고, 각 미리 정해진 공식은 호모폴라 전압 설정점(set-point) 또는 호모폴라 전류 설정점을 계산하도록 되어 있는, 공식을 선택하는 수단,
- 설정점을 결정하는 수단으로서, 상기 수단은, 선택된 공식을 적용하여, 상기 선택된 공식에 따라, 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 결정하도록 되어 있는, 설정점을 결정하는 수단, 및
- 커맨드를 결정하는 수단으로서, 상기 수단은 결정된 설정점에 기초하여 상기 인버터의 커맨드를 결정하도록 되어 있는, 커맨트를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 구동 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하여, 여러 목적을 충족하도록 전기 모터의 전기적 동작을 적응시키고, 특히 전기 모터의 동작 동안 이들 목적을 충족하도록 상이한 호모폴라 전류 또는 전압을 주입하는 것이 가능하다.
선택적으로, 상기 공식을 선택하는 수단은 회전 구동 시스템에 대한 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 선택을 하도록 되어 있다.
선택적으로, 상기 회전 구동 시스템에 대한 파라미터(들)는 전기 모터의 동작 특성, 예를 들어 그 회전 속도를 포함한다.
선택적으로, 상기 공식을 선택하는 수단은,
- 회전 구동 시스템에 대한 파라미터(들)에 의해 특정된 공간의 구역(zone)들의 정의(definition)으로서, 각 구역은 미리 정해진 공식들 중 하나와 연관된, 공간의 구역들의 정의,
- 구역을 결정하는 수단으로서, 상기 수단은, 미리 정해진 구역으로부터, 회전 구동 시스템에 대한 파라미터(들)에 대응하는 구역을 결정하도록 되어 있는, 구역을 결정하는 수단, 및
- 구역을 결정하는 수단에 의해 결정된 구역과 연관된 공식을 검색하는 수단을 포함한다.
선택적으로, 상기 공식을 선택하는 수단은 호모폴라 전류 설정점을 계산하는 공식과 연관된 구역의 적어도 하나의 정의를 포함한다.
선택적으로, 상기 공식을 선택하는 수단은 호모폴라 전압 설정점을 계산하는 공식과 연관된 구역의 적어도 하나의 정의를 포함한다.
선택적으로, 상기 공식을 선택하는 수단은 호모폴라 고조파의 형태로, 예를 들어 제 1 호모폴라 고조파의 형태로 설정점을 계산하는 공식과 연관된 구역의 적어도 하나의 정의를 포함한다.
선택적으로, 상기 공식을 선택하는 수단은 제로 설정점을 공급하는 공식과 연관된 구역의 적어도 하나의 정의를 포함한다.
본 발명은 또한, 회전축을 구비하고, 이 회전축에 대해 방향을 가지는 독립적인 위상을 포함하는 전기 모터의 각 위상을 직류 전압 소스에 연결하는 인버터를 제어하는 방법으로서,
- 미리 정해진 공식들로부터 하나의 공식을 선택하는 단계로서, 각 미리 정해진 공식은 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 계산하도록 되어 있는, 공식을 선택하는 단계,
- 선택된 공식을 적용하여 상기 선택된 공식에 따라, 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 결정하는 단계,
- 결정된 설정점에 기초하여 상기 인버터의 커맨드를 결정하는 단계를 포함하는, 인버터 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 컴퓨터에서 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금 본 발명에 따른 방법 단계를 수행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 이제 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
- 도 1은 본 발명에 따른 회전 구동 시스템을 도시하는 도면,
- 도 2는 복수의 동작 구역을 도시하는 도면,
- 도 3은 도 1의 시스템의 인버터를 제어하는 방법의 블록도.
이제 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 회전 구동 시스템(100)을 설명하도록 한다.
회전 구동 시스템(100)은 제일 먼저 기준 전위(M)(접지)에 대해 직류 전압(V)을 공급하는 직류 전압 소스(102)를 포함한다.
회전 구동 시스템(100)은 전기 모터(104)를 더 포함한다. 그 자체가 알려진 방식으로, 전기 모터(104)는 고정자(미도시) 및, 회전축(A)을 중심으로 고정자에 대해, 속도(Ω)로 회전하고 전자석 토크 C라고 언급된 토크를 공급하는 회전자(미도시)를 포함한다. 설명된 예에서, 전기 모터(104)는 회전축(A)에 대해 균등하게 분배된 방향을 가지는 세 개의 위상(a, b, c), 및 p개의 극(pole)을 더 포함한다. 각 위상(a, b, c)은 2개의 단자를 구비하고, 위상(a, b, c)은 독립적인데, 즉 이들 위상은 단자들 중 하나에 의하여 일반적으로 "중립(neutral)"이라고 언급되는 공통점(common point)에 연결되지 않는다. 위상(a, b, c)은, 위상 전류(ia, ib, ic)에 의해 각각 횡단되고 단자들 사이에 위상 전압(va, vb, vc)을 구비하도록 되어 있다.
회전 구동 시스템(100)은 전기 모터(104)의 각 위상(a, b, c)을 직류 전압 소스(102)에 연결하는 인버터(106)를 더 포함한다. 인버터(106)는 위상(a, b, c)의 각 단자와 각각 연관된 6개의 암(arm)을 포함한다. 각 암은 전압(V) 또는 접지(M)를 갖는 연관된 단자를 연결하도록 되어 있다. 각 암은 그 중심에서 연관된 단자에 연결된 직렬로 제어되는 2개의 스위치를 포함한다. 인버터(106)는, 해당 위상의 2개의 단자가 동일한 점(V 또는 M)에 모두 연결될 때, 각 위상(a, b, c)에 전압(+V), 그 역 전압(-V), 또는 제로 전압을 적용하도록 되어 있다.
회전 구동 시스템(100)은 고정자에 대해 회전자의 회전 속도(Ω), 위상 전류(ia, ib, ic) 및 회전자와 고정자 사이에 각도(θ)를 측정하는 센서(108)를 더 포함한다.
회전 구동 시스템(100)은 고정자에 대해 회전자의 속도(Ω), 위상 전류(ia, ib, ic), 각도(θ) 및 회전 속도 설정점(Ω*)에 따라 인버터(106)를 제어하는 커맨드를 인버터(106)에 공급하도록 구성된, 인버터(106)를 제어하는 제어 장치(110)를 더 포함한다. 속도 설정점(Ω*)은 시스템(100)이 차량에 구현될 때 예를 들어 속도 조절기로부터 수신된다. 인버터(106)의 커맨드는 일반적으로 초고주파수 스위치 개폐 커맨드로 구성된다. 제어 장치(110)는 예를 들어 컴퓨터의 형태로 구현된다. 이 경우에, 이하 상술되는 제어 장치(110)의 수단은 예를 들어 컴퓨터 매체에 기록되고 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램의 형태로 및/또는 컴퓨터의 전용 전자 회로의 형태로 구현된다.
제어 장치(110)는 제일 먼저 기계적 각도(θ)에 기초하여 유용한 각도(θ')를 결정하는 수단(112)을 포함한다. 유용한 각도(θ')는 예를 들어 이 기계적 각도(θ)와 같거나 전기적 각도와 같은데 이 전기적 각도는 이 기계적 각도(θ)를 전기 모터(104)의 극의 쌍의 수(p)와 곱한 것과 같다.
제어 장치(110)는 Park의 변환(dq0 변환이라고도 언급됨)을 위상 전류(ia, ib, ic)에 적용하여 직류 전류(id), 직교 전류(iq) 및 호모폴라 전류(ih)를 결정하는 수단(114)을 더 포함한다. 전류(id, iq 및 ih)는 다음 공식에 따라 주어진다:
Figure pat00001
그리하여, 각 위상 전류(ia, ib, ic)는 직류 전류(id) 및 직교 전류(iq)로부터 하나의 성분, 및 호모폴라 전류(ih)로부터 하나의 성분을 포함한다.
제어 장치(110)는 속도(Ω) 및 속도 설정점(Ω*)에 기초하여 전기 모터(104)의 전자석 토크 설정점(C*)을 결정하는 수단(116)을 더 포함한다.
제어 장치(110)는 공식을 선택하는 수단(118)을 더 포함하며, 상기 수단(118)은 예를 들어 메모리에 저장된 여러 미리 정해진 공식들로부터 하나의 공식(F)을 선택하도록 구성되어 있다. 미리 정해진 공식은 설명된 예에서 4개이고 F1, F2, F3, F4로 표시된다. 각 미리 정해진 공식(F1, F2, F3, F4)은 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 계산하도록 구성되어 있다. 그리하여, 각 공식은 제어될 호모폴라 전기량, 즉 호모폴라 전류(ih) 또는 호모폴라 전압(vh)을 특정한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 공식은 호모폴라 전류 설정점을 계산하도록 되어 있고, 적어도 하나의 나머지 공식은 호모폴라 전압 설정점을 계산하도록 구성되어 있다. 설명된 예에서, 공식(F1, F2)은 호모폴라 전류 설정점을 계산하도록 되어 있는 반면, 공식(F3, F4)은 호모폴라 전압 설정점을 계산하도록 되어 있다. 공식(F1, F2, F3, F4)은 아래에서 보다 상세히 설명된다.
설명하는 예에서, 선택은 회전 구동 시스템(100)에 대한 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 이루어진다. 보다 구체적으로, 설명된 예에서, 전기 모터(104)에 대한 2개의 파라미터, 즉 속도(Ω) 및 토크 설정점(C*)이 사용된다. 속도(Ω)는 전기 모터(104)의 동작 특성값인 반면, 토크 설정점(C*)은 전기 모터(104)의 제어 특성값이다.
설명하는 예에서, 공식을 선택하는 수단(118)은 구동 시스템(100)에 대한 파라미터에 의해 특정된 공간의 구역들의 정의(definition)를 포함한다. 이들 정의는 예를 들어 메모리에 저장된다. 전기 모터(104)에 대해 2개의 파라미터가 사용되는 예에서, 이 공간은 2차원, 즉 평면이다. 설명된 예에서, 4개의 구역(Z1, Z2, Z3, Z4)이 특정되고 각 구역(Z1, Z2, Z3, Z4)은 공식(F1, F2, F3, F4) 중 하나와 각각 연관된다. 나아가, 설명된 예에서, 각 구역(Z1, Z2, Z3, Z4)은 직류 전류 설정점(id*)을 계산하는 공식 및 직교 전류 설정점(iq*)을 계산하는 공식과 연관된다.
그리하여, 설명된 예에서, 공식을 선택하는 수단(118)은 제일 먼저 구역을 결정하는 수단(120)을 포함하며, 상기 수단(120)은 미리 정해진 구역들로부터, 전기 모터(104)에 대한 파라미터, 즉 설명된 예에서, 속도(Ω) 및 토크 설정점(C*)에 대응하는 구역(Z)을 결정하도록 되어 있다.
공식을 선택하는 수단(118)은 구역을 결정하는 수단(120)에 의해 결정된 구역(Z)과 연관된 공식(F)를 검색하고, 직류 전류 설정점과 직교 전류 설정점을 계산하는 공식을 검색하는 수단(122)을 더 포함한다.
제어 장치(110)는 설정점을 결정하는 수단(124)을 더 포함하며, 상기 수단(124)은 선택된 공식, 구체적으로 호모폴라 량에 대해 선택된 공식(F)을 적용하는 것에 의해 직류 전류 설정점(id*), 직교 전류 설정점(iq*) 및 호모폴라 전류 설정점(ih) 또는 호모폴라 전압 설정점(vh)을 결정하도록 되어 있다.
제어 장치(110)는 커맨드를 결정하는 수단(126)을 더 포함하며, 상기 수단(126)은 결정된 설정점, 구체적으로 상황에 따라 호모폴라 전류 설정점 또는 호모폴라 전압 설정점에 기초하여 인버터(106)의 커맨드를 결정하도록 되어 있다.
설명된 예에서, 커맨드를 결정하는 수단(126)은 편차(deviation)를 결정하는 수단(128)을 포함하며, 상기 수단(128)은 직류 전류 편차(Δid), 직교 전류 편차(Δiq) 및, 제어될 호모폴라 전기량이 호모폴라 전류(ih)인 경우, 호모폴라 전류 편차(Δih)를 결정하도록 되어있다. 이들 편차는 직류 전류(id)와 직류 전류 설정점(id*)를 비교하고, 직교 전류(iq)와 직교 전류 설정점(iq*)을 비교하고, 호모폴라 전류(ih)와 호모폴라 전류 설정점(ih*)을 비교한 것에 기초하여 결정된다.
커맨드를 결정하는 수단(126)은 커맨드를 계산하는 수단(130)을 더 포함하며, 상기 수단(130)은, 제어될 호모폴라 전기량이 호모폴라 전류 설정점(ih)일 때에는 편차(Δid, Δiq 및 Δih)에 기초하여, 또는 제어될 호모폴라 전기량이 호모폴라 전압(vh)일 때에는 이전의 편차(Δid, Δiq) 및 호모폴라 전압 설정점(vh*)에 기초하여, 인버터(106)의 커맨드를 계산하도록 되어있다.
도 2를 참조하여, 설명된 예에서, 4개의 구역(Z1, Z2, Z3, Z4)은 전기 모터(104)에 대한 파라미터의 평면에서, 즉 평면(C*-Ω)에서 특정된다.
구역(Z1)은 임계값(C1) 미만의 토크 설정점(C*) 및 임계값(Ω1) 미만의 속도(Ω)에 대응한다.
속도 임계값(Ω1)은 바람직하게는 직류 전압 소스(102)의 전압(V)과 모두 같은 위상 전압(va, vb, vc)에 대응한다.
구역(Z1)은, 제어될 호모폴라 전기량(G)으로서, 호모폴라 전류와 및 호모폴라 전류 설정점(ih*)을 계산하는 다음 공식(F1)과 연관된다:
F1 : ih* = 0
나아가, 구역(Z1)은 직류 전류(id*) 및 직교 전류(iq*) 설정점을 계산하는 다음 공식과 추가로 연관된다:
id* = 0
iq* = k C*, 여기서 C* ≤ C1
그리하여, 호모폴라 전류는 구역(Z1)에서 허용되지 않으므로, 전기 모터(104)에서 손실은 최소 레벨이다. 이러한 전략은, 속도가 직류 전압 소스(102)의 전압(V)에 대응하는 속도 임계값(Ω1)에 도달하지 않은 동안 또는 토크 설정점이 인버터(106)가 공급할 수 있는 전류 한계에 대응하는 임계값(C2) 미만인 동안, 사용될 수 있다.
구역(Z2)은 임계값(Ω1) 미만의 속도(Ω)에서, 임계값(C1)과 임계값(C2) 사이의 토크 설정점(C*)에 대응한다.
구역(Z2)은 호모폴라 전류 설정점(ih*)을 계산하는 다음 공식(F2)과 연관된다:
F2: ih* = k2 sin ( 3 p Ω t +
Figure pat00002
)
그리하여, 호모폴라 전류 설정점(ih*)은 제 3 고조파(harmonic)의 형태이고, 즉 위상 전류의 기본 주파수보다 3배 더 높은 주파수 파(wave)이고, 이 기본 주파수는 회전 속도(Ω)를 전기 모터(104)의 극의 쌍의 수(p)와 곱한 것과 같은 주파수를 가진다.
계수 k2 및 위상 이동(shift)(
Figure pat00003
)은 위상 전류(ia, ib, ic)의 피크 값을 감소시키도록 선택된다. 이론적으로, 최적의 경우는 위상 이동(
Figure pat00004
)이 제로일 때에 획득된다.
나아가, 구역(Z2)은 직류 전류(id*) 및 직교 전류(iq*) 설정점을 계산하는 다음 공식과 연관된다:
id* = 0
iq* = k C*, 여기서 C* ≤ C2
일반적으로, 각 위상 전류(ia, ib, ic)는 인버터(106)의 구조에 대응하는 전류 한계 imax에 의해 제한된다. 다른 성분 및 특히 호모폴라 성분이 없으면, 기본 성분(H1)은 또한 이 한계 imax에 의해 제한된다.
그러나, 구역(Z2)에서, 인버터(106)에 의해 공급되는 각 위상 전류(ia, ib, ic)는 기본 성분(H1) 및 호모폴라 성분(H3)을 포함한다. 구역(Z2)에서, 직류 및 직교 전류 설정점(id*, iq*)은 imax를 초과하는 기본 성분(H1)의 존재를 야기하는 반면, 호모폴라 성분(H3)의 설정점은 전류의 피크 값을 감소시켜 기본 성분(H1)과 호모폴라 성분(H3)의 합계가 전류 한계 imax 아래에 있도록 선택된다. 다음 공식은 위 내용을 요약한다:
H1 + H3 ≤ imax
Max(H1) > imax
그리하여, 수신된 기본 전류 성분(H1)(및 매우 약간 호모폴라 성분(H3))에 대응하는 전기 모터(104)는, 기본 성분이 더 높아서, 호모폴라 성분(H3)의 존재로부터 야기되는 손실을 대가로, 구역(Z1)에서보다 구역(Z2)에서 더 큰 토크를 달성할 수 있다.
구역(Z3)은 임계값(Ω1)과 임계값 Ω2 사이의 속도(Ω)에 대응하고, 속도(Ω)가 임계값(Ω1)과 같을 때 임계값(C1)으로부터 속도(Ω)가 임계값(Ω2)과 같을 때 제로 임계값까지 속도(Ω)가 증가할 때 감소하는 임계값(C3) 미만의 토크 설정점(C*)에 대응한다.
구역(Z3)은 호모폴라 전압 설정점(vh*)을 계산하는 다음 공식(F3)과 연관된다:
F3: vh* = k3 sin ( 3 p Ω t +
Figure pat00005
)
그리하여, 호모폴라 전압 설정점(vh*)은 제 3 고조파의 형태, 즉 위상 전류의 기본 주파수보다 3배 더 높은 주파수 파의 형태이고, 이 기본 주파수는 회전 속도(Ω)를 전기 모터(104)의 극의 쌍의 수(p)와 곱한 것과 같은 주파수를 가진다.
나아가, 구역(Z3)은 직류 전류(id*) 설정점과 직교 전류(iq*) 설정점을 계산하는 다음 공식과 연관된다:
id* = f (iq*, ih*, Ω, V)
iq* = k C*
여기서, f는 적절히 선택된 함수이고, C* ≤ C3이다.
일반적으로, 각 위상 전압(va, vb, vc)은 직류 전압 소스(102)의 전압(V)으로 제한된다. 다른 성분과 특히 호모폴라 성분이 없으면, 기본 성분(H1)은 또한 이 전압(V)으로 제한된다.
그러나, 구역(Z3)에서, 인버터(106)에 의해 공급되는 각 위상 전압(va, vb, vc)은 기본 성분(H1) 및 호모폴라 성분(H3)을 포함한다. 구역(Z3)에서, 직류 및 직교 전류 설정점(id*, iq*)은 V보다 더 큰 기본 성분(H1)의 존재를 야기하는 반면, 호모폴라 성분(H3)의 설정점은 전압의 피크값을 감소시켜, 기본 성분(H1)과 호모폴라 성분(H3)의 합계가 전압 한계(V) 미만이도록 선택된다. 다음 공식은 위 내용을 요약한다:
H1 + H3 ≤ V
Max(H1) > V
그리하여, 수신된 기본 전압 성분(H1)(및 매우 약간 호모폴라 성분(H3))에 응답하는 전기 모터(104)는, 기본 성분이 더 높아서, 호모폴라 성분(H3)의 존재로부터 야기되는 손실을 댓가로, 구역(Z1)에서보다 구역(Z3)에서 더 큰 속도를 달성할 수 있다.
구역(Z4)은 임계값(Ω1)과 임계값(Ω3) 사이의 속도(Ω)에 대응하고, 또한 구역(Z4)은 속도(Ω)가 임계값(Ω1)과 같을 때의 임계값(C2)으로부터 속도(Ω)가 임계값(Ω3)과 같을 때의 제로 임계값까지 속도(Ω)가 증가할 때, 감소하는 임계값(C4)과 구역(3) 사이의 토크 설정점(C*)에 대응한다.
구역(Z4)은 호모폴라 전압 설정점(vh*)을 계산하는 다음 공식(F4)과 연관된다:
F4: vh* = k4 sin ( 3 p Ω t +
Figure pat00006
)
나아가, 구역(Z4)은 직류 전류(id*) 설정점과 직교 전류(iq*) 설정점을 계산하는 다음 공식과 연관된다:
id* = g ( iq*, ih*, Ω, V)
iq* = k C*
여기서, g는 적절히 선택된 함수이고, C* ≤ C4이다.
구역(Z4)에서, 인버터(106)에서 공급되는 각 위상 전압(va, vb, vc)은 기본 성분(H1) 및 호모폴라 성분(H3)을 포함한다. 그 결과, 인버터(106)에 의해 공급되는 각 위상 전류(ia, ib, ic)는 기본 성분(H'1) 및 호모폴라 성분(H'3)을 포함한다. 구역(Z4)에서, 직류 및 직교 전류 설정점(id*, iq*)은 V보다 더 큰 기본 성분(H1)의 존재를 야기하는 동시에, imax보다 더 큰 기본 성분(H'1)의 존재를 야기한다. 호모폴라 성분(H3)의 설정점은, 한편으로는 전압의 피크값을 감소시켜, 기본 성분(H1)과 호모폴라 성분(H3)의 합계가 전압 한계(V) 미만이도록 하고, 또 한편으로는, 호모폴라 성분(H'3)이 피크 전류 값을 감소시키게 하여 기본 성분(H'1)과 호모폴라 성분(H'3)의 합계가 전류 한계 imax 미만이도록 선택된다. 다음 공식은 위 내용을 요약한다:
H1 + H3 ≤ V
H'1 + H'3 ≤ imax
Max(H1) > V
Max(H'1) > imax
그리하여, 수신된 기본 성분(H1, H'1)(및 매우 약간 호모폴라 성분(H3, H'3)에 응답하는 전기 모터(104)는, 기본 성분(H1, H'1)이 내부에서 더 높아서, 호모폴라 성분(H3, H'3)의 존재로부터 야기되는 손실을 댓가로, 구역(Z3)에서보다 구역(Z4)에서 더 큰 속도와 토크를 달성할 수 있다.
대안적으로, 구역(Z4)은 호모폴라 전류 설정점(ih*)을 계산하는 다음 공식(F4)과 연관된다:
F4: ih* = k'4 sin ( 3 p Ω t +
Figure pat00007
)
이제 도 3을 참조하여, 인버터(106)를 제어하는 방법(300)을 설명하도록 한다.
단계(302)에서, 센서(108)는 속도(Ω), 각도(θ) 및 위상 전류(ia, ib, ic)를 측정하며, 이 측정값을 제어 장치(110)에 공급한다.
단계(304)에서, 유용한 각도를 결정하는 수단(112)은 기계적 각도(θ)에 기초하여 유용한 각도(θ')를 결정한다.
단계(306)에서, Park의 변환을 적용하는 수단(114)은 직류(id), 직교(iq) 및 호모폴라(ih) 전류를 결정한다.
단계(308)에서, 설정점을 결정하는 수단(116)은 속도(Ω) 및 속도 설정점(Ω*)에 기초하여 토크 설정점(C*)을 결정한다.
단계(310)에서, 공식을 선택하는 수단(118)은 미리 정해진 공식(F1, F2, F3, F4)으로부터 하나의 공식(F)을 선택한다.
단계(312)에서, 설정점을 결정하는 수단(124)은 선택된 공식(F)을 적용하는 것에 의해 직류 전류 설정점(id*), 직교 전류 설정점(iq*) 및 호모폴라 전류 또는 호모폴라 전압 설정점을 결정한다.
단계(314)에서, 커맨드를 결정하는 수단(126)은, 특히 단계(312)에서 특정된 호모폴라 설정점에 기초하여, 인버터(106)의 커맨드를 결정하고, 이 커맨드를 인버터(106)에 적용한다.
전술된 바와 같이, 각 위상 전류(ia, ib, ic) 및 각 위상 전압(va, vb, vc)은, 호모폴라 전류(ih) 또는 호모폴라 전압으로부터의 성분을 가진다. 그리하여, 적절히 선택된 설정점에 의하여 호모폴라 전류 또는 호모폴라 전압을 조절하는 것에 의해, 위상 전류(ia, ib, ic) 또는 위상 전압(va, vb, vc)의 형상을 원하는 대로 변경하는 것이 가능하다.
본 발명은 전술된 실시예로 제한되지 않고, 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되며, 본 발명의 범위는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자의 일반적인 지식을 사용하여 설계되기에 적절한 임의의 대안적인 변형과 구성으로 확장된다.
특히 구역(Z1)에 제로 호모폴라 전류를 적용하는 대신, 일정한 호모폴라 전압을 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 회전 구동 시스템(100)으로서,
    - 직류 전압 소스(102),
    - 회전축(A)을 구비하고, 상기 회전축(A)에 대해 방향을 가지는 독립적인 위상(a, b, c)을 포함하는 전기 모터(104),
    - 각 위상(a, b, c)을 상기 직류 전압 소스(102)에 연결하는 인버터(106), 및
    - 커맨드를 상기 인버터(106)에 공급하는 제어 장치(110)를 포함하며,
    상기 제어 장치(110)는,
    - 공식을 선택하는 수단(118)으로서, 미리 정해진 공식들로부터 하나의 공식을 선택하고, 각 미리 정해진 공식은 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 계산하도록 구성된, 공식을 선택하는 수단(118),
    - 설정점을 결정하는 수단(124)으로서, 선택된 공식을 적용하여, 상기 선택된 공식에 따라 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 결정하도록 구성된, 설정점을 결정하는 수단(124), 및
    - 커맨드를 결정하는 수단(126)으로서, 결정된 설정점에 기초하여 상기 인버터(106)의 커맨드를 결정하도록 구성된, 커맨트를 결정하는 수단(126)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 구동 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공식을 선택하는 수단(118)은 상기 회전 구동 시스템(100)에 대한 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 선택을 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회전 구동 시스템(100).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전 구동 시스템(100)에 대한 파라미터는 상기 전기 모터(104)의 동작 특성, 예를 들어 회전 속도(Ω)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 구동 시스템(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공식을 선택하는 수단(118)은,
    - 상기 회전 구동 시스템(100)에 대한 파라미터에 의해 특정된 공간의 구역들의 정의로서, 각 구역은 상기 미리 정해진 공식(F1, F2, F3, F4)들 중 하나와 연관된, 공간의 구역들의 정의,
    - 구역을 결정하는 수단(120)으로서, 상기 미리 정해진 구역들로부터, 상기 회전 구동 시스템(100)에 대한 파라미터에 대응하는 구역(Z)을 결정하도록 구성된, 구역을 결정하는 수단(120), 및
    - 상기 구역을 결정하는 수단(120)에 의해 결정된 구역(Z)과 연관된 공식(F)을 검색하는 수단(122)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 구동 시스템(100).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공식을 선택하는 수단(118)은 호모폴라 전류 설정점을 계산하는 공식(F1, F2)과 연관된 구역(Z1, Z2)의 적어도 하나의 정의를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 구동 시스템(100).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 공식을 선택하는 수단(118)은 호모폴라 전압 설정점을 계산하는 공식(F3, F4)과 연관된 구역(Z3, Z4)의 적어도 하나의 정의를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 구동 시스템(100).
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공식을 선택하는 수단(118)은 호모폴라 고조파의 형태로, 예를 들어 제 1 호모폴라 고조파의 형태로 설정점을 계산하는 공식(F2, F3, F4)과 연관된 구역(Z2, Z3, Z4)의 적어도 하나의 정의를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 구동 시스템(100).
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공식을 선택하는 수단(118)은 제로 설정점을 공급하는 공식(F1)과 연관된 구역(Z1)의 적어도 하나의 정의를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 구동 시스템(100).
  9. 회전축(A)을 구비하며 상기 회전축(A)에 대해 방향을 가지는 독립적인 위상(a, b, c)을 포함하는 전기 모터(104)의 각 위상(a, b, c)을, 직류 전압 소스(102)에 연결하는 인버터를 제어하는 방법으로서,
    - 미리 정해진 공식들로부터 하나의 공식을 선택하는 단계(310)로서, 각 미리 정해진 공식은 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 계산하도록 구성된, 공식을 선택하는 단계(310),
    - 선택된 공식을 적용하여, 상기 선택된 공식에 따라 호모폴라 전압 설정점 또는 호모폴라 전류 설정점을 결정하는 단계(312), 및
    - 결정된 설정점에 기초하여 인버터(106)의 커맨드를 결정하는 단계(314)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 컴퓨터에서 실행될 때, 컴퓨터로 하여금 제9항에 따른 방법 단계를 수행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
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