KR20150021546A - 고속 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법 - Google Patents

고속 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법 Download PDF

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뤼도뷕 메리엔느
아드벨말렉 말룸
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

영구 자석들을 구비한 삼상 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법은, 상기 기계의 세 개의 위상들로 배송되는 전류를 측정하는 단계, 상기 세 개의 측정된 전류들을 파크 (Park) 변환을 이용하여 직류 전류 성분 (la) 및 직교 전류 성분 (Iq)으로 전치하는 단계 그리고 그리고 상기 직교 전류 성분 (Iq)을 위한 세트포인트 (Iq_req)를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 직류 전류 성분 (Id)이 음일 때에, 디플럭싱 (defluxing) 제어 모드가 활성화되어, 상기 기계는 상기 기계의 직류 전압 성분 (Ud) 및 직교 전압 성분 (Uq)을 기초로 하여 제어되며, 상기 직류 전압 성분 (Ud) 및 직교 전압 성분 (Uq)은 파크 평면에서 결정된다.

Description

고속 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법 {Method for controlling the electromagnetic torque of a high-speed synchronous machine}
본 발명은 영구 자석들을 구비한 삼상 (three-phase) 동기식 모터의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 그리고 더 상세하게는 전압들이 포화되었을 때의 토크 제어에 관한 것이다.
전기적으로 전력을 공급받는 모터 차량에서, 전기 모터에 의해서 제공된 토크는 제어되어야만 한다. 전기 기계의 토크가 그 기계를 흐르는 전류들에 직접적으로 관련되기 때문에, 이 전류들은 정밀한 방식으로 제어되어야만 한다.
동기식 기계, 특히 영구 자석들 그리고 축 플럭스를 구비한 삼상 (three-phase) 동기식 기계에서, 세 개의 고정자 (stator) 위상들에서의 전류들은 싸인파형이며 그리고 각각은 ^-rad 만큼 오프셋되어 있다. 이 전류들은 상기 전기 기계에서 회전 자기장 (rotating magnetic field)을 생성한다. 회전자는 영구 자석들로 구성되며, 예를 들면, 이 영구 자석들은 1 내지 5개 쌍의 폴들을 가진다. 나침반과 유사하게, 회전자는 그 회전자에 의해서 생성된 회전 자기장과 자신을 자연스럽게 정렬시킨다. 그래서, 상기 회전자의 회전의 주파수는 고정자 전류들의 주파수와 동일하다 (동기된다). 상기 고정자 전류들의 진폭 그리고 그 회전자 자석들의 전력은 그 기계를 회전시키기 위해서 필요한 토크를 생성하는 원인이 된다. 이 전류들을 제어하기 위해서, 각각이
Figure pct00001
만큼 동등하게 오프셋된 싸인파 전압들은 그러므로 상기 고정자의 각 위상에 인가되어야만 한다.
일반적으로, 싸인파 신호들이 아니라 상수 값들에 레귤레이션 (regulation)을 적용하는 것이 더 간단하다. 동등한 회전 레퍼런스 프레임에서의 위치 선정의 목적을 위해서 삼상 시스템을 2차원 공간상에 투사하기 위해서 파크 (Park) 변환이 보통 사용된다. 이 방식에서, 상기 삼상 시스템의 세 개 위상들에 관련된 세 개의 싸인파 전류들 및 세 개의 싸인파 전압들은 상기 세 개의 싸인파 전류 또는 전압 신호들이 두 개의 일정한 전류 또는 전압 신호들의 모습으로 표현 (하나의 성분은 직류 축 Xd 상에 하나의 성분은 직교 (quadrature) 축 Xq 상에)되는 공간으로 전치 (transpose)될 수 있다. 이 목적을 위해서, 상기 파크 변환은 회전 필드에 링크된 레퍼런스 프레임을 기반으로 하며; 동기식 기계의 경우, 그것은 회전자에 링크된 레퍼런스 프레임을 기반으로 한다.
파크 공간에서 표현된 전류들 및 전압들을 이용하여 동작함으로써, 제어될 삼상 기계를 조절하기 위해 싸인파 신호들이 아니라 일정 전류들 또는 전압들 상에 적용하는 것이 가능하다.
역변환을 수행함으로써, 기계의 정상의 레퍼런스 프레임으로 돌아가는 것이 가능하며, 그래서 상기 기계의 각 상에 어느 전압들이 또는 어느 전류들이 인가되어야 하는 것을 정확하게 하는 것이 가능하다.
배터리를 삼상 전기 기계의 전력 공급원으로 사용하는 것은, 인가될 수 있는 전압들이 배터리 용량에 의해서 제한된다는 점에서 추가의 압박들을 부과한다. 실제로, 이 제한들은 몇몇의 세트포인트들을 획득하는 것을 불가능하게 한다. 도달할 수 있는 공간 외부의 세트포인트는 불안정함을 생성한다.
그 목적은 전류들이 제어될 때에 전압 제한들에도 불구하고 기계 내에서 그 전류들의 안정성을 보장하기 위한 것이다. 이런 압박들로 인해서, 세트포인트들이 획득가능하지 않다면, 그러면 상기 목적은 그 세트포인트들에 가능한 가깝게 접근하는 것이다.
문헌 US 3 851 234은 토크를 제공하는 모터의 속도를 감소시켜서 자기 포화를 방지하기 위한 방법을 기술한다.
문헌 US 5 015 937은 포화를 방지하기 위해서, 데이터 테이블들을 가진 개방 루프 모드에서 권선-회전자 동기식 기계를 제어하기 위한 방법을 기술한다.
문헌 US 6 181 091은 영구 자석들을 구비한 동기식 기계를 제어하기 위한 방법을 기술하며, 이 경우 위상 폭 변조 모듈의 동작을 수정함으로써 포화가 방지되어 모터의 각 지로에서 전압들을 공급한다.
이 알려진 제어 방법들에서, 파크 공간에서 전류 성분을 직접적으로 제어함으로써, 상기 동기식 기계에 이용 가능한 전자기 토크는 줄어들어 전압 포화를 방지한다.
실제로, 대응하는 직류 전류 성분의 맵은 직교 전류 성분의 제어를 존속시키기 위해서 계산되는 것이 보통이며, 그래서 상기 직교 성분의 세트포인트가 획득될 수 있도록 한다. 이 방법은 전류 맵들을 조절하는 프로세스가 시행되어야만 한다는 불리함을 가진다. 또한, 주어진 전자기적인 토크에 대해서 최적의 전류들이 얻어질 것이라는 것을 보장하는 방법이 존재하지 않는다. 이것은 이 매핑 방법을 이용하면, 전압 포화 상태들이 발생하지 않을 것이라는 것을 보장하기 위해서, 직류 전류 성분의 값에 안전 마진이 제공되기 때문이다; 즉, 기계의 제어에 있어서 기계의 효율성의 손상을 주는 포화의 위험을 피하기 위해서 직류 전류 성분은 필요한 것보다 더 많이 축소된다.
직류 전류 성분이 이런 감소는 전압들의 감소를 의미하며, 그러므로 이용 가능한 전자기 토크에서의 감소를 의미한다.
US 3,851,234 US 5,015,937 US 6,181,091
본 발명은 영구 자석들을 가진 동기식 기계가 포화된 전압들에서 고속으로 동작하고 있을 때에 그 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법을 제공하여, 그 동기식 기계에서 전류 안전성이 제공되는 것을 가능하게 하는 것을 제안한다.
본 발명의 한 모습에 따라서, 일 실시예는 영구 자석들을 구비한 삼상 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법을 제안하며, 이 방법은 상기 기계의 세 개의 위상들로 배송되는 전류를 측정하는 단계, 상기 세 개의 측정된 전류들을 상기 삼상 시스템들의 변환을 기초로 하여 직류 (direct) 전류 성분 및 직교 (quadrature) 전류 성분으로 전치 (transpose)하는 단계, 그리고 상기 직교 전류 성분을 위한 세트포인트를 수신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 특징에 따라, 상기 직류 전류 성분이 음일 때에, 디플럭싱 제어 모드가 활성화되며, 이 디플럭싱 제어 모드에서 상기 기계는 상기 기계의 직류 전압 성분 및 직교 전압 성분을 기초로 하여 제어되며, 상기 직류 전압 성분 및 직교 전압 성분은 상기 삼상 시스템들의 상기 변환에 관련된 평면에서 결정된다.
상기 삼삼 시스템들의 상기 변환은 파크 (Park) 변환일 수 있다. 그것은 또한 포트슈 (Fortescue) 변환, 클라크 (Clarke) 변환, 또는 쿠 (Ku) 변환일 수 있다.
파크 공간에서, 제어될 상기 시스템은 상기 동기식 기계의 파크 평면의 두 축들 (상기 직류 (direct) 축 및 상기 직교 축) 상에 인가된 직류 전압 성분 및 직교 전압 성분을 포함하며, 상기 두 전압 성분들은 상기 동기식 기계의 상기 직류 전류 성분 및 상기 직교 전류 성분의 함수로서 표현되며, 상기 두 전류 성분들은 상기 파크 평면의 두 축들 상에 인가된다. 상기 동기식 기계의 회전자가 높은 속도에서 동작할 때에, 상기 직류 전류 성분은 음의 값을 가지며 그리고 그것이 보상되지 않았다면 손실들을 초래한다.
상기 디플럭싱 제어 모드는 상기 회전자의 회전 속도에 비례하는 상기 영구 자석들의 자기 플럭스로 인한 항 (term)을 보상하는 것을 가능하게 하며, 상기 자석들의 플럭스는 일정하며, 그러므로 높은 속도에서 이는 무시할 수 없게 된다. 또한 상기 기계의 전자기 힘 (force)으로도 불리는 상기 자기 플럭스로 인한 상기 항은 보상되어야만 하는 혼란 (perturbation)들을 초래한다. 높은 속도에서의 상기 동기식 기계의 전압 제어는 그래서 상기 자기 플럭스로 인한 상기 혼란이 항상 최대로 보상되는 것을 가능하게 한다.
유리하게도, 상기 디플럭싱 제어 모드는 상기 직류 전류 성분이 양 또는 0의 값으로 복귀할 때에 종료된다.
유리하게도 상기 동기식 기계는 상기 삼상 시스템들의 상기 변환의 평면의 직류축 및 직교축 사이에서 완전한 대칭성을 가지며, 상기 삼상 시스템들의 상기 변환의 평면의 각 축 상에서의 등가 인덕턴스들 사이에서 평형이 획득되도록 하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 상기 동기식 기계의 상기 제어 전압의 상기 직류 성분 및 직교 성분은 동일한 제어 파라미터에 종속하며, 상기 직류 전류 성분의 값을 0에 가깝게 유지하게 하도록 결정되며 그리고 상기 영구 자석들의 자기 플럭스로 인한 항이 보상되는 것을 가능하게 한다.
상기 직류 전류 성분이 음의 값을 가질 때에, 이 성분은 상기 기계에 대한 손실들을 나타낸다. 그러므로 상기 이 손실들을 최소화하기 위해서 이 직류 전류 성분의 가장 낮은 가능한 값이 유지되어야 하며, 그러면서도 이 직류 전류 성분의 상기 값을, 상기 회전자의 영구 자석들에 의해서 생성된 상기 자기 플럭스로 인한 상기 항에 대응하는 전자기 힘을 보상하기 위한 충분한 레벨에서 유지한다.
상기 제어 전압들의 상기 직류 성분 및 상기 직교 성분은 동일한 최대 진폭에 비례하는 것이 바람직하며, 그리고 상기 제어 파라미터 (Θ) 상에서 싸인파 방식에 의존하며, 상기 제어 파라미터 (Θ)는, 예를 들면,
Figure pct00002
범위 내에서 변한다. 더 일반적으로는, 상기 제어 파라미터 (Θ)는 Pi보다 더 작거나 또는 동일한 진폭 범위 내에서 변한다.
다른 모습에 따라서, 영구 자석들을 구비한 삼상 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템이 일 실시예에서 제안되며, 이 시스템은, 상기 기계의 세 개의 위상들로 배송되는 전류를 측정하기 위한 수단, 상기 세 개의 측정된 전류들을 파크 변환을 기초로 하여 직류 전류 성분 및 직교 전류 성분으로 전치하기 위한 수단, 그리고 상기 직교 전류 성분을 위한 세트포인트를 수신하기 위한 수단을 포함하며, 상기 직류 전류 성분이 음일 때에, 상기 기계가 상기 기계의 직류 전압 성분 및 직교 전압 성분을 기초로 하여 제어되는 디플럭싱 제어 모드를 활성화하기 위한 제어 수단을 포함하며, 상기 직류 전압 성분 및 직교 전압 성분은 파크 평면에서 결정되는 것을 특징으로 한다.
유리하게도, 상기 제어 수단은, 상기 직류 전류 성분이 음일 때에 상기 디플럭싱 제어 모드를 활성화하고, 그리고 상기 직류 전류 성분이 양일 때에 상기 디플럭싱 제어 모드를 비활성화도록 적응된 활성화 모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 수단은, 상기 직류 전압 성분 및 상기 직교 전압 성분에 관련된 동일한 제어 파라미터를 상기 직교 전류 성분을 위한 상기 세트포인트와 상기 직교 전류 성분의 값 사이의 차이를 기초로 하여 결정하도록 적응된 비례-적분 제어기, 그리고 상기 제어 파라미터를 기초로 하여 상기 직류 전압 성분 및 직교 전압 성분을 결정하도록 구성된 모듈을 포함한다.
상기 제어 시스템은 상기 직류 전류 성분 및 상기 직교 전류 성분을 획득하기 위해서 상기 측정된 전류들에 파크 변환을 적용하도록 구성된 전치 수단을 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.
본 발명의 다른 특성들 및 유리함들은, 어떤 방식이건 제한하는 것이 아닌 일 실시예 그리고 첨부된 도면들의 상세한 설명을 검사하는 것으로부터 명백할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법의 흐름도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템을 개략적인 방식으로 보여준다.
도 1은 동기식 기계의 단자들에서의 전압들이 포화될 때에 그 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 흐름도를 보여준다.
첫 번째 단계 110에서, 영구 자석들을 가진 동기식 기계의 세 개 위상들 각각에 대해서 전류가 측정된다.
두 번째 단계 120에서, 직류 전류 성분 Ld 그리고 직교 전류 성분 Iq을 획득하기 위해서 상기 세 개의 측정된 전류들에 파크 변환이 적용된다.
파크 공간에서, 상기 동기식 기계에 대해서 제어될 방정식들의 체계는 다음과 같다:
Figure pct00003
이 경우 Vd 및 Vq는 상기 기계의 파크 평면의 두 개의 축들, 즉, 각각 직류 축 및 직교 축에 인가되는 전압들이며, Id 및 Iq는 상기 파크 평면의 두 축들, 즉, 각각 직류 축 및 직교 축 상에서 상기 기계에서 흐르는 전류들이며, Rs는 상기 기계의 고정자의 등가 저항이며, Ld 및 Lq 는 상기 기계의 파크 평면의 직류 축 및 직교 축 각각에서의 인덕턴스들이며, ωr는 상기 기계의 자기장의 회전 속도이며 (즉, 상기 회전자 (rotor)의 회전 속도에 상기 기계의 폴들의 쌍들의 개수를 곱한 것), 그리고 φf는 회전자 자석들에 의해서 생성된 플럭스이다.
상기 전압들 Vd 및 Vq는 배터리로 전력을 공급받는 인버터에 의해서 생성된다. 충족되어야 할 강제들은 그러므로 다음과 같다:
Figure pct00004
이 경우, Vbat는 인버터 및 쵸퍼에 공급하는 배터리의 전압이다.
목적은 알려진 속도 범위, 그리고 더욱 정밀하게는 높은 속도에 걸쳐서 상기 동기식 기계에 대해 최선의 가능한 효율성을 가지고 전자기 토크를 생성하기 위한 것이다. 모터가 높은 속도에서 회전할 때에, 상기 기계의 제어 전압들은 포화되며, 그리고 상기 파크 평면에서의 직류 전류 성분 Id는 음이다.
그러므로 상기 직류 전류 성분이 음의 값을 가지는가의 여부를 결정하기 위해서 단계 130에서 체크가 수행된다. 파크 공간에서 상기 직류 전류 성분 Id가 음의 값을 가진다면, 단계 140에서 디플럭싱 (defluxing) 제어 모드가 활성화된다.
상기 동기식 기계에 의해서 생성된 전자기 토크는 다음의 식을 기초로 하여 계산될 수 있다:
Figure pct00005
이 경우 Cem은 상기 기계에 의해서 생성된 전자기 토크이며, p는 상기 기계 회전에의 폴들의 쌍의 개수이며, 그리고 φd 및 φq는 각각 상기 기계의 직류 축 및 직교 축 상에서 생성된 플럭스 성분들이며, 다음의 모습으로 표현된다:
Figure pct00006
및
Figure pct00007
본 경우에, 상기 동기식 기계는 파크 공간의 직류 축 및 직교 축 사이에서 완전한 대칭성을 가진다. 이것은 주목할 만한 성질 La = Lq을 제공하며, 그래서 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure pct00008
그래서, 이 유형의 기계에서, 직류 전류 성분 ld에 의해서 생성된 줄 (Joule) 손실들을 최소화하면서 토크를 제어하기 위해서, 직류 전류 성분 ld를 가능한 0에 가깝게 하도록 하는 준비가 되어야만 하며, 이는 상기 전자기 토크에 기여하는 것이 상기 직교 성분 Iq만이기 때문이다.
Ld 가 Lq 보다 더 크다면 본 발명은 La = Lq인 경우에도 또한 적용 가능하지만, 그러나 이 경우에 상기 직교 성분 Iq의 세트포인트는 존재하는 직류 전류 성분 la의 함수로서 교정되어야만 하며, 이는 일정한 토크를 제공하기 위한 것이다. 이것은 직류 전류 성분 La가 음인 경우에, 그것이 상기 기계에 의해서 생성된 토크에서의 감소를 일으키기 때문이다. 그래서 상기 직류 전류 성분 la를 가능한 0에 가깝게 가져가게 함으로써, 토크의 손실을 최소화하는 것이 가능하다
높은 속도에서, 상기 직류 전류 성분 la는 완전하게 삭제될 수 없으며, 이는 상기 영구 자석들의 자기 플럭스로 인한, 전자기적인 힘으로 불리는 항
Figure pct00009
가 너무 커질 수 있으며 그리고 보상되어야만 하기 때문이다. 최적의 동작은 다음과 같이 이용 가능한 전압 모두를 이용할 것을 필요로 한다:
Figure pct00010
Vd 및 Vq는 제어 변수 Θ를 이용함으로써 표현될 수 있으며, 이 제어 변수는 다음의 변환에 의해서 계산된다:
Figure pct00011
높은 속도에서 안정 상태 조건들에서의 전류들은 그러면 다음의 모습으로 표현된다:
Figure pct00012
높은 속도에서,
Figure pct00013
이며, 수학식 8이 다음과 같이 표현되도록 한다:
Figure pct00014
상기 자석들의 플럭스가 일정하기 때문에, 그것은 제어의 목적을 위해 어떤 부분으로도 행동하지 않는다. 그러므로, 그것은 혼란 (perturbation)으로서 인식된다. 그래서, 수학식 7을 기초로 하여, 안정된 높은 속도 상태들에서 다음을 발견했다:
Figure pct00015
이 경우,
Figure pct00016
및
Figure pct00017
, 그리고
Figure pct00018
그리고
Figure pct00019
.
높은 속도에서, 상기 전자기적인 힘은 더 이상 완전하게 보상될 수 없으며, 그러므로
Figure pct00020
이며, 결국은 Gd < perturbation d , 그리고 Gq > perturbation q 이며, 이는
Figure pct00021
이기 때문이다.
단계 140에서 디플럭싱 제어 모드를 활성화하는 것은 그러면,
Figure pct00022
의 범위 내에서 변하는 제어 파라미터 Θ를 기초로 하는 모터의 전압 제어를 단계 150에서 제공한다. 이 범위 내에서 상기 제어 파라미터 Θ를 변경함으로써, 상기 직교 전류 성분 Iq는 양 및 음 도메인에서 변하도록 만들어지며, 그래서 상기 동기식 기계가 모터 모드에서 그리고 발전기 모드에서 동작하도록 하며, 그러면서 perturbatiori d 항목을 위한 최대의 보상을 여전히 제공하며, 그래서 줄 손실들을 생성하는 직류 성분 ld를 제한한다. 상기 동기식 기계는 그러므로 포화된 전압들로 유지되어, 최대의 전자기적 토크가 획득되는 것을 가능하게 하며, 그러면서도 상기 전류들은 상기 제어 파라미터 Θ를 경유한 상기 기계의 전압 제어에 의해서 여전히 제어된다.
상기 직류 전류 성분 ld가 음이기를 그치는가의 여부를 판별하기 위한 체크가 단계 160에서 수행된다. 그것이 여전히 음이라면, 상기 동기식 기계는 상기 제어 파라미터 Θ를 기초로 하여 계속해서 전압 제어된다. 상기 제어 파라미터 Θ가 사용될 때에, 직교 전류 성분 Iq를 증가시키기 위해서, 상기 제어 파라미터 Θ는 최대값 π/2로 증가되어야 하며, 그래서 상기 기계에 의해서 달성될 수 있는 최대의 전력을 얻도록 하며, 상기 제어 파라미터 Θ에서의 증가와 함께 상기 직류 전류 성분 ld는 자동적으로 감소한다. 반대로, 직교 전류 성분 Iq를 감소시키기 위해서, 상기 제어 파라미터 Θ는 최소값 -π/2로 감소되어야 하며, 그래서 최대의 재생 (regenerative) 토크를 달성하도록 한다. 본 발명은 그래서 상기 직류 전류 성분 ld의 자동-적응을 제공한다.
그러나, 그것이 음이기를 그치자마자, 상기 디플럭싱 제어 모드는 단계 170에서 종료한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 영구 자석들을 가진 삼상 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템을 보여준다.
영구 자석들을 가진 삼상 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템 (1)은 상기 기계의 세 개의 위상들 I1, I2, I3에 배송된 전류를 측정하기 위한 수단 (2)을 포함한다. 이 측정 수단 (2)은 이 세 개의 측정된 전류들을 상기 파크 변환을 기초로 하여 직류 전류 성분 ld 그리고 직교 전류 성분 Iq로 전치 (transpose)하기 위한 전치 수단 (3)에 연결된다. 상기 제어 시스템은 상기 직교 전류 성분 Iq를 위한 세트포인트 Iq_req를 수신하기 위한 수단 (4)을 또한 포함한다.
상기 제어 시스템 (1)은 활성화 모듈 (6)을 구비한 제어 수단 (5)을 포함하며, 이 활성화 모듈은 자신의 입력단에서 직류 전류 성분 ld를 수신하며 그리고 상기 직류 전류 성분 ld가 음일 때에 디플럭싱 제어 모드를 활성하도록 적응되며, 이 디플럭싱 제어 모드에서 상기 기계는 상기 기계의 파크 공간에서의 직류 전압 성분 및 직교 전압 성분을 기초로 하여 제어된다.
상기 제어 수단 (5)은 직류 전압 성분 및 직교 전압 성분이 상기 직교 전류 성분을 위한 상기 세트포인트 Iq_req와 상기 직교 전류 성분 Iq의 값 사이의 차이 [이는 감산기 (8)에 의해서 계산된다]에 종속하는 동일한 제어 파라미터를 결정하도록 구성된 비례-적분 제어기 (7)를 포함한다. 상기 제어 수단은 상기 제어 파라미터 Θ를 기초로 하여 상기 직류 전압 성분 Vd 및 직교 전압 성분 Vq를 결정하도록 적응된 모듈 (9)을 또한 포함한다.
그래서 본 발명은 영구 자석들을 구비한 동기식 기계가 포화된 전압들을 가지면서 높은 속도에서 동작할 때에 그 동기식 기계에서 전류 안정성을 제공하면서 그 동기식 기계의 전자기 토크가 제어되는 것을 가능하게 한다.

Claims (9)

  1. 영구 자석들을 구비한 삼상 (three-phase) 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 기계의 세 개의 위상들로 배송되는 전류를 측정하는 단계,
    상기 세 개의 측정된 전류들을 상기 삼상 시스템들의 변환을 기초로 하여 직류 (direct) 전류 성분 (la) 및 직교 (quadrature) 전류 성분 (Iq)으로 전치 (transpose)하는 단계,
    상기 직교 전류 성분 (Iq)을 위한 세트포인트 (Iq_req)를 수신하는 단계, 그리고
    상기 직류 전류 성분 (la)이 음일 때에, 상기 기계가 상기 기계의 직류 전압 성분 (Va) 및 직교 전압 성분 (Vq)을 기초로 하여 제어되는 디플럭싱 (defluxing) 제어 모드를 활성화하는 단계를 포함하며, 상기 직류 전압 성분 (Va) 및 직교 전압 성분 (Vq)은 상기 삼상 시스템들의 상기 변환에 관련된 평면에서 결정되며,
    상기 동기식 기계의 제어 전압의 직류 성분 (Va) 및 직교 성분 (Vq)은 동일한 제어 파라미터 (Θ)에 종속하며, 상기 직류 전류 성분 (la)의 값을 0에 가깝게 유지하게 하도록 결정되며 그리고 상기 영구 자석들의 자기 플럭스로 인한 항이 보상되는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 전자기 토크 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디플럭싱 제어 모드는 상기 직류 전류 성분 (la)이 양으로 또는 0 값으로 복귀할 때에 종료되는, 전자기 토크 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동기식 기계는 상기 삼상 시스템들의 상기 변환의 평면의 직류축 및 직교축 사이에서 완전한 대칭성을 가지며, 상기 삼상 시스템들의 상기 변환의 평면의 각 축 상에서의 등가 인덕턴스들 (La 및 Lq) 사이에서 평형이 획득되도록 하는 것을 가능하게 하는, 전자기 토크 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 전압들의 상기 직류 성분 (Va) 및 상기 직교 성분 (Vq)은 동일한 최대 진폭 (Vbat)에 비례하는 것이 바람직하며, 그리고 상기 제어 파라미터 (Θ) 상에서 싸인파 방식에 의존하며, 상기 제어 파라미터 (Θ)는
    Figure pct00023
    범위 내에서 변하는, 전자기 토크 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 직류 성분 및 상기 직교 성분은
    Figure pct00024

    의 식에 따라서 표현되는, 전자기 토크 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 삼상 시스템들의 상기 변환은 파크 (Park) 변환인, 전자기 토크 제어 방법.
  7. 영구 자석들을 구비한 삼상 동기식 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템 (1)으로서,
    상기 기계의 세 개의 위상들로 배송되는 전류를 측정하기 위한 수단 (2),
    상기 세 개의 측정된 전류들을 상기 삼상 시스템들의 상기 변환을 기초로 하여 직류 전류 성분 (la) 및 직교 전류 성분 (Iq)으로 전치하기 위한 수단 (3),
    상기 직교 전류 성분 (I_q)을 위한 세트포인트 (Iq_req)를 수신하기 위한 수단 (4), 그리고
    상기 직류 전류 성분 (la)이 음일 때에, 상기 기계가 상기 기계의 직류 전압 성분 (Va) 및 직교 전압 성분 (Vq)을 기초로 하여 제어되는 디플럭싱 제어 모드를 활성화하기 위한 제어 수단 (5)을 포함하며, 상기 직류 전압 성분 (Va) 및 직교 전압 성분 (Vq)은 상기 삼상 시스템들의 상기 변환에 관련된 평면에서 결정되며,
    상기 제어 수단 (5)은,
    동일한 제어 파라미터 (Θ)를 결정하는 비례-적분 제어기 (7)로서, 그 동일한 제어 파라미터의 직류 전압 성분 (Va) 및 직교 전압 성분 (Vq)은 상기 직교 전류 성분을 위한 상기 세트포인트 (Iq_req)와 상기 직교 전류 성분 (Iq)의 값 사이의 차이에 종속하는, 비례-적분 제어기 (7), 그리고
    상기 제어 파라미터를 기초로 하여 상기 직류 전압 성분 및 직교 전압 성분을 결정하도록 구성된 모듈 (9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 토크 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 직류 전류 성분 (la)이 음일 때에 상기 디플럭싱 제어 모드를 활성화하고 그리고 상기 직류 전류 성분 (la)이 양일 때에 상기 디플럭싱 제어 모드를 비활성화하도록 구성된, 활성화 모듈을 포함하는, 전자기 토크 제어 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 시스템은,
    상기 직류 전류 성분 (la) 및 상기 직교 전류 성분 (Iq)을 획득하기 위해서 상기 측정된 전류들에 파크 변환을 적용하도록 구성된 전치 수단 (3)을 포함하는, 전자기 토크 제어 시스템.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10389289B2 (en) 2014-02-06 2019-08-20 Steering Solutions Ip Holding Corporation Generating motor control reference signal with control voltage budget
US10003285B2 (en) 2014-06-23 2018-06-19 Steering Solutions Ip Holding Corporation Decoupling current control utilizing direct plant modification in electric power steering system
FR3024616B1 (fr) * 2014-07-31 2016-07-15 Renault Sa Procede et dispositif de commande du couple electromagnetique d'un groupe motopropulseur
FR3036556B1 (fr) * 2015-05-22 2017-06-09 Renault Sas Procede et systeme de commande d'une machine electrique asynchrone pour vehicule automobile.
CN106351533A (zh) * 2015-07-21 2017-01-25 唐晓辉 一种自动旋转门控制系统
US10135368B2 (en) * 2016-10-01 2018-11-20 Steering Solutions Ip Holding Corporation Torque ripple cancellation algorithm involving supply voltage limit constraint
FR3073691B1 (fr) * 2017-11-16 2020-07-17 Renault S.A.S Procede de commande d'une machine electrique synchrone

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3851234A (en) 1973-05-09 1974-11-26 Gen Electric Control system for obtaining and using the optimum speed torque characteristic for a squirrel cage induction motor which guarantees a non-saturating magnetizing current
DE3026202A1 (de) * 1980-07-10 1982-02-04 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Drehfeldmaschinenantrieb mit einer umrichtergespeisten drehfeldmaschine und einer mit zwei wechselspannungsintegratoren und einer rechenmodellschaltung verbundenen umrichtersteuerung
US5015937A (en) 1989-10-26 1991-05-14 Siemens-Bendix Automotive Electronics L.P. Parametric current control for microstepping unipolar motor
JPH08182398A (ja) * 1994-12-27 1996-07-12 Fuji Electric Co Ltd 永久磁石形同期電動機の駆動装置
FR2743456B1 (fr) * 1996-01-04 1998-02-06 Thomson Csf Moteur electrique de type synchrone a aimants permanents et vehicule comportant un tel moteur
RU2141720C1 (ru) * 1998-03-25 1999-11-20 Мищенко Владислав Алексеевич Способ векторной ориентации тока электромеханического преобразователя энергии и устройство векторной ориентации ("векторинг") для осуществления способа
JP3746377B2 (ja) * 1998-07-24 2006-02-15 トヨタ自動車株式会社 交流電動機の駆動制御装置
US6181091B1 (en) 1999-07-22 2001-01-30 International Business Machines Corporation Apparatus and method for control of a multi-pole brushless DC motor in the event of saturation detection
DE10219822A1 (de) * 2002-05-03 2003-11-20 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur sensorreduzierten Regelung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine
US6876169B2 (en) * 2003-01-14 2005-04-05 Delphi Technologies, Inc. Method and controller for field weakening operation of AC machines
US7242163B2 (en) * 2003-08-26 2007-07-10 Delphi Technologies, Inc. System and method for clamp current regulation in field-weakening operation of permanent magnet (PM) machines
CN101626216A (zh) * 2009-08-05 2010-01-13 奇瑞汽车股份有限公司 一种基于永磁同步电机的弱磁控制系统及其控制方法
CN102324877B (zh) * 2011-09-15 2013-08-07 重庆长安汽车股份有限公司 一种车用永磁同步电机控制系统及方法

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