KR20160050297A - 모터제어장치 - Google Patents

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KR20160050297A
KR20160050297A KR1020140148155A KR20140148155A KR20160050297A KR 20160050297 A KR20160050297 A KR 20160050297A KR 1020140148155 A KR1020140148155 A KR 1020140148155A KR 20140148155 A KR20140148155 A KR 20140148155A KR 20160050297 A KR20160050297 A KR 20160050297A
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박천수
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치는, 병렬 구동하는 복수개의 모터들을 제어하는 전력변환부; 및 상기 전력변환부를 제어하는 모터제어부;를 포함하고, 상기 모터제어부는, 상기 모터들로부터 검출된 전압 및 전류를 기초하여 상기 모터들 중 기준 모터의 각속도 및 회전자 위치를 추정하고, 상기 기준 모터의 자속전류에 상기 모터들 중 미 기준 모터의 맥동 성분을 부가하여 변환자속전류 생성하고, 상기 추정된 각속도 및 회전자 위치와 상기 변환자속전류를 기초하여 상기 전력변환부를 제어하는 모터제어장치.

Description

모터제어장치 {MOTOR CONTROLOR DEVICE}
본 발명은 모터제어장치에 관한 발명으로, 특히 센서리스제어 방식을 이용한 모터제어에 관한 발명이다.
모터가 발명된 이래로 인간의 삶에서 모터는 매우 중요한 역할을 담당하고 있으며 인간의 삶의 영역이 점점 넓어짐에 따라 모터 제어도 점점 다양한 환경에서 사용이 가능 하도록 요구 받고 있다.
또한 최근 복수개의 모터를 제어하기 위한 기술이 개발되고 있으나 제어되는 모터들 간의 부하 차이나 파라미터 차이에 따라 상전류가 발산하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 복수개의 모터의 정밀한 제어가 필요하고 정밀한 제어를 위하여 각 모터의 제정수를 비교적 정확히 알아야 한다. 그리고 특히 자속의 위치를 알기 위한 회전자의 위치 검출기 또는 속도 검출기가 필수적이었다. 이와 같이 모터 제어에 있어서 회전자의 위치정보 추정은 매우 중요한 일임에도 불구하고 이러한 위치 정보를 추정할 센서는 사용할 수 있는 환경이 지극히 제한되어 있다. 따라서 위치정보를 추정할 수 있는 센서 없이 전동기를 구동할 수 있는 센서리스 제어 방식을 통해 모터들 간의 부하 차이나 파라미터 차이를 보상하는 것이 중요한 문제가 되었다.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치는 센서리스 제어를 통한 두 모터의 위상 및 속도 추정 이를 통해 속도 및 전류제어를 수행하는 모터제어장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치는 두 모터의 부하차이, 모터의 공유 공진 주파수 대역운전, 모터간 파라미터 차이 발생 시 두 모터의 위상차가 발생하여 전류가 발산하는 문제를 해결할 수 있는 모터제어장치도 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치는 전력변환부와 모터들 간의 체결 여부를 사전에 판별하여 정상 구동하는 모터만으로 동작할 수 있는 모터제어장치도 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치는 두 모터간의 부하 편차에 따른 모터의 구속이나 과부하 상태를 판별하여 지령 속도를 제어함으로써 안정적인 동작을 수행할 수 있는 모터제어장치도 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치는, 병렬 구동하는 복수개의 모터들을 제어하는 전력변환부; 및 상기 전력변환부를 제어하는 모터제어부;를 포함하고, 상기 모터제어부는, 상기 모터들로부터 검출된 전압 및 전류를 기초하여 상기 모터들 중 기준 모터의 각속도 및 회전자 위치를 추정하고, 상기 기준 모터의 자속전류에 상기 모터들 중 미 기준 모터의 맥동 성분을 부가하여 변환자속전류 생성하고, 상기 추정된 각속도 및 회전자 위치와 상기 변환자속전류를 기초하여 상기 전력변환부를 제어하는 모터제어장치.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 모터제어부는, 상기 모터들 각각의 자속전류의 직류 성분의 크기를 비교하는 맥동분석부를 포함하고, 상기 직류 성분의 크기가 작은 모터를 상기 기준 모터로 설정하는 모터제어장치.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 모터제어부는, 상기 기준 모터의 각속도 및 회전자 위치를 추정하는 역기전력 추정부를 더 포함하고, 상기 역기전력 추정부는 상기 기준 모터로부터 검출된 전류 및 전압을 기초하여 역기전력을 추정하고, 추정된 상기 역기전력을 기초하여 상기 기준 모터의 각속도 및 회전자 위치를 검출하는 모터제어장치.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 맥동분석부는, 상기 미 기준 모터의 자속전류로부터 맥동 성분을 추출하여 상기 기준 모터의 자속전류에 상기 맥동 성분을 부가하여 변환자속전류를 생성하는 모터제어장치.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 모터제어부는, 외부로부터 입력되는 각속도 지령치와 상기 기준 모터의 각속도 추정치를 기초로 토크전류 지령치를 생성하는 속도 제어기; 상기 토크전류 지령치와 상기 기준 모터의 토크전류로부터 토크전압 지령치를 생성하는 토크축 전류 제어기; 외부로부터 입력되는 자속전류 지령치와 상기 변환자속전류에 기초하여 자속전압 지령치를 생성하는 자속축 전류제어기; 및 상기 토크전압 지령치 및 좌속전압 지령치에 기초하여 상기 전력변환부를 제어하기 위한 게이팅 신호를 출력하는 게이팅 신호 생성부;를 더 포함하는 모터제어장치.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 모터제어부는, 상기 모터들의 추정된 각속도들 간의 편차와 기 설정된 속도편차기준치를 비교하여 그에 따라 상기 각속도 지령치를 제어하는 지령치 제어부를 더 포함하는 모터제어장치.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 모터제어부는, 상기 모터들의 자속전류들에 대한 직류성분들 간의 편차와 기 설정된 전류편차기준치를 비교하여 그에 따라 상기 각속도 지령치를 제어하는 지령치 제어부를 더 포함하는 모터제어장치.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 지령치 제어부는 상기 편차가 상기 기준치 이상인 경우 상기 각속도 지령치를 낮추는 모터제어장치.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서, 상기 모터들 각각의 전류의 상기 토크전류 지령치 및 자속전류 지령치의 도달 여부를 판단하여 상기 전력변환부와 상기 모터들 각각의 체결 여부를 제어하는 출력선 제어부를 더 포함하는 모터제어장치.
본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치는 센서리스 제어를 통한 두 모터의 위상 및 속도 추정 이를 통해 속도 및 전류제어를 수행할 수 있고, 두 모터의 부하차이, 모터의 공유 공진 주파수 대역운전, 모터간 파라미터 차이 발생 시 두 모터의 위상차가 발생하여 전류가 발산하는 문제를 해결할 수 있고, 전력변환부와 모터들 간의 체결 여부를 사전에 판별하여 정상 구동하는 모터만으로 동작할 수 있도록 제어할 수 있으며, 두 모터간의 부하 편차에 따른 모터의 구속이나 과부하 상태를 판별하여 지령 속도를 제어함으로써 안정적인 동작을 수행할 수 있다.
도 1 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터제어장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 모터제어부의 동작 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 역기전력 추정부의 동작 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터제어장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 모터제어장치의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서 전력변환부를 구체화한 블록도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 맥동 분석부를 구체화한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 모터제어장치의 동작 순서도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 모터제어장치의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 모터제어장치의 동작 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 모터제어장치의 블록도이다.
도 13은 본 발명의 실시예를 적용한 에어컨의 블록도를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 모터제어장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
<제1 실시예>
도 1 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터제어장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 모터제어부의 동작 관계를 나타낸 도면이며, 도 3은 역기전력 추정부의 동작 관계를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치(10)는 모터부(100), 전력변환부(200), 모터제어부(300)를 포함할 수 있다.
상기 모터부(100)는 도면에 서로 병렬 연결된 제1 및 제2 모터(M1, M2)를 포함하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 전력변환부(200)의 출력단에 서로 병렬 연결된 다수개의 3상 모터를 포함할 수 있고, 상기 전력변환부(200)로부터의 제어되어 구동할 수 있다.
상기 전력변환부(200)는 공간 벡터 전압 변조 방식으로 동작할 수 있고, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력의 흐름을 제어하는 3상 인버터가 될 수 있다. 그리고 상기 전력변환부(200)는 독립적으로 스위칭하는 3개의 극(Pole)으로 이루어질 수 있고, 각 극의 두 개의 스위치는 상보적으로 스위칭 동작하여 8개의 서로 다른 스위칭 동작을 가질 수 있다. 상기 전력변환부(200)는 입력되는 게이팅 신호(vgate)에 의하여 제어되어 모터의 제어를 위한 출력 상전압(vabc)을 모터부(100)로 출력할 수 있다. 상기 전력변환부(200)는 모터의 고정자에 공급되는 전류를 정현파로 제어하기 위하여 스위칭 주파수와 제어의 선형성이 뛰어난 SVPWM 제어를 할 수 있다.
상기 모터제어부(300)는 속도 및 위치 검출기를 사용하는 경우 경제적 및 기술적 측면 등에서 여버 문제점을 고려하여 속도 및 위치 검출기가 없는 제어부 즉, 센서리스(Sensroless) 제어부가 될 수 있다.
상기 모터제어부(300)는 상기 모터부(100)의 모터(M1, M2)들 각각으로부터의 상전압(vabc) 및 상전류(iabc)를 검출하고 이로부터 상기 모터부(100)의 제어를 위한 추정 속도 및 추정 각 정보를 획득할 수 있고, 상기 추정된 속도 및 추정 각 정보를 기초하여 전력변환부(200)를 제어할 수 있다. 도 2를 참조하여 이를 구체적으로 설명하면, 상기 모터제어부(300)는 제1 내지 제5 단계를 수행하여 전변변환부(200)를 제어할 수 있다.
제1 단계(S100)로 모터간 자속전류의 크기를 비교할 수 있다. 그리고 제2 단계(S200)로 상기 모터간 자속전류의 크기 비교 결과를 기초하여 제어 대상이 되는 기준 모터를 설정하여 기준 모터에 대한 속도와 위치 등의 파라미터를 추정하고, 제3 단계(S300)로 상기 기준 모터가 아닌 나머지 모터인 미 기준 모터의 d축 전류인 자속전류의 맥동 성분을 추출하고, 제4 단계(S400)로 기준 모터의 자속전류와 상기 추출된 맥동 성분을 합산하여 변환자속전류를 획득하며 제5 단계(S500)로 기준 모터의 파라미터와 변환자속전류를 이용하여 센서리스 제어를 수행할 수 있다.
한편 상기 모터제어부(300)는 역기전력 추정부(310; Back EMF), 맥동 분석부(320) 그리고 전력변환제어부(330)를 포함할 수 있다.
상기 역기전력 추정부(310)는 회전자의 위치에 따라서 역기전력의 파형이 변하는 원리를 이용하여 추정된 역기전력을 바탕으로 모터의 회전자의 위치를 추정하고 회전자의 위치로부터 모터의 속도를 추정할 수 있다. 그리고 상기 추정된 속도(wm)와 각속도 지령치(wm(*))의 오차는 전력변환제어부(330)의 제어를 통하여 제어될 수 있다.
한편 역기전력 추정부(310)는 상기 모터부(100)로부터 센싱한 각 모터(M1, M2)의 상전류를 d-q 좌표 변환하여 토크 전류(iq)와 자속 전류(id1,2)를 출력할 수 있다. 이 경우 상기 역기전력 추정부(310)에서 출력되는 토크 전류(iq)는 제1 모터(M1)의 토크전류(iq1) 또는 제2 모터(M2)의 토크전류(iq2) 중 어느 하나가 될 수 있고, 상기 자속 전류(id1,2)는 제1 모터(M1)의 자속전류(id1) 및 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)를 포함할 수 있다. 또한 상기 역기전력 추정부(310)는 상기 모터부(100)로부터 센싱한 각 모터(M1, M2)의 상전압(vabc) 및 상전류(iabc)를 기초하여 추정된 속도 정보인 각속도(wm) 및 추정된 각 정보인 회전각(theta r)을 출력할 수 있다. 도 3을 참조하여 이를 단계별로 다시 설명하면, 상기 역기전력 추정부(310)는 제1 내지 제4 단계(S110~S140)를 수행할 수 있다. 제1 단계(S110)로 모터부(100)로부터 센싱한 상전압(vabc) 및 상전류(iabc)를 d-q 좌표 변환 할 수 있고, 제2 단계(S120)로 제1 및 제2 모터(M1, M2) 각각의 자속전류(id1, id2)를 출력하고, 좌표 변환 된 상전압(vabc) 및 상전류(iabc)를 기초하여 역기전력을 추정할 수 있다. 그리고 제3 단계로 추정된 역기전력을 기초로 각속도(wm) 및 회전각(theta r)을 검출하고. 제4 단계로 제1 및 제2 모터(M1, M2) 중 어느 하나의 모터의 파라미터를 출력할 수 있다. 상기 모터의 파라미터는 모터의 토크전류(iq), 각속도(wm) 그리고 회전각(theta r)에 따른 위치 정보를 포함할 수 있다.
상기 맥동 분석부((320)는 상기 역기전력 추정부(310)로부터 출력된 제1 및 제2 모터(M1, M2) 각각의 자속전류(id1, id2)를 기초하여 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)와 제2 모터(M2)의 자속전류(id2) 각각의 직류 성분(id1(dc), id2(dc)) 및 교류 성분(id1(ac), id2(ac))을 분리하여 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)와 제2 모터(M2)의 자속전류(id2) 각각의 맥동 성분인 교류 성분(id1(ac), id2(ac))을 추출할 수 있다. 그리고 상기 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)와 제2 모터(M2)의 자속전류(id2) 중 어느 하나의 자속전류에 나머지 하나의 자속전류의 맥동 성분을 합산한 변환자속전류(id(f))를 출력할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)에 상기 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)의 교류 성분(id1(ac))을 합산한 제1 변환자속전류(id(f1)) 또는 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)에 상기 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)의 맥동 성분인 교류 성분(id1(ac))을 합산한 제2 변환자속전류(id(f2))를 출력할 수 있다. 이와 d축의 전류에 맥동 성분을 부가하여 이를 보상함으로써 모터들(M1, M2) 간의 위상차를 보상할 수 있다.
또한 상기 맥동 분석부(320)는 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)와 제2 모터(M2)의 자속전류(id2) 각각의 크기를 비교하여 비교 결과에 따른 선택신호(Ss)를 출력할 수 있고, 이 때 비교되는 크기는 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)와 제2 모터(M2)의 자속전류(id2) 각각의 직류 성분(id1(dc), id2(dc))의 크기가 될 수 있다. 이 때 상기 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)와 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)의 크기 비교 결과에 따라 맥동분석부(320)는 제1 변환자속전류(id(f1)) 및 제2 변환자속전류(id(f2)) 중 어느 하나를 출력할 수 있다. 그리고 역기전력 추정부(310)는 상기 맥동 분석부(320)로부터의 선택신호(Ss)에 기초하여 제1 및 제2 모터(M1, M2)) 중 어느 하나의 모터의 토크전류(iq), 각속도(wm) 그리고 회전각(theta r)를 출력할 수 있다. 따라서 상기 선택신호(Ss)는 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 파라미터 중 어느 하나의 모터에 대한 파라미터를 선택하는 신호가 될 수 있다.
상기 역기전력 추정부(310)와 맥동 분석부(320)의 동작 관계를 하나의 예를 들어 다시 설명하면, 맥동 분석부(320)로부터 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)와 제2 모터(M2)의 자속전류(id2) 각각의 크기를 비교하였을 때 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)의 크기가 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)의 크기가 작아, 제1 모터(M1)의 부하의 크기가 더 크거나 역기전력이 더 작은 것으로 판단한 경우, 이러한 판단 결과가 반영된 선택신호(Ss)는 역기전력 추정부(310)로 출력되고, 상기 역기전력 추정부(310)는 상기 선택신호(Ss)를 기초하여 제1 모터(M1)의 파라미터를 전력변환 제어부(310)로 출력하여 상기 전력변환 제어부(310)가 상기 제1 모터(M1)의 파라미터를 기초로 모터부(100)를 제어할 수 있도록 할 수 있다. 이와 동시에 상기 맥동 분석부(320)는 제어되지 않는 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)에 포함된 맥동 성분을 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)에 합산한 제1 변환자속전류(idf(f1))를 전력변환제어부(310)로 출력함으로써, 제2 모터(M2)의 맥동 성분이 보상되도록 하고 그에 따라 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 위상이 동기 되도록 하여 두 모터(M1, M2)간의 위상차를 보상할 수 있다.
한편 상기 전력변환제어부(330)는 외부로부터 입력되는 각속도 지령치(wm(*))와 자속전류지령치(id(*)) 및 상기 역기전력 추정부(310)로부터의 토크전류(iq)와 추정된 각속도(wm) 및 회전각(theta r) 그리고 맥동 분석부(320)로부터의 변환자속전류(id(f))를 기초하여 전력변환부(200)로 모터부(100) 제어를 위한 게이팅 신호(vgate)를 출력할 수 있다.
<제2 실시예>
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터제어장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터제어부(300)는 좌표변환부(340)를 더 포함할 수 있다.
상기 좌표변환부(340)는 제1 및 제2 모터(M1, M2) 각각으로부터 검출된 상전류를 좌표 변환하고, 맥동분석부(320)의 선택신호(Ss)에 따라 제1 모터(M1)의 토크전류(iq1) 또는 제2 모터(M2)의 토크 전류(iq2) 중 어느 하나의 토크 전류(iq)를 출력할 수 있다. 그리고 역기전력 추정부(310)는 제1 및 제2 모터(M1, M2) 각각으로부터 검출된 상전류(iabc) 및 상전압(vabc)을 기초하여 모터부(100)의 추정 각속도(wm)와 회전각(theta r)을 추출하여 맥동분석부(320)의 선택신호(Ss)에 따라 제1 모터(M1) 또는 제2 모터(M2) 중 어느 하나의 모터의 회전각(theta r)을 좌표변환부(340) 및 전력변환제어부(300)로 출력할 수 있으며, 맥동분석부(320)의 선택신호(Ss)에 따라 제1 모터(M1) 또는 제2 모터(M2) 중 어느 하나의 모터의 추정 각속도(wm)를 출력할 수 있다.
<제3 실시예>
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 모터제어장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 제3 실시예에 따른 모터제어장치(10)의 모터제어부(300)는 선택부(350)를 더 포함할 수 있다.
상기 선택부(350)는 좌표변환부(340)로부터 제1 모터(M1)의 토크전류(iq1) 및 제2 모터(M2)의 토크전류(iq2)를 입력 받고, 역기전력 추정부(310)로부터 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 각주파수(wm1,2) 및 회전각(theta r)을 입력 받을 수 있다. 그리고 맥동 분석부(320)로부터의 선택 신호(Ss)에 따라서 제1 모터(M1)의 토크전류(iq1), 각주파수(wm1) 그리고 회전각(theta r1)을 전력변환제어부(330)로 출력하거나, 제2 모터(M2)의 토크전류(iq2), 각주파수(wm2) 그리고 회전각(theta r2)을 전력변환제어부(330)로 출력할 수 있다. 상기 선택 신호(Ss)는 제1 및 제2 선택 신호(Ss1, Ss2)를 포함할 수 있고, 상기 제1 선택 신호(Ss1)에 따라 상기 선택부(350)가 제1 모터(M1)의 토크전류(iq1), 각주파수(wm1) 그리고 회전각(theta r1)을 전력변환제어부(330)로 출력하고 이 경우, 맥동 분석부(320)는 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)에 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)의 맥동성분(id2(ac))를 부가한 변환자속전류(id(f))를 전력변환제어부(330)로 출력할 수 있다. 그리고 상기 제2 선택 신호(Ss2)에 따라 상기 선택부(350)가 제2 모터(M2)의 토크전류(iq2), 각주파수(wm2) 그리고 회전각(theta r2)을 전력변환제어부(330)로 출력하고 이 경우, 맥동 분석부(320)는 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)에 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)의 맥동성분(id1(ac))를 부가한 변환자속전류(id(f))를 전력변환제어부(330)로 출력할 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 자속전류(id1, id2)의 크기를 비교하여 각 모터(M1, M2)간의 파라미터의 편차를 확인하고, 편차를 줄이기 위하여, 자속전류의 크기가 작은 모터를 기준으로 제어를 하는 동시에 미 제어 모터의 자속전류의 맥동성분을 제어 대상 모터의 자속전류에 반영하여 미 제어 대상 모터의 맥동 성분을 보상함으로써 양 모터(M1, M2)의 파라미터 차이에 따른 상전류 발산을 억제할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터제어장치에서 전력변환부를 구체화한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 전력변환부(330)는 속도제어기(331), q축 전류제어기(332), d축 전류제어기(333) 및 게이팅 신호 생성부(334)를 포함할 수 있다.
상기 속도제어기(331)는 외부로부터 각속도 지령치(wm(*))와 역기전력 추정부(310)로부터 출력된 제1 또는 제2 모터(M1, M2)의 각속도(wm)을 기초하여 생성된 토크전류 지령치(iq(*))를 출력할 수 있다. 상기 q축 전류제어기(332)는 속도제어기(331)로부터의 토크전류 지령치(iq(*))와 역기전력 추정부(310)로부터의 제1 또는 제2 모터(M1, M2)의 토크전류(iq)를 기초하여 생성된 q축전압 지령치(vq(*))를 출력할 수 있다. 그리고 d축 전류 제어기(333)는 외부로부터 입력되는 자속전류 지령치(id(*)) 및 맥동 분석부(320)로부터 출력되는 변환자속전류(id(f))를 기초하여 생성된 d축전압 지령치(vd(*))를 출력할 수 있다. 상기 게이팅 신호 생성부(334)는 q축전압 지령치(vq(*)) 및 d축전압 지령치(vd(*))를 좌표 역 변환하고 게이팅 신호(vgate) 신호를 출력할 수 있다. 그리하여 별도의 위치 센서 없이 추정된 위치 정보를 기초하여 속도를 제어하고, 속도를 제어하기 위하여 전류를 제어하며, 전류 제어를 위하여 전력변환부(200)에 인가되는 게이팅 신호(vgate)를 최종 제어함으로써, 모터부(100)의 정밀한 제어를 할 수 있다. 또한 하나의 전력변환부(200)에 병렬로 연결된 복수개의 모터들 중 어느 하나의 모터의 위상을 제어함으써 나머지 모터들의 위상차를 줄여 모든 모터의 파라미터 차이 발생에 따른 상전류 발산 문제를 방지할 수 있다.
<맥동 분석부>
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 맥동 분석부를 구체화한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 맥동 분석부(320)는 직류성분비교부(321)와 맥동가산부(322)를 포함할 수 있다.
상기 직류성분비교부(321)는 입력되는 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 자속전류(id1, id2)의 직류성분(id1(dc), id2(dc))을 추출하여 출력함과 동시에 추출된 직류성분(id1(dc), id2(dc))들 간의 크기를 비교하여 선택 신호(Ss)를 출력할 수 있다. 그리고 상기 맥동가산부(322)는 입력되는 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 자속전류(id1, id2)의 맥동성분(id1(ac), id2(ac))을 추출하여 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)에 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)에 대한 맥동성분(id2(ac))를 부가하여 제1 변환자속전류(id(f1))를 생성하고, 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)에 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)에 대한 맥동성분(id1(ac))를 부가한 제2 변환자속전류(id(f2))를 생성할 수 있다. 그리고 선택신호(Ss)에 따라서 상기 제1 변환자속전류(id(f1)) 및 제2 변환자속전류(id(f2)) 중 어느 하나를 출력할 수 있다.
도 8을 참조하면, 직류성분비교부(321)는 직류성분추출부(323) 및 비교부(324)를 포함할 수 있다. 그리고 맥동가산부(322)는 맥동성분추출부(325), 합산부(326) 그리고 출력부(327)를 포함할 수 있다.
상기 직류성분추출부(323)는 입력되는 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 자속전류(id1, id2)의 직류성분(id1(dc), id2(dc))을 추출하여 맥동가산부(322) 및 비교부(324)로 출력할 수 있다. 상기 직류성분추출부(323)는 로우패스필터로 구성되어 자속전류(id1, id2)의 직류성분(id1(dc), id2(dc))을 추출할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 직류 성분을 추출할 수 있는 구성이라면 가능하다. 그리고 상기 비교부(324)는 입력되는 자속전류(id1, id2)의 직류성분(id1(dc), id2(dc))의 크기를 비교하여 비교결과에 따른 선택 신호(Ss)를 출력할 수 있다.
상기 맥동성분추출부(325)는 자속전류(id1, id2) 및 자속전류(id1, id2)의 직류성분(id1(dc), id2(dc))을 입력 받아 상기 자속전류(id1, id2)와 자속전류(id1, id2)의 직류성분(id1(dc), id2(dc))간의 차 연산을 통해 자속전류(id1, id2)의 맥동성분(id1(ac), id2(ac))을 추출하여 출력할 수 있다. 그리고 상기 합산부(326)는 입력되는 자속전류(id1, id2)의 맥동성분(id1(ac), id2(ac))을 이용하여 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)에 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)의 맥동성분(id2(ac))를 합산하고, 제2 모터(M2)의 자속전류(id2)에 제1 모터(M1)의 자속전류(id1)의 맥동성분(id1(ac))를 합산하여 제1 변환자속전류(id(f1)) 및 제2 변환자속전류(id(f2)) 출력할 수 있다. 그리고 상기 출력부(327)는 선택신호(Ss)에 따라서 상기 제1 및 제2 변환자속전류(id(f1), id(f2)) 중 어느 하나를 출력할 수 있다.
<제4 실시예>
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 모터제어장치의 동작 순서도이고, 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 모터제어장치의 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 모터제어장치(10)는 병렬 구동되는 제1 및 제2 모터(M1, M2)에서의 구속이나 과부하 상태에 따라 모터부(100)를 구동할 수 없는 경우를 사전에 판별하여 부하를 제한하거나 과전류를 방지하도록 사전에 제어를 정지시킬 수 있다.
순서도를 참조하면, 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 추정 속도(wm)들 간의 편차와 속도편차기준치를 서로 비교하고 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 자속전류(id)들 간의 편차를 전류편차기준치와 비교하여, 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 추정 속도(wm)들 간의 편차가 속도편차기준치 이상이거나, 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 자속전류(id)들 간의 편차가 전류편차기준치 이상인 경우, 각속도 지령치(wm(*))를 감소시킬 수 있다. 전술한 방식을 주기적으로 반복하여, 제1 및 제2 모터(M1, M2)들 간의 파라미터 편차가 기준치 이하가 되는 경우 각속도 지령치(wm(*))를 목표하는 지령치로 증가시킬 수 있다. 이와 같이 두 모터(M1, M2)간의 부하 편차 발생 시 두 모터(M1, M2)간의 위상차가 발생하여 전류 발산 등이 발생하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
도 10을 참조하여 전술한 동작을 수행할 수 있는 모터제어장치(10)의 실시예를 설명한다.
제4 실시예에 따른 모터제어장치(10)는 지령치제어부(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 지령치제어부(400)는 모터부(100) 내의 모터의 구속이나 과부하 상태에 따라 모터부(100)를 구동할 수 없는 상태가 되어 부하를 제한하거나 과전류를 방지할 필요가 있는 경우에 모터의 속도를 낮추어 모터의 부하를 감소시킬 수 있다. 그리하여 모터들 간의 부하 편차 발생 시 모터들 간의 위상차에 따른 전류 발신 등의 문제를 방지하여 모터제어장치(10)가 안정적으로 동작되도록 할 수 있다.
상기 지령치제어부(400)의 동작 방식을 살펴보면, 상기 지령치제어부(400)는 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 자속전류(id1, id2)의 크기를 비교하여 편차가 전류편차기준치 이상인지를 판단할 수 있다. 또한 역기전력 추정부(310)로부터 입력된 제1 및 제2 모터(M1, M2)의 각속도(wm1, wm2)들 간의 편차가 속도편차기준치 이상인지를 판단할 수 있다.
상기 지령치제어부(400)는 자속전류(id1, id2)의 크기 편차가 전류편차기준치 이상이거나 각속도(wm1, wm2)들 간의 편차가 속도편차기준치 이상인 경우 지령치 생성부(500)를 제어하여 각속도 지령치(wm(*))를 낮춤으로써 모터들(M1, M2)의 속도를 낮추어 모터들(M1, M2)의 과부하를 방지할 수 있다.
<제5 실시예>
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 모터제어장치의 동작 순서도이고, 도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 모터제어장치의 블록도이다.
도 10을 참조하면, 제5 실시예에 따른 모터제어장치(10)는 제1 모터(M1)의 전류의 지령치 도달 여부를 판단하고 제1 모터(M1)의 전류가 지령치에 도달한 경우 제2 모터(M2)의 전류의 지령치 도달 여부를 판단하여 제2 모터(M2)의 전류가 지령치에 도달한 경우 전력변환부(200)와 제1 및 제2 모터(M1, M2) 간의 체결에 문제가 없는 것으로 판단할 수 있다. 만약 제1 모터(M1)의 전류가 지령치에 도달하지 못한 경우, 제1 모터(M1)의 체결 불량이 발생한 것으로 판단하고, 전력변환부(200)와 제1 모터(M1)의 연결을 차단하고, 제2 모터(M2)의 전류의 지령치 도달 여부를 판단하여 제2 모터(M2)의 전류가 지령치에 도달하지 못한 경우 모터부(100)가 불량인 것으로 판단하여 모터부(100)의 구동을 종료할 수 있다. 그리고 제1 모터(M1)의 전류가 지령치에 도달하였으나, 제2 모터(M2)의 전류가 지령치에 도달하지 못한 경우 제2 모터(M2)의 구동을 차단하고 제1 모터(M1)만 동작시킬 수 있다. 이와 같이 두 모터 중 하나의 모터가 구동할 수 없는 상태가 되면 구동이 불가능한 측의 출력선을 차단하여 나머지 모터가 구동 될 수 있도록 한다.
도 12를 참조하여 전술한 동작을 실현할 수 있는 모터제어장치(10)를 설명한다.
제5 실시예에 따른 모터제어장치(10)는 출력선제어부(600) 및 전력변환부(200)의 출력선과 모터를 연결하는 스위치부(610, 620)를 더 포함할 수 있다.
상기 출력선제어부(600)는 전력변환제어부(330)로부터 출력된 토크전류 지령치(iq(*)) 및 자속전류 지령치(id(*))를 기초로 제1 및 제2 모터(M1, M2) 각각으로부터 검출된 상전류(iabc)가 지령치에 도달하였는지를 주기적으로 판단할 수 있다. 즉, 맥동 분석부(320)로부터의 선택신호(Ss)에 따라 제1 모터(M1)를 제어하는 경우, 기준 횟수 이상으로 제1 모터(M1)의 상전류가 제1 모터(M1)를 제어하기 위한 토크전류 지령치(iq(*)) 및 자속전류 지령치(id(*))에 도달하지 못하는 경우, 상기 제1 모터(M1)의 체결이 불량임을 판단하고, 제1 모터(M1)의 제1 스위치(610)를 제어하여 전력변환부(200)의 출력선과 제1 모터(M1) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 그리고 모터제어부(300)가 정상 구동하는 제2 모터(M2)만을 제어할 수 있도록 하여, 하나의 모터만으로도 모터제어장치(10)가 구동할 수 있도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 모터제어부(300)는 정상 구동하는 모터의 상전류(iabc) 및 상전압(vabc)을 기초로 위치 및 속도를 추정하여 모터 속도를 제어할 수 있다. 한편 상기 상전류(iabc)의 지령치 도달 여부를 판단하기 위하여 지령치를 역 좌표 변환하여 이용할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예를 적용한 에어컨의 블록도를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 실시예에 적용한 에어컨(20)은 실내기(21) 및 실외기(22)를 포함하고, 상기 실내기(21)는 실내 팬 모터(41)와 상기 실내 팬 모터(41)를 제어하는 실내 컨트롤러(31)를 포함할 수 있고, 상기 실외기(22)는 실외 팬 모터(42) 및 압축기(50) 그리고 상기 실외 팬 모터(42) 및 압축기(50)를 제어하는 실외 컨트롤러(32)를 포함할 수 있다.
상기 압축기(50)는 열을 함유한 저압가스를 압축하여 고온 고압의 가스로 변환할 수 있다. 그리고 상기 실내 및 실외 팬 모터(41, 50)의 팬은 모터부(100)의 구동에 의하여 동작할 수 있다. 또한 상기 실내 및 실외 컨트롤러(31, 32) 각각은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환부(200) 및 모터제어부(300)를 포함할 수 있다.
상기 모터제어부(300)는 상기 실내 및 실외 팬 모터(41, 50)의 모터들부터 검출된 전류 및 전압 정보를 기초로 모터의 속도 및 회전자 위치를 추정하고 지령치와 비교하여 실내 및 실외 팬 모터(41, 50)의 구동을 제어할 수 있고, 상기 실내 및 실외 팬 모터(41, 50) 중 적어도 하나 이상의 복수개의 모터를 포함하는 경우에도, 모터들간의 파라미터 차이를 보상함으로써 실내 및 실외 팬 모터(41, 50)가 안정적으로 동작하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 모터제어장치
20 에어컨
21 실내기
22 실외기
31 실내 컨트롤러
33 실외 컨트롤러
41 실내 팬 모터
42 실외 팬 모터
50 압축기
100 모터부
200 전력변환부
300 모터제어부
310 역기전력 추정부
320 맥동 분석부
321 직류성분비교부
322 맥동 가산부
323 직류성분추출부
324 비교부
325 맥동성분추출부
326 합산부
327 출력부
330 전력변환제어부
331 속도제어기
332 q축 전류제어기
333 d축 전류제어기
334 게이팅 신호 생성부
340 좌표변환부
350 선택부
400 지령치 제어부
500 기령치 생성부
600 출력선 제어부
610 제1 스위치부
620 제2 스위치부

Claims (9)

  1. 병렬 구동하는 복수개의 모터들을 제어하는 전력변환부;
    상기 전력변환부를 제어하는 모터제어부;를 포함하고,
    상기 모터제어부는,
    상기 모터들로부터 검출된 전압 및 전류를 기초하여 상기 모터들 중 기준 모터의 각속도 및 회전자 위치를 추정하고,
    상기 기준 모터의 자속전류에 상기 모터들 중 미 기준 모터의 맥동 성분을 부가하여 변환자속전류 생성하고
    상기 추정된 각속도 및 회전자 위치와 상기 변환자속전류를 기초하여 상기 전력변환부를 제어하는 모터제어장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 모터제어부는,
    상기 모터들 각각의 자속전류의 직류 성분의 크기를 비교하는 맥동분석부를 포함하고,
    상기 직류 성분의 크기가 작은 모터를 상기 기준 모터로 설정하는 모터제어장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 모터제어부는,
    상기 기준 모터의 각속도 및 회전자 위치를 추정하는 역기전력 추정부를 더 포함하고,
    상기 역기전력 추정부는 상기 기준 모터로부터 검출된 전류 및 전압을 기초하여 역기전력을 추정하고, 추정된 상기 역기전력을 기초하여 상기 기준 모터의 각속도 및 회전자 위치를 검출하는 모터제어장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 맥동분석부는, 상기 미 기준 모터의 자속전류로부터 맥동 성분을 추출하여 상기 기준 모터의 자속전류에 상기 맥동 성분을 부가하여 변환자속전류를 생성하는 모터제어장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 모터제어부는,
    외부로부터 입력되는 각속도 지령치와 상기 기준 모터의 각속도 추정치를 기초로 토크전류 지령치를 생성하는 속도 제어기;
    상기 토크전류 지령치와 상기 기준 모터의 토크전류로부터 토크전압 지령치를 생성하는 토크축 전류 제어기;
    외부로부터 입력되는 자속전류 지령치와 상기 변환자속전류에 기초하여 자속전압 지령치를 생성하는 자속축 전류제어기; 및
    상기 토크전압 지령치 및 좌속전압 지령치에 기초하여 상기 전력변환부를 제어하기 위한 게이팅 신호를 출력하는 게이팅 신호 생성부;를 더 포함하는 모터제어장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 모터제어부는,
    상기 모터들의 추정된 각속도들 간의 편차와 기 설정된 속도편차기준치를 비교하여 그에 따라 상기 각속도 지령치를 제어하는 지령치 제어부를 더 포함하는 모터제어장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 모터제어부는,
    상기 모터들의 자속전류들에 대한 직류성분들 간의 편차와 기 설정된 전류편차기준치를 비교하여 그에 따라 상기 각속도 지령치를 제어하는 지령치 제어부를 더 포함하는 모터제어장치.
  8. 제6 또는 제7 항에 있어서,
    상기 지령치 제어부는 상기 편차가 상기 기준치 이상인 경우 상기 각속도 지령치를 낮추는 모터제어장치.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 모터들 각각의 전류의 상기 토크전류 지령치 및 자속전류 지령치의 도달 여부를 판단하여 상기 전력변환부와 상기 모터들 각각의 체결 여부를 제어하는 출력선 제어부를 더 포함하는 모터제어장치.
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