KR20160139103A - 유도 전동기 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도 전동기에 대한 고속의 지령 속도를 수신하는 입력부를 포함하고, 지령 속도에 따라 인버터를 구동시키기 위한 지령 전압을 생성하여 인버터로 출력하는 지령 전압 출력부를 포함하며, 인버터로 출력되는 지령 전압을 구동 제한 전압과 비교하고, 비교 결과에 따라 지령 전압을 구동 제한 전압 범위 이내로 보정하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 보정된 지령 전압에 따라 유도 전동기를 고속으로 제어하는 인버터를 포함하는 유도 전동기 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 종래의 자속 제어기 없이도 자속 제어를 통해 유도 전동기를 고속 운전 영역에 제어함으로써 별도로 대역폭을 조절하거나 비례 이득을 조절하여야 하는 불편함을 없앨 수 있고, 자속 제어기 없이도 동적 과변조 기법을 사용하여 유도 전동기로 인가되는 지령 전압의 크기를 조절함으로써 유도 전동기를 고속 운전 영역에서도 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.

Description

유도 전동기 제어 시스템{SYSTEM OF CONTROLLING INDUCTION MOTOR}
본 발명은 유도 전동기의 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속 영역에서 유도 전동기를 제어하는 유도 전동기 제어 시스템에 관한 것이다.
팬(fan), 펌프(pump), 블로어(blower), 전기 자동차, 전동차와 같은 전동기 분야를 비롯하여 다양한 분야에서 전동기의 고속 운전 능력을 필요로 한다.
다만, 다양한 분야의 전동기 중에서도 유도 전동기의 운전에 있어서, 기 설정된 정격속도 이상의 고속 영역 운전을 위해서는 전동기의 회전자 자속을 감소시켜 운전하는 약자속(Flux Weakening) 제어가 필요하다.
일반적으로 유도 전동기의 속도가 증가함에 따라서 유도 전동기의 출력 전압은 증가한다.
약자속 제어는 전동기의 속도 증가에 따라 증가하는 출력전압(역기전력)을 적절히 조절하여, 전동기를 제어하면 인버터에서 합성 가능한 전압 여유분을 확보하여 고속 운전 영역에서도 제어가 가능하게 하는 기법이다.
더욱 상세하게, 약자속 제어는 출력전압 중에서도 기 설정된 정격 전압 이상의 전압 치에 대해서는 회전자 자속을 감소시키는 방법을 의미한다.
유도 전동기 중에서도 교류 전동기의 경우에는 자속 제어기를 이용한 회전자 자속 기준 벡터 제어(vector control, field oriented control) 시, 약자속 운전 영역에서 자속 성분 전류를 감소시켜 역기전력을 제한하게 된다.
이러한 전류 제어 기반의 약자속 제어는 그 구조가 복잡하고, 자속 제어기 이득 선정에 따라 동특성이 변화하는 문제점을 가지고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 유도 전동기 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 교류 전원(102)으로부터 출력되는 3상 교류 전력은 다이오드(103)를 통해 직류 전력으로 변환되고, 변환된 직류 전력은 필터를 통해 필터링(filtering)되어 PWM 인버터(104)로 인가된다. PWM 인버터(104)로 인가된 직류 전력은 자속 제어기(106) 및 벡터제어 시스템(107)으로부터 출력되는 게이팅 신호에 따라 교류 전력으로 변환되어 유도 전동기(105)로 전달된다.
도 2는 종래 기술에 따른 유도 전동기 제어 시스템 내에서 자속을 생성하는 자속 제어기를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 자속 제어기(106)는 동기 좌표계의 d축 자속 지령(λdre*) 및 자속(λdre)을 수신하고, 수신된 자속 및 자속 지령에 기초하여 전류 제어부(203) 및 전향 보상부(202)에 기초하여 지령 전류(idse*)을 생성하고, 생성된 지령 전류는 자속 생성부(204)를 통해 자속(λdre)으로 변환되어 벡터 제어 시스템(107)으로 전달된다.
벡터 제어 시스템(107)은 변환된 자속(λdre)에 기초하여 이미 당업자에게 공지된 방법인 벡터 제어 방법(상세한 설명은 생략)에 따라 게이팅 신호를 생성하여 PWM 인버터(104)로 인가한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 자속 제어기는 자속 지령에 따른 자속의 과도 상태를 완화하기 위해 전향 보상부(202)를 통해 전향 보상(Feed Forward)하여야 하며, 자속 제어기는 그 성능을 향상시키기 위해 전류 제어부(203) 및 벡터 시스템(107)의 비례 이득을 조절하여야 하며, 이에 따라 자속 제어기의 대역폭(bandwidth)을 증가시켜야 하며, 대역폭의 증가에 따라 유도 전동기 제어 시스템 전체가 불안정해지는 문제가 생기므로, 자속 제어기는 고속 운전 영역에서 동작이 불안정해지는 단점이 있다.
즉, 자속 제어기는 유도 전동기의 고속 운전 시 그 동작이 불안정 해지고, 고속 운전 영역에서 자속 제어기를 정밀하게 제어하는 데에 어려움이 있는 것이 실정이다.
또한, 종래의 자속 제어기 없이 유도 전동기를 고속 운전 영역에서 제어하고자 하는 경우, PWM 인버터로 인가되는 게이팅 신호를 생성하기 위한 지령 전압의 크기를 적절하게 제어하는 것이 어려운 단점이 있다.
본 발명은 고속 운전 영역에서 유도 전동기를 제어함에 있어서, 종래 기술에 따른 자속 제어기 없이 자속 제어를 수행하는 유도 전동기 제어 시스템을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 동적 과변조 기법을 사용하여 유도 전동기의 자속을 제어하는 데에 필요한 지령 전압의 크기를 적절하게 제어할 수 있는 유도 전동기 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기 제어 시스템은 유도 전동기를 기 설정된 속도 이상의 고속으로 운전하기 위한 지령 속도를 수신하는 입력부, 상기 수신된 지령 속도에 기초하여 인버터를 구동시키기 위한 지령 전압을 생성하고, 상기 생성된 지령 전압을 상기 인버터로 출력하는 지령 전압 출력부, 상기 인버터로 출력되는 지령 전압을 기 설정된 구동 제한 전압과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 생성된 지령 전압을 상기 기 설정된 구동 제한 전압 범위 이내로 보정하도록 상기 지령 전압 출력부를 제어하는 제어부 및 상기 보정된 지령 전압에 따라 상기 유도 전동기를 고속으로 제어하는 인버터를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 종래의 자속 제어기 없이도 자속 제어를 통해 유도 전동기를 고속 운전 영역에 제어함으로써 별도로 대역폭을 조절하거나 비례 이득을 조절하여야 하는 불편함을 없앨 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시 예에 의하면, 자속 제어기 없이도 동적 과변조 기법을 사용하여 유도 전동기로 인가되는 지령 전압의 크기를 조절함으로써 유도 전동기를 고속 운전 영역에서도 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 유도 전동기 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 유도 전동기 제어 시스템 내에서 자속을 생성하는 자속 제어기를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유도 전동기 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 지령 전압 보정부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시 예에 다른 유도 전동기 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 다른 유도 전동기 제어 시스템의 구성 및 유도 전동기를 제어하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 유도 전동기 제어 시스템은 교류 전원(102), 다이오드 정류부(103), PWM 인버터(104), 검출부(302), 제어부(301), 입력부(303), 지령 전류 산출부(306), 지령 전압 산출부(305), 지령 전압 보정부(304), 벡터 제어 시스템(307), 동작 절환부(308) 및 게이팅 신호 생성부(309)를 포함한다.
교류 전원(102)은 3상의 교류 전력을 유도 전동기(105)로 출력할 수 있다.
다이오드 정류부(103)는 교류 전원(102)으로부터 출력되는 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키고, 변환된 직류 전력을 PWM 인버터(104)로 출력할 수 있다. 변환된 직류 전력은 인덕터와 PWM 인버터(104)의 입력단에 구비된 커패시터를 통해 필터링되며, PWM 인버터(104)의 입력단에 있는 커패시터에 직류 전압(Vdc)를 저장한다.
PWM 인버터(104)는 게이팅 신호 생성부(309)를 통해 생성되는 게이팅 신호를 인가받고, 인가된 게이팅 신호에 따라 직류 전력을 교류 전력으로 변환하며, 변환된 교류 전력을 유도 전동기(105)로 출력한다.
유도 전동기(105)는 출력되는 교류 전력에 따라 운전될 수 있다.
검출부(302)는 유도 전동기(105)의 지령 토크(Te*) 및 출력 속도(Wm)를 검출할 수 있다. 출력 속도가 검출되면, 검출부(302)는 검출된 지령 토크 및 출력 속도에 대한 정보를 제어부(301)로 전송할 수 있다.
입력부(303)는 외부로부터 지령 자속(λdre*) 및 지령 속도(Wm*)를 수신할 수 있으며, 수신된 지령 자속 및 지령 속도를 제어부(301)로 전송할 수 있다.
제어부(301)는 게이팅 신호 생성부(309)로 인가되는 지령 전압을 검출할 수 있다. 제어부(301)는 검출된 지령 전압에 기초하여 동작 절환부(308)를 제어하여 게이팅 신호 생성에 필요한 새로운 지령 전압을 기 설정된 조건에 따라 선택할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(301)는 지령 전압에 기초하여 게이팅 신호 생성부(309)로 인가될 출력 전압을 기 설정된 조건에 따라 인가할 입력 수단으로 벡터 제어 시스템(307)과 지령 전압 보정부(304) 중에서 선택할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기 제어 시스템은 제어부(301)의 선택에 따라 벡터 제어 시스템(307)과 지령 전압 보정부(304) 중에서 기 설정된 조건에 따라 제어부(301)에 의해 선택된 입력 수단을 통해 지령 전압을 생성하고, 생성된 지령 전압을 게이팅 신호 생성부(309)로 전송할 수 있다. 더욱 상세하게, 제어부(301)는 게이팅 신호 생성부(309)로 인가되는 지령 전압을 검출할 수 있고, 검출된 지령 전압에 기초하여 기 설정된 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다.
기 설정된 조건의 예로, 지령 전압의 과변조 여부가 포함될 수 있다. 더욱 상세하게, 제어부(301)는 검출된 지령 전압이 인버터를 구동하기 위한 전압값인 인버터 구동 제한 전압값보다 작거나 같은지의 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 지령 전압을 생성하기 위한 수단을 선택할 수 있다.
제어부(301)에 의해 검출된 지령 전압이 기 설정된 인버터 구동 제한 전압값보다 작은 경우, 제어부(301)는 지령 전압을 생성하는 수단으로서 벡터 제어 시스템(307)을 선택할 수 있다. 지령 전압 생성 수단으로서 벡터 제어 시스템(307)이 선택되면, 유도 전동기 제어 시스템은 벡터 제어 시스템(307)을 통해 지령 전압을 생성하고, 생성된 지령 전압을 게이팅 신호 생성부(309)로 인가할 수 있다.
검출된 출력 전압이 기 설정된 인버터 구동 제한 전압값보다 큰 경우, 제어부(301)는 지령 전압을 생성하는 수단으로서 지령 전압 출력부를 선택할 수 있다. 지령 전압 출력부는 도 3의 지령 전압 보정부(304), 지령 전압 생성부(305), 지령 전류 산출부(306)를 포함할 수 있으며, 제어부(301)는 지령 전압을 생성하고 보정하는 수단으로서 지령 전류 산출부(306), 지령 전압 산출부(305) 및 지령 전압 보정부(304)를 선택할 수 있다. 지령 전압 생성 수단으로서 지령 전류 산출부(306), 지령 전압 산출부(305) 및 지령 전압 보정부(304)가 선택되면, 유도 전동기 제어 시스템은 지령 전류 산출부(306), 지령 전압 산출부(305) 및 지령 전압 보정부(304)를 통해 지령 전압을 생성하여 게이팅 신호 생성부(309)로 인가할 수 있다.
또한, 제어부(301)는 수신된 지령 자속, 지령 속도 및 검출된 지령 토크 및 출력 속도를 지령 전류 산출부(306) 또는 벡터 제어 시스템(307)으로 전송할 수 있다.
지령 전류 산출부(306)는 수신된 지령 자속, 지령 속도, 지령 토크 출력 속도에 기초하여 지령 전류를 산출할 수 있다. 지령 전류 산출부(306)는 산출된 지령 전류를 지령 전압 산출부(305)로 전송할 수 있다.
지령 전압 산출부(305)는 전송된 지령 전류에 기초하여 지령 전압을 생성할 수 있다. 지령 전압 산출부(305)는 생성된 지령 전압을 지령 전압 보정부(304)로 출력할 수 있다.
지령 전압 보정부(304)는 전송된 지령 전압을 기 설정된 전압 조건에 기초하여 일정 크기의 전압으로 보정할 수 있다. 더욱 상세하게, 지령 전압 보정부(304)는 전송된 지령 전압을 정격 전압의 크기보다 작거나 같은 크기의 전압으로 보정할 있다. 즉, 지령 전압 보정부(304)는 지령 전압 산출부(305)를 통해 생성되어 전송된 지령 전압을 게이팅 신호 생성부(309) 및 PWM 인버터(104)가 수신 및 제어 가능한 범위의 전압으로 보정할 수 있다.
게이팅 신호 생성부(309)는 제어부(301)의 선택에 따라 생성된 지령 전압에 기초하여 PWM 인버터(104)를 구동시키는 게이팅 신호를 생성할 수 있다. 게이팅 신호 생성부(309)는 생성된 게이팅 신호를 PWM 인버터(104)로 전송할 수 있다.
PWM 인버터(104)는 전송된 게이팅 신호에 따라 구동될 수 있다. 또한, PWM 인버터(104)는 전송된 게이팅 신호 및 전송되는 직류 전력을 이용하여 유도 전동기(105)의 속도(Wm)를 제어할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 지령 전류 산출부, 지령 전압 산출부 및 지령 전압 보정부의 구성 및 동작에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 유도 전동기 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
게이트 신호 생성부(도 3의 309)로 인가되는 지령 전압이 기 설정된 인버터 구동 제한 전압값보다 큰 것으로 판단된 경우, 제어부(301)는 동작 절환부(도 3의 308)를 통해 지령 전압을 생성하도록 하는 수단을 지령 전압 보정부(도 3의 304)로 선택할 수 있으며, 지령 전압 보정부(304)를 통해 지령 전압을 생성하는 방법이 도 4를 통해 설명할 지령 전압 생성 방법이다.
지령 전류 산출부(306)는 지령 토크, 지령 자속, 지령 속도 및 출력 속도에 기초하여 지령 전류를 산출할 수 있다. 더욱 상세하게, 지령 전류 산출부(306)는 제어부(도 3의 301)로부터 전송되는 유도 전동기(도 3의 105)의 지령 토크(Te*), 유도 전동기의 동기 좌표계 중 d축 고정자 지령 자속(idse*), 지령 속도 및 출력 속도에 기초하여 동기 좌표계 q축 고정자 지령 전류(iqse*) 및 d축 고정자 지령 전류(idse*)를 생성할 수 있으며, 생성된 q축 고정자 지령 전류 및 d축 고정자 지령 전류를 지령 전압 산출부(305)로 출력할 수 있다.
더욱 상세하게, 지령 전류 산출부(306)는 전송된 지령 자속(λdre*)을 자화 인덕턴스(Lm)로 나누는 방법을 통해 d축 고정자 지령 전류(idse* = λdre* / Lm)를 산출할 수 있다. 또한, 지령 전류 산출부(306)는 전송된 지령 자속(λdre*), 지령 토크(Te*), 자화 인덕턴스(Lm), 회전자 인덕턴스(Lr), 비례 상수(P)에 기초하여 q축 고정자 지령 전류(iqse* = Te* / (3/2 × P/2 × Lm/Lr × λdre*))를 산출할 수 있다.
지령 전류 산출부(306)는 산출된 d축 고정자 지령 전류(idse*) 및 q축 고정자 지령 전류(iqse*)를 동기 각속도 연산부(300)를 통해 지령 전압 산출부(305)로 전송할 수 있다. 또한, 지령 전류 산출부(306)는 제어부(도 3의 301)로부터 전송된 지령 속도(Wm*) 및 출력 속도(Wm)를 동기 각속도 연산부(300)로 전송할 수 있다.
지령 속도(Wm*) 및 출력 속도(Wm)가 전송되면, 동기 각속도 연산부(300)는 전송된 지령 속도(Wm*) 및 출력 속도(Wm)에 기초하여 지령 전압 산출을 위한 출력 각속도(We)를 연산할 수 있다. 동기 각속도 연산부(300)는 연산된 출력 각속도(We)와 전송된 d축 고정자 지령 전류(idse*) 및 q축 고정자 지령 전류(iqse*)를 지령 전압 산출부(305)로 전송할 수 있다.
지령 전압 산출부(305)는 전송된 출력 각속도(We), d축 고정자 지령 전류(idse*) 및 q축 고정자 지령 전류(iqse*)에 기초하여 게이팅 신호 생성부(도 3의 309)로 출력하기 위한 지령 전압을 산출할 수 있다. 더욱 상세하게, 지령 전압 산출부(305)는 출력 각속도(We) 및 q축 고정자 지령 전류(iqse*)에 기초하여 d축 고정자 지령 전압(Vdse* = -We × A × Ls × iqse*, A는 유도 전동기의 도전율, Ls는 고정자 인덕턴스)을 산출할 수 있다. 또한, 지령 전압 산출부(305)는 출력 각속도(We) 및 d축 고정자 지령 전류(idse*)에 기초하여 q축 고정자 지령 전압(Vqse* = We × Ls × idse*)를 산출할 수 있다. 지령 전압 산출부(305)는 산출된 q축 고정자 지령 전압(Vqse*) 및 d축 고정자 지령 전압(Vdse*)를 전압 변환부(310)를 통해 지령 전압 보정부(304)로 전송할 수 있다.
전압 변환부(310)는 전송된 각 동기 좌표계의 지령 전압(Vqse* 및 Vdse*)을 PWM 인버터(도 3의 104)를 제어하기 위한 3상의 지령 전압(Vas*, Vbs*, Vcs*)으로 변환할 수 있다. 전압 변환부(310)는 변환된 3상의 지령 전압(Vas*, Vbs*, Vcs*)을 지령 전압 보정부(304)로 전송할 수 있다.
지령 전압 보정부(304)는 전송된 3상의 지령 전압(Vas*, Vbs*, Vcs*)을 기 설정된 조건에 따라 보정할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 지령 전압 보정부를 통해 3상의 지령 전압을 동적 과변조 기법에 따라 보정하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 지령 전압 보정부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 지령 전압 보정부(도 4의 304)는 제1 전압 상쇄부(304A), 제2 전압 상쇄부(304B) 및 전압 합산부(304C)를 포함할 수 있다.
지령 전압 보정부(304)는 지령 전압 산출부(도 4의 305)를 통해 산출된 지령 전압의 크기를 PWM 인버터(도 3의 104)를 구동시키기 위한 구동 제한 전압값 이하의 전압값으로 보정할 수 있다. 더욱 상세하게, 지령 전압 보정부(304)는 산출된 지령 전압의 크기에 기초하여 3상의 지령 전압을 옵셋 전압(offset voltage)으로 변환할 수 있다. 이와 같이 변환된 옵셋 전압이 전술한 바와 같은 게이팅 신호 생성부(309) 및 PWM 인버터(104)가 수신 및 제어 가능한 범위의 전압, 즉 보정된 지령 전압이 된다.
더욱 상세하게, 전압 변환부(310)를 통해 변환된 3상의 지령 전압(Vas*, Vbs*, Vcs*)이 전송되면, 제1 전압 상쇄부(304A)는 3상의 지령 전압(Vas*, Vbs*, Vcs*)에 기초하여 기 설정된 기준 전압(도 3의 PWM 인버터의 입력단 전압, Vdc)을 3상의 지령 전압(Vas*, Vbs*, Vcs) 중 가장 큰 전압 값(Vmax)에서 가장 작은 전압 값(Vmin)을 뺀 값(Vmax ― Vmin)으로 나눈 제1 상쇄 전압값(Vdc / (Vmax ― Vmin))을 각 3상의 지령 전압(Vas*, Vbs*, Vcs*)에 곱한 제1 A상 상쇄 지령 전압(Vas* x Vdc / (Vmax ― Vmin)), 제1 B상 상쇄 지령 전압(Vbs* x Vdc / (Vmax ― Vmin)) 및 제1 C상 상쇄 지령 전압(Vcs* × Vdc / (Vmax ― Vmin))을 산출할 수 있다.
또한, 제2 전압 상쇄부(304B)는 전송된 3상의 지령 전압(Vas*, Vbs*, Vcs*)에 기초하여 기 설정된 기준 전압(Vdc)를 -2로 나눈 값(-Vdc/2)에 전압 최대값에 전압 최소값을 더한 값(Vmax + Vmin)을 곱하고 전압 최대값에 전압 최소값을 뺀 값(Vmax ― Vmin)을 나눈 제2 상쇄 전압값(-Vdc/2 × (Vmax + Vmin)/(Vmax ― Vmin))을 각 3상의 지령 전압(Vas*, Vbs*, Vcs)에 곱한 제2 A상 상쇄 지령 전압(Vas* × -Vdc/2 × (Vmax + Vmin)/(Vmax ― Vmin)), 제2 B상 상쇄 지령 전압(Vbs* × -Vdc/2 × (Vmax + Vmin)/(Vmax ― Vmin)) 및 제2 C상 상쇄 지령 전압(Vcs* × -Vdc/2 × (Vmax + Vmin)/(Vmax ― Vmin))을 산출할 수 있다.
제1 전압 상쇄부(304A)는 산출된 제1 A상 상쇄 지령 전압, 제1 B상 상쇄 지령 전압 및 제1 C상 상쇄 지령 전압을 전압 합산부(304C)로 전송할 수 있다. 또한, 제2 전압 상쇄부(304B)는 산출된 제2 A상 상쇄 지령 전압, 제2 B상 상쇄 지령 전압 및 제2 C상 상쇄 지령 전압을 전압 합산부(304C)로 전송할 수 있다.
제1 및 제2 A상 상쇄 지령 전압, 제1 및 제2 B상 상쇄 지령 전압, 제1 및 제2 C상 상쇄 지령 전압이 전송되면, 전압 합산부(304C)는 전송된 각 상쇄 지령 전압을 합산한 최종 A상 상쇄 지령 전압(Van* = Vas* × Vdc / (Vmax ― Vmin) + Vas* × -Vdc/2 × (Vmax + Vmin)/(Vmax ― Vmin)), 최종 B상 상쇄 지령 전압(Vbn* = Vbs* × Vdc / (Vmax ― Vmin) + Vbs* × -Vdc/2 × (Vmax + Vmin)/(Vmax ― Vmin)) 및 최종 C상 상쇄 지령 전압(Vcn* = Vcs* x Vdc / (Vmax ― Vmin) + Vcs* × -Vdc/2 × (Vmax + Vmin)/(Vmax ― Vmin))을 산출할 수 있다. 최종 A, B 및 C상 상쇄 지령 전압이 산출되면, 전압 합산부(304C)는 산출된 각 최종 상쇄 지령 전압(Van*, Vbn*, Vcn*)을 게이팅 신호 생성부(309)로 전송할 수 있다.
게이팅 신호 생성부(309)는 전송된 각 최종 상쇄 지령 전압(Van*, Vbn*, Vcn*)에 삼각파 발생기(미도시)로부터 출력되는 삼각파를 합산하여 PWM 인버터(104)를 구동시키는 게이팅 신호를 생성할 수 있고, 생성된 게이팅 신호를 PWM 인버터(104)로 인가할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 유도 전동기 제어 시스템의 제어 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전동기 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 유도 전동기(도 3의 105)를 제어하는 PWM 인버터(도 3의 104)가 구동된 후, 입력부(도 3의 303)는 외부로부터 유도 전동기(105)의 속도를 제어하도록 하는 지령 속도를 수신한다(S601). 지령 속도가 수신되면, 입력부(303)는 수신된 지령 속도를 제어부(도 3의 301)로 전송할 수 있다. 입력부(303)로부터 지령 속도가 전송되면, 제어부(301)는 수신된 지령 속도가 기 설정된 정격 속도(고속 운전 여부를 판단하는 기준이 되는 속도)보다 큰지 판단할 수 있다. 수신된 지령 속도가 기 설정된 정격 속도보다 작은 것으로 판단된 경우, 제어부(301)는 지령 속도를 저속 운전 지령 속도로 판단할 수 있다. 수신된 지령 속도가 기 설정된 정격 속도보다 크거나 같은 것으로 판단된 경우, 제어부(301)는 지령 속도를 고속 운전 지령 속도로 판단할 수 있다.
입력부(303)를 통해 수신된 지령 속도가 기 설정된 정격 속도보다 크거나 같은 것으로 판단되면, 제어부(301)는 이미 PWM 인버터(104)로 인가되는 지령 속도를 검출하고(S602), PWM 인버터(104)로 인가되는 지령 자속을 검출하며(S603), 검출부(도 4의 302)를 통해 현재 유도 전동기(105)의 출력 속도를 검출하고(S604), 유도 전동기 제어 시스템에 의해 산출되는 지령 전압을 검출한다(S605).
제어부(301)는 검출된 지령 전압의 과변조 여부를 판단한다(S606). 더욱 상세하게, 제어부(301)는 검출된 지령 전압이 기 설정된 인버터 구동 제한 전압값 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(301)는 검출된 지령 전압이 기 설정된 구동 제한 전압 값 범위 이내인지 여부를 판단한 결과에 따라 새로운 지령 속도에 대응하는 지령 전압을 생성하기 위한 수단을 벡터 제어 시스템(도 3의 307)과 지령 전압 보정부(304) 중에서 선택할 수 있다.
지령 전압이 과변조 상태가 아닌 것으로 판단되면, 제어부(301)는 벡터 제어 시스템(307)을 통해 벡터 제어 방법에 따라 지령 전압을 출력하도록 벡터 제어 시스템(307)을 제어한다(S607A).
지령 전압이 과변조 상태인 것으로 판단되면, 제어부(301)는 종래의 벡터 제어 시스템(307)이 아닌 지령 전압 보정부(304)를 제어하여 기 산출된 지령 전압의 과변조 상태를 보정한 지령 전압을 게이팅 신호 생성부(309)로 출력한다(S607B)
지령 전압이 출력되면, 게이팅 신호 생성부(309)는 출력된 지령 전압에 기초하여 PWM 인버터를 구동시키도록 하는 게이팅 신호를 생성한다(S608).
게이팅 신호가 생성되면, 게이팅 신호 생성부(309)는 생성된 게이팅 신호를 PWM 인버터(104)로 인가한다(S609).
이하, 도 7을 참조하여, 도 6에 도시된 지령 전압의 과변조 상태를 보정하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시 예에 다른 유도 전동기 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
제어부(301)에 의한 판단 결과 기 산출된 지령 전압이 과변조 상태인 것으로 판단되면, 제어부(301)는 지령 전류 산출부(도 3의 306)로 지령 자속 및 지령 속도를 지령 전류 산출부(도 3의 306)로 전송할 수 있다.
지령 자속 및 지령 속도가 전송되면, 지령 전류 산출부(306)는 지령 자속에 기초하여 지령 전류(예를 들면, d축 고정자 지령 전류 및 q축 고정자 지령 전류)를 산출한다(S610). 지령 전류가 산출되면, 지령 전류 산출부(306)는 동기 각속도 연산부(도 4의 300)을 통해 지령 속도를 지령 동기 각속도로 변환하고, 변환된 지령 동기 각속도 및 산출된 지령 전류를 지령 전압 산출부(305)로 전송할 수 있다.
지령 전류 및 지령 동기 각속도가 전송되면, 지령 전압 산출부(305)는 전송된 지령 동기 각속도 및 지령 전류에 기초하여 지령 전압(예를 들면, q축 고정자 지령 전압 및 d축 고정자 지령 전압)을 산출한다(S612). 지령 전압이 산출되면, 지령 전압 산출부(305)는 산출된 지령 전압을 전압 변환부(도 4의 310)을 통해 3상의 지령 전압(예를 들면, A상 지령 전압, B상 지령 전압 및 C상 지령 전압)으로 변환하고, 변환된 각 3상 지령 전압을 지령 전압 보정부(도 4의 304)로 전송할 수 있다.
3상의 지령 전압이 전송되면, 지령 전압 보정부(304)는 산출된 지령 전압을 인버터를 구동시킬 수 있는 인버터 구동 제한 전압 값 이하의 크기를 가지는 옵셋 전압으로 보정한다(S613). 3상의 지령 전압이 옵셋 전압으로 보정되면, 지령 전압 보정부(304)는 옵셋 전압을 보정된 지령 전압으로서 게이팅 신호 생성부(309)로 전송할 수 있다.
3상의 지령 전압이 옵셋 전압으로 보정되어 게이팅 신호 생성부(309)로 전송되면, 게이팅 신호 생성부(309)는 보정된 지령 전압에 기초하여 PWM 인버터(104)를 구동시키기 위한 게이팅 신호를 생성한다(S614).
게이팅 신호가 생성되면, 게이팅 신호 생성부(309)는 생성된 게이팅 신호를 PWM 인버터(104)로 인가한다(S615).
게이팅 신호가 인가되면, PWM 인버터(104)는 인가된 게이팅 신호에 기초하여 유도 전동기(105)를 기 입력된 지령 속도로 고속 운전할 수 있도록 제어한다(S616).
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (6)

  1. 유도 전동기를 기 설정된 속도 이상의 고속으로 운전하기 위한 지령 속도를 수신하는 입력부;
    상기 수신된 지령 속도에 기초하여 인버터를 구동시키기 위한 지령 전압을 생성하고, 상기 생성된 지령 전압을 상기 인버터로 출력하는 지령 전압 출력부;
    상기 인버터로 출력되는 지령 전압을 기 설정된 구동 제한 전압과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 생성된 지령 전압을 상기 기 설정된 구동 제한 전압 범위 이내로 보정하여 보정된 지령 전압을 출력하도록 상기 지령 전압 출력부를 제어하는 제어부; 및
    상기 보정된 지령 전압에 따라 상기 유도 전동기를 고속으로 제어하는 인버터를 포함하는
    유도 전동기 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인버터는 상기 보정된 지령 전압에 기초하여 상기 유도 전동기의 출력 자속을 조절하는 유도 전동기 제어 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지령 속도를 수신하고, 상기 수신된 지령 속도에 따라 지령 전압을 산출하며, 상기 산출된 지령 전압을 벡터 제어를 통해 보정하고, 상기 벡터 제어를 통해 보정된 지령 전압을 상기 인버터로 출력하는 벡터 제어 시스템을 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 인버터로 출력되는 지령 전압이 상기 기 설정된 구동 제한 전압보다 작은 것으로 판단되면, 상기 벡터 제어 시스템을 통해 출력되는 지령 전압을 상기 인버터로 통과시키고, 상기 지령 전압 출력부를 통해 출력되는 지령 전압을 차단시키는 유도 전동기 제어 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인버터로 출력되는 지령 전압이 상기 기 설정된 구동 제한 전압보다 큰 것으로 판단되면, 상기 벡터 제어 시스템을 통해 출력되는 지령 전압을 차단하고, 상기 지령 전압 출력부를 통해 출력되는 지령 전압을 상기 인버터로 통과시키는 유도 전동기 제어 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지령 전압 출력부는
    상기 제어부로부터 전송된 지령 자속, 지령 속도, 지령 토크 출력 속도에 기초하여 지령 전류를 산출하는 지령 전류 산출부;
    상기 지령 전류 산출부로부터 전송된 지령 전류에 기초하여 지령 전압을 생성하는 지령 전압 산출부; 및
    상기 지령 전압 산출부로부터 전송된 지령 전압을 옵셋 전압으로 변환하고 상기 옵셋 전압을 상기 보정된 지령 전압으로 출력하는 지령 전압 보정부를 포함하는 유도 전동기 제어 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 수신된 지령 속도가 기 설정된 정격 속도보다 작으면 상기 수신된 지령 속도를 저속 운전 지령 속도로 판단하고, 상기 수신된 지령 속도가 기 설정된 정격 속도보다 크거나 같으면 상기 수신된 지령 속도를 고속 운전 지령 속도로 판단하는 유도 전동기 제어 시스템.
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