KR20180026070A - Driving device for dual parallel motors - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a driving apparatus for a double parallel motor which achieves miniaturization, low cost, extended service life, and high power density of a power conversion system by eliminating a DC-link capacitor. The driving apparatus for a double parallel motor comprises: a rectifier including a plurality of bidirectional switches and electrically connecting a three-phase AC power source to a fictitious DC-link through at least a part of the plurality of bidirectional switches; and an inverter including a plurality of unidirectional switches and electrically connecting the fictitious DC-link to a double parallel motor through at least a part of the plurality of unidirectional switches.

Description

이중 병렬 전동기의 구동 장치{DRIVING DEVICE FOR DUAL PARALLEL MOTORS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a driving apparatus for a dual parallel motor,

본 발명은 이중 병렬 전동기의 구동 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a driving apparatus for a dual parallel electric motor.

이중 전동기 구동 시스템의 기본적인 형태는 직류단(DC-Link)을 공유하는 2 개의 인버터에 각각 전동기가 연결되는 것이다. 2 개의 인버터는 직류단 전압을 요구되는 주파수 및 크기의 교류 전압으로 변환하여 독립적으로 전동기를 제어한다. 이러한 2 개의 인버터를 이용하는 이중 전동기 구동 시스템은 크기와 비용 문제를 야기하므로, 1 개의 인버터를 이용하는 이중 전동기 구동 시스템이 다양한 형태로 제안되고 있다.The basic form of a dual motor drive system is that each motor is connected to two inverters sharing a DC link (DC link). The two inverters control the motor independently by converting the DC voltage to an AC voltage of the required frequency and magnitude. Since a dual motor drive system using these two inverters causes size and cost problems, a dual motor drive system using one inverter has been proposed in various forms.

1 개의 인버터를 이용하는 이중 전동기 구동 시스템은 9-스위치 인버터, 4-레그 인버터, 5-레그 인버터, 2-레벨 인버터 등의 다양한 토폴로지로 구성될 수 있다.A dual motor drive system using one inverter can be composed of various topologies such as a 9-switch inverter, a 4-leg inverter, a 5-leg inverter, and a 2-level inverter.

9-스위치 인버터는 3 개의 레그를 가지며, 각 레그는 3 개의 스위치로 구성된다. 이러한 인버터는 독립적인 2 개의 3 상 교류 출력 전압을 생성할 수 있으며, 각 출력은 레그의 상단 스위치와 중간 스위치, 하단 스위치와 중간 스위치 사이에서 출력된다. 또한 두 대의 전동기는 각각 레그의 다른 출력선과 연결된다(비특허문헌 1).The 9-switch inverter has three legs, each leg consisting of three switches. These inverters can generate two independent three-phase AC output voltages, each output being output between the upper and middle switches of the legs, and between the lower and middle switches. In addition, the two motors are respectively connected to the other output lines of the legs (Non-Patent Document 1).

4-레그 인버터는 8 개의 스위치를 사용하고, 직류단의 중성단을 이용하여 2 개의 3 상 교류 출력 전압을 생성할 수 있다. 두 대의 전동기는 각각 4-레그 인버터의 두 레그와 연결되며, 두 전동기의 나머지 한 상은 직류단의 중성단에 공통으로 연결된다(비특허문헌 2).The four-leg inverter uses eight switches and can generate two three-phase ac output voltages using the neutral stage of the dc stage. Two motors are connected to two legs of the four-leg inverter, and the other phase of the two motors is commonly connected to the neutral stage of the dc stage (Non-Patent Document 2).

5-레그 인버터는 10 개의 스위치를 사용하고, 공통 레그를 이용하여 2 개의 3 상 교류 출력 전압을 생성할 수 있다. 두 대의 전동기는 각각 2 개의 레그와 연결되며 남은 한 상은 공통 레그에 연결된다(비특허문헌 3).The five-leg inverter uses ten switches and can generate two three-phase ac output voltages using common legs. Two motors are connected to two legs respectively and the remaining phase is connected to a common leg (Non-Patent Document 3).

상술한 3 개의 토폴로지는 스위치의 개수를 줄이면서 두 대의 전동기를 독립적으로 구동할 수 있다. 하지만, 스위치의 개수가 감소하면서 이중 전동기 제어 시 발생하는 제약과 출력의 왜곡을 고려한 일반적이지 않은 제어 방법이 사용된다. 또한, 이러한 토폴로지들은 2-레벨 인버터를 변형한 형태이므로 대량 생산하기에 부적합하다는 단점을 갖는다.The three topologies described above can drive two motors independently while reducing the number of switches. However, when the number of switches is reduced, a non-general control method considering the constraint and the distortion of the output caused by the dual motor control is used. In addition, these topologies have the disadvantage that they are not suitable for mass production because they are modified versions of two-level inverters.

일반적인 2-레벨 인버터를 사용하는 이중 전동기 구동 시스템은 두 대의 전동기를 어떠한 구조로 인버터와 연결하는지에 따라 전동기의 구동 특성이 달라진다. 이중 전동기를 직렬 구조로 연결한 시스템의 경우, 두 전동기의 한 상은 직접 연결된다. 이러한 시스템에서 두 대의 전동기는 각각 다른 속도로 동작할 수 있으며 다른 부하 조건하에서 운전될 수 있다. 하지만, 각 전동기의 전류를 고조파로 포함하여 토크 성분에 맥동이 발생한다(비특허문헌 4).In a dual-motor drive system using a general two-level inverter, the driving characteristics of the motor vary depending on how the two motors are connected to the inverter. In the case of a system in which two motors are connected in series, one phase of two motors is directly connected. In this system, the two motors can operate at different speeds and can be operated under different load conditions. However, pulsation occurs in the torque component including the current of each motor as a harmonic (Non-Patent Document 4).

이중 전동기를 병렬 구조로 연결한 시스템의 경우, 두 전동기는 2-레벨 인버터와 병렬로 연결된다. 이러한 시스템에서 두 대의 전동기는 동기 속도로 구동되며 다른 부하 조건하에서 운전될 수 있다(비특허문헌 5).In a system in which two motors are connected in parallel, two motors are connected in parallel with the two-level inverter. In such a system, two motors are driven at synchronous speeds and can be operated under different load conditions (Non-Patent Document 5).

전술한 이중 전동기 구동 시스템들은 직류단 커패시터를 포함하는 전력변환장치를 이용한다. 전해 커패시터는 입력단과 출력단 사이에서 전력전달의 완충적인 역할을 하기 때문에 필요로 하는 전력을 모두 수용하기 위해서는 대용량이어야 한다. 이에 따라, 전해 커패시터는 많은 공간을 필요로 할 뿐만 아니라, 고온 운전 시 동작시간에 따라 정전 용량의 급격한 감소로 인해 전체 전력변환 시스템의 수명을 단축시키는 주요 요인으로 알려져 있다. 이에 따라 직류단 커패시터는 전력변환시스템의 소형화, 저가격화, 수명을 저해하는 요소가 된다.The above-mentioned double-motor drive systems use a power conversion device including a DC short-circuit capacitor. Electrolytic capacitors act as a buffer for power transfer between input and output, so they must be large enough to accommodate all the power they need. Therefore, not only the electrolytic capacitor requires a lot of space, but also it is known that it is a main factor that shortens the lifetime of the entire power conversion system due to the rapid decrease of the capacitance according to the operating time at the high temperature operation. As a result, the DC short-circuit capacitor is an element that hinders downsizing, cost reduction, and service life of the power conversion system.

F. Gao, L. Zhang, D. Li, P. C. Loh, Y. Tang, and H. Gao, "Optimal pulsewidth modulation of nine-switch converter," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 25, No. 9, pp. 2331-2343, Sep. 2010. F. Gao, L. Zhang, D. Li, P. C. Loh, Y. Tang, and H. Gao, "Optimal Pulse Width Modulation of the Nine-Switch Converter," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 25, No. 9, pp. 2331-2343, Sep. 2010. S. Ito, T. Moroi, Y. Kubo, and K. Matsuse, "Independent control of two permanent-magnet synchronous motors fed by a four-leg inverter," IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 51, No. 1, pp. 753-760, Jan.-Feb. 2015. S. Ito, T. Moroi, Y. Kubo, and K. Matsuse, "Independent control of two permanent-magnet synchronous motors fed by a four-leg inverter," IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 51, No. 1, pp. 753-760, Jan.-Feb. 2015. C. S. Lim, N. A. Rahim, W. P. Hew, and E. Levi, "Model predictive control of a two-motor drive with five-leg-inverter supply," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 60, No. 1, pp. 54-65, Jan. 2013. C. S. Lim, N. A. Rahim, W. P. Hew, and E. Levi, "Model predictive control of a two-motor drive with five-leg-inverter supply," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 60, No. 1, pp. 54-65, Jan. 2013. Y. Kim and J.-I. Ha, "Novel topology and control of single inverter system for two permanent magnet synchronous machines," in Proc. APEC Conf., pp. 833-837, Mar. 2014. Y. Kim and J.-I. Ha, "Novel topology and control of single inverter system for two permanent magnet synchronous machines," in Proc. APEC Conf., Pp. 833-837, Mar. 2014. Y. Lee and J.-I. Ha, "Control method for mono inverter dual parallel surface-mounted permanent-magnet synchronous machine drive system," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 62, No. 10, pp. 6096-6107, Oct. 2015. Y. Lee and J.-I. Ha, "Control method for mono inverter dual parallel surface-mounted permanent-magnet synchronous machine drive system," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 62, No. 10, pp. 6096-6107, Oct. 2015.

해결하고자 하는 기술적 과제는, 직류단 커패시터가 제거되어 전력변환시스템의 소형화, 저비용화, 연장된 수명, 높은 전력밀도를 달성하면서, 이에 대한 구체적인 제어 시스템을 제시하는 이중 병렬 전동기의 구동 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION A technical problem to be solved is to provide a driving apparatus for a dual-parallel electric motor which achieves miniaturization, low cost, extended service life and high power density of a power conversion system by eliminating a DC short capacitor, There is.

본 발명의 한 실시예에 따른 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 복수의 양방향 스위치를 포함하고, 3 상 교류 전원을 상기 복수의 양방향 스위치 중 적어도 일부를 통해서 가상 직류단(fictitious DC-Link)과 전기적으로 연결하는 정류기; 및 복수의 단방향 스위치를 포함하고, 상기 가상 직류단을 상기 복수의 단방향 스위치 중 적어도 일부를 통해서 이중 병렬 전동기와 전기적으로 연결하는 인버터를 포함할 수 있다.A driving apparatus for a dual parallel motor according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of bidirectional switches, and a three-phase AC power source is electrically connected to a fictitious DC-Link through at least a part of the plurality of bidirectional switches, ; And an inverter that includes a plurality of unidirectional switches and electrically connects the virtual direct current stage with the bi-parallel electric motor through at least a part of the plurality of unidirectional switches.

상기 복수의 양방향 스위치는 제1 상단 양방향 스위치, 제1 하단 양방향 스위치, 제2 상단 양방향 스위치, 제2 하단 양방향 스위치, 제3 상단 양방향 스위치, 및 제3 하단 양방향 스위치를 포함하고, 상기 제1 상단 양방향 스위치 및 상기 제1 하단 양방향 스위치는 직렬로 연결되어 제1 정류기 레그에 대응되고, 상기 제2 상단 양방향 스위치 및 상기 제2 하단 양방향 스위치는 직렬로 연결되어 제2 정류기 레그에 대응되고, 상기 제3 상단 양방향 스위치 및 상기 제3 하단 양방향 스위치는 직렬로 연결되어 제3 정류기 레그에 대응될 수 있다.The plurality of bidirectional switches including a first upper bidirectional switch, a first lower bidirectional switch, a second upper bidirectional switch, a second lower bidirectional switch, a third upper bidirectional switch, and a third lower bidirectional switch, The bidirectional switch and the first lower-end bidirectional switch are connected in series to correspond to the first rectifier leg, the second upper bidirectional switch and the second lower-end bidirectional switch are connected in series to correspond to the second rectifier leg, The three upper bidirectional switches and the third lower bidirectional switches may be connected in series to correspond to the third rectifier legs.

상기 복수의 단방향 스위치는 제1 상단 단방향 스위치, 제1 하단 단방향 스위치, 제2 상단 단방향 스위치, 제2 하단 단방향 스위치, 제3 상단 단방향 스위치, 및 제3 하단 단방향 스위치를 포함하고, 상기 제1 상단 단방향 스위치 및 제1 하단 단방향 스위치는 직렬로 연결되어 제1 인버터 레그에 대응되고, 상기 제2 상단 단방향 스위치 및 제2 하단 단방향 스위치는 직렬로 연결되어 제2 인버터 레그에 대응되고, 상기 제3 상단 단방향 스위치 및 제3 하단 단방향 스위치는 직렬로 연결되어 제3 인버터 레그에 대응될 수 있다.Wherein the plurality of unidirectional switches comprises a first upper unidirectional switch, a first lower unidirectional switch, a second upper unidirectional switch, a second lower unidirectional switch, a third upper unidirectional switch, and a third lower unidirectional switch, The first unidirectional switch and the first lower unidirectional switch are connected in series to correspond to the first inverter leg, the second upper unidirectional switch and the second lower unidirectional switch are connected in series to correspond to the second inverter leg, The unidirectional switch and the third lower unidirectional switch may be connected in series to correspond to the third inverter leg.

상기 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 상기 인버터와 상기 이중 병렬 전동기의 주 전동기 사이에 위치하는 제1 전류 센서를 더 포함할 수 있다.The driving device of the double parallel motor may further include a first current sensor disposed between the inverter and the main electric motor of the double parallel electric motor.

상기 전류 센서는 션트 저항(Shunt resistor)일 수 있다.The current sensor may be a shunt resistor.

상기 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 상기 3 상 교류 전원과 상기 정류기 사이에 위치하는 제2 전류 센서를 더 포함할 수 있다.The driving device of the double parallel-type motor may further include a second current sensor positioned between the three-phase AC power source and the rectifier.

상기 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 상기 제2 전류 센서로부터 검출된 입력 상 전류를 dq축 좌표로 변환하는 제1 dq 좌표 변환부; 및 좌표 변환된 상기 입력 상 전류의 벡터인 입력 전류 벡터의 위상각 및 제1 벡터 다이어그램에서의 위치 영역을 도출하는 입력 전류 벡터 위치 검출부를 더 포함할 수 있다.The driving apparatus of the double parallel-arm motor includes: a first dq coordinate transforming unit for transforming the input phase current detected by the second current sensor into dq axis coordinates; And an input current vector position detector for deriving the phase angle of the input current vector, which is a vector of the input phase current converted by the coordinate transformation, and the positional area in the first vector diagram.

상기 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 상기 입력 전류 벡터의 위상각 및 위치 영역에 따라 상기 복수의 양방향 스위치 중 2 개의 양방향 스위치의 듀티비를 계산하는 듀티비 계산부를 더 포함할 수 있다.The driving apparatus of the double parallel-type motor may further include a duty ratio calculating unit for calculating a duty ratio of two bidirectional switches among the plurality of bidirectional switches according to a phase angle and a position area of the input current vector.

상기 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 입력 선간 전압의 크기와 상기 듀티비를 이용하여 가상 직류단 전압을 계산하는 가상 직류단 전압 계산부를 더 포함할 수 있다.The driving apparatus of the double parallel type motor may further include a virtual DC voltage calculation unit for calculating a virtual DC voltage using the magnitude of the input line voltage and the duty ratio.

상기 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 상기 이중 병렬 전동기의 주 전동기와 부 전동기의 회전속도 차이 및 위상각 차이를 이용하여 출력측 d축 지령 전류를 계산하는 출력측 d축 지령 전류 계산부; 상기 주 전동기의 센싱된 회전속도와 지령 속도의 차이를 이용하여 출력측 q축 지령 전류를 계산하는 출력측 q축 지령 전류 계산부를 더 포함할 수 있다.The driving apparatus for a dual parallel motor includes an output side d-axis command current calculator for calculating an output d-axis command current by using a rotational speed difference and a phase angle difference between a main motor and a sub motor of the dual parallel motor; And an output-side q-axis command current calculator for calculating an output-side q-axis command current using the difference between the sensed rotational speed of the main motor and the command speed.

상기 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 상기 제1 전류 센서로부터 검출된 출력 상 전류를 dq축 좌표로 변환하는 제2 dq 좌표 변환부; 및 좌표 변환된 상기 출력 상 전류와 상기 출력측 d축 지령 전류 및 상기 출력측 q축 지령 전류의 차이 및 위상각 정보를 이용하여 출력측 지령 전압을 계산하는 출력측 지령 전압 계산부를 더 포함할 수 있다.The driving apparatus of the double parallel-arm motor includes: a second dq coordinate converter for converting the output phase current detected by the first current sensor into dq axis coordinates; And an output side command voltage calculation unit for calculating an output side command voltage using the difference between the coordinate of the output phase current, the output side d axis command current and the output side q axis command current and the phase angle information.

상기 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 상기 듀티비를 이용하여 정류기 변조 신호를 생성하는 변조 신호 생성부를 더 포함할 수 있다.The driving apparatus of the double parallel-type motor may further include a modulated signal generating unit for generating a rectified modulated signal using the duty ratio.

상기 변조 신호 생성부는 상기 출력측 지령 전압, 상기 듀티비, 및 상기 가상 직류단 전압을 이용하여 인버터 변조 신호를 생성할 수 있다.The modulation signal generator may generate an inverter modulation signal using the output side command voltage, the duty ratio, and the virtual DC voltage.

상기 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 상기 정류기 변조 신호를 반송파와 비교하여 정류기 PWM 신호를 생성하고, 상기 인버터 변조 신호를 반송파와 비교하여 인버터 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성부를 더 포함할 수 있다.The driving device of the double parallel-type motor may further include a PWM signal generator for generating a rectifier PWM signal by comparing the rectified modulated signal with a carrier wave and for comparing the inverter modulated signal with a carrier wave to generate an inverter PWM signal.

상기 정류기 PWM 신호를 이용하여 상기 복수의 양방향 스위치를 제어하고, 상기 인버터 PWM 신호를 이용하여 상기 복수의 단방향 스위치를 제어하는 게이트 드라이버를 더 포함할 수 있다.And a gate driver controlling the plurality of bidirectional switches using the rectifier PWM signal and controlling the plurality of unidirectional switches using the inverter PWM signal.

본 발명에 따른 이중 병렬 전동기의 구동 장치는, 직류단 커패시터가 제거되어 전력변환시스템의 소형화, 저비용화, 연장된 수명, 높은 전력밀도를 달성하면서, 이에 대한 구체적인 제어 시스템을 제시할 수 있다.The driving apparatus for a double parallel-type motor according to the present invention can provide a specific control system for the power conversion system while achieving miniaturization, low cost, extended service life and high power density of the power conversion system by eliminating the DC short-circuit capacitor.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이중 병렬 전동기의 구동 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이중 병렬 전동기의 구동 장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 정류기에 대한 제어 방법을 설명하기 위한 공간 벡터도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 인버터에 대한 제어 방법을 설명하기 위한 공간 벡터도이다.
1 is a view for explaining a driving apparatus for a dual parallel motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a control system of a driving apparatus for a dual parallel motor according to an embodiment of the present invention.
3 is a space vector diagram for explaining a control method for a rectifier according to an embodiment of the present invention.
4 is a space vector diagram for explaining a control method for an inverter according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 따라서 앞서 설명한 참조 부호는 다른 도면에서도 사용할 수 있다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification. Therefore, the above-mentioned reference numerals can be used in other drawings.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 크기 및 두께를 과장되게 나타낼 수 있다.In addition, since the sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings. In the drawings, the size and thickness may be exaggerated to clearly represent the layers and regions.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이중 병렬 전동기의 구동 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a driving apparatus for a dual parallel motor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 이중 병렬 전동기의 구동 장치(10)는 정류기(100) 및 인버터(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a driving apparatus 10 for a double parallel motor according to an embodiment of the present invention includes a rectifier 100 and an inverter 300.

정류기(100)는 복수의 양방향 스위치를 포함하고, 3 상 교류 전원(90)을 복수의 양방향 스위치 중 적어도 일부를 통해서 가상 직류단(fictitious DC-Link)(200)과 전기적으로 연결한다.The rectifier 100 includes a plurality of bidirectional switches and electrically connects the three-phase AC power source 90 with a fictitious DC-Link 200 through at least a part of a plurality of bidirectional switches.

복수의 양방향 스위치는 제1 상단 양방향 스위치(SaP, SaP'), 제1 하단 양방향 스위치(SaN, SaN'), 제2 상단 양방향 스위치(SbP, SbP'), 제2 하단 양방향 스위치(SbN, SbN'), 제3 상단 양방향 스위치(ScP, ScP'), 및 제3 하단 양방향 스위치(ScN, ScN')를 포함할 수 있다. 복수의 양방향 스위치는 12 개의 단방향 스위치(IGBT)와 역병렬 다이오드의 조합으로 구성된 6 개의 양방향 스위치를 포함할 수 있다.A plurality of two-way switch comprises a top first two-way switch (S aP, S aP ') , a first bottom of a two-way switch (S aN, S aN') , the second upper-way switch (S bP, S bP ') , the second lower Directional switch S bN , S bN ', a third upper bidirectional switch S cP , S cP ', and a third lower bidirectional switch S cN , S cN '. The plurality of bidirectional switches may include six bidirectional switches each consisting of a combination of twelve unidirectional switches (IGBTs) and anti-parallel diodes.

제1 상단 양방향 스위치(SaP, SaP') 및 제1 하단 양방향 스위치(SaN, SaN')는 직렬로 연결되어 제1 정류기 레그에 대응되고, 제2 상단 양방향 스위치(SbP, SbP') 및 제2 하단 양방향 스위치(SbN, SbN')는 직렬로 연결되어 제2 정류기 레그에 대응되고, 제3 상단 양방향 스위치(ScP, ScP') 및 제3 하단 양방향 스위치(ScN, ScN')는 직렬로 연결되어 제3 정류기 레그에 대응될 수 있다.The top of the bidirectional switch 1 (S aP, S aP ' ) and a first bottom of a two-way switch (S aN, S aN') are connected in series and corresponding to the first rectifier leg, second upper two-way switch (S bP, S bP ') and a second lower end two-way switch (S bN, S bN') are connected in series and corresponding to the second rectifier leg, and the third upper-way switch (S cP, S cP ') and the third lower-way switch ( S cN , S cN ') may be connected in series to correspond to the third rectifier leg.

가상 직류단(200)은 종래 기술들에서 직류단 커패시터가 위치하던 부분을 의미한다. 즉, 본 발명의 한 실시예에 따른 이중 병렬 전동기의 구동 장치(10)는 종래 기술들과 달리 직류단 커패시터가 제거되었기 때문에, 가상 직류단(200)은 정류기(100)의 출력단과 인버터(300)의 입력단 사이를 연결하는 도선과 같은 형태를 갖는다. 가상 직류단(200)의 전압은 계산되어 변조 신호 생성에 이용될 수 있는 데 이에 대해서는 도 2를 참조하여 상세히 후술한다.The virtual DC stage 200 refers to the portion where the DC short capacitor is located in the prior art. That is, since the dc capacitor is removed from the driving apparatus 10 of the double parallel-type motor according to the embodiment of the present invention, the virtual dc stage 200 is connected between the output terminal of the rectifier 100 and the inverter 300 And the input terminal of the inverter circuit. The voltage of the virtual DC terminal 200 can be calculated and used for generating a modulated signal, which will be described later in detail with reference to FIG.

3 상 교류 전원(90)은 입력 상 전압(Va, Vb, Vc) 및 입력 상 전류(Ia, Ib, Ic)로 모델링될 수 있고, 전압 및 전류 리플(ripple)을 제거하기 위해서 필터부(Lf, Cf)를 통과할 수 있다. 필터링된 3 상 교류 전원(90)은 복수의 양방향 스위치의 온오프 상태에 따라 형성된 전류 경로에 따라 가상 직류단(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 양방향 스위치의 온오프 제어에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 후술한다.The three-phase AC power source 90 can be modeled with input phase voltages V a , V b , and V c and input phase currents I a , I b , and I c to eliminate voltage and current ripple The filter units L f and C f . The filtered three-phase AC power source 90 may be electrically connected to the virtual DC terminal 200 according to the current path formed according to the on / off states of the plurality of bidirectional switches. The ON / OFF control of a plurality of bidirectional switches will be described later in detail with reference to Fig.

인버터(300)는 복수의 단방향 스위치를 포함하고, 가상 직류단(200)을 복수의 단방향 스위치 중 적어도 일부를 통해서 이중 병렬 전동기와 전기적으로 연결한다.The inverter 300 includes a plurality of unidirectional switches, and electrically connects the virtual DC terminal 200 to at least one of the plurality of unidirectional switches with the bi-parallel motor.

복수의 단방향 스위치는 제1 상단 단방향 스위치(SAP), 제1 하단 단방향 스위치(SAN), 제2 상단 단방향 스위치(SBP), 제2 하단 단방향 스위치(SBN), 제3 상단 단방향 스위치(SCP), 및 제3 하단 단방향 스위치(SCN)를 포함할 수 있다.The plurality of unidirectional switches includes a first upper unidirectional switch S AP , a first lower unidirectional switch S AN , a second upper unidirectional switch S BP , a second lower unidirectional switch S BN , (S CP ), and a third lower unidirectional switch (S CN ).

제1 상단 단방향 스위치(SAP) 및 제1 하단 단방향 스위치(SAN)는 직렬로 연결되어 제1 인버터 레그에 대응되고, 제2 상단 단방향 스위치(SBP) 및 제2 하단 단방향 스위치(SBN)는 직렬로 연결되어 제2 인버터 레그에 대응되고, 제3 상단 단방향 스위치(SCP) 및 제3 하단 단방향 스위치(SCN)는 직렬로 연결되어 제3 인버터 레그에 대응될 수 있다.The first upper unidirectional switch S AP and the first lower unidirectional switch S AN are connected in series to correspond to the first inverter leg and the second upper unidirectional switch S BP and the second lower unidirectional switch S BN May be connected in series to correspond to the second inverter legs, and the third upper unidirectional switch S CP and the third lower unidirectional switch S CN may be connected in series to correspond to the third inverter leg.

이중 병렬 전동기는 서로 병렬로 연결된 주 전동기(410) 및 부 전동기(420)를 포함할 수 있다. 주 전동기(410) 및 부 전동기(420)의 각각의 A 상은 제1 인버터 레그에 연결되어 각각에 출력 상 전류(IA1, IA2)가 흐를 수 있고, 주 전동기(410) 및 부 전동기(420)의 각각의 B 상은 제2 인버터 레그에 연결되어 각각에 출력 상 전류(IB1, IB2)가 흐를 수 있고, 주 전동기(410) 및 부 전동기(420)의 각각의 C 상은 제3 인버터 레그에 연결되어 각각에 출력 상 전류(IC1, IC2)가 흐를 수 있다.The dual parallel motors may include a main electric motor 410 and a sub electric motor 420 connected in parallel with each other. The phase A of each of the main electric motor 410 and the sub electric motor 420 is connected to the first inverter leg so that the output phase currents I A1 and I A2 can flow through the primary inverter 410 and the secondary electric motor 420, And the phase C of each of the main electric motor 410 and the sub electric motor 420 is connected to the second inverter leg so that the output phase currents I B1 and I B2 can flow through the third inverter legs, And the output phase currents (I C1 , I C2 ) can flow through each of them.

전류 측정을 위해서, 이중 병렬 전동기의 구동 장치(10)는 인버터(300)와 주 전동기(410) 사이에 위치하는 제1 전류 센서(310)를 포함할 수 있는데, 이때 제1 전류 센서(310)는 션트 저항(Shunt resistor)(RA, Shunt, RB, Shunt)일 수 있다(도 2 참조). 션트 저항(RA, Shunt, RB, Shunt)을 이용한 전류 측정은 시스템의 비용을 더 감소시킬 수 있는 점에서 장점이 있다.The drive device 10 of the bi-parallel motor may include a first current sensor 310 located between the inverter 300 and the main motor 410, wherein the first current sensor 310, May be a shunt resistor (R A, Shunt , R B, Shunt ) (see FIG. 2). Current measurement using a shunt resistor (R A, Shunt , R B, Shunt ) is advantageous in that it can further reduce the cost of the system.

주 전동기(410) 및 부 전동기(420)는 각각 표면 부착형 영구자석 동기 전동기(Surface-mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor, SPMSM)일 수 있다. 주 전동기(410) 및 부 전동기(420)로서 기타 다양한 영구자석형 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor)가 채용될 수 있다.The main electric motor 410 and the sub electric motor 420 may be surface-mounted permanent-magnet synchronous motors (SPMSM), respectively. Various other permanent magnet synchronous motors may be employed as the main electric motor 410 and the sub electric motor 420.

주 전동기(410) 및 부 전동기(420)는 동기 속도로 구동되며, 각각 다른 토크를 출력할 수 있다.The main electric motor 410 and the sub electric motor 420 are driven at a synchronous speed and can output different torques, respectively.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이중 병렬 전동기의 구동 장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a control system of a driving apparatus for a dual parallel motor according to an embodiment of the present invention.

직류단에 커패시터를 포함하는 백투백(Back-to-Back) 컨버터는 정류단과 인버터단을 별도로 제어할 수 있다. 예를 들어, 계통연계 인버터의 계통 측 인버터는 직류단 전압을 일정하게 유지하며, 전원 측 정류단은 적절한 전력을 제어할 수 있다. 그러나 직류단 커패시터가 없는 영구자석 동기전동기의 이중 병렬 구동 시스템은 직류단 커패시터의 부재로 인해 좀 더 안정적인 부하가 요구되며, 낮은 동적응답 특성을 갖는다. 따라서 입력과 출력의 제어를 통해 안정적인 제어 시스템을 개발해야할 필요가 있다. 직류단 커패시터가 없는 영구자석 동기전동기의 이중 병렬 구동 시스템은 부하에 관계없이 고품질의 3상 전압 및 전류를 생성해야 한다.A back-to-back converter including a capacitor in a DC stage can separately control the rectification stage and the inverter stage. For example, the grid side inverter of the grid-connected inverter maintains the DC voltage constant and the power side rectifier can control the appropriate power. However, the double parallel drive system of a permanent magnet synchronous motor without a DC capacitor requires a more stable load due to the absence of a DC capacitor and has a low dynamic response characteristic. Therefore, it is necessary to develop a stable control system through control of input and output. Dual parallel drive systems of permanent magnet synchronous motors without dc capacitors must produce high quality three-phase voltage and current, regardless of load.

도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 이중 병렬 전동기의 구동 장치(10)는 정류기(100), 인버터(300), 제1 전류 센서(310), 제2 전류 센서(110), 제1 dq 좌표 변환부(120), 입력 전류 벡터 위치 검출부(130), 듀티비 계산부(140), 가상 직류단 전압 계산부(150), 출력측 d축 지령 전류 계산부(330), 출력측 q축 지령 전류 계산부(340), 제2 dq 좌표 변환부(320), 출력측 지령 전압 계산부(350), 변조 신호 생성부(510), PWM 신호 생성부(520), 및 게이트 드라이버(530)를 포함할 수 있다.2, a driving apparatus 10 for a dual parallel motor according to an exemplary embodiment of the present invention includes a rectifier 100, an inverter 300, a first current sensor 310, a second current sensor 110, A first dq coordinate conversion unit 120, an input current vector position detection unit 130, a duty ratio calculation unit 140, a virtual DC voltage calculation unit 150, an output d axis current calculation unit 330, A second dq coordinate transformation unit 320, an output side command voltage calculation unit 350, a modulation signal generation unit 510, a PWM signal generation unit 520, and a gate driver 530. The axis command current calculation unit 340, . ≪ / RTI >

제1 전류 센서(310)는 인버터(300)와 이중 병렬 전동기의 주 전동기(410) 사이에 위치할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 전류 센서(310)는 션트 저항을 포함할 수 있다.The first current sensor 310 may be located between the inverter 300 and the main motor 410 of the bi-parallel motor. As described above, the first current sensor 310 may include a shunt resistor.

제2 전류 센서(110)는 3 상 교류 전원(90)과 정류기(100) 사이에 위치할 수 있다. 제2 전류 센서(110)는 입력 상 전류(Ia, Ib, Ic)를 측정하여 제1 dq 좌표 변환부(120)로 센싱 값을 전달할 수 있다.The second current sensor 110 may be positioned between the three-phase AC power source 90 and the rectifier 100. The second current sensor 110 may measure the input phase currents I a , I b , and I c and transmit the sensing value to the first dq coordinate converter 120.

제1 dq 좌표 변환부(120)는 제2 전류 센서(110)로부터 검출된 입력 상 전류(Ia, Ib, Ic)를 dq축 좌표로 변환할 수 있다. 이때 Id는 좌표 변환된 d축 전류 값이고, Iq는 좌표 변환된 q축 전류 값일 수 있다.The first dq coordinate converter 120 may convert the input phase currents I a , I b , and I c detected from the second current sensor 110 into dq axis coordinates. Where I d is the coordinate transformed d-axis current value, and I q is the coordinate transformed q-axis current value.

입력 전류 벡터 위치 검출부(130)는 좌표 변환된 입력 상 전류(Ia, Ib, Ic)의 벡터인 입력 전류 벡터(131)의 위상각(

Figure pat00001
) 및 제1 벡터 다이어그램에서의 위치 영역(N)을 도출할 수 있다(도 3 참조).The phase angle of the input current vector position detector 130 is an input phase current coordinate conversion (I a, I b, I c) vector the input current vector (131 of the
Figure pat00001
And the location area N in the first vector diagram (see FIG. 3).

듀티비 계산부(140)는 입력 전류 벡터(131)의 위상각(

Figure pat00002
) 및 위치 영역(N)에 따라 복수의 양방향 스위치 중 2 개의 양방향 스위치의 듀티비(duty ratio)(dx, dy)를 계산할 수 있다. 듀티비(dx, dy)의 산출에 대해서는, 도 3을 참조하여 더 상세히 후술한다.The duty ratio calculator 140 calculates the duty ratio of the input current vector 131
Figure pat00002
The duty ratio (d x , d y ) of two bidirectional switches among a plurality of bidirectional switches can be calculated according to the positional area N and the positional area N. [ The calculation of the duty ratio (d x , d y ) will be described later in more detail with reference to Fig.

가상 직류단 전압 계산부(150)는 입력 선간 전압의 크기와 듀티비를 이용하여 가상 직류단 전압(VDC)을 계산할 수 있다. 가상 직류단 전압(VDC)의 산출에 대해서는, 도 3을 참조하여 더 상세히 후술한다.The virtual DC voltage calculation unit 150 can calculate the virtual DC voltage V DC using the magnitude and the duty ratio of the input line voltage. The calculation of the virtual direct current voltage V DC will be described later in more detail with reference to Fig.

출력측 d축 지령 전류 계산부(330)는 이중 병렬 전동기의 주 전동기(410)와 부 전동기(420)의 회전속도(

Figure pat00003
,
Figure pat00004
) 차이 및 위상각(
Figure pat00005
,
Figure pat00006
) 차이를 이용하여 출력측 d축 지령 전류(
Figure pat00007
)를 계산할 수 있다.The output-side d-axis command current calculator 330 calculates the rotational speed of the main motor 410 and the sub-motor 420 of the dual-
Figure pat00003
,
Figure pat00004
) Difference and phase angle (
Figure pat00005
,
Figure pat00006
) Difference, the output d-axis command current (
Figure pat00007
) Can be calculated.

출력측 q축 지령 전류 계산부(340)는 주 전동기(410)의 센싱된 회전속도(

Figure pat00008
)와 지령 속도(
Figure pat00009
)의 차이를 이용하여 출력측 q축 지령 전류(
Figure pat00010
)를 계산할 수 있다.The output-side q-axis command current calculator 340 calculates the q-axis command current
Figure pat00008
) And command speed (
Figure pat00009
), The output q-axis command current (
Figure pat00010
) Can be calculated.

제2 dq 좌표 변환부(320)는 제1 전류 센서(310)로부터 검출된 출력 상 전류(IA1, IB1, IC1)를 dq축 좌표로 변환할 수 있다. 이때 Id1는 좌표 변환된 d축 전류 값이고, Iq1는 좌표 변환된 q축 전류 값일 수 있다.The second dq coordinate transformer 320 may convert the output phase currents I A1 , I B1 , and I C1 detected by the first current sensor 310 into dq axis coordinates. Here, I d1 is the coordinate-converted d-axis current value, and I q1 may be the coordinate-converted q-axis current value.

출력측 지령 전압 계산부(350)는 좌표 변환된 출력 상 전류(IA1, IB1, IC1)와 출력측 d축 지령 전류(

Figure pat00011
) 및 출력측 q축 지령 전류(
Figure pat00012
)의 차이 및 위상각 정보를 이용하여 출력측 지령 전압을 계산할 수 있다.The output-side command voltage calculation unit 350 calculates the output-side command voltage (I A1 , I B1 , I C1 ) and the output-side d-axis command current
Figure pat00011
) And output side q-axis command current (
Figure pat00012
) And the phase angle information can be used to calculate the output side command voltage.

변조 신호 생성부(510)는 듀티비(dx, dy)를 이용하여 정류기 변조 신호를 생성할 수 있다. 또한, 변조 신호 생성부(510)는 출력측 지령 전압(

Figure pat00013
,
Figure pat00014
), 듀티비(dx, dy), 및 가상 직류단 전압(VDC)을 이용하여 인버터 변조 신호를 생성할 수 있다.The modulation signal generator 510 may generate a rectifier modulated signal using the duty ratio (d x , d y ). Further, the modulated signal generating section 510 generates the modulated signal
Figure pat00013
,
Figure pat00014
), The duty ratio (d x , d y ), and the virtual DC voltage (V DC ).

PWM 신호 생성부(520)는 정류기 변조 신호를 반송파와 비교하여 정류기 PWM 신호를 생성하고, 인버터 변조 신호를 반송파와 비교하여 인버터 PWM 신호를 생성할 수 있다. 한 실시예에서, 반송파는 삼각파일 수 있다.The PWM signal generator 520 may generate a rectifier PWM signal by comparing the rectifier modulation signal with a carrier wave, and may generate an inverter PWM signal by comparing the inverter modulation signal with a carrier wave. In one embodiment, the carrier wave can be a triangular file.

이러한 변조 기법을 통해서 입력 교류 전압의 최대 값이 가상 직류단(200)으로 전달될 수 있다.Through this modulation scheme, the maximum value of the input AC voltage can be transmitted to the virtual DC stage 200.

게이트 드라이버(530)는 정류기 PWM 신호를 이용하여 정류기(100)의 복수의 양방향 스위치를 제어하고, 인버터 PWM 신호를 이용하여 인버터(300)의 복수의 단방향 스위치를 제어할 수 있다.The gate driver 530 may control the plurality of bidirectional switches of the rectifier 100 using the rectifier PWM signal and may control the plurality of unidirectional switches of the inverter 300 using the inverter PWM signal.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 정류기에 대한 제어 방법을 설명하기 위한 공간 벡터도이다.3 is a space vector diagram for explaining a control method for a rectifier according to an embodiment of the present invention.

직류단 커패시터가 없는 영구자석 동기 전동기의 이중 병렬 구동 시스템의 정류기(100)의 변조 기법은 가상 직류단(200)의 전압이 입력 교류 전압(Va, Vb, Vc)의 최대 값으로 형성되도록 할 수 있으며, 입력 측의 단위 역률과 정현파의 전류(Ia, Ib, Ic)를 보장할 수 있다. 가상 직류단(200)의 전압은 정류기(100)의 복수의 양방향 스위치의 스위칭 상태에 따라 생성된다. 정류기(100)는 매 순간에 1 개의 상단 양방향 스위치와 1 개의 하단 양방향 스위치가 온(ON)되도록 동작할 수 있다.The modulation technique of the rectifier 100 of the dual parallel drive system of a permanent magnet synchronous motor without a DC capacitor is such that the voltage of the virtual DC stage 200 is formed to the maximum value of the input AC voltages V a , V b , and V c So that the unit power factor of the input side and the sinusoidal currents (I a , I b , I c ) can be ensured. The voltage of the virtual direct current stage 200 is generated in accordance with the switching state of the plurality of bidirectional switches of the rectifier 100. The rectifier 100 can be operated such that one upper bidirectional switch and one lower bidirectional switch are turned on at any moment.

도 3을 참조하면, 정류기(100)의 제어를 위한 제1 벡터 다이어그램이 도시되어 있다. 제1 벡터 다이어그램을 참조하면, 6 개의 유효 벡터(CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, CS6)가 대응하는 6 개의 위치 영역(sector 1, sector 2, sector 3, sector 4, sector 5, sector 6)을 구획하고 있다.Referring to FIG. 3, a first vector diagram for control of rectifier 100 is shown. Referring to the first vector diagram, six effective vectors CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, and CS6 correspond to six corresponding positional areas (sector 1, sector 2, sector 3, sector 4, sector 5, sector 6 ).

유효 벡터(CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, CS6)는 상단 양방향 스위치와 하단 양방향 스위치가 서로 다른 상에서 온되는 경우를 의미한다. 따라서 본 실시예에서, 제1 상단 양방향 스위치(SaP, SaP') 및 제3 하단 양방향 스위치(ScN, ScN')가 온되는 경우인 유효 벡터(CS1), 제2 상단 양방향 스위치(SbP, SbP') 및 제3 하단 양방향 스위치(ScN, ScN')가 온되는 경우인 유효 벡터(CS2), 제2 상단 양방향 스위치(SbP, SbP') 및 제1 하단 양방향 스위치(SaN, SaN')가 온되는 경우인 유효 벡터(CS3), 제3 상단 양방향 스위치(ScP, ScP') 및 제1 하단 양방향 스위치(SaN, SaN')가 온되는 경우인 유효 벡터(CS4), 제3 상단 양방향 스위치(ScP, ScP') 및 제2 하단 양방향 스위치(SbN, SbN')가 온되는 경우인 유효 벡터(CS5), 및 제1 상단 양방향 스위치(SaP, SaP') 및 제2 하단 양방향 스위치(SbN, SbN')가 온되는 경우인 유효 벡터(CS6)로서, 유효 벡터는 총 6 개 있을 수 있다.The effective vectors CS1, CS2, CS3, CS4, CS5 and CS6 mean that the upper bidirectional switch and the lower bidirectional switch are on different states. Therefore, in this embodiment, the effective vector CS1, which is the case when the first upper bidirectional switch SaP , SaP 'and the third lower-order bidirectional switch S cN , S cN ' are turned on, S bP, S bP ') and the third lower-way switch (S cN, S cN') is on the effective vector (CS2), the second upper-way switch (S bP, S bP 'if used) and the first lower-way that the switch (S aN, S aN ') is on the effective vector (CS3), the third upper-way switch (S cP, S cP If') and a first bottom of the two-way switch (S aN, S aN ') on If the effective vector (CS4), the upper three-way switch (S cP, S cP ') and a second lower end two-way switch (S bN, S bN') is a valid vector (CS5), and a first upper case being turned on as an effective vector (CS6) which when the two-way switch (S aP, aP S ') and the second bottom two-way switch (S bN, bN S') being turned on, the effective vector may be a total of six.

널 벡터(Null Vector)는 상단 양방향 스위치와 하단 양방향 스위치가 서로 같은 상에서 온(ON)되는 경우를 의미한다. 따라서 본 실시예에서, 널 벡터(Null)는, 제1 상단 양방향 스위치(SaP, SaP') 및 제1 하단 양방향 스위치(SaN, SaN')가 온되는 경우, 제2 상단 양방향 스위치(SbP, SbP') 및 제2 하단 양방향 스위치(SbN, SbN')가 온되는 경우, 및 제3 상단 양방향 스위치(ScP, ScP') 및 제3 하단 양방향 스위치(ScN, ScN')가 온되는 경우로써, 총 3 개 있을 수 있다.A null vector means a case where the upper bidirectional switch and the lower bidirectional switch are on the same phase. Therefore, in this embodiment, the null vector (Null), the first top two-way switch (S aP, S aP ') and a first bottom of a two-way switch (S aN, S aN') is when turned on, the second upper-way switch (S bP, S bP ') and a second lower end two-way switch (S bN, S bN') is when turned on, and the third top of the two-way switch (S cP, S cP ') and the third lower-way switch (S cN , S cN ') are turned on, and there can be three in total.

유효 벡터가 인가되는 경우에는 가상의 직류단에 전력이 전달되며, 널 벡터가 인가되는 경우에는 가상의 직류단에 전압이 인가되지 않는다.When an effective vector is applied, power is transferred to a virtual DC stage, and when a null vector is applied, no voltage is applied to a virtual DC stage.

예를 들어, 입력 전류 벡터(131)(또는 지령 전류 벡터)의 위상각(

Figure pat00015
)이 위치 영역(sector 1)에 위치하는 경우, 입력 전류 벡터(131)에 근접한 2 개의 유효 벡터(CS1, CS6)를 인가할 수 있다. 2 개의 유효 벡터(CS1, CS6)를 인가한다는 것은, 유효 벡터(CS1)에 대응하는 제1 상단 양방향 스위치(SaP, SaP') 및 제3 하단 양방향 스위치(ScN, ScN')를 일정 시간 범위로 온 시키고, 유효 벡터(CS6)에 대응하는 제1 상단 양방향 스위치(SaP, SaP') 및 제2 하단 양방향 스위치(SbN, SbN')를 일정 시간 범위로 온 시킨다는 의미이다.For example, the phase angle of the input current vector 131 (or command current vector)
Figure pat00015
Is located in the position area (sector 1), two effective vectors CS1 and CS6 close to the input current vector 131 can be applied. Applying the two valid vectors CS1 and CS6 means that the first upper bidirectional switches SaP and SaP 'and the third lower half bidirectional switches S cN and S cN ' corresponding to the effective vector CS1 Means that the first upper bidirectional switch SaP and SaP 'and the second lower two-way switch S bN and S bN ' corresponding to the effective vector CS6 are turned on for a predetermined time period to be.

이러한 경우, 제1 상단 양방향 스위치(SaP, SaP')는 한 주기 동안 온 상태를 유지하고, 제3 하단 양방향 스위치(ScN, ScN') 및 제2 하단 양방향 스위치(SbN, SbN')는 각각 한 주기 동안 듀티비(dx, dy)에 따라 변조된다.In this case, the first top two-way switch (S aP, S aP ') keeps the on state for a period, and the third lower-way switch (S cN, S cN') and a second lower end two-way switch (S bN, S bN ') will be modulated according to the duty ratio (d x, d y) for each one period.

듀티비(dx, dy)는 아래 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.The duty ratio (d x , d y ) can be determined according to the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00016
Figure pat00016

수학식 1의 듀티비(dx, dy)는 아래 수학식 2 및 수학식 3을 참조할 수 있다.The duty ratios (d x , d y ) in Equation (1) can be expressed by Equation (2) and Equation (3) below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00017
Figure pat00017

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00018
Figure pat00018

수학식 2의

Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
는 각각 센싱된 입력 상 전류(또는 지령 상 전류)이며,
Figure pat00022
는 기본파 각주파수를 의미한다.In Equation (2)
Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
Is an input phase current (or command phase current) respectively sensed,
Figure pat00022
Means the fundamental wave frequency.

가상 직류단(200)에 인가되는 직류단 전압의 평균 값

Figure pat00023
은 듀티비(dx, dy)와 입력 측 선간 전압의 곱으로 아래 수학식 4와 같이 계산된다.The average value of the DC voltage applied to the virtual DC stage 200
Figure pat00023
Is calculated by the following formula (4) as the product of the duty ratio (d x , d y ) and the input-side line voltage.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00024
Figure pat00024

이때,

Figure pat00025
는 역률 값이다.At this time,
Figure pat00025
Is the power factor value.

상술한 위치 영역(sector 1) 이외에도, 다른 위치 영역(sector 2, sector 3, sector 4, sector 5, sector 6)에 입력 전류 벡터(131)가 위치하는 경우에도, 동일한 원리의 변조 방식이 적용될 수 있다.A modulation scheme of the same principle can be applied even when the input current vector 131 is located in another position area (sector 2, sector 3, sector 4, sector 5, sector 6) in addition to the above-described position area (sector 1) have.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 인버터에 대한 제어 방법을 설명하기 위한 공간 벡터도이다.4 is a space vector diagram for explaining a control method for an inverter according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 인버터(300)의 제어를 위한 제2 벡터 다이어그램이 도시되어 있다. 제2 벡터 다이어그램을 참조하면, 6 개의 유효 벡터(VS1, VS2, VS3, VS4, VS5, VS6)와 2 개의 영 벡터(Zero Vector)(VS0, VS7)가 도시되어 있다. 이러한 공간 벡터 변조 기법은 2-레벨 전압원 인버터의 변조 기법과 유사할 수 있다.Referring to Figure 4, a second vector diagram for control of the inverter 300 is shown. Referring to the second vector diagram, there are shown six valid vectors (VS1, VS2, VS3, VS4, VS5, VS6) and two zero vectors (VS0, VS7). This spatial vector modulation technique may be similar to the modulation scheme of a two-level voltage source inverter.

유효 벡터(VS1)는 제1 상단 단방향 스위치(SAP), 제2 하단 단방향 스위치(SBN), 제3 하단 단방향 스위치(SCN)가 온 상태인 경우, 유효 벡터(VS2)는 제1 상단 단방향 스위치(SAP), 제2 상단 단방향 스위치(SBP), 제3 하단 단방향 스위치(SCN)가 온 상태인 경우, 유효 벡터(VS3)는 제1 하단 단방향 스위치(SAN), 제2 상단 단방향 스위치(SBP), 제3 하단 단방향 스위치(SCN)가 온 상태인 경우, 유효 벡터(VS4)는 제1 하단 단방향 스위치(SAN), 제2 상단 단방향 스위치(SBP), 제3 상단 단방향 스위치(SCP)가 온 상태인 경우, 유효 벡터(VS5)는 제1 하단 단방향 스위치(SAN), 제2 하단 단방향 스위치(SBN), 제3 상단 단방향 스위치(SCP)가 온 상태인 경우, 유효 벡터(VS6)는 제1 상단 단방향 스위치(SAP), 제2 하단 단방향 스위치(SBN), 제3 상단 단방향 스위치(SCP)가 온 상태인 경우를 의미할 수 있다.The effective vector VS1 is set such that when the first upper unidirectional switch S AP , the second lower unidirectional switch S BN and the third lower unidirectional switch S CN are on, a one-way switch (S AP), the second upper-way switch (S BP), the third lower-way switch (S CN) is on the case, the effective vector (VS3) of the first bottom-way switch (S aN) state, the second When the upper unidirectional switch S BP and the third lower unidirectional switch S CN are in an on state, the effective vector VS4 is divided into a first lower unidirectional switch S AN , a second upper unidirectional switch S BP , When the upper unidirectional switch S CP is in the on state, the effective vector VS5 is connected to the first lower unidirectional switch S AN , the second lower unidirectional switch S BN and the third upper unidirectional switch S CP If the oN state of the effective vector (VS6) is a case where the first upper one-way switch (S AP), the second lower-way switch (S BN), the third upper-way switch (S CP) on state May Michal.

영 벡터(VS0)는 제1 하단 단방향 스위치(SAN), 제2 하단 단방향 스위치(SBN), 제3 하단 단방향 스위치(SCN)가 온 상태인 경우, 영 벡터(VS7)는 제1 상단 단방향 스위치(SAP), 제2 상단 단방향 스위치(SBP), 제3 상단 단방향 스위치(SCP)가 온 상태인 경우를 의미할 수 있다.The zero vector VS0 is set such that when the first lower unidirectional switch S AN , the second lower unidirectional switch S BN and the third lower unidirectional switch S CN are on, It may mean that the unidirectional switch (S AP ), the second upper unidirectional switch (S BP ) and the third upper unidirectional switch (S CP ) are on.

지령 전압 벡터(351)의 크기 및 위상각(

Figure pat00026
)은 출력측 지령 전압(
Figure pat00027
,
Figure pat00028
)에 의해 결정될 수 있다. 공간 벡터 변조 기법에 의한 2 개의 변조 신호
Figure pat00029
,
Figure pat00030
는 아래 수학식 5 및 수학식 6과 같이 결정될 수 있다. 이때 수학식 7을 참조할 수 있다.The magnitude and phase angle of the command voltage vector 351 (
Figure pat00026
) Is the output side command voltage
Figure pat00027
,
Figure pat00028
). ≪ / RTI > Two modulated signals by spatial vector modulation
Figure pat00029
,
Figure pat00030
Can be determined according to the following equations (5) and (6). Here, Equation (7) can be referred to.

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure pat00031
Figure pat00031

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure pat00032
Figure pat00032

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure pat00033
Figure pat00033

이때,

Figure pat00034
,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
는 각각 전동기의 지령 상 전압으로서, 지령 전압 벡터(351)의 역변환 값일 수 있다.At this time,
Figure pat00034
,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
May be an inverse conversion value of the command voltage vector 351 as command voltage of the electric motor, respectively.

인버터(300) 측의 제어는 전술한 전류 제어 방식 이외에 직접 토크 제어, 토크 예측 제어가 가능하다. 직접 토크 제어의 경우, 주 전동기(410) 측 센싱된 전류를 이용하여 고정자 자속과 토크를 추정할 수 있다. 추정한 자속 및 토크와 지령 자속 및 지령 토크의 오차를 히스테리시스 밴드 폭과 비교하여 스위칭 테이블에서 인가할 지령 전압 벡터를 선정할 수 있다. 토크 예측 제어는 직접 토크 제어와 달리 스위칭 테이블을 사용하지 않는다. 토크 예측 제어는 토크, 자속 및 전압원 인버터단의 출력 전압 사이의 관계를 수학적으로 분석하여 원하는 지령 전압 벡터를 계산을 통해 획득할 수 있다. 지령 전압 벡터를 획득한 이후, 인버터(300)의 변조는 전류 제어 방식에서 지령 전압을 생성하는 방식과 동일하게 진행된다. 지령 전압과 정류기(100) 측에서 계산된 가상 직류단 전압과 듀티비를 이용하여 두 개의 변조 신호가 생성되고, 변조 신호를 삼각파와 비교함으로써 전압원 인버터를 변조하기 위한 PWM 신호를 생성할 수 있다.In addition to the current control method described above, direct torque control and torque prediction control can be performed on the inverter 300 side. In the case of the direct torque control, the stator magnetic flux and torque can be estimated using the current sensed on the main motor 410 side. The command voltage vector to be applied in the switching table can be selected by comparing the estimated magnetic flux, the error between the torque, the command magnetic flux and the command torque with the hysteresis bandwidth. Unlike direct torque control, torque prediction control does not use a switching table. The torque prediction control can be mathematically analyzed to obtain a desired command voltage vector by calculating the relationship between the torque, the magnetic flux, and the output voltage of the voltage source inverter stage. After obtaining the command voltage vector, the modulation of the inverter 300 proceeds in the same manner as the command voltage generating method in the current control method. Two modulated signals are generated using the command voltage, the virtual direct-current voltage calculated at the rectifier 100 side and the duty ratio, and the PWM signal for modulating the voltage source inverter can be generated by comparing the modulated signal with the triangular wave.

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are illustrative and explanatory only and are intended to be illustrative of the invention and are not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10: 이중 병렬 전동기의 구동 장치
100: 정류기
200: 가상 직류단
300: 인버터
10: Driving device of double parallel motor
100: rectifier
200: virtual direct current stage
300: Inverter

Claims (15)

복수의 양방향 스위치를 포함하고, 3 상 교류 전원을 상기 복수의 양방향 스위치 중 적어도 일부를 통해서 가상 직류단(fictitious DC-Link)과 전기적으로 연결하는 정류기; 및
복수의 단방향 스위치를 포함하고, 상기 가상 직류단을 상기 복수의 단방향 스위치 중 적어도 일부를 통해서 이중 병렬 전동기와 전기적으로 연결하는 인버터를 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
A rectifier including a plurality of bidirectional switches and electrically connecting the three-phase AC power source to a fictitious DC-Link through at least a part of the plurality of bidirectional switches; And
And an inverter that includes a plurality of unidirectional switches and electrically connects the virtual direct current stage to the double parallel electric motor through at least a portion of the plurality of unidirectional switches
Drive device for a double parallel motor.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 양방향 스위치는 제1 상단 양방향 스위치, 제1 하단 양방향 스위치, 제2 상단 양방향 스위치, 제2 하단 양방향 스위치, 제3 상단 양방향 스위치, 및 제3 하단 양방향 스위치를 포함하고,
상기 제1 상단 양방향 스위치 및 상기 제1 하단 양방향 스위치는 직렬로 연결되어 제1 정류기 레그에 대응되고,
상기 제2 상단 양방향 스위치 및 상기 제2 하단 양방향 스위치는 직렬로 연결되어 제2 정류기 레그에 대응되고,
상기 제3 상단 양방향 스위치 및 상기 제3 하단 양방향 스위치는 직렬로 연결되어 제3 정류기 레그에 대응되는,
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
The method according to claim 1,
The plurality of bidirectional switches including a first upper bidirectional switch, a first lower bidirectional switch, a second upper bidirectional switch, a second lower bidirectional switch, a third upper bidirectional switch, and a third lower bidirectional switch,
Wherein the first upper bidirectional switch and the first lower bidirectional switch are connected in series to correspond to the first rectifier leg,
The second upper bidirectional switch and the second lower bidirectional switch being connected in series to correspond to the second rectifier leg,
Wherein the third upper bidirectional switch and the third lower bidirectional switch are connected in series and corresponding to the third rectifier leg,
Drive device for a double parallel motor.
제2 항에 있어서,
상기 복수의 단방향 스위치는 제1 상단 단방향 스위치, 제1 하단 단방향 스위치, 제2 상단 단방향 스위치, 제2 하단 단방향 스위치, 제3 상단 단방향 스위치, 및 제3 하단 단방향 스위치를 포함하고,
상기 제1 상단 단방향 스위치 및 제1 하단 단방향 스위치는 직렬로 연결되어 제1 인버터 레그에 대응되고,
상기 제2 상단 단방향 스위치 및 제2 하단 단방향 스위치는 직렬로 연결되어 제2 인버터 레그에 대응되고,
상기 제3 상단 단방향 스위치 및 제3 하단 단방향 스위치는 직렬로 연결되어 제3 인버터 레그에 대응되는,
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
3. The method of claim 2,
The plurality of unidirectional switches including a first upper unidirectional switch, a first lower unidirectional switch, a second upper unidirectional switch, a second lower unidirectional switch, a third upper unidirectional switch, and a third lower unidirectional switch,
The first upper unidirectional switch and the first lower unidirectional switch are connected in series to correspond to the first inverter leg,
The second upper unidirectional switch and the second lower unidirectional switch are connected in series to correspond to the second inverter leg,
Wherein the third upper unidirectional switch and the third lower unidirectional switch are connected in series and corresponding to the third inverter leg,
Drive device for a double parallel motor.
제3 항에 있어서,
상기 인버터와 상기 이중 병렬 전동기의 주 전동기 사이에 위치하는 제1 전류 센서를 더 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
The method of claim 3,
Further comprising a first current sensor located between the inverter and the main electric motor of the bi-parallel motor
Drive device for a double parallel motor.
제4 항에 있어서,
상기 전류 센서는 션트 저항(Shunt resistor)인,
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the current sensor is a shunt resistor,
Drive device for a double parallel motor.
제4 항에 있어서,
상기 3 상 교류 전원과 상기 정류기 사이에 위치하는 제2 전류 센서를 더 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
5. The method of claim 4,
And a second current sensor positioned between the three-phase AC power source and the rectifier
Drive device for a double parallel motor.
제6 항에 있어서,
상기 제2 전류 센서로부터 검출된 입력 상 전류를 dq축 좌표로 변환하는 제1 dq 좌표 변환부; 및
좌표 변환된 상기 입력 상 전류의 벡터인 입력 전류 벡터의 위상각 및 제1 벡터 다이어그램에서의 위치 영역을 도출하는 입력 전류 벡터 위치 검출부를 더 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
The method according to claim 6,
A first dq coordinate converter for converting an input phase current detected by the second current sensor into dq axis coordinates; And
Further comprising an input current vector position detector for deriving a phase angle of an input current vector, which is a vector of the input phase current converted by the coordinate transformation, and a positional area in the first vector diagram
Drive device for a double parallel motor.
제7 항에 있어서,
상기 입력 전류 벡터의 위상각 및 위치 영역에 따라 상기 복수의 양방향 스위치 중 2 개의 양방향 스위치의 듀티비를 계산하는 듀티비 계산부를 더 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
8. The method of claim 7,
And a duty ratio calculator for calculating a duty ratio of two bidirectional switches of the plurality of bidirectional switches according to a phase angle and a position area of the input current vector
Drive device for a double parallel motor.
제8 항에 있어서,
입력 선간 전압의 크기와 상기 듀티비를 이용하여 가상 직류단 전압을 계산하는 가상 직류단 전압 계산부를 더 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
9. The method of claim 8,
And a virtual DC voltage calculation unit for calculating a virtual DC voltage using the magnitude of the input line voltage and the duty ratio
Drive device for a double parallel motor.
제9 항에 있어서,
상기 이중 병렬 전동기의 주 전동기와 부 전동기의 회전속도 차이 및 위상각 차이를 이용하여 출력측 d축 지령 전류를 계산하는 출력측 d축 지령 전류 계산부;
상기 주 전동기의 센싱된 회전속도와 지령 속도의 차이를 이용하여 출력측 q축 지령 전류를 계산하는 출력측 q축 지령 전류 계산부를 더 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
10. The method of claim 9,
An output-side d-axis command current calculator for calculating an output-side d-axis command current using a rotational speed difference and a phase angle difference between the main motor and the sub-motor of the dual parallel motor;
And an output-side q-axis command current calculator for calculating an output-side q-axis command current using the difference between the sensed rotational speed of the main motor and the command speed
Drive device for a double parallel motor.
제10 항에 있어서,
상기 제1 전류 센서로부터 검출된 출력 상 전류를 dq축 좌표로 변환하는 제2 dq 좌표 변환부; 및
좌표 변환된 상기 출력 상 전류와 상기 출력측 d축 지령 전류 및 상기 출력측 q축 지령 전류의 차이 및 위상각 정보를 이용하여 출력측 지령 전압을 계산하는 출력측 지령 전압 계산부를 더 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
11. The method of claim 10,
A second dq coordinate converter for converting an output phase current detected by the first current sensor into dq axis coordinates; And
And an output-side command voltage calculation unit for calculating an output-side command voltage using the difference between the coordinate-converted output phase current, the output-side d-axis command current and the output-side q-axis command current and phase angle information
Drive device for a double parallel motor.
제11 항에 있어서,
상기 듀티비를 이용하여 정류기 변조 신호를 생성하는 변조 신호 생성부를 더 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
12. The method of claim 11,
And a modulation signal generator for generating a rectifier modulation signal using the duty ratio
Drive device for a double parallel motor.
제12 항에 있어서,
상기 변조 신호 생성부는 상기 출력측 지령 전압, 상기 듀티비, 및 상기 가상 직류단 전압을 이용하여 인버터 변조 신호를 생성하는,
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the modulation signal generator generates an inverter modulation signal using the output side command voltage, the duty ratio, and the virtual DC voltage,
Drive device for a double parallel motor.
제13 항에 있어서,
상기 정류기 변조 신호를 반송파와 비교하여 정류기 PWM 신호를 생성하고, 상기 인버터 변조 신호를 반송파와 비교하여 인버터 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성부를 더 포함하는,
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
14. The method of claim 13,
Further comprising a PWM signal generator for generating a rectifier PWM signal by comparing the rectifier modulated signal with a carrier wave and for comparing the inverter modulated signal with a carrier wave to generate an inverter PWM signal,
Drive device for a double parallel motor.
제14 항에 있어서,
상기 정류기 PWM 신호를 이용하여 상기 복수의 양방향 스위치를 제어하고, 상기 인버터 PWM 신호를 이용하여 상기 복수의 단방향 스위치를 제어하는 게이트 드라이버를 더 포함하는
이중 병렬 전동기의 구동 장치.
15. The method of claim 14,
Further comprising a gate driver controlling the plurality of bidirectional switches using the rectifier PWM signal and controlling the plurality of unidirectional switches using the inverter PWM signal
Drive device for a double parallel motor.
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