KR20190094490A - 인버터 제어장치 - Google Patents

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Abstract

인버터 제어장치가 개시된다. 복수의 스위칭소자로 구성되는 인버터부를 포함하는 인버터 시스템에서, 본 발명의 일실시예의 인버터 제어장치가 인버터를 재기동하기 위하여, 3상의 직류인 지령전류를 생성하는 제어부, 지령전류와 상기 인버터부의 출력전류의 차이를 구하는 비교부, 이 차이에 대해 비례적분(PI) 제어를 수행하는 전류제어부, 및 인버터부의 출력인 리플전류로부터 전동기의 역기전력의 주파수를 추정하는 주파수 추정부를 포함한다.

Description

인버터 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING INVERTER}
본 발명은 인버터 제어장치에 대한 것이다.
일반적으로 인버터는 전기적으로 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 역변환 장치로써, 산업계에서 사용되는 인버터는 상용전원으로부터 공급된 전력을 입력받아 자체적으로 전압과 주파수를 가변하여 전동기에 공급함으로써 전동기 속도를 고효율로 이용하게 제어하는 일련의 장치로 정의된다.
이중 고압인버터는 3300 내지 11000V 범위의 전압사양을 가진 인버터로서, 보통 600kVA 내지 7.5MVA 범위 용량의 대용량 전동기의 회전속도를 제어하거나 출력토크를 제어하기 위해 사용된다.
이러한 인버터를 이용하여 전동기를 구동하는 시스템에서, 여러가지 이유로 인해 전동기가 회전하고 있는 상태에서 인버터를 재기동하여야 하는 경우가 종종 발생한다. 예를 들어, 순간정전과 같이 상용전원이 차단되어 전동기가 프리런(free-run) 하는 도중에 상용전원이 다시 입력되어 인버터가 재동작하는 경우가 있는데, 이를 플라잉 스타트(flying start)라고 한다.
이때 인버터에는 과도한 전류가 발생하고 이로 인해 소음을 포함하는 억제 상황이 야기되며, 심각한 경우 인버터의 전력소자가 소손되는 문제가 발생하기도 한다. 따라서 전동기 프리런 상태에서 전원이 복전되는 경우 간편하게 재기동할 수 있는 방법이 요구된다.
종래의 경우, 전동기의 출력전압을 측정하고 분석하여 유효분 전류의 변화에 따라 제어하는 방법을 사용하였다. 그러나, 전동기에 잔류 역기전력이 존재하는 경우 전동기의 출력전류 정보를 분석하기 어려우므로 플라잉 스타트가 불가능해지는 문제점이 있었다.
이에 따라, 전동기의 역기전력의 주파수를 추정함으로써 플라잉 스타트를 진행하기도 하지만, 이 역시, 주파수 추정이 어려울 정도로 역기전력의 크기가 작은 경우, 종래의 플라잉 스타트 방식을 사용할 수밖에 없으므로, 주파수 추정시간이 길어지는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전동기의 역기전력이 매우 작은 경우에도 전동기의 회전속도를 추정하여 플라잉 스타트에 이용하기 위한, 인버터 제어장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 복수의 스위칭소자로 구성되는 인버터부를 포함하는 인버터 시스템에서, 인버터에 연결된 전동기가 프리런하는 경우 상기 인버터를 재기동하기 위한, 본 발명의 일실시예의 인버터 제어장치는, 3상의 직류인 지령전류를 생성하는 제어부; 상기 지령전류와 상기 인버터부의 출력전류의 차이를 구하는 비교부; 상기 차이에 대해 비례적분(PI) 제어를 수행하는 전류제어부; 및 상기 인버터부의 출력인 리플전류로부터 상기 전동기의 역기전력의 주파수를 추정하는 주파수 추정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 3상 지령전류는, 하나의 상(a상)은 소정 크기의 양의 전류이고, 나머지 두개의 상(b상 및 c상)은 상기 a상의 1/2 크기의 음의 전류일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 a상의 전류의 크기는, 상기 전동기의 정격전류의 1/2에 해당하는 크기일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 3상 지령전류는, 소정 시간동안 제한되어 상기 비교부로 입력될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 전류제어부는, 상기 차이를 비례적분 제어한 출력을 상기 인버터부의 상기 복수의 스위칭소자에 게이트 신호로 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 전류제어부는, 정상상태에서의 비례 게인(P 게인)보다 작게 P 게인이 설정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 주파수 추정부는, 상기 a상의 지령전류에 대한 전류응답(전류응답)의 증가분을 2회 계산하여, 이로부터 제로크로싱을 계산하여 주파수를 추정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 주파수 추정부는, 상기 b상 전류응답으로부터 c상 전류응답을 차감하여, 이로부터 제로크로싱을 계산하여 주파수를 추정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 주파수 추정부에 의해 추정된 상기 전동기의 역기전력의 주파수를 이용하여, 상기 인버터부의 출력을 상기 전동기의 회전속도에 대응하도록 제어할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 직류전류를 주입하고 주입된 전류에 의해 발생하는 리플전류를 분석함으로써 대략적인 전동기 회전속도를 추정하고, 이로부터 플라잉 스타트를 수행함으로써 종래 플라잉 스타트 대비 10% 정도의 시간으로 플라잉 스타트를 종료하게 하는 효과가 있다.
또, 본 발명에 의하면 역기전력을 정확하게 분석하기 어려운 경우에도 전동기 회전속도를 빨리 추정할 수 있으므로, 빠른 시간 내에 인버터의 재기동을 완료하게 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 고압전동기 시스템의 구성도이다.
도 2는 전동기에 전압공급이 차단된 경우 프리런 상태에서의 전동기의 회전속도와 역기전력의 변화를 나타낸 예시도이다.
도 3a는 종래 인버터의 플라잉 스타트 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3b는 도 3a의 동작시 전동기의 유효분 전류의 변화를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 종래 역기전력을 측정하여 역기전력의 주파수를 기반으로 전동기 회전속도를 추정하여 플라잉 스타트를 수행하는 동작을 설명하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 인버터 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 전동기 회전속도를 쉽게 파악하기 어려운 구간을 설명하기 위한 것이다.
도 7은 도 5의 제어장치의 상세 구성도이다.
도 8은 도 7에서 지령전류의 크기의 상별관계를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 9는 도 8의 지령전류에 의한 전류응답의 일예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 스타트 동작을 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여 종래의 플라잉 스타트 기술에 대해 설명하고, 도 5 내지 도 10을 참조로 하여 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 제어장치를 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 고압전동기 시스템의 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 고압전동기 시스템은, 고압인버터(100)가 고장인 경우에도 전동기(200)를 상용으로 운전할 수 있는 상용라인이 전동기(200)와 연결된다. 즉, 제1스위치(300)와 제2스위치(400)는 전동기(200)와 고압인버터(100)를 연결하기 위한 것이고, 제3스위치(400)는 상용라인에 직접 전동기(200)를 연결하기 위한 것이다.
전동기(200)가 제3스위치(500)에 의해 상용전원에 연결되어 구동하는 도중에, 순간정전 등에 의해 상용전원이 공급되지 않게 되어 전동기(200)가 프리런하는 상황에서, 복전에 의해 상용전원이 공급되면, 고압인버터(100)는 제1 및 제2스위치(300, 400)에 의해 전동기(200)에 연결되어 전동기(200)를 재기동하게 된다. 이때 제3스위치(500)는 오프상태가 된다.
도 2는 전동기에 전압공급이 차단된 경우 프리런 상태에서의 전동기의 회전속도와 역기전력의 변화를 나타낸 예시도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 전동기(200)의 역기전력과 회전속도가 모두 감소하게 됨을 알 수 있다.
도 3a는 종래 인버터의 플라잉 스타트 동작을 설명하기 위한 예시도이고, 도3b는 도 3a의 동작시 전동기의 유효분 전류의 변화를 설명하기 위한 예시도이다.
플라잉 스타트 시작지점(3A)에서 고압인버터(100)의 출력주파수는 최대주파수에서 감소하기 시작하고, 고압인버터(100)의 출력전압은 최소전압에서 증가하기 시작한다.
플라잉 스타트 완료시점(3B)에서는, 고압인버터(100)의 출력주파수와 전동기(200)의 회전속도가 같아지고, 출력전압은 V/f 비에 따라 증가하기 시작하며, 이후 운전은 V/f 비에 의해 제어된다.
이와 같이 플라잉 스타트 제어는 고압인버터(100)의 가변전압 가변주파수(variable voltage variable frequency, VVVF) 제어중 전압 크기와 주파수의 독립적인 제어를 수행하는 것으로서, 전동기(200)의 역기전력이 있는 경우에는 고압인버터(100)의 내부회로를 동작하기 어려우므로 역기전력이 일정 크기 이하인 경우 시작된다. 고압인버터(100)의 주파수는 최고속도에서 연속적으로 감소시키면서, 실제 전동기(200)의 회전속도에 도달하면 일정하게 유지된다.
V/f 제어는 유도전동기(200)의 내부 자속을 일정하게 유지하기 위한 제어방식으로서, 일반적으로 V/f 비는 정격전압/정격주파수 비율로 설정되고, 사용자가 파라미터로 변경할 수 있다.
이러한 종래의 플라잉 스타트의 속도검출은, 고압인버터(100)와 전동기(200)의 에너지 흐름을 관찰하여 이루어진다. 즉, 도 3b를 참조로 하면, 고압인버터(100)의 출력주파수가 전동기(200)의 회전속도보다 빠르면 에너지 흐름은 고압인버터(100)에서 전동기(200) 방향으로 발생하고, 전동기(200)의 유효전력은 양의 방향으로 검출되는 것을 알 수 있다.
출력주파수를 계속 감소시키다가 출력주파수가 전동기(200)의 회전속도보다 작아지면, 위와 반대로 에너지 흐름은 전동기(200)에서 고압인버터(100) 방향으로 발생하고, 유효전류는 음의 방향으로 검출된다.
이를 이용하여, 종래의 플라잉 스타트 제어에서는 전동기(200)의 유효전력 검출이 음의 방향으로 일정 시간 유지되면 속도검출을 완료하고 V/f 패턴으로 운전하게 도니다.
도 4는 종래 역기전력을 측정하여 역기전력의 주파수를 기반으로 전동기 회전속도를 추정하는 방식을 설명하기 위한 것이다.
이 경우, 전동기(200)로부터 고압인버터(100)에 인가되는 상전압을 측정하여, 전동기(200)의 역기전력을 측정할 수 있으며, 위상고정루프(phase-locked loop, PLL)을 이용하여 역기전력과 같은 크기의 전압, 위상 및 주파수로 출력전압 파형을 생성하여, 플라잉 스타트 시작시 전동기(200)의 역기전력과 동일한 전압을 인버터(100)로부터 생성하는 것이다.
PLL은 입력신호와 기준주파수, 출력신호와 주파수를 일치시키는 회로를 말하는 것으로서, 입력신호와 출력신호의 위상차를 검출하고, 전압제어발진기(voltage controlled oscillator, VCO)를 제어하여 정확하게 고정시킨 주파수신호를 출력하는 것이다.
도 4를 참조로 하면, 4A-4B 구간에서 PLL에 의해 역기전력과 동일한 주파수와 위상 및 크기를 가지는 출력전압 파형이 검출되면, 4B-4C 구간에서는 전동기(200)의 주파수는 고정되고, 인버터(100)의 출력전압의 크기는 증가되며, 4C 시점에서 플라잉 스타트가 완료되면 그 이후 인버터는 V/f 비율에 의해 제어될 수 있다.
도 3a와 같이 전동기(200)의 속도를 검출하여 플라잉 스타트를 수행하는 경우, 전압을 검출하지 않고 고압인버터(100)의 출력전압 레퍼런스 정보와 출력전류 검출에 의해 수행된다. 이에 비해 도 4와 같이 역기전력에 의해 전동기의 속도를 검출하여 플라잉 스타트를 수행하는 경우, 역기전력이 존재하는 구간에서 속도를 검출하기 위해 전동기(200)의 출력전압을 검출한다. 이때 전압검출은, 분압저항을 이용하여 1ms 샘플링 구간으로 디지털화하여 검출하게 된다.
이와 같이 종래의 플라잉 스타트 방법에 의하면, 도 3a의 경우, 전동기(200)의 출력전압을 측정하고 분석하여 유효분 전류의 변화에 따라 동작하지만, 전동기(200)에 잔류 역기전력이 존재하는 경우 전동기(200)의 출력전류 정보를 분석하기 어려워지므로 플라잉 스타트를 수행할 수 없다.
또한, 도 4의 경우, 역기전력을 이용하여 전동기(200) 회전속도를 추정할 수 있으므로 짧은 시간에 플라잉 스타트를 수행할 수 있지만, 역기전력이 주파수 추정이 어려운 정도로 작은 경우에는 회전속도 추정이 불가능하므로, 플라잉 스타트를 수행할 수 없으며, 이와 같은 경우에는 주파수 추정시간이 길어지게 된다.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일실시예에 의하면, 전동기 회전속도를 추정하는 시간을 단축하고, 역기전력이 매우 작은 경우에도 전동기 회전속도를 빠르게 추정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 인버터 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 인버터 시스템은, 상용전원 등의 교류전원(1)으로부터 전력이 공급되면, 공급된 전력을 정류하는 정류부(2)와, 정류부(2)로부터의 출력전압을 평활하는 평활부(3) 및 평활부(3)로부터의 평활전압을 원하는 주파수 및 전압의 교류전압으로 변환하는 인버터부(4)와, 인버터부(4)의 복수의 스위칭소자에 게이트신호를 제공하고, 인버터부(4)로부터의 출력전류를 분석하여, 이로부터 전동기(5) 회전속도를 추정하는 본 발명의 일실시예의 제어장치(6)를 포함할 수 있다. 또, 전동기(5)로 출력되는 출력전류를 측정하는 검출부(7)를 더 포함할 수 있을 것이다. 검출부(7)는 예를 들어 변류기(CT)일 수 있다.
도 6은 전동기 회전속도를 쉽게 파악하기 어려운 구간을 설명하기 위한 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 전동기의 역기전력의 크기가 소정 크기 이하인 구간에서는, 전동기는 회전하고 있더라도, 역기전력의 분석이 불가능한 구간이 발생한다.
본 발명의 제어장치(6)는, 도 6과 같이 역기전력의 분석이 어려운 구간에서 전동기의 회전속도를 빨리 추정하기 위해, 전동기(5)에 직류전류를 인가하고, 주입된 직류전류에 의해 발생하는 리플전류를 분석하여, 대략적인 전동기의 회전속도를 추정하여, 이로부터 플라잉 스타트를 수행하기 위한 것으로서, 종래의 플라잉 스타트 대비 10% 정도의 시간만을 사용하여 전동기의 회전속도를 추정할 수 있으므로, 전동기(5)의 빠른 재기동이 가능해진다.
도 7은 도 5의 제어장치(6)의 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 제어장치는, 제어부(10), 전류제어부(20), 비교부(15) 및 주파수 추정부(30)를 포함할 수 있다.
전류제어부(20)는 전동기(5)에 요구되는 지령전류 ia*, ib*, ic*가 인가되도록 하기 위해 필요한 전압을 인버터부(4)에서 생성하도록 인버터부(4)의 스위칭신호의 게이팅신호를 생성하여, 인버터부(4)의 출력주파수를 제어할 수 있다.
제어부(10)는 전류제어부(20)에 인가할 지령전류를 생성할 수 있다.
이때, 지령전류는 직류전류일 수 있으며, a상에 양의 전류를, b상 및 c상에는 a상 전류의 반의 크기의 음의 전류일 수 있다. 지령전류가 직류전류라는 것은, 일정 크기의 전류로서, 주파수가 0인 전류를 의미한다. 이때 직류전류의 크기는 전동기(5)에 따라 변경가능하며, 예를 들어, 본 발명의 일실시예에서 a상 지령전류의 크기는 전동기(2)의 정격전류의 1/2 크기의 양의 전류일 수 있고, b상 및 c상 지령전류의 크기는 a상 지령전류의 크기의 1/2 크기의 음의 전류일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 지령전류의 크기는 전동기(5)의 정격에 따라 다양하게 설정될 수 있을 것이다.
이때, 지령전류의 주입시간은 예를 들어 200ms 일 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 주파수 추정부(30)는, 직류전류의 인가에 의한 리플을 분석하여 주파수를 추정하는 것이므로, 리플이 의미있는 구간을 채용하기 위함이다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전동기(5)의 정격에 따라 지령전류의 주입시간이 다소 변동될 수 있을 것이다.
도 8은 도 7에서 지령전류의 크기의 상별관계를 설명하기 위한 일예시도이다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서, a상 지령전류는 소정 크기(8B)의 양의 전류이고, b상 및 c상 지령전류는 a상 지령전류의 크기(8B)의 1/2에 해당하는 크기(8C, 8D)의 음의 전류일 수 있다.
또한, a상 내지 c상 지령전류에 의해 발생하는 리플을 측정하기 위하여 짧은 구간(8A)에 인가될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에서, 비교부(15)는 지령전류와 검출부(7)로부터 측정되는 인버터의 출력전류의 차를 구하여, 이를 전류제어부(20)에 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 전류제어부(20)는 비례적분(proportional-integral, PI) 제어기일 수 있으며, 전류제어부(20)는 비교부(15)의 출력값에 대해 비례적분(PI) 제어를 수행할 수 있다.
즉, 전류제어부(20)는, 비교부(15)의 출력에 특정 비계게인(P 게인)을 곱한 값을 출력하는 곱하기 연산을 하여 비례제어를 수행하고, 이에 특정 적분게인(I 게인)을 곱한 후 적분시킨 적분연산을 하여 적분제어를 수행한 결과를 합한 출력을 인버터부(4)의 복수의 스위칭소자에 게이트 신호로 제공할 수 있다.
비례제어는 인버터부(4)의 출력주파수를 제어하여 출력주파수와 비교부(15)의 출력(편차)이 비례관계를 가지도록 하는 것을 말하며, P 게인을 높게 설정하면 편차가 빠른 변화를 나타내기 때문에 시스템의 응답은 빨라지나, P 게인을 너무 높게 설정하면 시스템은 불안정해지게 된다.
적분제어는 편차를 적분하여 출력주파수를 수정하기 위한 것이다. 비례제어의 경우 큰 편차는 큰 출력주파수를 발생시키고, 편차가 작으면 출력주파수의 조정값도 작아지게 된다. 그러나 편차를 0으로 만들 수는 없다. 적분제어는 이러한 비례제어의 성능을 보완하는 것이다. 출력주파수의 적분보정은 편차를 전체 시간에 걸쳐 누적함으로써 수행하게 되고 결과적으로 편차가 0이 된다. I 게인은 얼마나 자주 편차를 적분할 것인가의 계수가 된다.
본 발명의 일실시예에서, 정상상태에서 인버터의 제어를 위하여 사용되는 P 게인을 사용하지 않고, 짧은 시간(8A) 동안 레퍼런스에 도달하도록 P 게인을 작게 설정하여 사용할 수 있다.
도 9는 도 8의 지령전류에 의한 전류응답의 일예시도로서, 도 5의 인버터부(4)의 출력에 해당하는 것일 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 인버터부(4)의 출력에서, a상 내지 c상의 지령전류에 대한 전류응답은 리플전류로 표현될 수 있으며, a상 전류응답의 크기는 b상 및 c상 전류응답의 크기의 2배에 해당하고, 그 부호가 상이함을 알 수 있다. 즉, a상 전류응답은 양의 리플전류이고, b상 및 c상 전류응답은 음의 리플전류이다.
또한, b상 전류응답과 c상 전류응답은 그 위상이 역전되어 있음을 알 수 있다.
a상 전류응답에서 사인형태의 곡선을 끌어올리고 있는 기울기(9A)는 P 게인에 해당하는 것이다. 이는 b상 및 c상 전류응답에서도 역시 마찬가지라 할 것이다.
이와 같이 측정되는 전류응답을 이용하여, 본 발명의 일실시예의 주파수 추정부(30)는, a상 내지 c상 리플전류 중 하나 이상을 이용하여 주파수를 추정할 수 있다.
예를 들어 주파수 추정부(30)는 소정 시간(예를 들어 1ms) 단위의 a상 전류응답의 증가분을 1회 계산하고, 다시 소정 시간 단위의 a상 전류응답의 증가분을 계산하여(2회 미분과 같음), 도 9의 a상 전류응답의 형태에서 사인형태의 곡선을 구할 수 있으며, 이로부터 제로크로싱(zero-crossing)을 계산하여 주파수를 추정할 수 있다.
또는, 도 9를 참조로 하면, b상 전류응답과 c상 전류응답은 그 위상이 정반대이므로, 주파수 추정부(30)는, 도 9의 b상 전류응답으로부터 c상 전류응답을 차감하면, 사인형태의 곡선을 구할 수 있으며, 이로부터 제로크로싱을 계산하여 주파수를 추정할 수 있을 것이다.
다만, 본 발명의 일실시예의 주파수 추정부(30)가 도 9의 전류응답으로부터 주파수를 추정하는 방식은 위에서 설명한 것에 한정되는 것은 아니며, 더욱 다양한 방식으로 주파수 추정이 가능하다 할 것이다.
이로부터 제어부(10)는, 주파수 추정부(30)가 추정한 전동기(5)의 역기전력의 주파수를 이용하여, 전동기(5)의 회전속도에 맞춰 인버터의 플라잉 스타트를 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플라잉 스타트 동작을 설명하기 위한 일예시도로서, 제어부(10)의 제어에 의한 인버터 동작을 나타낸 것이다.
제어부(10)는 도 10과 같이 상용전원이 차단되어 전동기의 회전속도가 감소하고, 전동기의 역기전력이 감소하는 도중 상용전원이 복전되는 경우, 전동기(5)의 역기전력의 크기가 종래의 방식에 의해서는 플라잉 스타트가 불가능하게 작아지는 경우에도, 10A 시점에 직류전류를 주입하는 전류지령을 전류제어부(20)에 제공하면, 10B 시점까지 주파수 추정부(30)가 전동기(5)의 회전속도를 추정할 수 있다. 제어부(10)는 시점 10A-시점 10B 구간에서 인버터의 출력전압을 일정 크기로 유지할 수 있다.
10B 시점에서 플라잉 스타트가 시작되며, 제어부(10)는 주파수 추정부(30)가 추정한 주파수 또는 추정 주파수보다 일정 크기 이상 큰 주파수에서 시작하여 주파수를 감소시킨다.
전동기(5)의 회전속도와 인버터 출력주파수가 같아지는 시점 10D에서 플라잉 스타트는 완료되고, 해당 시점의 인버터 출력주파수에 의해 전동기(5)의 운전이 시작되며, 플라잉 스타트가 시작하는 시점 10B에서 제어부(10)는 인버터 출력전압을 0에서 시작하여 플라잉 스타트가 종료하는 시점 10D까지 증가시킨다.
플라잉 스타트의 종료시점 10D 이후에는 제어부(10)는 인버터 출력전압을 V/f 비에 의해 증가시킬 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 추정된 주파수에 의해 플라잉 스타트를 시작하게 되며, 종래와 같이 인버터의 최대 출력주파수에서 플라잉 스타트를 수행하는 것이 아니므로, 빠른 시간 내에 플라잉 스타트를 완료할 수 있다.
이와 같은 본 발명은, 직류전류를 주입하고 주입된 전류에 의해 발생하는 리플전류를 분석함으로써 대략적인 전동기 회전속도를 추정하고, 이로부터 플라잉 스타트를 수행함으로써 종래 플라잉 스타트 대비 10% 정도의 시간으로 플라잉 스타트를 종료할 수 있다. 또, 역기전력을 정확하게 분석하기 어려운 경우에도 전동기 회전속도를 빨리 추정할 수 있으므로, 빠른 시간 내에 인버터의 재기동을 완료할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 교류전원 2: 정류부
3: 평활부 4: 인버터부
5: 전동기 6: 제어장치
7: 검출부 10: 제어부
15: 비교부 20: 전류제어부
30: 주파수 추정부

Claims (9)

  1. 복수의 스위칭소자로 구성되는 인버터부를 포함하는 인버터 시스템에서, 인버터에 연결된 전동기가 프리런하는 경우 상기 인버터를 재기동하기 위한, 인버터 제어장치에 있어서,
    3상의 직류인 지령전류를 생성하는 제어부;
    상기 지령전류와 상기 인버터부의 출력전류의 차이를 구하는 비교부;
    상기 차이에 대해 비례적분(PI) 제어를 수행하는 전류제어부; 및
    상기 인버터부의 출력인 리플전류로부터 상기 전동기의 역기전력의 주파수를 추정하는 주파수 추정부를 포함하는 인버터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 3상 지령전류는,
    하나의 상(a상)은 소정 크기의 양의 전류이고, 나머지 두개의 상(b상 및 c상)은 상기 a상의 1/2 크기의 음의 전류인 인버터 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 a상의 전류의 크기는, 상기 전동기의 정격전류의 1/2에 해당하는 크기인 인버터 제어장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 3상 지령전류는,
    소정 시간동안 제한되어 상기 비교부로 입력되는 인버터 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전류제어부는,
    상기 차이를 비례적분 제어한 출력을 상기 인버터부의 상기 복수의 스위칭소자에 게이트 신호로 제공하는 인버터 제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전류제어부는,
    정상상태에서의 비례 게인(P 게인)보다 작게 P 게인이 설정되는 인버터 제어장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 주파수 추정부는,
    상기 a상의 지령전류에 대한 전류응답(전류응답)의 증가분을 2회 계산하여, 이로부터 제로크로싱을 계산하여 주파수를 추정하는 인버터 제어장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 주파수 추정부는,
    상기 b상 전류응답으로부터 c상 전류응답을 차감하여, 이로부터 제로크로싱을 계산하여 주파수를 추정하는 인버터 제어장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 주파수 추정부에 의해 추정된 상기 전동기의 역기전력의 주파수를 이용하여, 상기 인버터부의 출력을 상기 전동기의 회전속도에 대응하도록 제어하는 인버터 추정장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07250496A (ja) * 1994-03-09 1995-09-26 Mitsubishi Electric Corp 誘導電動機の制御装置
JP2001078494A (ja) * 1999-09-06 2001-03-23 Yaskawa Electric Corp Ａｃモータ駆動装置のｄｃオフセット補正方法
JP2004350459A (ja) * 2003-05-26 2004-12-09 Mitsubishi Electric Corp 誘導電動機の制御装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000253505A (ja) * 1999-02-25 2000-09-14 Railway Technical Res Inst 速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
JP3538057B2 (ja) * 1999-02-25 2004-06-14 財団法人鉄道総合技術研究所 速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
JP2002280169A (ja) * 2001-03-19 2002-09-27 Futaba Corp 有機ｅｌ装置
JP4380089B2 (ja) * 2001-06-07 2009-12-09 富士電機システムズ株式会社 自由回転中の誘導電動機の回転速度検出方法と再起動方法
US7423395B2 (en) * 2002-07-08 2008-09-09 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Sensorless vector control method for alternating-current motor and control apparatus therefor
WO2004006424A1 (ja) * 2002-07-08 2004-01-15 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki 交流電動機のセンサレスベクトル制御方法及びその制御装置
JP4455981B2 (ja) * 2004-11-30 2010-04-21 株式会社日立産機システム 同期電動機の駆動装置
US7960938B2 (en) * 2004-12-21 2011-06-14 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for determining motor rotation status
JP4774960B2 (ja) * 2005-12-02 2011-09-21 富士電機株式会社 誘導電動機の制御方法
JP6207953B2 (ja) * 2013-09-30 2017-10-04 株式会社日立産機システム 電力変換装置及び電力変換方法
JP6317904B2 (ja) * 2013-10-02 2018-04-25 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 モータ制御装置、及び空気調和機
JP6390337B2 (ja) * 2014-10-21 2018-09-19 株式会社デンソー 回転電機の制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07250496A (ja) * 1994-03-09 1995-09-26 Mitsubishi Electric Corp 誘導電動機の制御装置
JP2001078494A (ja) * 1999-09-06 2001-03-23 Yaskawa Electric Corp Ａｃモータ駆動装置のｄｃオフセット補正方法
JP2004350459A (ja) * 2003-05-26 2004-12-09 Mitsubishi Electric Corp 誘導電動機の制御装置

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