KR20200031989A

KR20200031989A - 3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 방법 및 3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 회로

Info

Publication number: KR20200031989A
Application number: KR1020190098838A
Authority: KR
Inventors: 빅토르 리츠하웁트; 홀거 버네루스
Original assignee: 보그와르너 루트비히스부르크 게엠바흐
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2020-03-25
Also published as: CN110907695A; DE102018122549B4; DE102018122549A1

Abstract

3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 방법이 개시된다. 제1 위상의 제1 측정 전류 신호(Curr_A)와, 제2 위상의 제2 측정 전류 신호(Curr_B)와, 제3 위상의 측정 전류 신호(Curr_C)가 생성된다. 제1 저항(Ra1)을 통해서 제1 측정 전류 신호(Curr_A)를, 제2 저항(Rb1)을 통해서 제2 측정 전류 신호(Curr_B)를, 그리고 제3 저항(Rc1)을 통해서 제3 측정 전류 신호(Curr_C)를, 노드 포인트에서 합침으로써, 총 전류 신호(CurrDC)가 생성된다. 제1 저항(Ra1), 제2 저항(Rb1) 및 제3 저항(Rc1)은 동일한 크기이다. 형성된 총 전류 신호(CurrDC)는 필터를 통해서 노드 포인트로부터 센서에 공급된다. 추가로, 3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 회로가 개시된다.

Description

3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 방법 및 3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 회로{A METHOD FOR MEASURING THE POWER CONSUMPTION OF A THREE-PHASE POWER ELECTRONICS SYSTEM, AND A CIRCUIT FOR THIS PURPOSE}

본 발명은 3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 방법 및 이러한 목적을 위한 회로에 관한 것이다.

배터리-구동 차량 및 하이브리드 차량은 차량 배터리에 의해 공급되는 전기 구동부(electric drive)를 구비한다. 그러한 차량의 전기 모터는 보통, 예를 들어 영구적으로 여기되는 DC 모터인, 3상 DC 모터이다. 전기 모터는, 예를 들어 터보 차저(e-Turbo)를 보조하는 송풍기(blowers)용으로, 기존의 내연기관 차량에서 점점 더 많이 사용되고 있다.

이러한 전기 모터들의 현장-지향적 규정(field-oriented regulation)은 전력 전자 시스템의 전기 모터에 공급되는 분기 전류들에 대한 고주파 측정을 필요로 하며, 이는 결과적으로 필터링을 거의 필요로 하지 않으므로, 전류의 빠른 변동들조차도 충분한 정확도로 측정될 수 있다. 그때에, 기존 시스템의 총 소비 전력은, 개별 분기 전류들의 측정값들을 합산함으로써 결정된다. 개별 분기 전류들이 정확히 동일한 시간에 측정되지 않으면, 이렇게 결정된 총 전류의 정확도는, 특히, 부하가 빠르게 변하는 경우에, 떨어질 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 3상 전력 전자 시스템의 소비 전력이 높은 정확도로 및 적은 노력으로 결정될 수 있는 방법을 개시하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제1항에 특정된 특징들을 포함하는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 개선들은 종속 청구항들의 청구대상이다.

본 발명의 방법에서, 전력 전자 시스템의 개별 위상들에 대해 측정 전류 신호들이 우선 결정된다. 이러한 측정 전류 신호들은, 예를 들어 하프 브리지를 사용하여 각 위상에 대해 획득될 수 있다. 적절한 하프 브리지들이 일반적으로 기존의 출력 스테이지들에 포함되어, 전력 출력 시스템에 공급되는 각 위상에 대해 측정 전류 신호가 측정된다. 하지만, 본 발명의 방법에서, 전력 전자 시스템에 의해 부하에 특히 전기 모터에 공급된 위상들의 측정 전류 신호를 이용할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 개별 위상들에 대한 측정 전류 신호들은, 전기 저항을 통해서, 노드 포인트에서, 각각이 합쳐져서 총 전류 신호를 형성한다. 개별 전류 신호들은 저항들을 통해서 노드 포인트로 전송되는데, 이 저항들은 동일한 크기이다. 즉, 이들은 제조 공차 내에서 정합한다. 이와 같이 형성된 총 전류 신호는, 개별 위상들에 대한 측정 전류 신호들의 산술 평균이다; 존재할 수 있는 어떠한 리액턴스 성분들(reactive components)도 평균화된다.

그리고 나서, 총 전류 신호는 필터를 통해서 센서에 제공되고, 센서는 총 전류를 측정한다. 이를 위해, 센서는, 자체에 걸리는 전압을 측정하는 전압 센서일 수 있다. 필터는 바람직하게는 저역 통과 필터이지만, 예를 들어 대역 통과 필터일 수도 있다.

필터는, 컷-오프 주파수 이상의 간섭 신호들을 제거하도록 선택되어야 한다. 간섭 신호들은, 예를 들어 펄스 폭 변조의 주파수, 전기 모터의 회전 주파수, 또는 기타 교란들에 의해 생성될 수 있다. 필터의 컷-오프 주파수는 바람직하게는 50Hz 이상이다.

본 발명의 추가적인 세부 사항들 및 장점들이, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 예시적 실시예에서 설명된다.
도 1은 전력 전자 시스템의 개별 위상들에 대해 측정 전류 신호를 결정하기 위한 브리지 회로를 보여준다.
도 2는 전력 전자 시스템의 개별 위상들에 대해 측정 전류 신호로부터 형성된 총 전류 신호를 측정하기 위한 회로를 보여준다.

도 1은 전기 모터의 전력 공급 장치의 출력 스테이지의 필수 요소들을 개략적으로 보여준다. 출력 스테이지는 위상들(A, B, C)을, 연결된 전기 모터에 전달한다. 도시된 실시예에서, 전기 모터의 활성화를 위해 3개의 하프 브리지들이 제공된다. 각 하프 브리지에서의 전류가, 대응하는 전압 신호가 측정 회로에 의해 기록된다는 점에서, 대응하는 저항들(R1, R2, R3)에 의해 측정된다.

하프 브리지들에서 획득된 전압 신호들은 측정 회로(M)에 의해 기록되고, 각각의 하프 브리지를 통과한 전류를 나타내는 측정 신호들이 이들로부터 생성된다. 따라서, 측정 회로에 의해 생성된 측정 신호들은 측정 전류 신호들이라고 지칭되며, 도 1에서 Curr_A, Curr_B 및 Curr_C로 규정된다.

도 2는 개별 위상들(A, B 및 C)에 대해 측정 전류 신호들(Curr_A, Curr_B 및 Curr_C)로부터 총 전류 신호가 얻어지는 방법 - 즉, 노드 포인트에서 측정 전류 신호들(Curr_A, Curr_B 및 Curr_C)을 합치고 그리고 나서 그것들을 저역 통과 필터 또는 기타 필터를 통해서, 총 전류 신호(CurrDC)를 검출하는 센서에 공급함으로써 총 전류 신호를 얻는 방법 - 을 개략적으로 보여준다. 도시된 실시예에서, 측정 전류 신호들(Curr_A, Curr_B 및 Curr_C)은, 필터의 일부인 저항들(Ra1, Rb1 및 Rc1) 각각을 통과해서, 노드 포인트에서 합쳐진다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 위상(A)의 측정 전류 신호(Curr_A)는 저항(Ra1)을 통해서 노드 포인트로 전송되고, 제2 위상(B)의 측정 전류 신호(Curr_B)는 저항(Rb1)을 통해서 노드 포인트로 전송되고, 제3 위상(C)의 측정 전류 신호(Curr_C)는 저항(Rc1)을 통해서 노드 포인트로 전송된다. 여기서, 저항들(Ra1, Rb1 및 Rc1)은 제조 허용 공차 내에서 동일한 크기이다. 따라서, 노드 포인트에서, 개별 위상들에 대한 측정 전류 신호들이 중첩된다. 따라서, 존재할 수 있는 개별 위상들의 전류 측정 신호들의 임의의 리액턴스 성분들은, 노드 지점에서 유리하게 평균화된다.

유용한 신호에 해당하지 않는, 시스템에서 발생하는 주파수들은, 임의의 간섭 신호들과 함께, 총 전류 신호가 측정되기 전에, 노드 포인트에 존재하는 총 전류 신호로부터 필터링하여 제거될 수 있다. 도시된 실시예에서 차량 통과 필터가 사용되는데, 이 차량 통과 필터는 전류 센서와 병렬로 연결된 커패시턴스(C2)에 의해 형성된다. 저역 통과 필터의 컷-오프 주파수는, 모터의 회전 속도와 함께 전력 전자 시스템에 제공되는 펄스 폭 변조 주파수 그리고 시스템에서 발생하는 임의의 기타 간섭 주파수에 근거한 간섭 신호들이 필터링하여 제거되도록, 선택되어야 한다. 예를 들어, 저역 통과 필터는 50Hz 이상의 컷-오프 주파수 이상의 신호를 감쇠시킬 수 있다. 많은 응용 분야들에서, 저역 통과 필터는 50Hz 이상의 컷-오프 주파수를 갖는 것이 유리하다.

상술한 회로에 의해, 전력 전자 시스템의 성능 및 그것에 의해 전력공급된 전기 모터의 성능이 매우 잘 조정될 수 있다. 이를 위해, 전력 전자 시스템이 비활성일 때, 총 전류 신호(CurrDC)가 우선 측정된다. 이러한 방식으로 획득된 값은, 저장되고 이후에 총 전류 신호(CurrDC)를 보정하기 위해 총 전류 신호의 차후 측정들을 위한 제로 오프셋으로서 사용된다. 그리고 나서, 전력 전자 시스템이 활성일 때 제로 오프셋에 의해 보정된 총 전류 신호가 규칙적으로 측정되고, 그리고 측정 전류 회로의 임의의 이득 인자들과 저항들(R1, R2, R3)의 크기를 고려하여, 전력 전자 시스템의 총 전류가 계산된다. 그리고 나서, 전력 전자 시스템에 의해 소비되는 전력은, 총 전류를 관련 전압과 곱함으로써, 총 전류로부터 계산될 수 있다.

Claims

3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 방법으로서,
제1 위상의 제1 측정 전류 신호(Curr_A)와, 제2 위상의 제2 측정 전류 신호(Curr_B)와, 제3 위상의 측정 전류 신호(Curr_C)를 생성하는 것,
제1 저항(Ra1)을 통해서 상기 제1 측정 전류 신호(Curr_A)를, 제2 저항(Rb1)을 통해서 상기 제2 측정 전류 신호(Curr_B)를, 그리고 제3 저항(Rc1)을 통해서 상기 제3 측정 전류 신호(Curr_C)를, 노드 포인트에서 합침으로써, 총 전류 신호(CurrDC)를 생성하는 것 - 상기 제1 저항(Ra1), 상기 제2 저항(Rb1) 및 상기 제3 저항(Rc1)은 동일한 크기임 -,
형성된 상기 총 전류 신호(CurrDC)를 필터링하여 센서에 공급하는 것을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 필터는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터는 커패시턴스(C2)를 가지며 상기 측정 디바이스에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터는 50Hz 이상의 컷-오프 주파수 이상의 신호를 감쇠시키는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 전자 시스템은 전기 모터, 바람직하게는 영구적으로 여기된 DC 모터에 전력공급하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 총 전류 신호는 상기 전력 전자 시스템이 비활성일 때 측정되고, 측정값은 상기 전력 전자 시스템이 활성일 때 획득된 상기 총 전류 신호의 값을 보정하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는, 방법.
3상 전력 전자 시스템의 소비 전력을 측정하기 위한 회로로서,
제1 위상의 측정 전류 신호를 위한 제1 입력부,
제2 위상의 측정 전류 신호를 위한 제2 입력부,
제3 위상의 측정 전류 신호를 위한 제3 입력부 - 상기 제1 입력부는 제1 저항(Ra1)을 통해서 노드 포인트에 연결되고, 상기 제2 입력부는 제2 저항(Rb1)을 통해서 상기 노드 포인트에 연결되고, 상기 제3 입력부는 제3 저항(Rc1)을 통해서 상기 노드 포인트에 연결됨 -, 및
저역 통과 필터를 통해서 상기 노드 포인트에 연결된 센서를 포함하는, 회로.