KR20210083146A - Method and Device for Controlling Inverter of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 영구자석에 의한 누설자속을 최소화하기 위해 전압 지령, 전류 지령 및 PWM 신호를 조정하는 IPMSM의 인버터 제어 장치 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to an inverter control device of an IPMSM that adjusts a voltage command, a current command, and a PWM signal to minimize leakage magnetic flux due to a permanent magnet, and an operating method thereof.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information on the present invention and does not constitute the prior art.
매입형 영구자석 동기 전동기(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)는 회전자 철심 내부에 영구자석이 삽입된 방식의 동기모터로서, 고속 내구력 및 고속 운전성이 우수하다. 특히, IPMSM은 완전 밀폐형 구조로 인하여 유지보수에 유리하고, 단위 부피당 토크가 높아 동일 용량 대비 출력을 높일 수 있기 때문에 주로 철도 차량용 및 전기자동차용 모터로 사용된다. 유럽 및 일본에서는 IPMSM를 철도 차량용으로 구현하여 이용하고 있는 상황이다. 이와 더불어, IPMSM를 전기차량용으로서 xEV(EV, HEV, PHEV 등)에 적용하기 위한 연구가 진행 중에 있다.An interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) is a synchronous motor in which a permanent magnet is inserted into the core of a rotor, and has excellent high-speed durability and high-speed operation. In particular, IPMSM is advantageous for maintenance due to its fully enclosed structure and is mainly used as a motor for railway vehicles and electric vehicles because it can increase output compared to the same capacity due to high torque per unit volume. In Europe and Japan, IPMSM is implemented and used for rail vehicles. In addition, research is underway to apply IPMSM to xEVs (EVs, HEVs, PHEVs, etc.) for electric vehicles.
매입형 영구자석 동기 전동기에는 인버터가 부착되며, 인버터 제어 장치가 외부의 토크 지령으로부터 전류 지령 및 전압 지령을 생성하고, 전압 지령을 기반으로 인버터의 스위치를 제어함으로써, 동기 전동기의 속도 및 토크를 제어한다.An inverter is attached to the embedded permanent magnet synchronous motor, and the inverter control device generates a current command and a voltage command from an external torque command, and controls the inverter switch based on the voltage command to control the speed and torque of the synchronous motor. do.
인버터 제어 장치는 인버터의 스위칭 제어 시 펄스폭 변조(pulse-width modulation) 제어를 하며, PWM 제어 영역은 전압 지령과 반송파에 따라 선형 영역, 과변조 영역 및 6-step 영역으로 나뉜다. 선형 영역은 동기 전동기가 저속으로 회전할 때 인버터의 출력 전압이 전압 지령을 선형적으로 추종할 수 있는 영역이다. 과변조 영역은 인버터의 출력 전압이 전압 지령을 선형적으로 추종하기 어려운 영역으로서, 전압 지령에 대한 과변조가 수행되는 영역이다. 6-step 영역은 인버터의 출력 전압이 구형파로 출력되는 영역으로서, 인버터 제어 장치가 동기 전동기를 고속에서 안정적이고, 효율적으로 동작시킬 수 있는 영역이다.The inverter control device controls the pulse-width modulation when controlling the switching of the inverter, and the PWM control area is divided into a linear area, an overmodulation area and a 6-step area according to the voltage command and the carrier wave. The linear region is a region in which the output voltage of the inverter can follow the voltage command linearly when the synchronous motor rotates at a low speed. The overmodulation region is a region where it is difficult for the output voltage of the inverter to follow the voltage command linearly, and is a region where overmodulation with respect to the voltage command is performed. The 6-step region is a region in which the output voltage of the inverter is output as a square wave, and is an region in which the inverter control device can stably and efficiently operate the synchronous motor at high speed.
인버터 제어 장치는 과변조 영역에서 인버터의 출력 전압이 전압 지령을 최대한 선형적으로 추종할 수 있도록 전압 지령을 변조한다. 인버터 제어 장치가 인버터를 공간 벡터 펄스폭 변조(space vector pulse-width modulation, SVPWM) 제어하는 경우, 선형성을 높이기 위한 과변조 기법으로서 최소 거리 과변조와 동일 위상 과변조를 이용하였다. 최소 거리 과변조는 공간 전압 벡터도에서 전압 지령의 위상과 크기를 모두 변조함으로써, 전압 지령을 육각형에 수직으로 내린 지점까지 전압 지령을 변조하는 방법이다. 반면, 동일 위상 과변조는 전압 지령의 위상을 고정시키고, 크기를 조정함으로써 전압 지령을 육각형 위로 변조하는 방법이다.The inverter control device modulates the voltage reference so that the output voltage of the inverter follows the voltage reference as linearly as possible in the overmodulation region. When the inverter control device controls the inverter with space vector pulse-width modulation (SVPWM), minimum distance overmodulation and in-phase overmodulation are used as overmodulation techniques to increase linearity. Minimum distance overmodulation is a method of modulating the voltage command up to the point where the voltage command is perpendicular to the hexagon by modulating both the phase and magnitude of the voltage command in the spatial voltage vector diagram. On the other hand, in-phase overmodulation is a method of modulating the voltage reference over a hexagon by fixing the phase of the voltage reference and adjusting the magnitude.
하지만, 동일 위상 과변조와 최소 거리 과변조 같은 동적 과변조 방법은 PWM 제어의 선형성을 높이는 데 한계가 있다. 또한, 두 방법은 하이게인(high-gain) 변조 없이는 6-step 영역으로 절환하지 못한다.However, dynamic overmodulation methods such as in-phase overmodulation and minimum distance overmodulation have limitations in improving the linearity of PWM control. Also, the two methods cannot switch to the 6-step region without high-gain modulation.
한편, 동기 전동기와 인버터의 전류 제한으로 인해 동기 전동기의 토크가 제한되며, 인버터 제어 장치는 제한 범위 내에서 전압을 제어함으로써 동기 전동기의 전류 및 토크를 제어한다. 이때, 동기 전동기의 속도도 한계가 있으며, 인버터 제어 장치는 동기 전동기를 더 높은 속도로 회전시키기 위해 약자속 제어(flux weakness control)를 수행한다.On the other hand, the torque of the synchronous motor is limited due to the current limitation of the synchronous motor and the inverter, and the inverter control device controls the current and torque of the synchronous motor by controlling the voltage within the limiting range. At this time, the speed of the synchronous motor is also limited, and the inverter control device performs flux weakness control to rotate the synchronous motor at a higher speed.
약자속 제어는 dq-축 전류 지령 중 d-축 전류 지령을 음의 방향으로 조정하여 동기 전동기의 공극 쇄교 자속을 감쇄시킴으로서, 동기 전동기가 낮은 토크 및 높은 속도에서 동작할 수 있도록 하는 제어 방법이다. The weak flux control is a control method that allows the synchronous motor to operate at low torque and high speed by adjusting the d-axis current command among the dq-axis current commands in the negative direction to attenuate the gap-linkage flux of the synchronous motor.
d-축 전류 지령을 음의 방향으로 조정하는 약자속 제어는 과변조 영역에서 인버터 출력 전압이 전압 지령을 선형적으로 추종할 수 있도록 하는 데 목적이 있으며, 과변조 수행 시간을 고려하지는 않는다. 즉, 기존의 약자속 제어는 긴 시간 동안 과변조를 수행하기 때문에 전압 이용률을 최대화할 수 없다는 문제점이 있다.The weak magnetic flux control that adjusts the d-axis current command in the negative direction aims to enable the inverter output voltage to follow the voltage command linearly in the overmodulation region, and does not consider the overmodulation execution time. That is, there is a problem in that the voltage utilization ratio cannot be maximized because the conventional magnetic flux control performs overmodulation for a long time.
한편, 종래의 PWM 제어는 반송파의 주파수를 고정시킨 채로 PWM 신호를 생성하는 비동기 모드와 반송파와 전압 지령을 동기화시킨 동기 모드로 동작한다. 구체적으로 인버터 제어 장치는 저속 동작과 같이 반송파 주파수와 기본파 주파수 비, 즉 변조수(Pulse number)가 낮은 경우에는 반송파와 기본파가 동기되지 않는 비동기 모드로 동작한다. 반면, 고속 동작과 같이 변조수가 높은 경우에는 반송파와 기본파가 동기된 동기 모드로 동작한다.Meanwhile, the conventional PWM control operates in an asynchronous mode in which a PWM signal is generated while the frequency of a carrier wave is fixed, and a synchronous mode in which a carrier wave and a voltage command are synchronized. Specifically, the inverter control device operates in an asynchronous mode in which the carrier wave and the fundamental wave are not synchronized when the carrier frequency and the fundamental frequency ratio, ie, the pulse number, is low, such as in low-speed operation. On the other hand, when the modulation number is high, such as in high-speed operation, the carrier wave and the fundamental wave operate in a synchronized mode.
하지만, 종래의 PWM 제어는 동기 모드를 통해 과변조 영역 및 6-step 영역에서 인버터 출력 전류의 불평형을 해소할 수 있을지라도, 수 많은 스위칭 동작에 의해 발생하는 스위칭 손실 및 발열을 줄이기 어렵다는 문제점이 있다.However, although the conventional PWM control can solve the imbalance of the inverter output current in the overmodulation region and the 6-step region through the synchronous mode, there is a problem in that it is difficult to reduce the switching loss and heat generated by numerous switching operations. .
마지막으로, 인버터 제어 장치에 포함된 전류 제어부는 dq-축 전류 지령에 따라 전압 지령을 생성하는 구성요소다. 동기 전동기의 속도가 증가함에 따라 PWM 제어 신호의 주파수가 증가하지만, 일반적으로 전류 제어부는 일정한 주기로 dq-축 전류 지령을 샘플링하고 전압 지령을 생성한다. 이는 인버터 제어 장치의 제어 정밀도를 떨어트리고, 동기 전동기의 전압 및 전류가 전압 지령과 전류 지령을 추종하는 속응성을 저하시킨다.Finally, the current control unit included in the inverter control device is a component that generates a voltage command according to the dq-axis current command. As the speed of the synchronous motor increases, the frequency of the PWM control signal increases, but in general, the current controller samples the dq-axis current reference at a constant period and generates a voltage reference. This lowers the control precision of the inverter control device and lowers the quick responsiveness of the voltage and current of the synchronous motor to follow the voltage command and the current command.
본 발명의 다른 실시예들은, d-축 전류 지령을 음의 방향으로 조정하는 약자속제어의 긴 과변조 시간과 낮은 전압 이용률을 개선할 수 있는 인버터 제어 장치 및 동작 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.Another aspect of the present invention is to provide an inverter control device and an operating method capable of improving the long overmodulation time and low voltage utilization rate of weak magnetic flux control that adjusts the d-axis current command in the negative direction. have.
본 발명의 실시예들은, 최소 거리 과변조보다 높은 선형성을 가지는 과변조 기법을 수행하되, 동기 전동기의 속도에 따라 선형 영역 내에서도 전압 지령 과변조를 시작할 수 있는 인버터 제어 장치 및 동작 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention perform an overmodulation technique having higher linearity than a minimum distance overmodulation, but provide an inverter control device and an operating method capable of starting voltage command overmodulation even within a linear region according to the speed of a synchronous motor. It has a main purpose.
본 발명의 다른 실시예들은, 반송파를 기본파에 동기화시키는 동기 모드로 동작하되, 인버터 출력 전류의 불평형을 해소할 뿐만 아니라 인버터의 스위칭 주파수를 감소시켜 스위칭 손실 및 발열을 줄일 수 있는 인버터 제어 장치 및 동작 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.Another embodiment of the present invention is an inverter control device capable of reducing switching loss and heat generation by reducing the switching frequency of the inverter as well as resolving the imbalance of the inverter output current, but operating in a synchronous mode for synchronizing a carrier wave to a fundamental wave, and An object of the present invention is to provide a method of operation.
본 발명의 일 측면에 의하면, 동기 전동기의 인버터 제어 장치에 있어서, dq-축 전류 지령에 따라 전압 지령을 생성하는 전류 제어부; 동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달하면, 과변조 신호를 생성하고 상기 전압 지령을 공간 전압 벡터도의 육각형 위로 변조하는 변조부; 상기 전압 지령 및 상기 과변조 신호에 따라 상기 dq-축 전류 지령 중 d-축 전류 지령에 보상 전류 지령을 추가하는 d-축 전류 보상기; 및 상기 변조부에 의해 변조된 전압 지령과 반송파에 기초하여 펄스폭 변조 신호를 생성하여 인버터에 인가하는 PWM 신호 생성기를 포함하는 인버터 제어 장치를 제공한다.According to one aspect of the present invention, there is provided an inverter control device for a synchronous motor, comprising: a current controller configured to generate a voltage command according to a dq-axis current command; a modulator for generating an overmodulation signal and modulating the voltage command over a hexagon of a space voltage vector diagram when the speed of the synchronous motor reaches a first reference speed; a d-axis current compensator for adding a compensating current command to a d-axis current command among the dq-axis current commands according to the voltage command and the over-modulation signal; and a PWM signal generator for generating a pulse width modulated signal based on the voltage command and the carrier modulated by the modulator and applying it to the inverter.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 동기 전동기에 대한 인버터 제어 장치의 동작 방법에 있어서, dq-축 전류 지령을 획득하는 과정; 동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달하면, 상기 dq-축 전류 지령 중 d-축 전류 지령에 보상 전류 지령을 추가하는 과정; 보상된 dq-축 전류 지령에 따라 전압 지령을 생성하는 과정; 상기 전압 지령을 공간 전압 벡터도의 육각형 위로 변조하는 과정; 및 변조된 전압 지령과 반송파에 기초하여 펄스폭 변조 신호를 생성하여 인버터에 인가하는 과정을 포함하는 인버터 제어 장치의 동작 방법을 제공한다.According to another aspect of this embodiment, there is provided a method of operating an inverter control apparatus for a synchronous motor, the method comprising: obtaining a dq-axis current command; adding a compensation current command to the d-axis current command among the dq-axis current commands when the speed of the synchronous motor reaches the first reference speed; generating a voltage reference according to the compensated dq-axis current reference; modulating the voltage reference over a hexagon of a space voltage vector diagram; and generating a pulse width modulated signal based on the modulated voltage command and the carrier wave and applying the generated pulse width modulated signal to the inverter.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, d-축 전류 지령에 보상 전류 지령을 추가하여 과변조 시간을 단축시키고, 인버터의 전압 이용률을 최대화할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, the overmodulation time can be shortened by adding the compensating current command to the d-axis current command, and the voltage utilization rate of the inverter can be maximized.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 전압 지령이 선형 영역의 한계점이 아닌 선형 영역 내에 위치하더라도 동기 전동기의 속도 기준에 따라 과변조를 수행할 수 있으며, 정적 과변조 기법에 비해 우수한 선형성을 가질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, even if the voltage command is located within the linear region rather than the limit of the linear region, overmodulation can be performed according to the speed reference of the synchronous motor, and superior linearity can be obtained compared to the static overmodulation technique. .
본 발명의 다른 실시예에 의하면, PWM 제어에서 반송파를 전압 지령에 동기화하는 동기 방법을 통해 전류 불평형, 스위칭 손실 및 발열을 줄일 수 있으며, 반송파 주파수 갱신에 따라 전류 제어부의 샘플링 주기를 갱신함으로써 제어 정밀도와 전류 제어부의 속응성을 증가시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, current imbalance, switching loss and heat generation can be reduced through a synchronization method of synchronizing a carrier wave to a voltage command in PWM control, and control precision by updating the sampling period of the current controller according to carrier frequency update It is possible to increase the responsiveness of the eddy current control unit.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템의 구성요소를 예시한 구성도다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성요소를 예시한 구성도다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 과변조 기법과 종래의 과변조 기법을 비교하기 위해 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 전류 지령을 설명하기 위해 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 지령 과변조 기법을 설명하기 위해 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 동기 모드에서 반송파 주파수의 갱신 과정을 설명하기 위해 예시한 도면이다.
도 7은 동작 주파수 갱신에 따른 전류 제어부의 제어 정밀도 및 속응성을 설명하기 위해 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 인버터 제어 장치가 과변조 및 보상 전류 지령을 조정하는 과정을 설명하기 위한 순서도다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 순서도다.1 is a configuration diagram illustrating components of an inverter control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram illustrating components of an inverter control device according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams for comparing an over-modulation technique according to an embodiment of the present invention and a conventional over-modulation technique.
4 is a diagram illustrating a compensation current command according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a voltage command overmodulation technique according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a carrier frequency update process in a synchronous mode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram exemplified to explain control precision and quick response of a current controller according to an operation frequency update.
8 is a flowchart illustrating a process in which the inverter control device adjusts overmodulation and compensation current commands according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating an operation process of an inverter control device according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '~부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the essence, order, or order of the component is not limited by the term. Throughout the specification, when a part 'includes' or 'includes' a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. . In addition, terms such as '~ unit' and 'module' described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템의 구성요소를 예시한 구성도다. 1 is a configuration diagram illustrating components of an inverter control system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 마스콘(100), 토크 전류맵(102), 토크/자속축 전류연산기(104), Q축 인덕턴스맵(106), 전류 위상각맵(108), 속도 연산기(110), 좌표 변환기(112), 위치 센서(114), 인버터 제어부(116), 인버터(118) 및 동기 전동기(120)가 도시되어 있다.1, the
본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치(미도시)는 인버터 제어부(116)를 의미할 수 있으며, 추가적으로 토크 전류맵(102), 토크/자속축 전류연산기(104), Q축 인덕턴스맵(106), 전류 위상각맵(108) 및 속도 연산기(110), 좌표 변환기(112)를 더 포함할 수 있다.The inverter control device (not shown) according to an embodiment of the present invention may mean the
마스콘(100)은 사용자에 의해 가속 신호 또는 제동 신호를 생성하고, 그에 따른 토크 지령을 생성하는 구성요소다. 이때, 마스콘(100)은 가속 신호로서 정방향 역전기 신호, 역방향 역전기 신호 또는 역행 신호를 생성할 수 있다. 마스콘(100)은 철도 차량 내 기관실에 위치한다.The
토크 전류맵(102)은 동기 전동기(120)에 토크를 발생시키기 위한 상전류 크기를 기록한 룩업 테이블(look-up table)로서, 마스콘(100)의 토크 지령에 따른 동기 전동기(120)의 상전류 크기를 결정하는 구성요소다. 본 발명의 일 실시예에 따라 동기 전동기(120)가 철도 차량의 전동기인 경우, 토크 전류맵(102)은 철도 차량의 응하중 정보를 이용하여 상전류 크기를 결정한다.The torque
토크/자속축 전류연산기(104)는 토크 전류맵(102)으로부터 얻은 상전류 크기와 전류 위상각맵(108)로부터 얻은 전류 위상각을 이용하여 dq-축 전류 지령을 생성하는 구성요소다. 여기서, d-축 전류 지령은 자속분 전류 지령을 의미하고, q-축 전류 지령은 토크분 전류 지령을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 토크/자속축 전류연산기(104)는 d-축 전류 지령의 크기를 먼저 연산하고, 상전류 크기 범위 내에서 q-축 전류 지령의 크기를 연산한다.The torque/flux axis
Q축 인덕턴스맵(106)은 동기 전동기(120)가 매입형 영구자석 동기 전동기(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)일 때, 동기 전동기(120)의 회전에 따른 Q축 인덕턴스 변동분을 기록한 룩업 테이블이다. IPMSM는 내부의 영구자석에 의해 회전각에 따른 자속이 불규칙적이므로, dq-축 전류 지령을 생성하는 데 이용되는 Q축 인덕턴스가 수시로 변동된다. 상세하게는, Q축 인덕턴스가 모터의 속도와 모터에 인가되는 전류의 크기에 따라 변동폭이 크기 때문에 Q축 인덕턴스를 수시로 조정해야한다. Q축 인덕턴스맵(106)은 전류 위상각맵(108)로부터 전류 위상각 정보를 입력 받아 적절한 Q축 인덕턴스를 인버터 제어부(116)에게 제공한다.The Q-
전류 위상각맵(108)은 토크 전류맵(102)으로부터 상전류 크기를 입력 받고, 속도 연산기(110)로부터 동기 전동기(120)의 속도 정보를 입력 받아 주어진 조건에서 최대 토크를 발생시키기 위한 전류 위상각을 기록한 룩업 테이블이다. The current
속도 연산기(110)는 동기 전동기(120)에 부착된 위치 센서(114)로부터 위치 정보를 입력 받아 동기 전동기(120)의 속도를 연산하는 구성요소다.The
좌표 변환기(112)는 인버터(118)의 3상 출력 전류의 좌표계를 dq-축 직교 좌표계로 변환하는 구성요소다. 즉, U상, V상 및 W상으로 표현되는 3상 출력 전류는 좌표 변환기(112)에 의해 d-축 전류와 q-축 전류로 변환된다.The coordinate
위치 센서(114)는 동기 전동기(120)에 부착되어 동기 전동기(120)의 회전 위치를 측정하는 구성요소다. 위치 센서(114)에 의해 측정된 위치 정보는 동기 전동기(120)의 속도를 계산하는 데 이용된다.The
인버터 제어부(116)는 Q축 인덕턴스 정보, 동기 전동기(120)의 위치 정보와 속도 정보, 인버터(118)의 3상 출력 전류에 기초하여 dq-축 전류 지령에 대한 전압 지령을 생성하고, 전압 지령에 대한 PWM 신호를 생성하여 인버터(118)의 스위치를 제어하는 구성요소다. 인버터 제어부(116)에 대해서는 도 2에서 자세히 설명한다.The
인버터(118)는 인버터 제어부(116)에 의한 PWM 신호에 따라 동기 전동기(120)에 전류를 흘려 보내는 구성요소다. 인버터(118)는 직류 전압 전원, 커패시터, 복수의 스위칭 소자 및 복수의 다이오드 중 적어도 어느 하나를 포함함으로써 구현될 수 있다.The
동기 전동기(120)는 인버터(118)의 출력 전류에 따라 회전하는 모터로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 전동기(120)는 매입형 영구자석 동기 전동기이다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성요소를 예시한 구성도다. 2 is a configuration diagram illustrating components of an inverter control device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치(미도시)는 d-축 전류 보상기(200), 전류 제어부(210), 변조부(220), 위상 검출기(230), 주파수 갱신부(240) 및 PWM 신호 생성기(250)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , an inverter control device (not shown) according to an embodiment of the present invention includes a d-axis
인버터 제어 장치는 외부로부터 dq-축 전류지령, 인덕턴스 정보, 인버터(118)의 3상 출력 전류, 동기 전동기(120)의 위치 정보 및 속도 정보를 수신한다.The inverter control device receives the dq-axis current command, inductance information, three-phase output current of the
d-축 전류 보상기(200)는 전류 제어부(210)로부터 전압 지령을 수신하고, 변조부(220)로부터 과변조 신호를 수신하며, 보상 전류 지령을 생성하여 d-축 전류 지령에 추가하는 구성요소다. 즉, dq-축 전류 지령 중 d-축 전류 지령은 d-축 전류 보상기(200)만큼 조정된다.The d-axis
구체적으로, d-축 전류 보상기(200)는 동기 전동기(120)의 IPMSM의 특성에 의해 발생되는 역기전력 전압의 크기와 인버터(118)의 출력 전압의 크기 사이의 차이를 유지하기 위하여 d-축 전류 지령을 보상 전류 지령만큼 보상한다. 보상 전류 지령은 d-축 전류 보상기(200) 외에도 토크/자속축 전류연산기(104)에 의해 dq-축 전류 지령에 추가될 수 있다.Specifically, the d-axis
본 발명의 일 실시예에 따른 d-축 전류 보상기(200)는 양의 크기를 가지는 보상 전류 지령을 생성하여 d-축 전류 지령에 추가한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 보상 전류 지령은 d-축 전류 보상기(200)가 과변조 신호를 수신한 때부터 기 설정된 값까지 증가한 후에 감소한다. 보상 전류 지령이 증가할 때는 0 보다 큰 값을 가지며, 기 설정된 값에 도달한 후에 0보다 작은 값까지 점진적으로 감소한다. 이때, 보상 전류 지령은 위로 볼록한 봉우리 모양을 가지고 시간이 지남에 따라 음의 값을 가지는 점근선에 접근하는 모양을 가진다.. The d-axis
전류 제어부(210)는 dq-축 전류 지령에 따라 전압 지령을 생성하는 구성요소다. 구체적으로, 전류 제어부(210)는 Q축 인덕턴스 정보, 동기 전동기(120)의 위치 정보와 속도 정보에 기초하여 인버터(118)의 출력 전류와 dq-축 전류 지령에 대한 비례적분(proportional integral, PI) 제어를 통해 전압 지령을 생성한다. 또한, 전류 제어부(210)는 PI, PID, IP, PI-IP 및 Puzzy 등을 포함하는 다양한 기법을 이용하여 전류 제어를 수행할 수 있다. 전류 제어부(210)가 생성한 전압 지령에 의해 인버터(118)의 출력 전류는 dq-축 전류 지령을 추종할 수 있다.The
한편, 전류 제어부(210)는 동작 주파수에 따라 dq-축 전류 지령을 샘플링하고, 전압 지령을 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 전류 제어부(210)의 동작 주파수는 주파수 갱신부(240)에 의한 반송파 주파수 갱신에 따라 갱신된다. 이때, 전류 제어부(210)는 갱신된 동작 주파수에 따라 dq-축 전류 지령을 샘플링하고 전압 지령을 생성한다. 예를 들어, 동기 전동기(120)의 속도가 증가할수록 반송파 주파수도 증가하며, 반송파 주파수가 증가하면 전류 제어부(210)의 동작 주파수도 증가한다. 이로 인해, 인버터(118)의 출력 전류의 dq-축 전류 지령에 대한 속응성이 향상되고, 인버터 제어 장치는 인버터(118)를 정밀하게 제어할 수 있다.Meanwhile, the
변조부(220)는 동기 전동기(120)의 속도가 제1 기준 속도에 도달하면, 과변조 신호를 생성하고 전압 지령을 공간 전압 벡터도의 육각형 위로 변조하는 구성요소다. 여기서, 제1 기준 속도는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 공간 전압 벡터도는 전압 지령을 dq-축 좌표계로 표현한 벡터도다. 인버터의 최대 출력 전압은 육각형으로 표현되고, 육각형의 내접원은 선형 변조 영역을 의미한다. When the speed of the
변조부(220)는 동기 전동기(120)의 속도가 제1 기준 속도에 도달하기 전까지는 과변조를 수행하지 않는다. 반면, 변조부(220)는 동기 전동기(120)의 속도가 제1 기준 속도에 도달한 한 때에 전압 지령이 선형 영역 내에 있더라도 동기 전동기(120)의 속도에 따라 과변조를 시작한다. 변조부(220)는 최종적으로 전압 지령을 공간 전압 벡터도의 육각형 꼭지점에 위치시켜 인버터(118)를 6-step 모드로 동작시킨다. 전술한 과정에서 변조부(220)는 동기 전동기(120)의 위치 정보와 속도 정보를 이용할 수 있다. 변조부(220)는 인버터(118)의 6-step 영역 진입 후에는 동기 전동기(120)의 속도가 특정 속도까지 감소할 때까지 인버터(118)를 6-step 모드로 유지시킨다.The
변조부(220)의 구체적인 과변조 방법은 도 5에서 설명한다.A detailed overmodulation method of the
위상 검출기(230)는 전류 제어부(210)에 의해 생성된 전압 지령의 위상을 검출하는 구성요소다. 위상 검출기(230)는 전압 지령의 전압벡터 위상을 주파수 갱신부(240)에게 제공한다.The
주파수 갱신부(240)는 동기 전동기(120)의 속도가 제2 기준 속도에 도달하면, 전압벡터 위상을 고려하여 반송파가 전압 지령에 동기되도록 반송파의 주파수를 갱신하여 PWM 신호 생성기(250)에게 전송하는 구성요소다. 또한, 주파수 갱신부(240)는 반송파의 갱신된 주파수를 기반으로 전류 제어부(210)의 동작 주파수를 갱신하고, 전류 제어부(210)에게 전송한다. 여기서, 제1 기준 속도는 사용자에 의해 설정될 수 있다. PWM 신호 생성기(250)는 갱신된 반송파 주파수를 이용하여 PWM 신호를 생성하고, 전류 제어부(210)는 갱신된 동작 주파수에 따라 동작한다. When the speed of the
주파수 갱신부(240)는 동기 전동기(120)의 속도가 제2 기준 속도에 도달하기 전에는 반송파의 주파수를 갱신하지 않는다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 갱신부(240)는 반송파 주파수의 갱신과는 별개로, 전류 제어부의 동작 주파수를 갱신할 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 갱신부(240)는 갱신된 반송파 주파수에 기반하여 동작 주파수를 갱신할 수도 있다.The
동작 주파수의 갱신 과정은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The updating process of the operating frequency can be expressed as Equation (1).
수학식 1에서 는 갱신된 동작 주파수, 은 PI제어에 이용되는 파라미터, 는 인버터 스위칭 주파수, 는 반송파의 한 주기를 의미한다. 은 PI 제어에서 P 게인과 I 게인을 계산하는데 이용될 수 있다. 결과적으로, 반송파 주파수 갱신에 따라 인버터 스위칭 주파수가 증가하면, 전류 제어부의 동작 주파수도 증가한다.in Equation 1 is the updated operating frequency, is the parameter used for PI control, is the inverter switching frequency, denotes one cycle of the carrier wave. can be used to calculate P gain and I gain in PI control. As a result, when the inverter switching frequency increases according to the carrier frequency update, the operating frequency of the current control unit also increases.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 갱신부(240)는 반송파가 전압 지령의 한 주기 내에 정수 개로 포함되도록 반송파의 주파수를 갱신한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 갱신부(240)는 반송파가 전압 지령 주기의 중간값에 좌우 대칭되도록 반송파 주파수를 갱신한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 갱신부(240)는 반송파가 전압 지령의 한 주기 내에 정수 개로 포함되고, 반송파가 전압 지령 주기의 중간값에 좌우 대칭되도록 반송파 주파수를 갱신할 수 있다. 전술한 과정은, 전류 제어부(210)의 동작 주파수, 즉 샘플링 주기마다 수행될 수 있다.The
PWM 신호 생성기(250)는 전압 지령과 반송파에 기초하여 PWM 신호를 생성하여 인버터(118)에 인가하는 구성요소다. 동기 전동기(120)의 속도가 제1 기준 속도에 도달하면, PWM 신호 생성기(250)는 변조부(220)에 의해 변조된 전압 지령과 반송파를에 기초하여 PWM 신호를 생성한다. 또한, 동기 전동기(120)의 속도가 제2 기준 속도에 도달하면, PWM 신호 생성기(250)는 주파수 갱신부(240)에 의해 갱신된 반송파 주파수를 이용하여 PWM 신호를 생성한다. 이때, 전압 지령이 dq-축 좌표계로 표현된 경우, PWM 신호 생성기(250)는 전압 지령을 3상 전압 지령으로 변환한 후에 PWM 신호를 생성할 수 있으며, 반송파로서 삼각 반송파를 이용할 수 있다. 즉, PWM 신호 생성기(250)는 SVPWM(space vector pulse width modulation) 신호를 생성할 수 있고, 추가적으로 데드 타임을 이용할 수 있다. 또한, 인버터(118)의 스위칭 소자를 온-오프시키는 게이트 드라이버 역할을 한다.The
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 방법과 종래의 인버터 제어 방법을 비교하기 위해 예시한 도면이다. 3A is a diagram illustrating a comparison between an inverter control method according to an embodiment of the present invention and a conventional inverter control method.
도 3a를 참조하면, 기존 인버터 제어 방법에 따른 제1 상전압(300)과 본 실시예인 인버터 제어 방법에 따른 제2 상전압 그래프가 도시되어 있다. 제1 상전압(300)과 제2 상전압(310)은 모두 인버터의 출력 상전압을 의미하고, 선형 영역과 과변조 영역의 경계선에 위치한 전압은 공간 전압 벡터도에서 육각형의 내접원 둘레에 해당한다. 또한, 과변조 영역 내에서 오버 슈트(over-shoot)가 시작되는 부분의 전압은 육각형의 한 변의 길이에 해당하는 전압이다. 즉, 원점부터 육각형 꼭지점까지의 거리를 의미한다.Referring to FIG. 3A , a graph of the
우선, 선형 영역과 6-step 영역에서 서로 일치한다. 선형 영역과 6-step 영역에서 두 인버터 제어 방법은 동일하기 때문이다.First, they coincide with each other in the linear domain and the 6-step domain. This is because the two inverter control methods are the same in the linear domain and the 6-step domain.
다만, 과변조 영역에서 제1 상전압(300)은 제2 상전압(310)에 비해 완만한 기울기를 가지며, 과변조를 수행하는 시간이 더 오래 걸린다. 이에 반해, 제2 상전압(310)은 제1 상전압(300)에 비해 기울기가 가파르며, 선형적이며, 과변조 수행 시간이 짧다. 본 발명의 일 실시예에 따른 d-축 전류 보상 지령, 과변조 방법, 반송파 주파수 갱신을 통한 동기 모드, 전류 제어부의 동작 주파수(샘플링 주기) 갱신)에 의해, 인버터는 선형 영역에서 6-step 영역으로 빠르고 안정적으로 전환될 수 있다. However, in the overmodulation region, the
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 방법과 종래의 인버터 제어 방법을 비교하기 위해 예시한 도면이다. 3B is a diagram illustrating a comparison between an inverter control method according to an embodiment of the present invention and a conventional inverter control method.
도 3b를 참조하면, 종래의 인버터 제어 방법에 따른 제1 출력 전압(320)과 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 방법의 제2 출력 전압(330)이 도시되어 있다. 제1 출력 전압(320)과 제2 출력 전압(330)은 인버터 출력 상전압을 의미한다. 제1 출력 전압(320)과 제2 출력 전압(330)은 선형 변조 영역, 과변조 영역, 6-step 영역 순으로 절환된다.Referring to FIG. 3B , a
제1 출력 전압(320)은 좌측 선형 변조 영역에서 우측 6-step 영역으로 절환이 자연스럽지 못할 뿐만 아니라 온전한 6-step 영역으로 절환되지 않는다. 제1 출력 전압(320)은 6-step 영역으로 진입하더라도, 노이즈가 포함된 구형파 형태를 띈다.The
반면, 제2 출력 전압(330)은 6-step 영역이 다른 영역에 비해 확실하게 구별된다. 제2 출력 전압(330)은 6-step에 진입하면 정확한 구형파 형태를 띈다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 출력 전압(330)이 종래 인버터 제어 방법에 따른 제1 출력 전압(320)보다 6-step 영역으로 절환되는 과정이 안정적이다.On the other hand, in the
또한, 제1 출력 전압(320)은 6-step 영역에서 노이즈가 많이 포함되어 있는데, 이는 6-step 영역에서 스위칭 주파수가 높다는 것을 의미한다. 즉, 한 주기 내에 인버터 스위칭 횟수가 많다.Also, the
반면, 제2 출력 전압(330)은 6-step 영역에서 한 주기 내에 인버터 스위칭 횟수가 제1 출력 전압(320)에 비해 훨씬 적다. 따라서, 제2 출력 전압(330)은 제1 출력 전압(320)에 비해 스위칭 손실과 발열이 적다는 것을 의미한다.On the other hand, in the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 전류 지령을 설명하기 위해 예시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a compensation current command according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 동기 전동기의 최대 속도(400), 회전 속도(410), 보상 전류 지령(420), 6-step 전압(430), 과변조 시작 전압(440), 출력 상전압(450)이 도시되어 있다. T1은 선형 변조 영역, T2는 과변조 영역, T3는 6-step 영역을 의미한다.Referring to FIG. 4 , the
동기 전동기의 회전 속도(410)는 시간이 지남에 따라 점진적으로 증가하고, 최대 속도(400)를 목표로 한다.The
보상 전류 지령(420)은 동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달하면, 양의 크기를 가지며, 기 설정된 값까지 증가하였다가 다시 음의 값까지 감소한다. T2와 T3 사이에서 보상 전류 지령(420)이 감소하는 시점은 인버터 제어 장치가 약자속 제어를 수행하는 시점이다.When the speed of the synchronous motor reaches the first reference speed, the compensation
6-step 전압(430)은 공간 전압 벡터도에서 원점으로부터 육각형의 꼭지점까지의 거리를 의미하고, 인버터는 6-step 모드에서 6-step 전압(430)과 같이 상전압을 출력한다. 과변조 시작 전압(440)은 육각형의 내접원의 반지름 크기를 의미할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따라 동기 전동기가 제1 기준 속도에 도달한 때 인버터가 출력하는 상전압을 의미할 수 있다.The 6-
출력 상전압(450)은 인버터의 3상 출력 전압으로부터 동기 전동기에 전달되는 3상 전압 중 한 상에 대한 전압을 의미한다. 출력 상전압(450)은 보상 전류 지령(420)이 생성되는 시점, 즉 동기 전동기가 제1 기준 속도에 도달한 때부터 과변조가 수행된 결과다. 출력 상전압(450)은 보상 전류 지령(420)과 과변조 기법에 의해 짧은 시간 내에 6-step 전압(430)에 도달할 수 있다.The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 지령 과변조 기법을 설명하기 위해 예시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a voltage command overmodulation technique according to an embodiment of the present invention.
도 5에는 공간 전압 벡터도 상에서 인버터 최대 출력 전압을 의미하는 육각형, 선형 변조 영역을 의미하는 내접원, 전압 지령과 변조된 전압 지령이 도시되어 있다. 5 shows a hexagon representing the maximum output voltage of the inverter, an inscribed circle representing a linear modulation region, a voltage command, and a modulated voltage command on the space voltage vector diagram.
1단계는 동기 전동기의 속도에 따라 인버터 제어 장치가 전압 지령에 대한 과변조를 시작하는 단계다. 1단계 전에 변조부는 전압 지령을 그대로 출력한다. 변조부는 전압 지령이 선형 영역 내에 있더라도 동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달하면 전압 지령을 육각형 위로 위치시킨다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 변조부는 전압 지령이 육각형의 내접원 내에 있으면, 전압 지령의 크기를 조절함으로써, 전압 지령을 육각형 위로 위치시킨다. 이때, 전압 지령의 위상은 조절하지 않고, 크기만을 조정한다. The first stage is a stage in which the inverter control device starts overmodulating the voltage command according to the speed of the synchronous motor. Before step 1, the modulator outputs the voltage command as it is. The modulator places the voltage command above the hexagon when the speed of the synchronous motor reaches the first reference speed even if the voltage command is within the linear region. That is, when the voltage command is within the inscribed circle of the hexagon, the modulator according to an embodiment of the present invention adjusts the magnitude of the voltage command to position the voltage command above the hexagon. At this time, the phase of the voltage command is not adjusted, only the magnitude is adjusted.
2단계 및 3단계는 전압 지령의 크기가 육각형의 내접원 반지름보다 크고 육각형의 한 변의 길이보다 작으면, 변조부가 전압 지령의 위상을 조절함으로써, 전압 지령을 육각형과의 교점 중 최근접 교점으로 위치시키는 단계다. 전압 지령이 육각형 위에 있을 때 변조부는 전압 지령을 그대로 출력한다. 이때, 전압 지령의 크기는 조절하지 않고, 위상만을 조정한다.In steps 2 and 3, if the magnitude of the voltage command is greater than the hexagon's inscribed circle radius and smaller than the length of one side of the hexagon, the modulator adjusts the phase of the voltage command to position the voltage command as the nearest intersection among the intersections with the hexagon. it's a step When the voltage reference is on the hexagon, the modulator outputs the voltage reference as it is. At this time, the magnitude of the voltage command is not adjusted, only the phase is adjusted.
4단계는 전압 지령의 크기가 육각형의 한 변의 길이보다 크면, 변조부가 전압 지령을 육각형의 꼭지점 중 최근접 꼭지점으로 위치시키는 단계다. 이때, 변조부는 전압 지령의 크기와 위상을 모두 조정한다. 4단계 이후 6-step 모드에서는 전압 지령의 육각형의 꼭지점에만 위치한다. In step 4, if the size of the voltage command is greater than the length of one side of the hexagon, the modulator places the voltage command as the nearest vertex among the vertices of the hexagon. In this case, the modulator adjusts both the magnitude and the phase of the voltage command. In 6-step mode after step 4, it is located only at the vertex of the hexagon of the voltage command.
전술한 과변조 기법은 종래의 동일 위상 과변조나 최소 거리 과변조에 비해 인버터 출력 상전압이 전압 지령을 선형적으로 추종할 수 있도록 한다.The above-described overmodulation technique allows the inverter output phase voltage to linearly follow the voltage command compared to the conventional in-phase overmodulation or minimum distance overmodulation.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 동기 모드에서 반송파 주파수의 갱신 과정을 설명하기 위해 예시한 도면이다. 6 is a diagram illustrating a carrier frequency update process in a synchronous mode according to an embodiment of the present invention.
도 6에는 전압 지령(600), 반송파(610) 및 갱신된 반송파(620)가 도시되어 있다. 전압 지령(600)은 3상 전압 지령 중 하나의 상을 의미하고, 반송파는 삼각반송파다.6 shows a
일반적으로, 동기 전동기의 속도가 증가함에 따라 전압 지령의 주기가 짧아지고, 반송파의 주기도 짧아진다. 또한, 동기 전동기의 속도가 증가하면 전류 위상각이 변화되고, 전압 지령의 위상각도 매 순간 변화한다. 동기 전동기를 폐루프 제어하기 위해 샘플링을 수행하는 경우, 샘플링 오차로 인해 전압 지령(600)과 반송파(610)가 동기되지 않으면 과변조 영역과 6-step 영역에서 인버터 출력 전류에 불평형 문제가 발생한다.In general, as the speed of the synchronous motor increases, the period of the voltage command becomes shorter and the period of the carrier wave also becomes shorter. In addition, when the speed of the synchronous motor is increased, the current phase angle is changed, and the phase angle of the voltage command is also changed every moment. When sampling is performed for closed-loop control of a synchronous motor, if the
따라서, 본 발명의 일 실시예는 전압 지령과 반송파를 동기화하기 위해 주파수 갱신부는 전류 제어부의 샘플링 주기마다 반송파의 주파수를 갱신하여 PWM 신호 생성기에게 제공한다. 반송파(610)의 주기와 갱신된 반송파(620)의 주기 간 차이()는 수학식 2와 같다. 즉, 주파수 갱신부는 반송파(610)의 주기에 를 더함으로써, 주파수를 갱신한다.Accordingly, in one embodiment of the present invention, the frequency update unit updates the frequency of the carrier wave every sampling period of the current controller and provides it to the PWM signal generator to synchronize the voltage command and the carrier wave. The difference between the period of the
수학식 2에서 우측 첫 번째 항은 주파수가 갱신되기 전 반송파의 주기를 의미하고, 우측 두 번째 항은 반송파 주파수를 갱신하기 위한 보상 주기를 의미한다. 는 주파수가 갱신된 반송파의 주기, 는 인버터 출력 주파수, 는 dq-축 전압 지령의 위상각, N은 기 설정된 변조수, int(x+0.5)는 x를 반올림하는 함수를 의미한다. 변조수는 전압 지령의 한 주기 내 샘플링 횟수, 즉 반송파 개수를 의미한다.In Equation 2, the first term on the right means the period of the carrier before the frequency is updated, and the second term on the right means the compensation period for updating the frequency of the carrier. is the period of the carrier whose frequency is updated, is the inverter output frequency, is the phase angle of the dq-axis voltage command, N is a preset modulation number, and int(x+0.5) is a function that rounds x. The number of modulation means the number of samplings within one cycle of the voltage command, that is, the number of carriers.
주파수가 갱신된 반송파는 전압 지령의 한 주기 내에 기 설정된 개수만큼 포함될 수 있다. 또한, 반송파는 전압 지령 한 주기의 중간값에 대하여 좌우 대칭된다. 주로, 주파수가 갱신된 반송파의 주기가 길어지므로 갱신되기 전의 반송파에 비해 인버터의 스위칭 주파수가 낮다.The frequency-updated carrier wave may be included in a preset number within one period of the voltage command. In addition, the carrier wave is symmetrical with respect to the middle value of one voltage command period. Mainly, since the period of the carrier wave whose frequency is updated becomes longer, the switching frequency of the inverter is lower than that of the carrier wave before the update.
따라서, 반송파 주파수 갱신을 통해 인버터 출력 전류의 불평형 문제를 해소하고, 스위칭 손실 및 발열을 줄일 수 있다.Therefore, it is possible to solve the problem of unbalance of inverter output current and reduce switching loss and heat generation through carrier frequency update.
도 7은 동작 주파수 갱신에 따른 전류 제어부의 제어 정밀도 및 속응성을 설명하기 위해 예시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram exemplified to explain the control precision and quick response of the current controller according to the update of the operating frequency.
도 7에는 동기 전동기의 회전 속도(700), 갱신된 동작 주파수(710), 인버터 스위칭 주파수(720), 일정 동작 주파수(730), 제1 d-축 전류(740), 제2 d-축 전류(750), 제1 q-축 전류(760), 및 제2 q-축 전류(760)가 도시되어 있다.7 shows a
동기 전동기의 회전 속도(700)와 인버터의 스위칭 주파수(720)는 시간에 따라 점점 증가하며, 종래의 전류 제어부는 일정한 값을 가지는 동작 주파수(730)로 동작한다. 여기서, 전류 제어부의 동작은 dq-축 전류 지령을 샘플링하고, 전압 지령을 생성하는 동작을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제어부는 주파수 갱신부에 의해 갱신된 동작 주파수(710)로 동작한다.The
d-축 전류 지령에 대한 그래프를 참조하면, 제1 d-축 전류(740)는 전류 제어부가 갱신된 동작 주파수(710)에 따라 동작할 때 인버터의 출력 전류를 측정한 그래프고, 제2 d-축 전류(750)는 일정 동작 주파수(730)에 따라 동작할 때 인버터의 출력 전류를 측정한 그래프다. 제1 d-축 전류(740)가 제2 d-축 전류(750)보다 d-축 전류 지령을 더 빨리 따라간다는 것을 알 수 있다. Referring to the graph for the d-axis current command, the first d-axis current 740 is a graph in which the output current of the inverter is measured when the current controller operates according to the updated
q-축 전류 지령에 대한 그래프를 참조하면, 제1 q-축 전류(760)는 일정 동작 주파수(730)에 따른 인버터 출력 전류이며, 제2 q-축 전류(770)는 갱신된 동작 주파수(710)에 따른 인버터 출력 전류다. 제2 q-축 전류(770)가 제1 q-축 전류(760)보다 q-축 전류 지령에 가까우며, q-축 전류 지령과의 오차도 더 적다.Referring to the graph for the q-axis current command, the first q-axis current 760 is the inverter output current according to the
따라서, 전류 제어부의 주파수를 갱신함으로써, 인버터 제어 장치는 동기 전동기를 더욱 정밀하게 제어하고, 지령에 대한 속응성을 높일 수 있다.Accordingly, by updating the frequency of the current control unit, the inverter control device can more precisely control the synchronous motor and increase the quick response to the command.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 인버터 제어 장치가 과변조 및 보상 전류 지령을 조정하는 과정을 설명하기 위한 순서도다.8 is a flowchart illustrating a process in which the inverter control device adjusts overmodulation and compensation current commands according to an embodiment of the present invention.
인버터 제어 장치는 토크/자속축 전류연산기로부터 dq-축 전류 지령을 획득한다(S800).The inverter control device obtains a dq-axis current command from the torque/flux axis current calculator (S800).
인버터 제어 장치는 동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달하면 dq-축 전류 지령 중 d-축 전류 지령에 보상 전류 지령을 추가한다(S802). 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 전류 지령은 양의 크기를 가지거나, 기 설정된 값까지 증가한 후에 감소하는 모양을 가지거나, 두 특징을 모두 가질 수 있다.When the speed of the synchronous motor reaches the first reference speed, the inverter control device adds a compensating current command to the d-axis current command among the dq-axis current commands ( S802 ). The compensating current command according to an embodiment of the present invention may have a positive magnitude, a shape that decreases after increasing to a preset value, or may have both characteristics.
인버터 제어 장치는 보상된 dq-축 전류 지령에 따라 전압 지령을 생성한다(S804). 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치는 전압 지령의 생성 빈도를 나타내는 동작 주파수를 반송파의 주파수 갱신에 따라 갱신하며, 갱신된 동작 주파수에 기초하여 전압 지령을 생성할 수 있다.The inverter control device generates a voltage command according to the compensated dq-axis current command (S804). The inverter control device according to an embodiment of the present invention may update an operating frequency indicating a generation frequency of a voltage command according to a carrier frequency update, and may generate a voltage command based on the updated operating frequency.
인버터 제어 장치는 전압 지령을 공간 전압 벡터도의 육각형 위로 변조한다(S806). 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치는 전압 지령이 육각형의 내접원 내에 있으면, 전압 지령의 크기를 조절함으로써, 전압 지령을 육각형 위로 위치시킨다. 또한, 인버터 제어 장치는 전압 지령의 크기가 육각형의 내접원 반지름보다 크고 육각형의 한 변의 길이보다 작으면, 전압 지령의 위상을 조절함으로써, 전압 지령을 육각형과의 교점 중 최근접 교점으로 위치시킬 수 있다. 인버터 제어 장치는 전압 지령의 크기가 육각형의 한 변의 길이보다 크면, 전압 지령을 육각형의 꼭지점 중 최근접 꼭지점으로 위치시킴으로써 과변조를 수행한다.The inverter control device modulates the voltage command over the hexagon of the space voltage vector diagram (S806). In the inverter control device according to an embodiment of the present invention, when the voltage command is within the inscribed circle of the hexagon, the voltage command is positioned above the hexagon by adjusting the magnitude of the voltage command. In addition, when the magnitude of the voltage command is greater than the radius of the hexagon's inscribed circle and smaller than the length of one side of the hexagon, the inverter control device adjusts the phase of the voltage command to position the voltage command as the nearest intersection among the intersections with the hexagon. . When the magnitude of the voltage command is greater than the length of one side of the hexagon, the inverter control device performs overmodulation by locating the voltage command to the nearest vertex among the vertices of the hexagon.
인버터 제어 장치는 변조된 전압 지령과 반송파에 기초하여 펄스폭 변조 신호를 생성하여 인버터에 인가한다(S808). 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치는 반송파의 주파수를 갱신하고, 주파수가 갱신된 반송파를 이용하여 PWM 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 인버터 제어 장치는 전압 지령의 전압벡터 위상을 검출하고, 동기 전동기의 속도가 제2 기준 속도에 도달하면, 전압벡터 위상을 고려하여 반송파를 전압 지령에 동기되도록 반송파의 주파수를 갱신할 수 있다. 또한, 인버터 제어 장치는 반송파가 전압 지령의 한 주기 내에 정수 개로 포함되고 반송파가 전압 지령 주기의 중간값에 대해 좌우 대칭되도록 반송파의 주파수를 갱신할 수 있다.The inverter control device generates a pulse width modulated signal based on the modulated voltage command and the carrier wave and applies it to the inverter (S808). The inverter control apparatus according to an embodiment of the present invention may update a frequency of a carrier and generate a PWM signal using the updated carrier. Specifically, the inverter control device detects the voltage vector phase of the voltage command, and when the speed of the synchronous motor reaches the second reference speed, the frequency of the carrier wave can be updated in consideration of the voltage vector phase so that the carrier wave is synchronized with the voltage command. have. In addition, the inverter control device may update the frequency of the carrier so that an integer number of carriers are included in one period of the voltage command and the carriers are symmetrical with respect to the middle value of the voltage command period.
인버터는 인버터 제어 장치의 PWM 신호에 따라 동작하고, 동기 전동기는 인버터의 출력에 따라 동작한다.The inverter operates according to the PWM signal of the inverter control device, and the synchronous motor operates according to the output of the inverter.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 순서도다.9 is a flowchart illustrating an operation process of an inverter control device according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 인버터 제어 장치가 토크 전류맵, 토크/자속축 전류연산기, Q축 인덕턴스맵, 전류 위상각맵, 속도연산기, 좌표변환기, 및 인버터 제어부를 포함하는 것으로 설명한다.Hereinafter, it will be described that the inverter control device includes a torque current map, a torque/flux axis current calculator, a Q-axis inductance map, a current phase angle map, a speed calculator, a coordinate converter, and an inverter controller.
인버터 제어 장치는 마스콘으로부터 토크 지령을 수신하고, 외부 장치로부터 응하중 정보를 수신하여 dq-축 전류 지령을 생성한다(S900). 여기서, 응하중 정보는 철도 차량의 응하중 값일 수 있다.The inverter control device receives the torque command from the mascon and receives the applied load information from the external device to generate the dq-axis current command (S900). Here, the load information may be a load value of the railroad vehicle.
인버터 제어 장치는 dq-축 전류 지령에 대해 PI 제어를 수행하여 전압 지령을 생성한다(S902). 구체적으로, 인버터 제어 장치는 인버터의 3상 출력 전류가 dq-축 전류 지령을 추종하도록 PI 제어를 수행한다. 다만, PI 제어는 하나의 실시예일뿐이며, 인버터 제어 장치는 PID, IP, PI-IP, 및 puzzy 제어 중 적어도 어느 하나를 수행할 수 있다. 또한, Q축 인덕턴스맵으로부터 수신한 q축 인덕턴스와 d축 인덕턴스를 이용할 수 있다. 또한, 인버터 제어 장치는 SVPWM 제어 방식을 이용할 수 있다.The inverter control device generates a voltage command by performing PI control on the dq-axis current command (S902). Specifically, the inverter control device performs PI control so that the three-phase output current of the inverter follows the dq-axis current command. However, PI control is only one embodiment, and the inverter control device may perform at least one of PID, IP, PI-IP, and puzzy control. In addition, the q-axis inductance and the d-axis inductance received from the Q-axis inductance map may be used. In addition, the inverter control device may use the SVPWM control method.
인버터 제어 장치는 전압 지령으로부터 PWM 신호를 생성하여 동기 전동기를 회전시키며, 동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달했는지 여부를 판단한다(S906). 제1 기준 속도는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 반송파의 주기가 기 설정된 주기에 도달했는지 여부를 더 판단할 수 있다.The inverter control device generates a PWM signal from the voltage command to rotate the synchronous motor, and determines whether the speed of the synchronous motor reaches a first reference speed (S906). The first reference speed may be set by a user. According to an embodiment of the present invention, it may be further determined whether the period of the carrier has reached a preset period.
동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달하지 않았다면, 인버터 제어 장치는 선형 변조 영역 내에서 인버터를 제어한다(S908). 본 발명의 실시예에 따라 동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달했더라도, 반송파의 주기가 기 설정된 주기에 도달하지 못했다면, 인버터 제어 장치는 선형 변조 영역에서 동작할 수 있다. 이때, 인버터 제어 장치는 SVPWM 제어를 이용하고, 약자속 제어를 수행할 수 있다.If the speed of the synchronous motor does not reach the first reference speed, the inverter control device controls the inverter within the linear modulation region (S908). According to an embodiment of the present invention, even if the speed of the synchronous motor reaches the first reference speed, if the period of the carrier wave does not reach the preset period, the inverter control apparatus may operate in the linear modulation region. In this case, the inverter control device may use the SVPWM control and perform the weak magnetic flux control.
반면, 동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달했다면, 인버터 제어 장치는 전압 지령의 위상을 검출한 후 반송파를 전압 지령에 동기화하고, 반송파 주파수에 따라 동작 주파수를 갱신한다(S910). 여기서, 동작 주파수는 인버터 제어 장치가 dq-축 전류 지령을 샘플링하고, 전압 지령을 생성하는 주파수를 의미한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 주파수 갱신 과정은 동기 전동기 속도가 제1 기준 속도에 도달하고, 반송파의 주기가 기 설정된 주기에 도달한 경우에만 수행될 수 있다.On the other hand, if the speed of the synchronous motor reaches the first reference speed, the inverter control device detects the phase of the voltage command, synchronizes the carrier to the voltage command, and updates the operating frequency according to the carrier frequency (S910). Here, the operating frequency means the frequency at which the inverter control device samples the dq-axis current command and generates the voltage command. The operation frequency update process according to another embodiment of the present invention may be performed only when the synchronous motor speed reaches the first reference speed and the carrier wave period reaches a preset period.
이후, 인버터 제어 장치는 동기 전동기의 속도가 제2 기준 속도에 도달했는지 여부를 판단한다(S912). 여기서, 제2 기준 속도는 제1 기준 속도에 비해 높다. 동기 전동기 속도가 제2 기준 속도에 도달하지 못했다면, 인버터 제어 장치는 선형 변조 영역 내에서 동작한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치는 동기 모드에서 반송파와 전압 지령 간 동기 폐루프 제어 오차가 소정의 범위 내에 속하는지 여부를 더 판단할 수 있다.Thereafter, the inverter control device determines whether the speed of the synchronous motor reaches a second reference speed (S912). Here, the second reference speed is higher than the first reference speed. If the synchronous motor speed does not reach the second reference speed, the inverter control device operates within the linear modulation region. The inverter control apparatus according to an embodiment of the present invention may further determine whether a synchronous closed-loop control error between the carrier wave and the voltage command in the synchronous mode falls within a predetermined range.
동기 전동기 속도가 제2 기준 속도에 도달했다면, 인버터 제어 장치는 d-축 보상 전류 지령을 생성하고, d-축 전류 지령에 추가한다(S914). 이때, d-축 전류 지령은 양의 방향으로 증가하다가 기 설정된 값에 도달한 후에 감소한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치는 동기 전동기 속도가 제2 기준 속도에 도달하고, 동기 폐루프 제어 오차가 소정의 범위 내에 속할때만 보상 전류 지령을 생성할 수 있다.When the synchronous motor speed reaches the second reference speed, the inverter control device generates a d-axis compensation current command and adds it to the d-axis current command (S914). At this time, the d-axis current command increases in a positive direction and decreases after reaching a preset value. The inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention may generate the compensating current command only when the synchronous motor speed reaches the second reference speed and the synchronous closed-loop control error falls within a predetermined range.
인버터 제어 장치는 보상 전류 지령 생성과 함께 전압 지령에 대한 과변조를 수행한다(S916). The inverter control device over-modulates the voltage command while generating the compensating current command (S916).
인버터 제어 장치는 짧은 시간 동안 과변조를 수행한 후에 인버터를 6-step 모드로 제어한다(S918).The inverter control device controls the inverter in the 6-step mode after performing overmodulation for a short time (S918).
도 8 및 도 9에서는 과정 S800 내지 과정 S918을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 8 및 도 9에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 과정 S800 내지 과정 S918 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 8 및 도 9는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.Although it is described that steps S800 to S918 are sequentially executed in FIGS. 8 and 9 , this is merely illustrative of the technical idea of an embodiment of the present invention. In other words, those of ordinary skill in the art to which an embodiment of the present invention pertain change the order described in FIGS. 8 and 9 within the range that does not deviate from the essential characteristics of an embodiment of the present invention, or process S800 to process S800. Since it will be possible to apply various modifications and variations to parallel execution of one or more processes in S918, FIGS. 8 and 9 are not limited to a time-series order.
한편, 도 8 및 도 9에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등의 비일시적인(non-transitory) 매체일 수 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송) 및 데이터 전송 매체(data transmission medium)와 같은 일시적인(transitory) 매체를 더 포함할 수도 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the processes shown in FIGS. 8 and 9 can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data readable by a computer system is stored. That is, such a computer-readable recording medium may be a non-transitory medium such as ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc., and also carrier wave (for example, , transmission over the Internet) and may further include a transitory medium such as a data transmission medium. In addition, the computer-readable recording medium is distributed in a network-connected computer system so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and various modifications and variations will be possible by those skilled in the art to which this embodiment belongs without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of the present embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present embodiment.
200: d-축 전류 보상기
210: 전류 제어부
220: 변조부
230: 위상 검출기
240: 주파수 갱신부
250: PWM 신호 생성기200: d-axis current compensator 210: current control
220: modulator 230: phase detector
240: frequency update unit 250: PWM signal generator
Claims (19)
dq-축 전류 지령(reference current)에 따라 전압 지령(reference voltage)을 생성하는 전류 제어부;
동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달하면, 과변조 신호를 생성하고 상기 전압 지령을 공간 전압 벡터도의 육각형 위로 변조하는 변조부;
상기 전압 지령 및 상기 과변조 신호에 따라 상기 dq-축 전류 지령 중 d-축 전류 지령에 보상 전류 지령을 추가하는 d-축 전류 보상기; 및
상기 변조부에 의해 변조된 전압 지령과 반송파에 기초하여 펄스폭 변조(pulse-width modulation, PWM) 신호를 생성하여 인버터에 인가하는 PWM 신호 생성기;
를 포함하는 인버터 제어 장치.An inverter control device for a synchronous motor comprising:
a current control unit for generating a reference voltage according to a dq-axis current reference;
a modulator for generating an overmodulation signal and modulating the voltage command over a hexagon of a space voltage vector diagram when the speed of the synchronous motor reaches a first reference speed;
a d-axis current compensator for adding a compensating current command to a d-axis current command among the dq-axis current commands according to the voltage command and the over-modulation signal; and
a PWM signal generator for generating a pulse-width modulation (PWM) signal based on the voltage command and the carrier modulated by the modulator and applying it to the inverter;
Inverter control device comprising a.
상기 보상 전류 지령은 양의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.According to claim 1,
The inverter control device, characterized in that the compensation current command has a positive magnitude.
상기 보상 전류 지령은 기 설정된 값까지 증가한 후에 감소하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치.According to claim 1,
The inverter control device, characterized in that the compensation current command increases to a preset value and then decreases.
상기 변조부는,
상기 전압 지령이 상기 육각형의 내접원 내에 있으면, 상기 전압 지령의 크기를 조절함으로써, 상기 전압 지령을 상기 육각형 위로 위치시키는 인버터 제어 장치.According to claim 1,
The modulator,
If the voltage command is within the inscribed circle of the hexagon, the inverter control device for positioning the voltage command above the hexagon by adjusting the magnitude of the voltage command.
상기 변조부는,
상기 전압 지령의 크기가 상기 육각형의 내접원 반지름보다 크고 상기 육각형의 한 변의 길이보다 작으면, 상기 전압 지령의 위상을 조절함으로써, 상기 전압 지령을 상기 육각형과의 교점 중 최근접 교점으로 위치시키는 인버터 제어 장치.According to claim 1,
The modulator,
When the magnitude of the voltage command is greater than the radius of the inscribed circle of the hexagon and smaller than the length of one side of the hexagon, by adjusting the phase of the voltage command, inverter control to position the voltage command as the nearest intersection among the intersections with the hexagon Device.
상기 변조부는,
상기 전압 지령의 크기가 상기 육각형의 한 변의 길이보다 크면, 상기 전압 지령을 상기 육각형의 꼭지점 중 최근접 꼭지점으로 위치시키는 인버터 제어 장치.According to claim 1,
The modulator,
If the magnitude of the voltage command is greater than the length of one side of the hexagon, the inverter control device for positioning the voltage command as a nearest vertex among the vertices of the hexagon.
상기 전압 지령의 전압벡터 위상을 검출하는 위상 검출기; 및
상기 동기 전동기의 속도가 제2 기준 속도에 도달하면, 상기 전압벡터 위상을 고려하여 상기 반송파가 상기 전압 지령에 동기되도록 상기 반송파의 주파수를 갱신하는 주파수 갱신부;
를 더 포함하는 인버터 제어 장치.According to claim 1,
a phase detector for detecting a voltage vector phase of the voltage command; and
a frequency updater configured to update the frequency of the carrier so that the carrier is synchronized with the voltage command in consideration of the voltage vector phase when the speed of the synchronous motor reaches a second reference speed;
Inverter control device further comprising a.
상기 주파수 갱신부는,
상기 반송파가 상기 전압 지령의 한 주기 내에 정수 개로 포함되고 상기 반송파가 전압 지령 주기의 중간값에 대해 좌우 대칭되도록 상기 반송파의 주파수를 갱신하는 인버터 제어 장치.8. The method of claim 7,
The frequency update unit,
The inverter control device for updating the frequency of the carrier so that an integer number of the carriers are included in one period of the voltage command and the carriers are symmetrical with respect to a median value of the voltage command period.
상기 주파수 갱신부는 상기 반송파의 갱신된 주파수를 기반으로 상기 전류 제어부의 동작 주파수를 갱신하며,
상기 전류 제어부는 갱신된 동작 주파수에 기초하여 상기 전압 지령을 생성하는 인버터 제어 장치.8. The method of claim 7,
The frequency update unit updates the operating frequency of the current control unit based on the updated frequency of the carrier,
The current control unit generates the voltage command based on the updated operating frequency.
dq-축 전류 지령을 획득하는 과정;
동기 전동기의 속도가 제1 기준 속도에 도달하면, 상기 dq-축 전류 지령 중 d-축 전류 지령에 보상 전류 지령을 추가하는 과정;
보상된 dq-축 전류 지령에 따라 전압 지령을 생성하는 과정;
상기 전압 지령을 공간 전압 벡터도의 육각형 위로 변조하는 과정; 및
변조된 전압 지령과 반송파에 기초하여 펄스폭 변조 신호를 생성하여 인버터에 인가하는 과정;
을 포함하는 인버터 제어 장치의 동작 방법.A method of operating an inverter control device for a synchronous motor, the method comprising:
obtaining a dq-axis current reference;
adding a compensation current command to the d-axis current command among the dq-axis current commands when the speed of the synchronous motor reaches the first reference speed;
generating a voltage reference according to the compensated dq-axis current reference;
modulating the voltage reference over a hexagon of a space voltage vector diagram; and
generating a pulse width modulated signal based on the modulated voltage command and the carrier and applying it to the inverter;
A method of operating an inverter control device comprising a.
상기 보상 전류 지령은 양의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치의 동작 방법.11. The method of claim 10,
The method of operating an inverter control device, characterized in that the compensation current command has a positive magnitude.
상기 보상 전류 지령은 기 설정된 값까지 증가한 후에 감소하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 장치의 동작 방법.11. The method of claim 10,
The method of operating an inverter control device, characterized in that the compensation current command increases to a preset value and then decreases.
상기 변조하는 과정은,
상기 전압 지령이 상기 육각형의 내접원 내에 있으면, 상기 전압 지령의 크기를 조절함으로써, 상기 전압 지령을 상기 육각형 위로 위치시키는 과정을 포함하는 인버터 제어 장치의 동작 방법.11. The method of claim 10,
The modulation process is
and positioning the voltage command above the hexagon by adjusting the magnitude of the voltage command when the voltage command is within the inscribed circle of the hexagon.
상기 변조하는 과정은,
상기 전압 지령의 크기가 상기 육각형의 내접원 반지름보다 크고 상기 육각형의 한 변의 길이보다 작으면, 상기 전압 지령의 위상을 조절함으로써, 상기 전압 지령을 상기 육각형과의 교점 중 최근접 교점으로 위치시키는 과정을 포함하는 인버터 제어 장치의 동작 방법.11. The method of claim 10,
The modulation process is
When the magnitude of the voltage command is greater than the radius of the inscribed circle of the hexagon and smaller than the length of one side of the hexagon, by adjusting the phase of the voltage command, the process of positioning the voltage command as the nearest intersection among the intersections with the hexagon A method of operating an inverter control device comprising a.
상기 변조하는 과정은,
상기 전압 지령의 크기가 상기 육각형의 한 변의 길이보다 크면, 상기 전압 지령을 상기 육각형의 꼭지점 중 최근접 꼭지점으로 위치시키는 과정을 포함하는 인버터 제어 장치의 동작 방법.11. The method of claim 10,
The modulation process is
and when the magnitude of the voltage command is greater than the length of one side of the hexagon, positioning the voltage command as a nearest vertex among the vertices of the hexagon.
상기 전압 지령의 전압벡터 위상을 검출하는 과정; 및
상기 동기 전동기의 속도가 제2 기준 속도에 도달하면, 상기 전압벡터 위상을 고려하여 상기 반송파를 상기 전압 지령에 동기되도록 상기 반송파의 주파수를 갱신하는 과정;
을 더 포함하는 인버터 제어 장치의 동작 방법.11. The method of claim 10,
detecting a voltage vector phase of the voltage command; and
updating the frequency of the carrier wave so that the carrier wave is synchronized with the voltage command in consideration of the voltage vector phase when the speed of the synchronous motor reaches a second reference speed;
The method of operation of the inverter control device further comprising a.
상기 주파수를 갱신하는 과정은,
상기 반송파가 상기 전압 지령의 한 주기 내에 정수 개로 포함되고 상기 반송파가 전압 지령 주기의 중간값에 대해 좌우 대칭되도록 상기 반송파의 주파수를 갱신하는 과정을 포함하는 인버터 제어 장치의 동작 방법.17. The method of claim 16,
The process of updating the frequency is
and updating the frequency of the carrier so that an integer number of the carriers are included in one period of the voltage command and the carrier waves are symmetrical with respect to an intermediate value of the voltage command period.
상기 전압 지령의 생성 빈도를 나타내는 동작 주파수를 상기 반송파의 갱신된 주파수에 따라 갱신하는 과정을 더 포함하되,
상기 전압 지령을 생성하는 과정은 갱신된 동작 주파수에 기초하여 상기 전압 지령을 생성하는 과정인 인버터 제어 장치의 동작 방법.17. The method of claim 16,
Further comprising the step of updating an operating frequency indicating the frequency of generation of the voltage command according to the updated frequency of the carrier wave,
The generating of the voltage command is a process of generating the voltage command based on an updated operating frequency.
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