KR20210126758A - 전동기 구동 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

전동기 구동 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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치카라 모리토
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위스콘신 얼럼나이 리서어치 화운데이션
위스콘신 얼럼나이 리서어치 화운데이션
도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

일 실시예에 따른 전동기 구동 시스템은 인버터 및 제어 장치를 포함한다. 인버터는 유도 전동기의 권선을 통해 전류가 흐르게 한다. 제어 장치는 벡터 제어를 통해 인버터를 제어함으로써 유도 전동기를 구동한다. 제어 장치는, 유도 전동기의 고정자 자속 추정값에 대한 복수의 연산 기준을 포함하고, 유도 전동기를 제동하는 경우에 적어도 유도 전동기의 회전 속도에 기초하여 복수의 연산 기준 중에서 유도 전동기의 손실을 더욱 증가시키는 고정자 자속 추정값에 대한 연산 기준을 선택하는 적정 자속 지령 생성 유닛을 포함한다.

Description

전동기 구동 시스템 및 제어 방법
본 발명의 실시예는 전동기 구동 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 7월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 62/878,343 호 및 2020년 5월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 제 16/879,029 호에 기초하고 그에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 이들 문헌의 전체 내용은 본원에 인용에 의해 포함된다.
전동기 구동 시스템은 전력 변환 장치를 제어함으로써 유도 전동기를 구동하고, 조건에 따라 유도 전동기를 제동한다. 구동 동안에 유도 전동기를 제동하는 것과 관련된 여러 기술이 알려져 있다. 전동기 구동 시스템에서 그러한 유도 전동기를 보다 안정적으로 제동하는 것이 요구되고 있다.
[특허문헌 1] 미국 특허 제 9,281,772 호
[비특허문헌 1] Y. Wang, T. Ito, R.D. Lorenz, "Loss manipulation capabilities of deadbeat direct torque and flux control induction machine drives", IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE), pp. 4554-4566, Nov./Dec. 2015 [비특허문헌 2] M. Hinkkanen, J. Luomi, "Braking scheme for vector controlled induction motor drives equipped with diode rectifier without braking resistor", IEEE Trans. on Ind. Appl., vol. 42, no. 5, pp. 1257-1263, Sept./Oct. 2006 [비특허문헌 3] J. Jiang, J. Holtz, "An efficient braking method for vector controlled AC drives with a diode rectifier front end", IEEE Trans. on Ind. Appl, vol. 37, no. 5, pp. 1299-1307, Sept./Oct. 2001
본 발명이 달성하고자 하는 목적은 유도 전동기를 보다 안정적으로 제동할 수 있는 전동기 구동 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 전동기 구동 시스템은 인버터 및 제어 장치를 포함한다. 인버터는 유도 전동기의 권선을 통해 전류가 흐르게 한다. 제어 장치는 벡터 제어를 통해 인버터를 제어함으로써 유도 전동기를 구동한다. 제어 장치는, 유도 전동기의 고정자 자속 추정값에 대한 복수의 연산 기준을 포함하고, 유도 전동기를 제동하는 경우에 적어도 유도 전동기의 회전 속도에 기초하여 복수의 연산 기준 중에서 유도 전동기의 손실을 더욱 증가시키는 고정자 자속 추정값에 대한 연산 기준을 선택하는 적정 자속 지령 생성 유닛을 포함한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 전동기 구동 시스템의 블록도이고;
도 2는 제 1 실시예에 따른 제어 장치의 일부를 확대한 구성도이고;
도 3은 제 1 실시예에 따른, 자속의 qds-축 좌표계에서 전압의 한계값(Vsmax)을 나타내는 도면이고;
도 4는 제 1 실시예에 따른, 자속의 qds-축 좌표계에서 전류의 한계값(Ismax)을 나타내는 도면이고;
도 5는 제 1 실시예에 따른, 자속의 qds-축 좌표계에서 전압의 한계값(Vsmax)과 전류의 한계값(Ismax) 사이의 관계를 나타내는 도면이고;
도 6은 제 1 실시예에 따른, 비교적 저속 상태로부터의 제동 제어를 나타내는 도면이고;
도 7은 제 1 실시예에 따른, 비교적 고속 상태로부터의 제동 제어를 나타내는 도면이고;
도 8은 제 1 실시예에 따른 손실 최대화 기법을 적용한 경우의 테스트 결과를 나타내는 도면이고;
도 9는 제 2 실시예에 따른 전동기 구동 시스템의 블록도이고;
도 10은 제 2 실시예에 따른 연산 프로세스를 나타내는 도면이고;
도 11은 제 3 실시예에 따른 전동기 구동 시스템의 블록도이고;
도 12는 전술한 실시예에 따른 제어 장치의 블록도이며;
도 13은 실시예에 따른 변수를 나타내는 도면이다.
이하, 실시예에 따른 전동기 구동 시스템 및 그 제어 방법이 도면을 참조하여 설명된다. 후술하는 전동기 구동 시스템은 원하는 AC 전력을 전동기에 공급한다.
(제 1 실시예)
다음으로, 전동기 구동 시스템(1)의 구성의 일 예가 설명될 것이다. 도 1은 실시예에 따른 전동기 구동 시스템(1)을 도시하는 블록도이다.
전동기 구동 시스템(1)은, 예를 들어 전동기(2), 전력 변환 장치(3), 전류 검출기(9a), 전류 검출기(9b) 및 제어 장치(10)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전동기 구동 시스템(1)은 AC 전원(5)(G)으로부터 전력을 수용한다. 전력 변환 장치(3)를 제어하는 제어 장치(10)는 전동기 구동 시스템(1)에 적용된다.
전동기(2)는, 예를 들어 3상 유도 전동기(IM)이다. 전동기(2)의 샤프트는 도면에 도시되지 않은 부하의 샤프트에 기계적으로 결합된다. 전동기(2)의 회전자는, 예를 들어 고정자 권선에 공급되는 3상 AC 전력에 의해 회전되어, 부하의 샤프트를 회전시킨다. 전동기(2)의 샤프트 상에는 센서(2A)가 배치되어 있다. 센서(2A)는, 예를 들어 리졸버(resolver), 속도 센서 등을 포함한다. 센서(2A)는 전동기(2)의 샤프트의 회전을 검출하고, 샤프트의 각도(위상) 또는 각속도에 대응하는 물리량을 나타내는 정보를 출력한다. 예를 들어, 센서(2A)에 의해 출력되는 물리량의 정보가 전동기(2)의 회전자 전기각(θr)인 경우가 설명될 것이다. 전동기(2)에는 토크 센서가 배치되어 있지 않다.
전력 변환 장치(3)는, 예를 들어 정류기(6), 커패시터(capacitor)(7) 및 전력 변환 유닛(8)을 포함한다. 정류기(6)는 AC 전원(5)으로부터 정류기(6)의 AC 입력부로 공급되는 교류 전류를 정류한다. 정류기(6)의 DC 출력부에는 DC 링크(DC link)가 연결된다. 커패시터(7)는 DC 링크 상에 배치된다. 커패시터(7)는 DC 링크에 인가되는 전압을 평활화한다.
전력 변환 유닛(8)의 DC 입력부는 DC 링크에 연결된다. 전력 변환 유닛(8)은 DC 링크를 통해 공급되는 DC 전력을 3상 AC 전력으로 변환하고, 3상 AC 전력을 전력 변환 유닛(8)의 AC 출력부로부터 전동기(2)로 공급한다. 전력 변환 유닛(8)은 전압형 인버터이다. 예를 들어, 전력 변환 유닛(8)은 후술하는 제어 장치(10)로부터의 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 제어에 따라 구동된다. 전력 변환 유닛(8)은 제어 장치(10)에 의해 가변 전압 가변 주파수(variable voltage variable frequency; VWF)로 제어되고, 전동기(2)의 속도 등을 조정한다.
전력 변환 유닛(8)은 AC 출력의 3상에 대응하는 전력 변환 회로를 포함한다. 전력 변환 회로는 각 위상에 대해 상부 아암 및 하부 아암을 포함한다. 상부 아암 및 하부 아암 각각은 적어도 하나의 스위칭 장치를 포함한다.
전류 검출기(9a)는 전력 변환 유닛(8)의 출력측의 v상에 대해 배치된다. 전류 검출기(9a)는 v상 고정자 전류(Ivs)를 검출한다. 전류 검출기(9b)는 전력 변환 유닛(8)의 출력측의 w상에 대해 배치된다. 전류 검출기(9b)는 w상 고정자 전류(Iws)를 검출한다. 도면에 도시된 전류 검출기(9a 및 9b)는 이들 2개의 위상에 대해 각각 배치되지만, 전류 검출기는 3개의 위상에 대해 각각 배치될 수 있다.
제어 장치(10)는 호스트 장치에 의해 주어진 지령값 및 전류 검출기(9a 및 9b)에 의해 획득된 검출 결과에 기초하여 전력 변환 장치(3)를 제어한다.
여기서, 제어 장치(10)에 의해 사용되는 좌표계가 설명될 것이다.
제어 장치(10)에 의해 실행되는 제어는 복수의 좌표계, 즉 목적에 따라 적절하게 선택 및 사용되는 제 1 및 제 2 좌표계를 사용한다. 여기에 도시된 좌표계 이외의 좌표계를 사용하는 것에는 제한이 없으며, 다른 좌표계가 적절하게 추가될 수 있고, 좌표계가 변경될 수 있다.
제 1 좌표계는 3상 좌표계이다. 3상 좌표계는 전동기(2)의 고정자 권선의 전압(고정자 전압)을 기준으로 한 3상의 성분을 포함한다. 예를 들어, 전동기(2)의 고정자 전압은 u상, v상 및 w상을 포함하는 3상의 성분(3상 신호 성분)을 사용하여 나타낼 수 있다. 전동기(2)의 고정자 전압을 원점에 대한 사전결정된 평면상의 벡터로서 나타내는 경우, 위상의 전압 벡터는 이들 사이에 2π/3의 각도차를 가지며, 원점(중심)으로부터 방사상으로 그려진다.
제 2 좌표계는 qds-축 좌표계이다. qds-축 좌표계는 서로 직교하는 ds-축 및 qs-축을 포함한다. 예를 들어, 3상 좌표계 및 qds-축 좌표계는, qds-축 좌표계의 원점을 기준으로 하여, qds-축 좌표계의 ds-축의 방향이 고정자의 u상의 전압 벡터의 방향과 정렬되도록 배치되는 방식으로 사전결정된 평면상에 배치된다. 3상 좌표계의 3상 신호 성분을 qds-축 좌표계의 ds-축 및 qs-축의 2상 신호 성분으로 변환하는 산술 연산은 "qds-축 변환"으로 지칭될 것이다. "qds-축 변환"에 따르면, 3상 신호 성분이 ds-축 및 qs-축의 2상 신호 성분으로 변환된다. qds-축 좌표계의 ds-축 및 qs-축의 2상 신호 성분을 3상 좌표계의 3상 신호 성분으로 변환하는 산술 연산은 "qds-축 역변환"으로 지칭될 것이다. "qds-축 역변환"에 따르면, ds-축 및 qs-축의 2상 신호 성분이 3상 신호 성분으로 변환된다. 예를 들어, qds-축 좌표계의 원점은 고정자 자속을 기준으로 규정된다.
제 3 좌표계로서는, 동기 qds-축 좌표계가 있다. 동기 qds-축 좌표계는 서로 직교하는 동기 qs-축 및 동기 ds-축을 포함한다. 이러한 제 3 좌표계는 제 2 실시예에서 사용된다.
제 4 좌표계로서는, 동기 qdr-축 좌표계가 있다. 동기 qdr-축 좌표계는 정지 시의 좌표계에 대한 기준 신호(θe)에 동기하여 회전하는 동기 qr-축 및 동기 dr-축을 포함한다. 이러한 제 4 좌표계는 제 3 실시예에서 사용된다.
도면에 사용되는 변수 및 실시예를 나타내는 수학식이 도 13을 참조하여 설명될 것이다. 도 13은 실시예에 따른 변수를 나타내는 도면이다.
예를 들어, qds-축 좌표계에서 고정자 자속의 추정값은 본 실시예에서 고정자 qds-축 자속 추정값(λqds_s_est)으로서 표시된다. 여기서, "λ"는 자속을 나타낸다. 그에 후속하는 첨자의 제 1 부분인 "qds"는 qds-축 좌표의 qs-축 성분 및 ds-축 성분을 나타낸다. 첨자의 제 2 부분인 "s"는 고정자측의 정지 좌표계(이하, 고정자측 좌표계로 지칭됨). 고정자 qds-축 자속(λqds_s)은 집합적으로 qds-축 좌표의 2상 성분을 나타낸다. 상기의 경우에, 2상 성분은 2개의 성분, 즉 고정자 qs-축 자속(λqs_s) 및 고정자 ds-축 자속(λds_s)을 포함한다. 고정자 qs-축 자속(λqs_s)은 고정자 자속의 qds-축 좌표계에서 qs-축 성분을 나타낸다. 고정자 ds-축 자속(λds_s)은 고정자 자속의 qds-축 좌표계에서 ds-축 성분을 나타낸다. 일부 경우에, 2상 성분에 의해 나타내는 정보는 복소 벡터 공간(complex vector space)에서 벡터 값으로 집합적으로 취급될 수 있다. 첨자의 제 3 부분인 "est"는 추정값을 나타낸다. 시간순 정보를 식별하는 데 사용되는 정보는 제 3 부분 이후의 괄호 내에 기재된다. 제 3 부분에서 나타내는 전술할 것에 부가하여, 지령값(com), 미분값(dot), 검출값(det), 평균값(ave) 등이 있다.
하기의 연산식 및 도면에서는, 본 명세서에서 사용되는 표기와는 상이한 표기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 고정자 qds-축 자속 추정값(λqds_s_est)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pct00001
상기에 나타낸 수학식 1에서 보여지는 "λ"의 아래첨자 "qds"는 qds-축 좌표의 2상 성분의 정보를 나타낸다. "λ"의 위첨자 "s"는 고정자측 좌표계의 정보를 나타낸다. 또한, "λ" 위의 "^"은 추정값을 나타낸다. 상기 이외에, 문자 위의 기호는 미분값을 나타내는 "."을 포함한다. 지령값은 위첨자에 "*"을 사용하여 나타낸다. 복소 벡터를 나타내는 변수는 전술한 플럭스 자속(λ), 전압(V) 및 전류(i)를 포함한다. 다른 상세사항에 대해서는 도 13이 참조된다.
다시 도 1을 참조하면, 제어 장치(10)가 설명될 것이다.
제어 장치(10)는, 예를 들어 모션 제어기(12), 속도/위상 추정 유닛(13), DB-DTFC 연산 유닛(14), 제 1 좌표 변환 유닛(15), PWM 제어기(16), 제 2 좌표 변환 유닛(17), 슬립 주파수 추정 유닛(18), 가산 유닛(adder unit)(19), 전류/자속 추정 유닛(20), 적정 자속 지령 생성 유닛(21), 손실 추정 유닛(22), 토크 지령 제한 유닛(23) 및 제산 유닛(divider unit)(27)을 포함한다.
모션 제어기(12)는 회전자 각속도 지령값(전기 속도)(ωr_com) 및 회전자 각속도 추정값(전기 속도)(ωr_est)에 기초하여 에어 갭 토크 지령값(Tem1_com)을 연산한다. 예를 들어, 회전자 각속도 지령값(전기 속도)(ωr_com)은 제어 장치(10) 외부의 장치(호스트 장치)로부터 공급될 수 있다. 회전자 각속도 추정값(전기 속도)(ωr_est)은 후술하는 속도/위상 추정 유닛(13)으로부터 공급된다. 이하, 회전자 각속도 추정값(전기 속도)(ωr_est)은 간단히 회전자 각속도 추정값(ωr_est)으로 지칭될 것이다. 모션 제어기(12)는 회전자 각속도 추정값(ωr_est)이 회전자 각속도 지령값(전기 속도)(ωr_com)을 추종하게 되도록 에어 갭 토크 지령값(Tem1_com)을 연산한다. 에어 갭 토크 지령값(Tem1_com)은 후술하는 토크 지령 제한 유닛(23)을 통과함에 따라 제한되는 신호의 진폭을 가질 수 있다. 이에 따르면, DB-DTFC 연산 유닛(14)에 대한 에어 갭 토크 지령값(Tem_com)은 에어 갭 토크 지령값(Tem1_com)과 상이한 값으로 변환될 수 있다.
속도/위상 추정 유닛(13)은, 예를 들어 센서(2A)로부터 공급된 회전자 전기각(θr)에 기초하여, 회전자 각속도 추정값(ωr_est) 및 회전자 각도 추정값(전기 위치)(θr_est)을 연산한다. 예를 들어, 회전자 각도 추정값(전기 위치)(θr_est)은 회전자 전기각(θr)의 평균값일 수 있다. 이하, 회전자 각도 추정값(전기 위치)(θr_est)은 간단히 회전자 각도 추정값(θr_est)으로 지칭될 것이다.
예를 들어, 속도/위상 추정 유닛(13)은 전동기(2)의 회전 상태를 추정하는 모션 옵저버(motion observer)를 포함한다. 모션 옵저버는 제로 지연 필터(zero lag filter)에 해당하며, 지연이 일반적으로 사용되는 1차 지연 필터의 지연보다 작아지도록 입력 신호에 대한 출력 신호의 지연을 감소시킨다. 다시 말해서, 속도/위상 추정 유닛(13)은 회전자 전기각(θr)에 대한 회전자 각속도 추정값(ωr_est) 및 회전자 각도 추정값(θr_est)의 지연을 감소시킨다. 회전자 각속도 추정값(ωr_est) 및 회전자 각도 추정값(θr_est)은 각각 현재 상태량의 추정값으로서의 역할을 한다. 속도/위상 추정 유닛(13)은 그러한 모션 옵저버를 사용하여 작은 노이즈 성분을 포함하는 출력 신호의 취득을 가능하게 한다.
예를 들어, 속도/위상 추정 유닛(13)은 회전자 각속도 추정값(ωr_est)을 모션 제어기(12), DB-DTFC 연산 유닛(14), 가산 유닛(19), 전류/자속 추정 유닛(20), 손실 추정 유닛(22) 및 제산 유닛(27)에 공급한다. 제산 유닛(27)에 의해 변환된 회전자 각속도 추정값(기계 속도)(ωrm_est)은 토크 지령 제한 유닛(23)에 공급된다. 속도/위상 추정 유닛(13)은 회전자 각도 추정값(θr_est)을 전류/자속 추정 유닛(20)에 공급한다.
전술한 모션 옵저버에는 위상 및 각속도 중 어느 하나가 입력될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 예를 들어, 위상 센서가 센서(2A)로서 사용되는 경우, 속도/위상 추정 유닛(13)에 공급되는 입력 신호는 위상(θr)일 수 있고, 속도 센서가 센서(2A)로서 사용되는 경우, 속도/위상 추정 유닛(13)에 공급되는 입력 신호는 각속도(ωr)일 수 있다. 펄스 발생기(PLG)는 속도 센서의 일 예이다.
센서(2A)와 같은 물리적 센서가 사용되지 않는 경우, 위치 추적 옵저버가 속도/위상 추정 유닛(13)으로서 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 위치 추적 옵저버에 입력되는 입력 신호로서는, 전류, 전압 및 자속 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 위치 추적 옵저버의 구성의 일 예로는, Yang Xu et al., "Extending Low Speed Self-Sensing via Flux Tracking with Volt-Second Sensing", [online], 2018, IEEE[2018년 9월 13일자로 검색됨], 인터넷(URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8344841) 등이 참조된다.
DB-DTFC 연산 유닛(14)(도면에는 DB-DTFC로 도시됨)은 데드비트-직접 토크 및 자속 제어(deadbeat-direct torque and flux control; DB-DTFC) 시스템에 따라 전동기(2)를 제어하는 제어기이다. 전동기(2)의 물리적 모델은 DB-DTFC 연산 유닛(14)에 미리 설정되어 있다. 전동기(2)를 등가 전기 회로로 대체하고 이를 수학적 표현으로 형성함으로써 물리적 모델이 획득된다. DB-DTFC 연산 유닛(14)은 물리적 모델을 사용하여, 적어도 전동기(2)에 대한 토크 지령, 전동기(2)의 고정자 자속의 추정값 및 전동기(2)의 고정자 자속의 기준값에 기초하여 전동기(2)의 구동량을 규정하는 구동량 지령값을 연산한다.
예를 들어, DB-DTFC 연산 유닛(14)은 입력 변수로서 포함되는 에어 갭 토크 지령값(Tem_com), 고정자 qds-축 자속 추정값(λqds_s_est), 회전자 qds-축 자속 추정값(λqdr_s_est), 고정자 자속 지령값(λs_com) 및 고정자 각속도 추정값(ωr_est)을 가지며, 전술한 입력 변수에 기초하여 DB-DTFC를 사용하여 고정자 qds-축 전압 지령값(Vqds_s_com)을 연산한다. 에어 갭 토크 지령값(Tem_com)은 토크 지령 제한 유닛(23)으로부터 공급된다. 고정자 qds-축 자속 추정값(λqds_s_est) 및 회전자 qds-축 자속 추정값(λqdr_s_est)은 후술하는 전류/자속 추정 유닛(20)으로부터 공급된다. 고정자 자속 지령값(λs_com)은 예를 들어, 적정 자속 지령 생성 유닛(21)으로부터 공급된다. 고정자 각속도 추정값(ωr_est)은 속도/위상 추정 유닛(13)으로부터 공급된다. 에어 갭 토크 지령값(Tem_com)은 전동기(2)에 대한 토크 지령의 일 예이다. 고정자 자속 지령값(λs_com)은 전동기(2)의 고정자 자속의 기준값의 일 예이다. 에어 갭 토크 지령값(Tem_com)은 예를 들어, 제어 사이클 내의 사전결정된 단계에서 획득된다.
DB-DTFC 연산 유닛(14)은 전술한 입력 변수의 값을 사용하여 고정자 qds-축 전압 지령값(Vqds_s_com)을 연산한다. DB-DTFC 연산 유닛(14)은 연산된 고정자 qds-축 전압 지령값(Vqds_s_com)을 제 1 좌표 변환 유닛(15) 및 전류/자속 추정 유닛(20)으로 출력한다. DB-DTFC 연산 유닛(14)은 고정자 qds-축 전압 지령값(Vqds_s_com)에 기초하여 전력 변환 장치(3)를 제어한다.
제 1 좌표 변환 유닛(15)은 qds-축 좌표계에서의 전압 지령값인 고정자 qds-축 전압 지령값(Vqds_s_com)을 3상 고정자 좌표계(정지 좌표계)에서의 전압 지령값인 3상 고정자 전압 지령값(Vus_s_com, Vvs_s_com 및 Vws_s_com)으로 변환한다. 제 1 좌표 변환 유닛(15)에 의해 실행되는 변환은 "qds-축 역변환"이다.
PWM 제어기(16)는 전동기(2)의 구동량을 규정하는 구동량 지령값에 기초하는 제어 신호를 전동기(2)를 구동하는 전력 변환 장치(3)로 출력한다. PWM 제어기(16)는, 예를 들어 제 1 좌표 변환 유닛(15)에 의해 변환된 3상 고정자 전압 지령값(Vus_s_com, Vvs_s_com, Vws_s_com)을 반송파 신호(carrier signal)와 비교하고, 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 전력 변환 유닛(8)에 대한 게이트 펄스(GP)를 생성한다. 도 1에 도시된 PWM 제어기(16)는 전력 변환 유닛(8)의 각 스위칭 장치에 대응하는 게이트 펄스(GP)를 스위칭 장치로 출력한다.
제 2 좌표 변환 유닛(17)은 전류 검출기(9a 및 9b)로부터 공급되는 고정자 전류(Ivs 및 Iws)를 qds-축 좌표계에서의 고정자 qds-축 전류 검출값(Iqds_s_det)으로 변환한다. 제 2 좌표 변환 유닛(17)에 의해 실행되는 변환은 "qds-축 변환"이다.
qds-축 변환은 예를 들어 하기 식을 사용하여 실행된다. 고정자 전류(Ius)는 고정자 전류(Ivs 및 Iws)에 기초하여 연산된다. 2상 변환에 의해 얻어진, 3상 고정자 전류(Ius, Ivs 및 Iws)와 고정자 전류(Iqs_s 및 Ids_s) 사이의 관계가 하기 수학식 2에 나타나 있다. 하기 수학식 2에 나타낸 변환은 일반적으로 사용되는 클라크(Clarke) 변환과 상이하다. qds-축 역변환은 수학식 2에 나타낸 변환의 역변환이라는 점에 주목하자.
[수학식 2]
Figure pct00002
슬립 주파수 추정 유닛(18)은 전동기(2)의 슬립에 관한 슬립 각도 주파수 추정값(ωsl_est)을 연산한다. 슬립 주파수 추정 유닛(18)은 예를 들어, 전류/자속 추정 유닛(20)에 의해 연산된 회전자 qds-축 자속 추정값(λqdr_s_est)의 진폭값 및 고정자 qds-축 자속 추정값(λqds_s_est)의 진폭값에 기초하여 토크 추정값(Te_est)을 연산하고, 토크 추정값(Te_est)의 진폭값 및 회전자 qds-축 자속 추정값(λqdr_s_est)의 진폭값을 사용하여 슬립 각도 주파수 추정값(ωsl_est)을 연산한다. 대안적으로, 슬립 주파수 추정 유닛(18)은 일반적으로 사용되는 슬립 각도 주파수 추정/연산 방법을 사용하여 슬립 각도 주파수 추정값(ωsl_est)을 연산할 수 있다. 슬립 각도 주파수는 슬라이드 각속도 또는 슬립 속도로 지칭될 수 있다.
가산 유닛(19)은 슬립 주파수 추정 유닛(18)에 의해 연산된 슬립 각도 주파수 추정값(ωsl_est)을 회전자 각속도 추정값(ωr_est)에 더함으로써 전동기(2)의 동기 각속도(ωe_est)(이하, 간단히 동기 각속도(ωe)로 지칭됨)를 연산한다.
전류/자속 추정 유닛(20)은 여러 입력 변수에 기초하여 전동기(2)의 동작 상태를 추정하고 고정자 qds-축 자속 추정값(λqds_s_est) 및 회전자 qds-축 자속 추정값(λqdr_s_est)을 연산하는 옵저버이다. 예를 들어, 전술한 입력 변수에는, 고정자 qds-축 전압 지령값(Vqds_s_com), 제 2 좌표 변환 유닛(17)에 의해 변환된 고정자 qds-축 전류 검출값(Iqds_s_det), 회전자 각속도 추정값(ωr_est), 및 회전자 각도 추정값(θr_est)이 포함된다.
제산 유닛(27)은 속도/위상 추정 유닛(13)에 의해 연산된 회전자 각속도 추정값(ωr_est)을 극 쌍의 수인 (P/2)로 나눔으로써 회전자 각속도 추정값(기계 속도)(ωrm_est)을 연산한다. 대문자인 P는 극의 수이다.
적정 자속 지령 생성 유닛(21)에는, 모션 제어기(12)에 의해 연산된 토크 지령값(Tem1_com) 및 가산 유닛(19)에 의해 연산된 동기 각속도(ωe)와, 추가적으로 도 2에 도시되지 않은 제동 준비 플래그(Fg1) 및 제동 시작 플래그(Fg2)가 입력된다. 적정 자속 지령 생성 유닛(21)은 토크 지령값(Tem1_com), 동기 각속도(ωe), 제동 준비 플래그(Fg1) 및 제동 시작 플래그(Fg2)에 기초하여 고정자 자속 지령값(λs_com)을 연산하고, 고정자 자속 지령값(λs_com)을 DB-DTFC 연산 유닛(14)으로 출력한다. 여기서, 적정 자속 지령 생성 유닛(21)으로부터 출력된 고정자 자속 지령값(λs_com)은 스칼라량이다. 이에 대한 상세사항은 후술할 것이다.
손실 추정 유닛(22)은 전동기(2)의 물리적 모델을 사용하여 전동기(2)의 손실(Ploss)을 연산하고, 손실(Ploss)의 값을 토크 지령 제한 유닛(23)에 공급한다.
토크 지령 제한 유닛(23)에는, 모션 제어기(12)에 의해 연산된 토크 지령값(Tem1_com), 손실(Ploss) 및 회전자 각속도 추정값(기계 속도)(ωrm_est)과, 추가적으로 제동 준비 플래그(Fg1) 및 제동 시작 플래그(Fg2)가 입력된다. 토크 지령 제한 유닛(23)은 예를 들어, 제동 준비 플래그(Fg1) 및 제동 시작 플래그(Fg2), 손실(Ploss), 및 회전자 각속도 추정값(기계 속도)(ωrm_est)에 기초하여 한계값(Te_max)을 정상 주행 시에 사용되는 값(Te_maxn) 및 제동 시에 사용되는 값(Te_maxb) 중 하나로 전환한다. 토크 지령 제한 유닛(23)은 토크 지령값(Tem_com)을 속도/위상 추정 유닛(13) 및 DB-DTFC 연산 유닛(14)으로 출력한다.
DB-DTFC 연산 유닛(14) 및 전류/자속 추정 유닛(20)의 보다 상세한 사항에 대해서는, 미국 특허 출원 공개 제 2020/0007858 호 등을 참조하라.
예를 들어, 제어 장치(10)는 도면에 도시되지 않은 호스트 장치로부터 감속 시작 지령을 수신하고, 제동 준비 플래그(Fg1)를 설정하며, 고정자 자속 지령값(λs_com)을 손실이 최대가 되는 값으로 변경한다. 고정자 qds-축 자속 추정값(λqds_s_est)이 손실이 최대가 되는 값에 도달하는 경우, 제어 장치(10)는 제동 시작 플래그(Fg2)를 설정하고, 속도 제어로부터 토크 제어로 전환하며, 제동을 인가한다.
다음으로, 실시예에 따른 제어 장치(10)의 보다 상세한 예가 설명될 것이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 제어 장치(10)의 일부를 확대한 구성도이다. 설명에서는, 적정 자속 지령 생성 유닛(21), 손실 추정 유닛(22) 및 토크 지령 제한 유닛(23)에 초점이 맞춰질 것이다.
손실 추정 유닛(22)은 예를 들어, 하기 수학식 3에 따라 전동기(2)의 손실(Ploss)을 연산한다.
[수학식 3]
Figure pct00003
수학식 3에서, Ke, Kb 및 Kh는 값이 미리 설정되어 있는 계수이다. Rr, Lr, Rs, Ls 및 LM의 값은 전동기(2)의 특성에 따라 규정된다. 이러한 수학식 3의 상세사항에 대해서는, 하기의 문헌을 참조하라.
Y. Wang, T. Ito, R.D. Lorenz, "Loss manipulation capabilities of deadbeat direct torque and flux control induction machine drives", IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE), pp. 4554-4566, Nov./Dec. 2015.
토크 지령 제한 유닛(23)은 제 1 블록(23a), 제 2 블록(23b) 및 제 3 블록(23c)을 포함한다.
제 1 블록(23a)은 후술하는 수학식 4를 사용하여 손실(Ploss) 및 회전자 속도 추정값(ωrm_est)에 기초하여 상한 토크 지령값(Te_maxb)을 연산한다. 수학식 4는 손실(Ploss) 및 회전자 속도 추정값(ωrm_est)에 대응하는 상한 토크 지령값을 연산하기 위한 연산식이다.
[수학식 4]
Figure pct00004
제 2 블록(23b)은 호스트 장치로부터의 구동 지령에 따라 상한 토크 지령값(Te_max)을 결정한다. 예를 들어, 구동 지령의 값은 "0"("normal"(정상))을 사용하여 호스트 장치로부터의 구동 지령이 구동 또는 정지라는 것을 나타내고, "1"("braking"(제동))을 사용하여 구동 지령이 제동이라는 것을 나타낸다. 전술한 구동 지령은 제동 준비 플래그(Fg1) 및 제동 시작 플래그(Fg2) 중 하나와 연관될 수 있다. 제 2 블록(23b)은 구동 지령의 값이 "0"(normal)인 경우에 상한 토크 지령값(Te_maxn)을 선택하고, 구동 지령의 값이 "1"(braking)인 경우에 제 1 블록(23)에 의해 출력된 상한 토크 지령값(Te_maxb)을 선택한다. 제 2 블록(23b)은 선택된 결과를 상한 토크 지령값(Te_max)으로서 제 3 블록(23c)으로 전송한다.
제 3 블록(23c)은 제 2 블록(23b)으로부터 전송된 상한 토크 지령값(Te_max)을 사용하여 허용 토크 범위를 결정한다. 허용 토크 범위는 하한 리미터 토크값(-Te_max)으로부터 상한 리미터 토크값(+Te_max)까지의 범위이다. 상한 토크 지령값(Te_max)은 상한 리미터 토크값에 적용된다. 하한 리미터 토크값은 상한 리미터 토크값에 "-1"의 음의 계수를 적용함으로써 획득된 값이다. 이러한 음의 계수는 미리 설정된 값이며, "-1" 이외의 값을 가질 수 있다. 하한 리미터 토크값은 이러한 음의 계수 대신에 상한 리미터 토크값에 0(zero)을 곱함으로써 0으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제 1 토크 지령값(Tem1_com)이 허용 토크 범위 내에 있는 경우, 제 3 블록(23c)은 제 2 토크 지령값(Tem_com)을 제 1 토크 지령값(Tem1_com)의 값으로 그대로 대체한다. 제 1 토크 지령값(Tem1_com)이 상한 리미터 토크값(+Te_max)보다 큰 경우, 제 3 블록(23c)은 제 2 토크 지령값(Tem_com)을 상한 리미터 토크값(+Te_max)으로 대체한다. 제 1 토크 지령값(Tem1_com)이 하한 리미터 토크값(-Te_max)보다 작은 경우, 제 3 블록(23c)은 제 2 토크 지령값(Tem_com)을 하한 리미터 토크값(-Te_max)으로 대체한다.
다시 말해서, 제 3 블록(23c)은 허용 토크 범위 내에 있는 토크 지령값만을 통과시키는 필터의 기능을 달성한다. 이에 따르면, 제 3 블록(23c)은 제 2 토크 지령값(Tem_com)을 생성할 수 있다. 제 2 토크 지령값(Tem_com)은 미리 설정된 허용 토크 범위 내로 제한되도록 제 1 토크 지령값(Tem1_com)을 변경함으로써 획득된 값이다.
적정 자속 지령 생성 유닛(21)은 제 1 블록(21a), 제 2 블록(21b), 제 3 블록(21c), 제 4 블록(21d) 및 제 5 블록(21e)을 포함한다. 적정 자속 지령 생성 유닛(21)은 동기 각속도(ωe) 또는 제 1 토크 지령값(Tem1_com)에 대응하는 고정자 자속 지령값(λs_com)을 생성한다.
제 1 블록(21a)은 하기 수학식 5에 따라 고정자 자속 지령값(λs_opt0)을 연산한다. 제 1 블록(21a)은 고정자 전압(Vs)의 한계값(Vsmax)(이하, 전압의 한계값(Vsmax)으로 지칭됨)을 동기 각속도(ωe)로 나눔으로써 획득된 값의 절대값을 연산하고, 연산 결과를 고정자 자속 지령값(λs_opt0)으로서 출력한다.
[수학식 5]
Figure pct00005
제 2 블록(21b)은 하기 수학식 6에 따라 고정자 자속 지령값(λs_opt1)을 연산한다.
[수학식 6]
Figure pct00006
제 3 블록(21c)은 하기 수학식 7에 따라 동기 각속도(ωe) 및 동기 각속도 임계값(ωe_c)에 기초하여 고정자 자속 지령값(λs_opt)을 결정하기 위한 선택 신호의 논리값을 결정한다. 예를 들어, 선택 신호의 논리값은 호스트 장치로부터의 구동 지령이 구동 또는 정지(normal)인 경우에 "1"이 되고, 구동 지령이 제동(braking)인 경우에 동기 각속도(ωe) 및 동기 각속도 임계값(ωe_c)을 사용한 연산 결과에 따라 "0" 또는 "1"이 선택된다. 예를 들어, 제 3 블록(21c)은 동기 각속도(ωe)가 동기 각속도 임계값(ωe_c)보다 큰 경우에 "1"을 선택하고, 동기 각속도(ωe)가 동기 각속도 임계값(ωe_c) 이하인 경우에 "0"을 선택한다.
[수학식 7]
Figure pct00007
전술한 수학식 7에서의 동기 각속도 임계값(ωe_c)은 전압의 한계값(Vsmax), 전류의 한계값(Ismax) 및 인덕턴스(Le)를 사용하여 하기 수학식 8에 나타낸 바와 같이 규정될 수 있다.
[수학식 8]
Figure pct00008
수학식 8에 나타난 Irate는 DC 링크의 정격 전류값이다.
제 4 블록(21d)은 선택 신호의 논리값이 "0"인 경우에 제 1 블록(21a)으로부터 출력된 고정자 자속 지령값(λs_opt0)을 선택하고, 선택 신호의 논리값이 "1"인 경우에 제 2 블록(21b)으로부터 출력된 고정자 자속 지령값(λs_opt1)을 선택한다. 제 2 블록(21b)은 선택된 결과를 고정자 자속 지령값(λs_opt)으로서 출력한다.
제 5 블록(21e)은 사전결정된 주파수 미만의 주파수 대역 성분을 통과시키고 제 4 블록(21d)에 의해 출력된 고정자 자속 지령값(λs_opt)의 신호 대역을 제한함으로써 단계 변화(step change)가 억제된 고정자 자속 지령값(λs_com)을 출력하는 저역 통과 필터(low pass filter)이다.
다음으로, 실시예에 따른 제동 제어가 설명될 것이다.
시스템 내로 전력을 회생시킬 수 있는 능동 프론트 엔드(예를 들어, 전력을 회생시킬 수 있는 컨버터)가 없는 경우에, DC 링크 섹션에 주입된 전력은 시스템 내로 회생될 수 없다. 또한, DC 링크 섹션의 과도한 전력을 소모하는 제동 저항이 없는 경우에는, DC 링크의 전압을 감소시키는 것이 어렵다.
전술한 바와 같은 경우, DC 링크 섹션에 대한 입력 전력 양(Pin)은 하기 수학식 9에 나타낸 바와 같이 규정될 수 있다. 전동기(2)의 제동 토크는 Te_braking을 사용하여 나타낼 것이다. 입력 전력 양(Pin)은 제동 토크(Te_braking)와 회전자 속도(ωrm)의 곱에 손실(Ploss)을 더함으로써 획득된 값을 갖는다. 제동 동안의 입력 전력 양(Pin)은 0보다 크다.
[수학식 9]
Figure pct00009
결과적으로, 하기 수학식 10을 사용하여, 최대 제동 토크가 획득된다. 최대 제동 토크는 제동 토크(Te_braking)의 절대값의 최대값이다. 제동 토크(Te_braking)의 절대값의 최대값은 손실(Ploss)을 회전자 속도 추정값(ωrm_est)으로 나눔으로써 획득된 결과이다.
[수학식 10]
Figure pct00010
많은 경우에, 전력 변환 유닛(8)의 손실은 전동기(2)의 손실(Ploss)보다 작다. 이러한 수학식 10에서, 전력 변환 유닛(8)의 손실은 근사를 위해 생략되어 있다.
전술한 수학식 10에 나타낸 바와 같이, 전동기(2)의 제동 토크와 관련된 한계값은 전동기(2)의 손실(Ploss) 및 회전자 속도(ωrm)에 기초하여 규정될 수 있다. 한계값은 동적으로 변화한다. 전동기(2)를 보다 신속하게 제동하기 위해, 고정자 자속(λs_com)은 전동기(2) 및 전력 변환 유닛(8)의 전압의 한계값 및 전류의 한계값을 사용하여 전동기(2)의 손실(Ploss)을 증가시키도록 제어될 수 있다.
전동기(2)의 손실(Ploss)에 따라 제동 토크(Te_braking)의 한계값을 동적으로 설정하는 것에 부가하여, 제동 토크(Te_braking)가 전술한 전압의 한계값 및 전류의 한계값에 따라 제한되는 경우가 있다.
일반 유도 전동기의 손실과, 전압의 한계값과 전류의 한계값을 사용하여 설정된 제동 토크(Te_braking)의 한계값의 대략적인 값이 조사되었다. 일반 유도 전동기의 경우에, 전동기의 손실은 정격 전력의 손실의 15%보다 적다.
이러한 이유로, 수학식 10을 사용하여 제한되는 제동 토크(Te_braking)의 한계값(최대값)은 정격 속도 시의 토크인 0.2 [pu]보다 작고, 정격 속도 값의 절반 속도 시의 토크인 0.4 [pu]보다 작다. 한편, 전술한 전압의 한계값 및 전류의 한계값에 따라 제한되는 제동 토크(Te_braking)의 한계값(최대값)은 적어도 1 [pu]이다. 그러한 결과로부터, 전술한 전압의 한계값 및 전류의 한계값에 기초한 제동 토크(Te_braking)의 한계값보다 작은 토크 한계값은 수학식 10을 사용하여 결정된다.
(물리적 모델)
다음으로, DB-DTFC를 이용하는 보다 신속한 제동을 위한 전동기(2)의 물리적 모델(해석 모델)이 설명될 것이다. 예를 들어, 전동기(2)의 물리적 모델은 전술한 수학식 3을 사용하여 규정될 것이다. 제동 제어의 초기 상태에서의 전동기 손실(손실(Ploss))의 추정값은 전술한 수학식 3을 사용하여 연산된다.
모션 제어기(12)로부터 출력되는 제 1 토크 지령값(Tem1_com)은 수학식 10에 따라 제한된다. 고정자 자속 지령값(λs_com)은 전술한 전압의 한계값 및 전류의 한계값을 사용하는 토크 지령값 및 회전자 속도 추정값(ωrm_est)에 따라 선택된다. 예를 들어, 전술한 전압의 한계값(Vsmax)은 수학식 11에 나타나 있다.
[수학식 11]
Figure pct00011
전술한 전류의 한계값(Ismax)은 수학식 12에 나타나 있다.
[수학식 12]
Figure pct00012
자속의 qds-축 좌표계에서의 전압의 한계값(Vsmax)과 전류의 한계값(Ismax) 사이의 관계가 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 도 3은 자속의 qds-축 좌표계에서의 전압의 한계값(Vsmax)을 나타내는 도면이다. 도 3에서 실선으로 표시된 바와 같이, 전압의 한계값(Vsmax)은 자속의 qds-축 좌표계에서 좌표축의 원점을 기준으로 하는 원이 된다. 이러한 원의 반경은 동기 각속도(ωe)와 관련이 있다. 전술한 수학식 11에 나타낸 관계로부터, 전압의 한계값(Vsmax)의 크기가 변경 불가능한 경우, 동기 각속도(ωe)가 커질수록 원의 반경은 작아진다. 이러한 도 3에서는, 예를 들어 동기 각속도(ωe)가 4개의 레벨로 변화되는 경우가 예로서 설명될 것이다. 동기 각속도(ωe)는 ωe1, ωe2, ωe3 및 ωe4의 순서로 더 높다.
도 4는 자속의 qds-축 좌표계에서 전류의 한계값(Ismax)을 나타내는 도면이다. 도 4에서 파선으로 표시된 바와 같이, 전류의 한계값(Ismax)은 자속의 qds-축 좌표계에서 좌표축의 원점을 기준으로 하는 타원이 된다. 전술한 수학식 12에 나타낸 관계로부터, 타원은 동기 각속도(ωe)의 크기와 관련이 없다. 이러한 타원의 둘레는 전류 타원으로 지칭되고, 전류 타원 내부의 영역은 전류 타원 영역으로 지칭될 것이다.
도 5는 전압의 한계값(Vsmax)과 전류의 한계값(Ismax) 사이의 관계를 나타낸다. 도 5는 자속의 qds-축 좌표계에서 전압의 한계값(Vsmax)과 전류의 한계값(Ismax) 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 자속의 qds-축 좌표계에서, 전술한 도 3에 도시된 원(실선) 및 전술한 도 4에 도시된 타원(파선)은 좌표축의 원점을 기준으로 사용하여 서로 중첩되도록 배치된다. 원과 타원에 의해 둘러싸인 영역은 제어를 위해 사용될 수 있는 영역을 나타낸다. 여기서 나타내는 전압의 한계값(Vsmax)은 동기 각속도(ωe)가 1.2 [pu]일 때의 값이다. 자속의 qds-축 좌표계의 제 1 사분면에서, 도면에 도시되지 않은 약한 자속 영역에 따른 한계 영역이 규정된다. 약한 자속 영역에서, 철의 포화를 회피하기 위해 전압 원의 수직축의 값이 1 [pu]로 제한된다는 점에 주목해야 한다. 그러나, 이것은 제동 동안의 동작과 관련이 없다.
실행 방법을 보다 간단하게 설명하기 위해, 전동기(2)의 전체 속도 범위는, 예를 들어 속도의 크기에 따라 속도 영역 I 및 속도 영역 II를 포함하는 2개의 영역으로 나누어지고, 영역 각각이 설명될 것이다. 예를 들어, 속도 영역 I 및 속도 영역 II는 전술한 동기 각속도 임계값(ωe_c)을 사용하여 나누어질 수 있다.
속도 영역 I은 동기 각속도(ωe)가 동기 각속도 임계값(ωe_c)에 대해 상대적으로 낮은 경우에 대응한다. 도 6은 비교적 저속으로 회전하는 전동기(2)의 제동 제어를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 비교적 저속 상태의 경우에는, 전류 타원 영역이 전압 원 내부에 위치된다. 최대 손실(Ploss)(이하, 최대 손실로 지칭됨)을 획득하기 위해서는, 고정자 자속(λqds_s)의 값 및 고정자 전류(Iqds_s)의 값이 가능한 한 많이 증가되게 한다. 고정자 자속(λqds_s)의 값 및 고정자 전류(Iqds_s)의 값은, 가능한 한 많이 증가하는 경우에도, 전류 타원에 의해 제한된다. 결과적으로, 예를 들어 토크 곡선과 전류 타원 사이의 교차점이 A 점으로 표시되는 경우, 교차점(A 점)은 최대 손실과 최대 토크를 만족하는 동작점이 된다. 이러한 동작점과 관련된 고정자 자속 지령(λs_com)의 크기는 하기 수학식 13으로부터 연산된다.
[수학식 13]
Figure pct00013
비교적 저속 상태일 때, 수학식 13에 나타낸 고정자 자속 지령(λs_com)의 크기는 토크 지령값(Tem1_com)을 변수로 하는 함수가 되고, 동기 각속도(ωe)의 크기에 의존하지 않으며, 동기 각속도(ωe)와는 독립적인 관계를 갖는다. 고정자 전류(Iqds_s)가 한계값(Ismax)에 도달하는 경우에도, 전압(Vs_com)은 전압 원에 따라 설정된 최대값보다 작은 값이 된다.
한편, 속도 영역 II는 동기 각속도(ωe)가 동기 각속도 임계값(ωe_c)에 대해 상대적으로 빠른 속도인 경우에 대응한다. 도 7은 비교적 고속으로 회전하는 전동기(2)의 제동 제어를 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 비교적 고속 상태의 경우에, 전류 타원 영역의 일부는 전압 원에서 벗어나고, 전압 원 내부에 위치되지 않는다. 전술한 손실(Ploss)과 관련된 수학식 3에 따르면, 고정자 자속(λqds_s)의 한계값인 하한값 및 상한값 중 하나에서 최대 손실에 도달하는 것으로 나타나 있다. 속도 영역 II(고속 영역)에서, 철손(iron loss)은 보다 높은 고정자 자속(λqds_s)의 취득에 기여한다.
결과적으로, 예를 들어 토크 곡선과 전압 원 사이의 교차점이 B 점 또는 C 점으로 표시되는 경우, 교차점은 최대 손실 및 최대 제동 토크를 만족하는 동작점으로서 선택된다. 고정자 자속 지령(λs_com)의 크기는 하기 수학식 14로부터 연산된다.
[수학식 14]
Figure pct00014
비교적 고속 상태일 때, 수학식 14에 나타낸 고정자 자속 지령(λs_com)은 속도의 함수가 된다. 전압(Vs)이 한계값(Vsmax)에 도달하는 경우에도, 전류(Is)는 최대값보다 작은 값을 갖는다.
다음으로, 손실 최대화 기법을 실제 유도 전동기에 적용한 테스트 결과가 도 8을 참조하여 설명될 것이며, 도 8은 일 실시예에 따른 손실 최대화 기법을 적용한 경우의 테스트 결과를 나타내는 도면이다. 이러한 테스트에서는, 3.7 kW(킬로와트)의 전동기(2)에 개발된 손실 최대화 기법을 적용함으로써, 전동기(2)의 제동 특성이 평가된다. 비교예로서는, 정격 자속을 사용하여 제어를 수행하는 경우가 일 예로서 설명될 것이다. 이하, 양쪽 경우의 제동 특성이 비교 및 설명될 것이다.
도 8에 도시된 각 타이밍도의 가로축은 초 단위의 시간 경과를 나타낸다. 도 8에 도시된 각 타이밍도는 도 8의 위로부터 순서대로 설명될 것이다. 도 8의 (a)에는 고정자 자속 지령(λs_com)의 크기가 나타나 있다. 도 8의 (b)에는 회전자 속도(ωr)의 크기가 나타나 있다. 도 8의 (c)에는 토크(Tem)의 크기가 나타나 있다. 도 8의 (d)에는 DC 전압(Vdc)의 전압이 나타나 있다. 도 8의 (e)에는 전류 피드백값(Is_FBK)의 크기가 나타나 있다. 현재 피드백값(Is_FBK)은 예를 들어, 전류 검출값(Is_det)을 기초로 연산된다. 도 8의 (f)에는 손실(Ploss)의 크기가 나타나 있다. 각 타이밍도에서, 본 실시예에 따라 손실(Ploss)이 최대가 되도록 고정자 자속 지령(λs_com)을 최대화하는 제어 방법을 적용한 경우의 결과(흑색선)와, 비교예로서 고정자 자속(λs)을 정격값으로 설정하는 제어 방법을 적용한 경우의 결과(회색선)가 서로 비교되고, 도시되어 있다. 이러한 비교 테스트의 결과는, 예를 들어 전동기(2)의 회전자 속도(ωr)가 0.9 [pu]로부터 0.2 [pu]까지 감속된 경우의 일 예이다.
초기 상태에서, 전동기(2)의 회전자 속도(ωr)는 제동 영역 I의 범위 내에 있다. 고정자 자속(λs_com)은 초기 상태의 값이 1 [pu]이고, 토크(Tem)의 값이 0 [pu]이다.
시간 t1(예를 들어, 0.7 초)의 시점에서, 회전자 각속도 지령(ωr_com)의 값이 감소하고, 전동기(2)의 제동이 시작된다. 이후, 시간 t2까지, 고정자 자속(λs_com)은 초기 상태의 값으로부터 단조 증가한다.
시간 t2로부터 시간 t3까지의 기간에, 제동이 계속되고, 회전자 속도(ωr)는 제동 영역 II의 범위에 도달할 때까지 점진적으로 감소한다. 이때에, 고정자 자속 지령(λs_com)의 크기는 전류가 한계값(Ismax)을 초과하지 않도록 조정되고, 상한값으로 제어된다.
이러한 제동 기간 동안, 손실(Ploss) 및 제동 토크(Te_braking)는 최대가 된다. 도 8에 도시된 비교의 결과로서, 실시예에 따른 제동 시간이 비교예의 제동 시간보다 약 60% 정도 짧다는 것을 명확하게 알 수 있다.
고정자 자속(λs)의 급격한 변화 및 그 결과로서 생기는 큰 전류 변화를 배제하기 위해, 고정자 자속 지령(λs_com)에 회전자 시정수(τ)의 대역폭을 갖는 필터로서 제 5 블록(21e)이 추가된다는 점에 주목해야 한다. 테스트에 사용되는 전동기(2)의 관성은 비교적 낮고, 이에 따라 제동 시간이 비교적 짧아진다. 고정자 자속 지령(λs_com)이 제동 영역 I의 요구값까지 증가하는 경우, 속도는 제동 영역 II에 있게 된다.
하기 사항에 주목해야 한다. 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이, 제동 동안의 DC 전압(Vdc)은 약간 증가할 수 있다. 이러한 현상은 손실(Ploss)의 분석에 사용되는 변수의 값의 근사 정확도가 비교적 낮은 경우에 일어날 수 있다. 이러한 이유로, 전동기(2)의 제동력을 전동기(2)의 손실보다 약간 높게 설정함으로써 전동기(2)의 입력 전력은 약간 음이 되도록 설정될 수 있다.
전술한 본 실시예에 따르면, 제어 장치(10)는 전동기(2)의 고정자 자속 추정값에 대한 복수의 연산 기준을 포함한다. 전동기(2)가 제동되어야 하는 경우에, 적어도 전동기(2)의 고정자 각속도(ωr)에 기초하여 복수의 연산 기준 중에서 전동기(2)의 손실을 더욱 증가시키는 고정자 자속 추정값에 대한 연산 기준을 선택함으로써, 제어 장치(10)는 전동기(2)를 보다 안정적으로 제동할 수 있다.
(제 2 실시예)
제 2 실시예에 따른 전동기 구동 시스템(1A)이 설명될 것이다.
전술한 실시예에서는, DB-DTFC 시스템을 사용하여 전압 지령값(Vs_com)을 생성하는 경우가 설명되었다. 이를 대신하여, 제 2 및 제 3 실시예에서는, 자속 기준 제어 시스템(field oriented control)을 사용하는 경우가 설명될 것이다. 이하, 자기장 방향 제어 시스템이 FOC 시스템으로 지칭될 것이다. FOC 시스템은 토크(회전력)를 발생시키는 전류 성분과 자속을 발생시키는 전류 성분을 서로 분해함으로써 각각의 전류 성분을 DC량으로서 독립적으로 제어하는 시스템이다.
도 9는 일 실시예에 따른 전동기 구동 시스템(1A)의 블록도이다. 도 9에 도시된 전동기 구동 시스템(1A)은 전술한 전동기 구동 시스템(1)의 제어 장치(10) 대신에 FOC 시스템에 기초한 제어 장치(10A)를 포함한다.
FOC 시스템으로는, 간접 자속 기준 제어(IFOC) 시스템 및 직접 자속 기준 제어(DFOC) 시스템이 있다. IFOC 시스템은 자속의 추정 또는 검출 없이 유도 전동기의 슬립을 제어하는 간접 벡터 제어(슬립 주파수형 벡터 제어로도 지칭됨)를 사용한다. DFOC 시스템은 자속의 추정 또는 검출 결과에 기초하여 전동기(2)의 슬립을 제어하는 직접 벡터 제어를 사용한다. 본 실시예에서는, 후자의 DFOC 시스템의 일 예가 설명되며, 전자의 IFOC 시스템의 일 예가 제 3 실시예에서 설명될 것이다.
도 9에 도시된 제어 장치(10A)에서, DB-DTFC 연산 유닛(14) 대신에 FOC 연산 유닛(40)이 배치되고, 제 1 좌표 변환 유닛(15) 대신에 제 5 좌표 변환 유닛(15A)이 배치되고, 슬립 주파수 추정 유닛(18)이 생략되며, 전류/자속 추정 유닛(20) 대신에 전류/자속 추정 유닛(20A)이 배치된다. 제어 장치(10A)는 후자의 DFOC 시스템을 적용한 일 예이다.
제어 장치(10A)는 제 3 좌표 변환 유닛(17A) 및 제 4 좌표 변환 유닛(17B)을 포함한다. 제 3 좌표 변환 유닛(17A)에는 v상 고정자 전류(Ivs) 및 w상 고정자 전류(Iws)가 공급된다. 제 4 좌표 변환 유닛(17B)에는 제 5 좌표 변환 유닛(15A)의 출력인 3상 고정자 전압 지령값(Vus_com, Vvs_com 및 Vws_com)이 공급된다.
토크 지령값(Tem_com)은 토크 지령 제한 유닛(23)으로부터 FOC 연산 유닛(40)에 공급된다. 정격 고정자 자속의 고정자 자속 지령값(λs_com)은 자속 지령으로서 적정 자속 지령 생성 유닛(21)으로부터 FOC 연산 유닛(40)에 공급된다.
전류/자속 추정 유닛(20A)은 전류/자속 추정 유닛(20)과 유사한 물리적 모델을 포함하는 자속 옵저버(도면에는 도시되지 않음)를 포함한다. 전류/자속 추정 유닛(20A)은 자속 옵저버에 의해 연산된 고정자 qds-축 자속 추정값(λqds_s_est) 등을 사용하여 전동기(2)의 슬립과 관련된 슬립 각도 주파수 추정값(ωsl_est) 및 기준 신호(θe_com)를 연산하고, 연산된 슬립 각도 주파수 추정값 및 기준 신호를 출력한다.
제 3 좌표 변환 유닛(17A)은 전류/자속 추정 유닛(20A)으로부터 공급된 기준 신호(θe_com)에 기초하여 입력 신호를 서로 직교하는 회전 좌표계의 γ 성분 및 δ 성분의 신호로 변환한다. 기준 신호(θe_com)의 위상을 적절하게 선택함으로써, 제 3 좌표 변환 유닛(17A)은 기준 신호(θe_com)를 기준 위상으로서 설정하고, 기준 위상과 동일한 위상을 갖는 성분을 γ 성분으로서 설정하며, 기준 위상에 직교하는 성분을 δ 성분으로서 설정한다. 제 3 좌표 변환 유닛(17A)은 좌표가 변환된 γ-축 고정자 전류(iγ) 및 δ-축 고정자 전류(iδ)를 FOC 연산 유닛(40)에 공급한다.
상기와 반대로, 제 5 좌표 변환 유닛(15A)은 전류/자속 추정 유닛(20A)으로부터 공급된 기준 신호(θe_com)를 사용하여, FOC 연산 유닛(40)으로부터의 출력인 γ 성분의 전압 지령값(Vγ_com) 및 δ 성분의 전압 지령값(Vδ_com)을 고정자 좌표계의 3상 고정자 전압 지령값(Vus_com, Vvs_com 및 Vws_com)으로 변환한다. 제 5 좌표 변환 유닛(15A)에 의해 실행된 연산의 결과는 PWM 제어기(16) 및 제 4 좌표 변환 유닛(17B)에 공급된다.
제 4 좌표 변환 유닛(17B)은 3상 고정자 전압 지령값(Vus_com, Vvs_com, Vws_com)을 qds-축의 2축 성분의 전압 지령값(Vqds_s_com)으로 변환한다. 제 4 좌표 변환 유닛(17B)에 의해 변환된 값은 전류/자속 추정 유닛(20)에 공급된다.
FOC 연산 유닛(40)은 그에 공급된 신호에 기초하여 γ 성분의 고정자 전류 지령값(iγ_com) 및 δ 성분의 고정자 전류 지령값(iδ_com)을 생성한다. FOC 연산 유닛(40)은 γ-축 고정자 전류(iγ) 및 δ-축 고정자 전류(iδ)가 지령값을 추종하도록 고정자 전압 지령값(Vγ_com) 및 고정자 전압 지령값(Vδ_com)을 생성한다. γ 성분의 전압 지령값(Vγ_com) 및 δ 성분의 전압 지령값(Vδ_com)은 FOC 연산 유닛(40)으로부터 제 5 좌표 변환 유닛(15A)에 공급되고, 또한 PWM 제어기(16)를 통해 전력 변환 장치(3)에 게이트 펄스(GP)로서 제공된다.
이하, FOC 연산 유닛(40)의 일 예가 설명될 것이다. 예를 들어, FOC 연산 유닛(40)은 연산 블록(41 내지 44) 및 전류 조절기(45)를 포함한다.
연산 블록(41)은 수학식 15를 만족하는 해, 또는 수학식 15에 기초한 동기 qds-축 자속 지령값(λqds_e_com)을 연산 및 출력한다.
[수학식 15]
Figure pct00015
상기에 나타낸 수학식 15는 도 10으로서 개략적으로 도시될 수 있다. 도 10은 실시예에 따른 연산 프로세스를 나타내는 도면이다.
동기 qds-축 자속 지령값(λqds_e_com)의 스칼라값은 동기 qds-축 좌표계의 좌표축의 원점을 중심으로 하는 원으로 도시되어 있다. 원의 반경은 동기 qds-축 자속 지령값(λqds_e_com)의 크기이다.
에어 갭 토크 지령값(Tem_com)은 동기 qds 좌표계에서 쌍곡선이 된다. 동기 qds-축 자속 지령값(λqds_e_com)의 원과 에어 갭 토크 지령값(Tem_com)의 쌍곡선 사이의 교차점(예를 들어, a1 점, a2 점 또는 b 점)은 에어 갭 토크 지령값(Tem_com)을 만족할 수 있는 동기 qds-축 자속 지령값(λqds_e_com)이 되며, 이는 전술한 수학식 15의 해가 된다.
조건에 따라서는, 동기 qds-축 자속 지령값(λqds_e_com)의 원과 에어 갭 토크 지령값(Tem_com)의 쌍곡선 사이에 교차점이 없는 경우가 있다. 그러한 경우에, 에어 갭 토크 지령값(Tem_com)을 만족할 수 있는 동기 qds-축 자속 지령값(λqds_e_com)이 획득될 수 없지만, c 점이 나타내는 조건이 최적의 해로서 선택될 수 있다. 그러한 경우에, c 점은 동기 qds-축 자속 지령값(λqds_e_com)의 원으로부터 에어 갭 토크 지령값(Tem_com)의 쌍곡선까지의 거리가 동기 qds-축 자속 지령값(λqds_e_com)의 원의 둘레 상의 점들에 대해 최단이 되는 점이 된다.
연산 블록(42)은 연산 블록(41)에 의해 연산된 동기 qds-축 좌표의 동기 ds-축 성분인 동기 ds-축 자속 지령값(λds_e_com)을 "Ls"로 나누고, 동기 ds-축 전류 지령값(ids_e_com)을 출력한다.
연산 블록(43)은 연산 블록(41)에 의해 연산된 동기 qds-축 좌표의 동기 qs-축 성분인 동기 qs-축 자속 지령값(λqs_e_com)을 "σLs"로 나누고, 동기 qs-축 전류 지령값(iqs1_e_com)을 출력한다. 연산 블록(44)은 사전결정된 진폭 범위 내에 있도록 동기 qs-축 전류 지령값(iqs1_e_com)을 제한하는 리미터이다. 연산 블록(44)은 동기 qs-축 전류 지령값(iqs1_e_com)이 사전결정된 진폭 범위에 들어가는 경우에 동기 qs-축 전류 지령값(iqs1_e_com)의 값과 동일한 값을 갖는 동기 qs-축 전류 지령값(iqs_e_com)을 전송 가능하게 출력하고, 동기 qs-축 전류 지령값(iqs1_e_com)이 사전결정된 진폭 범위를 초과하는 경우에 미리 설정된 한계값을 갖는 동기 qs-축 전류 지령값(iqs_e_com)을 출력한다.
전류 조절기(45)는 기준 신호(θe_com)에 기초하여 동기 ds-축 전류 지령값(ids_e_com) 및 동기 qs-축 전류 지령값(iqs_e_com)을 생성한다. 예를 들어, 전류 조절기(45)는 γ-축 고정자 전류(iγ) 및 δ-축 고정자 전류(iδ)가 각각 동기 ds-축 전류 지령값(ids_e_com) 및 동기 qs-축 전류 지령값(iqs_e_com)과 동일하게 되도록 γ-축 고정자 전류(iγ)와 δ-축 고정자 전류(iδ)의 세트, 및 동기 ds-축 전류 지령값(ids_e_com)과 동기 qs-축 전류 지령값(iqs_e_com)의 세트에 기초하여 γ 성분의 전압 지령값(Vγ_com) 및 δ 성분의 전압 지령값(Vδ_com)을 조정하고, 조정된 전압 지령값을 출력한다. 전술한 바와 같이, γ 성분의 전압 지령값(Vγ_com) 및 δ 성분의 전압 지령값(Vδ_com)은 FOC 연산 유닛(40)의 출력이 된다.
본 실시예에 따른 제어 장치(10A)는 DFOC 시스템에 따른 FOC 연산 유닛(40) 및 전류/자속 추정 유닛(20A)을 사용하여 전동기(2)를 제어한다. FOC의 일반적으로 알려진 구성이 전술한 구성 대신에 FOC 연산 유닛(40)에 적용될 수 있다.
(제 3 실시예)
제 3 실시예에 따른 전동기 구동 시스템(1B)이 설명될 것이다.
도 11은 실시예에 따른 전동기 구동 시스템(1B)의 블록도이다. 도 11에 도시된 전동기 구동 시스템(1B)은 DFOC 시스템에 기초한 전동기 구동 시스템(1A)의 제어 장치(10A) 대신에 IFOC 시스템에 기초한 제어 장치(10B)를 포함한다.
제어 장치(10B)에서, 제어 장치(10A)의 제 2 좌표 변환 유닛(17) 및 제 4 좌표 변환 유닛(17B)과, 전류/자속 추정 유닛(20)이 생략되지만, 대신에 동기 처리 유닛(50)이 배치된다.
동기 처리 유닛(50)은 예를 들어 연산 블록(51 내지 58)을 포함한다.
연산 블록(51)은 연산 블록(44)으로부터 출력된 동기 qs-축 전류 지령값(iqs_e_com)의 진폭값을 회전자 시정수 추정값(τr_est)으로 나누고, 연산 결과(N)를 출력한다. 연산 블록(52)은 연산블록(43)으로부터 출력된 동기 qs-축 전류 지령값(iqs1_e_com)의 진폭값에 "Lm"을 곱하고, 그 곱을 출력한다. 연산 블록(53)은 연산 블록(52)으로부터 출력된 곱을 "(1+Pτr)"로 나누고, 그 결과를 동기 qdr-축 좌표의 동기 qr-축 성분의 동기 dr-축 자속 지령값(λdr_e_com)으로서 출력한다. 연산 유닛(54)은 연산 유닛(53)으로부터 출력된 동기 dr-축 자속 지령값(λdr_e_com)을 "Lm"의 추정값으로 나누고, 연산 결과(D)를 출력한다. 연산 유닛(55)은 연산 블록(54)의 연산 결과(D)를 연산 블록(51)의 연산 결과(N)로 나누고, 연산 결과를 슬립 각도 위상 지령값(θslip_com)으로서 출력한다. 연산 유닛(56)은 연산 유닛(55)으로부터 출력된 슬립 각도 위상 지령값(θslip_com)을 극의 수(P)로 나누고, 연산 결과를 슬립 위상(θslip_com)으로서 출력한다. 연산 블록(57)은 가산기이며, 연산 블록(56)으로부터 출력된 슬립 위상(θslip_com)과 센서(2A)에 의해 출력된 위상(θr)을 더하고, 연산 결과를 기준 신호(θe_est)로서 출력한다. 연산 블록(57)은 연산 결과인 기준 신호(θe_est)를 FOC 연산 유닛(40), 제 3 좌표 변환 유닛(17A) 및 제 5 좌표 변환 유닛(15A)에 공급한다. 연산 블록(58)은 연산 블록(56)으로부터 출력된 슬립 각도 위상 지령값(θslip_com)을 미분하고, 연산 결과를 슬립 각도 주파수 추정값(ωsl_est)으로서 출력한다.
본 실시예에 따른 제어 장치(10B)는 IFOC 시스템에 기초하여 FOC 연산 유닛(40) 및 동기 처리 유닛(50)을 사용하여 전동기(2)를 제어한다.
(실시예에 따른 제어 장치)
실시예에 따른 제어 장치(10)가 설명될 것이다. 도 12는 실시예에 따른 제어 장치(10)의 블록도이다. 제어 장치(10)는 처리 회로(100)를 포함한다. 도 12에 도시된 처리 회로(100)는 CPU(101), 저장 유닛(102) 및 구동 유닛(103)을 포함한다. CPU(101), 저장 유닛(102) 및 구동 유닛(103)은 버스를 통해 연결되어 있다. 처리 회로(100)는 제어 장치(10)의 일 예이다. CPU(101)는 소프트웨어 프로그램에 따라 원하는 프로세스를 실행하는 프로세서를 포함한다. 저장 유닛(102)은 반도체 메모리를 포함한다. 구동 유닛(103)은 CPU(101)의 제어에 따라 전력 변환 장치(3)의 제어 신호를 생성한다. 실시예에서는, CPU(101) 및 구동 유닛(103)에 의해 실행되는 프로세스가 제어 장치(10)의 프로세스로서 간단히 함께 설명될 것이다. 예를 들어, 제어 장치(10)는 전류 검출기(9a 및 9b) 등에 의해 획득된 검출 결과에 기초하여 전력 변환 장치(3)를 제어한다.
제어 장치(10A) 및 제어 장치(10B)는 제어 장치(10)와 유사하다.
전술한 실시예 중 적어도 하나에 따르면, 전동기 구동 시스템(1)은 전력 변환 장치(3) 및 제어 장치(10)를 포함한다. 전력 변환 장치(3)는 전동기(2)의 권선을 통해 전류가 흐르게 한다. 제어 장치(10)는 벡터 제어를 통해 전력 변환 장치(3)를 제어함으로써 전동기(2)를 구동한다. 제어 장치(10)는, 전동기(2)의 고정자 자속 추정값에 대한 복수의 연산 기준을 포함하고, 전동기(2)를 제동하는 경우에 적어도 전동기(2)의 회전 속도에 기초하여 복수의 연산 기준 중에서 전동기(2)의 손실을 더욱 증가시키기 위한 고정자 자속 추정값에 대한 연산 기준을 선택한다. 이에 따르면, 전동기 구동 시스템(1)은 전동기(2)를 보다 안정적으로 제동할 수 있다.
특정 실시예가 설명되었지만, 이들 실시예는 단지 예로서 제시되었으며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 실제로, 본원에 설명된 신규한 실시예는 다양한 다른 형태로 구현될 수 있으며; 또한, 본원에 설명된 실시예의 형태에 있어서의 다양한 생략, 대체 및 변경이 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다. 첨부된 청구범위 및 그 등가물은 본 발명의 범위 및 사상 내에 속하는 그러한 형태 또는 변형을 커버하도록 의도된다.
1, 1A, 1B : 전동기 구동 시스템
2 : 전동기
3 : 전력 변환 장치
9a, 9b : 전류 검출기
10, 10A, 10B : 제어 장치
12 : 모션 제어기
13 : 속도/위상 추정 유닛
14 : DB-DTFC 연산 유닛
15 : 제 1 좌표 변환 유닛
15A : 제 5 좌표 변환 유닛
16 : PWM 제어기
17 : 제 2 좌표 변환 유닛
17A : 제 3 좌표 변환 유닛
17B : 제 4 좌표 변환 유닛
18 : 슬립 각도 주파수 추정 유닛
19 : 가산 유닛
20, 20A : 전류/자속 추정 유닛
40 : FOC 연산 유닛

Claims (8)

  1. 전동기 구동 시스템에 있어서,
    유도 전동기의 권선을 통해 전류가 흐르게 하는 인버터; 및
    벡터 제어를 통해 상기 인버터를 제어함으로써 상기 유도 전동기를 구동하는 제어 장치를 포함하며,
    상기 제어 장치는, 상기 유도 전동기의 고정자 자속 추정값에 대한 복수의 연산 기준을 포함하고, 상기 유도 전동기를 제동하는 경우에 적어도 상기 유도 전동기의 회전 속도에 기초하여 상기 복수의 연산 기준 중에서 상기 유도 전동기의 손실을 더욱 증가시키는 상기 고정자 자속 추정값에 대한 연산 기준을 선택하는 적정 자속 지령 생성 유닛을 포함하는
    전동기 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적정 자속 지령 생성 유닛은 상기 인버터에 의해 출력된 전압, 상기 인버터로부터 상기 유도 전동기의 권선으로 흐르는 전류 및 상기 유도 전동기의 회전 속도에 기초하여 규정되는 논리값에 기초하여 상기 고정자 자속 추정값에 대한 연산 기준을 선택하는
    전동기 구동 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적정 자속 지령 생성 유닛은, 상기 유도 전동기의 권선을 통해 흐르는 전류의 최대 전류를 나타내는 타원이 기준으로서 고정자 자속 좌표 평면에서 상기 유도 전동기의 권선과 관련된 전압의 최대 전압의 원 내에 포함되는지 여부를 사용하여 상기 고정자 자속 추정값에 대한 연산 기준을 선택하는
    전동기 구동 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적정 자속 지령 생성 유닛은, 상기 유도 전동기의 회전 속도가 비교적 느린 경우에 고정자 자속 좌표 평면에서의 토크 지령값 및 상기 유도 전동기의 권선을 통해 흐르는 전류의 최대 전류에 기초하여 결정된 동작점에 기초하여 고정자 자속 지령값의 크기를 결정하는
    전동기 구동 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적정 자속 지령 생성 유닛은, 상기 유도 전동기의 회전 속도가 비교적 느린 경우에, 상기 고정자 자속 좌표 평면에서의 토크 지령값 및 상기 유도 전동기의 권선을 통해 흐르는 전류의 최대 전류에 기초하여 결정된 동작점과 관련된 상기 고정자 자속 지령값의 크기를, 상기 유도 전동기의 권선에 인가되는 최대 전압에 기초하여 결정된 동작점과 관련된 고정자 자속 지령값의 크기보다 작도록 설정하는
    전동기 구동 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적정 자속 지령 생성 유닛은, 상기 유도 전동기의 회전 속도가 비교적 빠른 경우에, 고정자 자속 좌표 평면에서의 토크 지령값 및 상기 유도 전동기의 권선과 관련된 전압의 최대 전압에 기초하여 결정된 동작점을, 상기 유도 전동기의 권선을 통해 흐르는 전류의 최대 전류를 규정하는 타원 내에 배치되도록 설정하는
    전동기 구동 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 유도 전동기의 에어 갭 토크의 지령값을 상기 유도 전동기의 손실 및 상기 유도 전동기의 회전 속도에 기초하여 결정된 값으로 제한하는 토크 지령 제한 유닛을 포함하는
    전동기 구동 시스템.
  8. 전동기 구동 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 전동기 구동 시스템은,
    유도 전동기의 권선을 통해 전류가 흐르게 하는 인버터; 및
    벡터 제어를 통해 상기 인버터를 제어함으로써 상기 유도 전동기를 구동하는 제어 장치를 포함하며,
    상기 제어 장치는 상기 유도 전동기의 고정자 자속 추정값에 대한 복수의 연산 기준을 포함하고,
    상기 제어 방법은 상기 유도 전동기를 제동하는 경우에 적어도 상기 유도 전동기의 회전 속도에 기초하여 상기 복수의 연산 기준 중에서 상기 유도 전동기의 손실을 더욱 증가시키는 상기 고정자 자속 추정값에 대한 연산 기준을 선택하는 것을 포함하는
    전동기 구동 시스템의 제어 방법.
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