KR20240028023A - 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법 - Google Patents

모터 이상 검출 장치 및 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것으로, 모터와 연결된 인버터에 포함되는 스위치 중 3개의 스위치를 턴 온하고, 스위치를 통해 상기 모터에 입력되는 3상 전류를 모터 전류 센서를 이용하여 센싱하도록 제어하는 구성과, 3상 전류를 DQ변환하여 DQ변환 전류 정보를 산출하고, 상기 3상 전류 및 상기 DQ변환 전류 정보에 기초하여 산출되는 이상 판단 기준 전류와 상기 DQ변환 전류 정보를 비교하여 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 구성을 포함한다.

Description

모터 이상 검출 장치 및 검출 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTION OF MOTOR DISORDER}
본 개시는 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것이다.
모터란 전원을 공급받아 역학적 에너지로 변환하는 장치를 말한다. 모터는 공급 전력의 형태에 따라 DC 모터와 AC 모터로 분류될 수 있으며, AC 모터 중에서는 서로 다른 위상을 갖는 3상의 전류가 각각 3개 권선에 흐르도록 하여 동력을 발생시키는 3상 모터가 널리 사용된다.
그리고 이러한 3상 모터는 인버터를 이용하여 3상 특성에 따른 교류 형태의 전원 공급 및 모터 속도 제어가 이루어질 수 있다. 이 경우, 인버터에서 출력되는 상과 모터에 입력되는 상이 일치하여야 하며, 인버터 출력과 모터 입력 간의 상 바뀜이 발생하는 경우 정상적인 모터 제어가 어려워질 수 있다.
이러한 점들을 고려할 때, 3상 모터를 안정적으로 구동하기 위하여 모터의 상 바뀜 여부 및 상 바뀜 상태를 검출할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
본 개시는, 모터의 상 바뀜 상태를 검출할 수 있는 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는, 검출된 상 바뀜 상태에 기초하여 모터를 정상 상태로 복원할 수 있는 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 실시예들은 모터와 연결된 인버터에 포함되는 스위치 중 3개의 스위치를 턴 온하고, 스위치를 통해 모터에 입력되는 3상 전류를 모터 전류 센서를 이용하여 센싱하도록 제어하는 제어부와, 3상 전류를 DQ변환하여 DQ변환 전류 정보를 산출하고, 3상 전류 및 DQ변환 전류 정보에 기초하여 산출되는 이상 판단 기준 전류와 상기 DQ변환 전류 정보를 비교하여 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 이상 검출부를 포함하는 모터 이상 검출 장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은 모터와 연결된 인버터에 포함되는 스위치 중 3개의 스위치를 턴 온하는 것을 포함하는 턴 온 단계와, 스위치를 통해 모터에 입력되는 3상 전류를 모터 전류 센서를 이용하여 센싱하는 것을 포함하는 전류 센싱 단계와, 3상 전류를 DQ변환하여 DQ변환 전류 정보를 산출하고, 3상 전류 및 DQ변환 전류 정보에 기초하여 이상 판단 기준 전류를 산출하는 것을 포함하는 정보 산출 단계와, DQ변환 전류 정보 및 이상 판단 기준 전류를 비교하여 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 것을 포함하는 이상 검출 단계를 포함하는 모터 이상 검출 방법을 제공할 수 있다.
본 개시에 의하면, 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 검출된 상 바뀜 상태에 기초하여 모터를 정상 상태로 복원하는 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 모터 이상 검출 장치에 관한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템을 모터 이상 검출과 관련하여 예시적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 모터가 정상 상태인 경우 모터 이상 여부를 감지하는 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 일 실시예에 따른 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 구성을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 모터 이상 검출 방법에 관한 순서도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 모터 이상 검출 방법을 예시적으로 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
그리고, 본 개시에서 설명하는 모터는, 서로 다른 위상을 갖도록 설치된 3상의 권선 각각에 서로 위상이 다른 3상의 전류가 공급되는 방식으로 동작하는 3상 모터를 포함하는 개념으로 정의한다.
또한, 3상은 각각 a상, b상, c상으로 구분하여 표현될 수 있으며, 모터가 정상 상태인 경우 인버터의 3상 인가 및 모터의 3상 검출은 각각 a상, b상, c상 순서로 이루어지는 것으로 정의한다.
또한, 인버터의 3상 인가 순서 및 모터의 3상 검출 순서는 순서쌍의 형식으로 표현될 수 있는 것으로 정의한다. 예를 들어, 인버터에서 a상, b상, c상 순서로 전압이 인가되고, 모터에서 a상, c상, b상 순서로 전류가 검출된 경우, 인버터의 3상 인가 순서는 (a,b,c)와 같이 표현될 수 있고, 모터의 3상 검출 순서는 (a,c,b)와 같이 표현될 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 모터 이상 검출 장치에 관한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 모터 이상 검출 장치(100)는 제어부(110), 이상 검출부(120) 및 정상 복원부(130)를 포함할 수 있다. 그리고 제어부(110), 이상 검출부(120) 및 정상 복원부(130)는 서로 연결될 수 있다.
일 예로, 모터 이상 검출 장치(100)는, 모터와 연결된 인버터에 포함되는 스위치 중 3개의 스위치를 턴 온하고, 스위치를 통해 모터에 입력되는 3상 전류를 모터 전류 센서를 이용하여 센싱하도록 제어하는 제어부와, 3상 전류를 DQ변환하여 DQ변환 전류 정보를 산출하고, 3상 전류 및 DQ변환 전류 정보에 기초하여 산출되는 이상 판단 기준 전류와 상기 DQ변환 전류 정보를 비교하여 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 이상 검출부를 포함할 수 있다.
그리고 이에 더하여, 모터 이상 검출 장치(100)는, 인버터의 3상 전압 인가 순서와 모터의 3상 권선 정렬 순서가 일치하도록 인버터의 출력 전압 설정 및 모터 전류 센서의 센싱 설정을 변경하는 정상 복원부(130)를 더 포함할 수 있다.
제어부(110)는, 모터 및 인버터에 포함되거나 연결되는 구성들이 일정한 동작을 하도록 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(110)는, 인버터에 포함되는 각 스위치를 턴 온(Turn On)하거나 턴 오프(Turn OFF)하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 인버터에 포함되는 스위치 중 3개의 스위치를 턴 온하도록 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(110)는, 인버터에 인가되거나 모터에 입력되는 전류를 전류 센서를 이용하여 센싱하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 모터에 입력되는 3상 전류를 모터 전류 센서를 이용하여 센싱하도록 제어할 수 있다.
이외에도, 제어부(110)는, 배터리 등의 타 장치로부터 인버터가 전력을 제공(Pin)받도록 제어하거나, 인버터에서 모터 등의 타 장치로 전력을 공급(Pout)하도록 제어할 수 있고, 인버터를 이용하여 직류 형태로 공급받은 전력을 교류 형태로 변환하도록 제어하는 등의 모터 구동과 관련된 여러 동작을 제어할 수 있다.
이상 검출부(120)는, 수신되거나 센싱된 전기 신호에 기초하여 일정한 정보를 산출할 수 있다. 또한, 이상 검출부(120)는 수신되거나 센싱된 전기 신호 및 산출된 정보 등에 기초하여 모터의 이상 여부 및 구체적인 이상 내용 등을 검출할 수 있다.
일 예로, 이상 검출부(120)는, 모터에 입력되는 3상 전류를 DQ변환하여 DQ변환 전류 정보를 산출할 수 있다. 이 경우, DQ 변환은, 3상 교류 신호를 2상 직류 신호로 변환하는 기술에 관한 내용이라면 모두 포함될 수 있다.
또한, DQ 변환은, 경우에 따라 3상 교류 신호를 2상 교류 신호로 변환하는 1단계 변환 및 2상 교류 신호를 2상 직류 신호로 변환하는 2단계 변환을 포함할 수 있다.
구체적으로, 1단계 변환은 3차원의 고정 좌표계(3D Fixed Coordinate System)에서 표현되는 신호가 2차원의 고정 좌표계(2D Fixed Coordinate System)에서 표현될 수 있도록 변환하는 것을 포함할 수 있고, 2단계 변환은 2차원의 고정 좌표계에서 표현되는 신호가 2차원의 회전 좌표계(2D Rotatiing Coordinate System)에서 표현될 수 있도록 변환하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 여기서 회전 좌표계는 회전자계와 회전자가 동기되어 같이 회전하는 동기 좌표계(Synchronous Coordinate System)일 수 있다.
그리고 경우에 따라, 1단계 변환은 Clarke 변환을 이용하여 수행될 수 있고, 2단계 변환은 Park 변환을 이용하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 모터 전류 센서를 이용하여 a상 전류(ia), b상 전류(ib), c상 전류(ic)와 같은 3상 전류가 센싱된 경우, 이러한 3상 전류를 이용하여 이루어지는 1단계 변환을 통해 α축 및 β축을 기준으로 하는 2상 교류 신호 형태인 α축 전류 정보(iα) 및 β축 전류 정보 (iβ)를 산출할 수 있다.
그런 다음, 2상 교류 신호 형태인 α축 전류 정보(iα) 및 β축 전류 정보 (iβ)를 이용하여 이루어지는 2단계 변환을 통해 d축 및 q축을 기준으로 하는 2상 직류 신호 형태인 d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e)를 산출할 수 있다.
그리고, 이러한 α축 전류 정보(iα) 및 β축 전류 정보 (iβ), d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e)와 같은 산출 결과들은 모두 DQ변환 전류 정보에 포함될 수 있다.
일 예로, 이상 검출부(120)는, 3상 전류 및 DQ변환 전류 정보에 기초하여 이상 판단 기준 전류(imax)를 산출할 수 있다. 예를 들면, 이상 판단 기준 전류(imax)는, a상 전류(ia), b상 전류(ib), c상 전류(ic) 중 크기가 가장 큰 값을 선택하는 방식으로 산출될 수 있다.
일 예로, 이상 검출부(120)는, 이상 판단 기준 전류(imax)와 DQ변환 전류 정보를 비교하여 모터의 상 바뀜 상태를 검출할 수 있다. 여기서, 모터의 상 바뀜 상태 검출은, 모터의 상 바뀜 여부를 판단하는 것은 물론, 구체적으로 모터의 3상 권선 정렬 순서까지 검출하는 것을 모두 포함할 수 있다.
일 예로, 이상 검출부(120)는, 이상 판단 기준 전류(imax)와 미리 설정된 임계 전류(threshold current)의 크기 비교 결과에 기초하여 모터의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있다.
이 경우, 임계 전류는 d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e) 중 하나에 미리 설정된 임계 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있고, 임계 상수는 일정 범위에 포함되는 특정값으로 설정될 수 있다.
예를 들면, 임계 전류는 q축 전류 정보(iq e)에 0 이하 1 이내의 범위에서 초기 설정값이 0.7로 설정된 임계 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있다.
정리하면, 이상 검출부(120)는, 이상 판단 기준 전류(imax)의 크기가 임계 전류의 크기 미만인 경우, 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 반면, 이상 판단 기준 전류(imax)의 크기가 임계 전류의 크기 이상인 경우에는 모터의 상 바뀜이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
이러한 모터의 상 바뀜 여부 판단과 관련된 내용은, 이하 도 3에 관한 내용에서 보다 구체적인 실시예를 통해 설명하기로 한다.
일 예로, 이상 검출부(120)는, 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되는 경우. 미리 설정된 크기 비교 수식에 기초하여 모터의 3상 권선 정렬 순서를 검출할 수 있다. 여기서, 모터의 3상 권선 정렬 순서는, 모터 입력 (a,b,c)를 기준으로 볼 때의 인버터 출력 순서로 판단될 수 있다.
이 경우, 크기 비교 수식은, d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e) 중 적어도 하나와 이상 판단 기준 전류(imax)를 이용하여 설정될 수 있다.
이러한 모터의 3상 권선 정렬 순서 검출과 관련된 내용은, 이하 도 4 내지 도 8에 관한 내용에서 보다 구체적인 실시예를 통해 설명하기로 한다.
정상 복원부(130)는, 인버터의 출력 전압 설정 및 모터 전류 센서의 센싱 설정을 변경할 수 있다. 그리고 이러한 설정 변경은 인버터의 3상 전압 인가 순서와 모터의 3상 권선 정렬 순서가 일치하도록 하는 내용으로 이루어질 수 있다.
일 예로, 정상 복원부(130)는, 모터에 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되고, 구체적인 상 바뀜 상태가 검출되어 모터의 3상 권선 정렬 순서가 산출되는 경우, 인버터의 3상 전압 인가 순서와 모터의 3상 권선 정렬 순서가 일치하도록 인버터의 출력 전압 설정 및 모터 전류 센서의 센싱 설정을 변경할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 인버터에서는 (a,b,c)순서로 인가되었으나 모터에는 (a,c,b) 순서로 입력되어, 인버터의 b상에 모터의 c상이 대응되고, 인버터의 c상에 모터의 b상이 대응되는 상 바뀜이 발생할 수 있다.
이 경우, 정상 복원부(130)는, 인버터에서 b상으로 인가되는 전압 출력이 모터의 c상이 아닌 b상에 입력되도록 하고, 인버터에서 c상으로 인가되는 전압 출력이 모터의 b상이 아닌 c상에 입력되도록 하는 내용으로 인버터의 출력 전압 설정 및 모터 전류 센서의 센싱 설정을 변경할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템을 모터 이상 검출과 관련하여 예시적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템(200)은, 모터(210), 인버터(220), 컨트롤러(230) 및 모터 전류 센서(240) 등의 구성을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템(200)은, 스위칭 신호 제어 모듈(250), DQ 변환 모듈(260) 및 이상 감지 모듈(270)을 더 포함할 수 있다.
모터(210)는, 전기적으로 연결된 인버터(220)로부터 공급되는 전력을 이용하여 역학적 에너지로 변환하는 구성을 포함할 수 있다. 일 예로, 모터(210)는 3상 교류 전류를 공급받아 3상 권선의 위상차에 기초하여 회전 속도 등을 제어할 수 있는 3상 모터일 수 있다. 또한, 경우에 따라 모터(210)는 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor) 또는 BLAC(BrushLess AC) 모터일 수 있다.
인버터(220)는, 배터리 등의 타 장치로부터 전력을 제공받는 구성과, 모터 등의 타 장치로 전력을 공급하는 구성, 직류 형태로 공급받은 전력을 교류 형태로 변환하여 공급하는 구성 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 인버터(220)는, 복수 개의 스위치를 포함할 수 있고, 이러한 스위치들을 각각 턴 온(Turn On) 하거나 턴 오프(Turn Off)하는 스위칭 동작을 할 수 있다. 그리고 이러한 스위칭 동작을 통해 모터(210)에 공급하는 전력을 조절할 수 있고, 이를 통해 모터(210)의 회전 속도 등이 조절될 수 있다.
예를 들면, 인버터(220)에는, 윗상 스위치인 Sa, Sb, Sc, 아랫상 스위치인 , , 를 포함하는 6개의 스위치가 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 6개의 스위치 중 윗상 스위치인 Sa, Sb, Sc가 턴 온되고, 아랫상 스위치인 , , 는 턴 오프되도록 할 수 있다. 이 경우, 턴 온된 Sa, Sb, Sc의 3개 스위치를 통해 입력되는 전류가 모터(210)에 입력될 수 있다.
컨트롤러(230)는, 모터(210), 인버터(220), 모터 전류 센서(240), 스위칭 신호 제어 모듈(250), DQ 변환 모듈(260), 이상 감지 모듈(270)이 각각 일정한 동작을 하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(230)는, 적어도 하나 이상의 MCU(Micro Controller Unit)로 구현될 수 있다.
예를 들면, 컨트롤러(230)는, 인버터(220)에서 각각 a상, b상, c상으로 전압을 인가하여 전력을 공급하도록 제어할 수 있고, 모터(210)에서는 인버터(220)로부터 전력을 공급받아, a상, b상, c상에 해당하는 권선에 전류가 흐르도록 제어할 수 있다. 또한, 모터 전류 센서(240)가 a상, b상, c상에 해당하는 권선에 흐르는 전류를 센싱하도록 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(230)는, 스위칭 신호 제어 모듈(250)을 통해 인버터(220)에 포함되는 스위치들이 일정한 스위칭 동작을 하도록 제어할 수 있고, DQ변환 모듈(260)을 통해 3상 전류를 DQ변환 전류 정보로 산출하도록 제어할 수 있으며, 이상 감지 모듈(270)을 통해 DQ변환 전류 정보에 기초하여 모터(210)의 상 바뀜 여부 및 상 바뀜 상태 검출을 포함하는 모터 이상 여부를 감지하도록 제어할 수도 있다.
일 예로, 모터 전류 센서(240)는, 모터(210)에 입력되는 전류를 센싱할 수 있다. 그리고 경우에 따라, 모터 전류 센서(240)는 3상의 각 상 별로 나누어 센싱하기 위한 개별 전류 센서를 포함할 수 있다.
예를 들면, 모터 전류 센서(240)에는 a상 전류 센서(242), b상 전류 센서(244) 및 c상 전류 센서(246)가 포함될 수 있다. 이 경우, a상 전류 센서(242)는 모터의 a상에 입력되는 전류를, b상 전류 센서(244)는 모터의 b상에 입력되는 전류를, c상 전류 센서(246)는 모터의 c상에 입력되는 전류를 각각 센싱할 수 있다.
일 예로, 스위칭 신호 제어 모듈(250)은, 인버터(220)에 포함되는 스위치들이 각각 일정한 스위칭 동작을 하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 스위칭 동작에는 턴 온 동작 및 턴 오프 동작이 포함될 수 있다.
일 예로, DQ 변환 모듈(260)은, 모터(210)에 입력되는 3상 전류를 DQ변환 하여 DQ변환 전류 정보를 산출할 수 있다. 이 경우, DQ변환 정보에는 1단계 변환에 따른 α축 전류 정보(iα) 및 β축 전류 정보 (iβ)와, 2단계 변환에 따른 d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e)를 포함할 수 있다.
일 예로, 이상 감지 모듈(270)은, 상 바뀜 여부의 이상 판단과 관련하여, 이상 판단 기준 전류(imax)의 크기가 임계 전류의 크기 미만인 경우 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 이상 감지 모듈(270)은, 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되는 경우에는 상 바뀜 상태의 검출 판단과 관련하여, DQ변환 정보를 및 이상 판단 기준 전류(imax) 미리 설정된 크기 비교 수식에 적용하여 (a,c,b), (c,a,b), (c,b,a), (b,c,a), (b,a,c) 중 어떤 상태의 상 바뀜에 해당하는지 검출할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치를 이용하여 모터 상 바뀜 여부를 판단하는 구성을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(100)는, 모터에 입력되는 3상 전류를 DQ변환하여 DQ변환 전류 정보를 산출할 수 있다. 여기서, DQ 변환은, 경우에 따라 3상 교류 신호를 2상 교류 신호로 변환하는 1단계 변환 및 2상 교류 신호를 2상 직류 신호로 변환하는 2단계 변환을 포함할 수 있다.
구체적으로, 1단계 변환은 3차원의 고정 좌표계(3D Fixed Coordinate System)에서 표현되는 신호가 2차원의 고정 좌표계(2D Fixed Coordinate System)에서 표현될 수 있도록 변환하는 것을 포함할 수 있다.
그리고, 2단계 변환은 2차원의 고정 좌표계에서 표현되는 신호가 2차원의 회전 좌표계(2D Rotatiing Coordinate System)에서 표현될 수 있도록 변환하는 것을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 모터에 입력되는 3상 전류는 DQ변환 과정 및 결과에 따라 서로 다른 형태의 시간-전류 그래프 또는 시간-각속도 그래프로 변환되어 표현될 수 있다.
먼저, 모터에 입력되는 3상 전류는 서로 다른 위상을 갖는 3종류의 포물선이 도시되는 3상 교류 그래프(310)와 같은 시간-전류 그래프 형태로 표현될 수 있다.
그리고 이러한 3상 전류를 이용하여 DQ변환 중 1단계 변환을 수행하는 경우 서로 다른 위상을 갖는 2종류의 포물선이 도시되는 2상 교류 그래프(320)와 같은 시간-전류 그래프 형태로 변환되어 표현될 수 있다.
그런 다음, DQ변환 중 2단계 변환을 수행하는 경우, 서로 다른 크기를 갖는 2종류의 직선이 도시되는 2상 직류 그래프(330)와 같은 시간-전류 그래프 형태로 변환되어 표현될 수 있다. 또한, 2단계 변환 결과를 이용하여 THETA 그래프와 같은 시간-각속도 그래프 형태로 변환되어 표현될 수도 있다.
예를 들어, 모터 전류 센서를 이용하여 a상 전류(ia), b상 전류(ib), c상 전류(ic)와 같은 3상 전류가 센싱된 경우, 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 DQ 변환을 수행할 수 있다.
[수학식 1]
iα = , iβ =
우선, 수학식 1을 참조하여 이루어지는 1단계 변환을 수행하는 경우, 3상 교류 신호 형태인 a상 전류(ia), b상 전류(ib), c상 전류(ic)를 이용하여, α축 및 β축을 기준으로 하는 2상 교류 신호 형태인 α축 전류 정보(iα) 및 β축 전류 정보 (iβ)를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
id e = -iα·sin(θ) + iβ·cos(θ), iq e = iα·cos(θ) + iβ·sin(θ)
그런 다음, 수학식 2를 참조하여 이루어지는 2단계 변환을 수행하는 경우, 2상 교류 신호 형태인 α축 전류 정보(iα) 및 β축 전류 정보 (iβ)를 이용하여, d축 및 q축을 기준으로 하는 2상 직류 신호 형태인 d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e)를 산출할 수 있다.
그리고, 이러한 α축 전류 정보(iα) 및 β축 전류 정보 (iβ), d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e)와 같은 산출 결과들은 모두 DQ변환 전류 정보에 포함될 수 있다.
일 예로, 모터 이상 감지 장치(100)는, 3상 전류 및 DQ변환 전류 정보에 기초하여 이상 판단 기준 전류(imax)를 산출할 수 있다. 예를 들면, 아래의 수학식 3를 이용하여 이상 판단 기준 전류(imax)를 산출할 수 있다.
[수학식 3]
imax_ref = ia
if (ib > imax_ref)
{imax_ref = ib}
if (ic > imax_ref)
{imax_ref = ic}
if (imax_ref > imax), imax = 0
{imax = imax_ref}
수학식 3을 참조하면, 우선 imax_ref를 ia 값으로 설정한 후, imax_ref를 ib와 비교하여 ib 값이 더 큰 경우 imax_ref를 ib 값으로 재설정하고, 그런 다음 imax_ref를 ic와 비교하여 ic 값이 더 큰 경우 imax_ref를 ic 값으로 재설정할 수 있다.
이러한 과정을 통해, 결과적으로 ia, ib, ic의 값 중 가장 큰 값이 변수 imax_ref 에 저장되도록 하는 방식으로 imax_ref 를 산출할 수 있고, 그런 다음, 산출된 imax_ref 값을 변수 imax 에 저장되도록 하는 방식으로 이상 판단 기준 전류(imax)를 산출할 수 있다.
또한 경우에 따라, imax_ref 의 산출 후 및 imax 의 산출 전에, imax 의 초기값을 0으로 설정하는 초기화 과정이 더 수행될 수 있다. 예를 들면, imax 의 초기화는, imax_ref > imax 조건을 만족하는 경우에 수행되도록 설정될 수 있다.
일 예로, 모터 이상 감지 장치(100)는, 이상 판단 기준 전류(imax)와 DQ변환 전류 정보를 비교하여 모터의 상 바뀜 상태를 검출할 수 있다. 여기서, 모터의 상 바뀜 상태 검출은, 모터의 상 바뀜 여부를 판단하는 것은 물론, 보다 구체적으로 모터의 3상 권선 정렬 순서를 검출하는 것을 모두 포함할 수 있다.
일 예로, 모터 이상 감지 장치(100)는, 이상 판단 기준 전류(imax)와 미리 설정된 임계 전류의 크기 비교 결과에 기초하여 모터의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있다.
이 경우, 임계 전류는 d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e) 중 하나에 미리 설정된 임계 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있고, 임계 상수는 일정 범위에 포함되는 특정값으로 설정될 수 있다.
예를 들면, 임계 전류는 q축 전류 정보(iq e)에 0 이하 1 이내의 범위에서 초기 설정값이 0.7로 설정된 임계 상수를 곱한 값으로 설정될 수 있다. 또한, 경우에 따라, 임계 상수는 이후 초기 설정값과 다른 값으로 변경될 수 있다. 그리고 이러한 예시적 내용들을 적용하면 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
임계 전류 = iq e * 0.7
그런 다음, 모터 이상 감지 장치(100)는, 위 수학식 3 및 수학식 4와 같은 수식에 기초하여 산출된 이상 판단 기준 전류(imax)와 임계 전류의 크기 비교 결과에 기초하여 모터의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있다. 그리고 이러한 판단 기준은 아래의 수학식 5와 같이 설정될 수 있다.
[수학식 5]
imax ≥ 임계 전류
정리하면, 모터 이상 감지 장치(100)는, 위 수학식 3 내지 5를 기초로 할 경우 이상 판단 기준 전류(imax) q축 전류 정보(iq e) * 0.7 의 수식을 기준으로 하는 판단 조건을 만족하는 경우, 즉 이상 판단 기준 전류(imax)의 크기가 q축 전류 정보(iq e) * 0.7 의 크기 이상일 경우, 모터의 상 바뀜이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 인버터 a상 출력(OUTa)은 모터 a상 입력(INa)에, 인버터 b상 출력(OUTb)은 모터 b상 입력(INb)에, 인버터 c상 출력(OUTc)은 모터 c상 입력(INc)에 각각 대응되어, 모터가 (a,b,c)의 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
반면, 상기 판단 조건을 만족하지 않는 경우, 즉 이상 판단 기준 전류(imax)의 크기가 q축 전류 정보(iq e) * 0.7 의 크기 미만일 경우, 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 같이, 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되는 경우에 관하여는 이하 도 4 내지 도 8에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 8은 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치를 이용하여 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 구성을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(100)는, 이상 판단 기준 전류와 임계 전류의 크기 비교 결과에 기초하여 모터의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있고, 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되는 경우, d축 전류 정보 및 q축 전류 정보 중 적어도 하나와 이상 판단 기준 전류를 이용하는 미리 설정된 크기 비교 수식에 기초하여 모터의 3상 권선 정렬 순서를 검출할 수 있다.
일 예로, 모터 이상 감지 장치(100)는, 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되는 경우. 미리 설정된 크기 비교 수식에 기초하여 모터의 3상 권선 정렬 순서를 검출할 수 있다. 여기서, 모터의 3상 권선 정렬 순서는, 모터 입력 (a,b,c)를 기준으로 볼 때의 인버터 출력 순서로 판단될 수 있다.
이 경우, 크기 비교 수식은, d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e) 중 적어도 하나와 이상 판단 기준 전류(imax)를 이용하여 설정될 수 있다. 예를 들면, 크기 비교 수식은, 아래의 도 4 내지 도 8에 관한 설명에서 함께 제시되는 수학식 6 내지 수학식 10을 이용하여 각각 제 1 크기 비교 수식 내지 제 5 크기 비교 수식으로 설정될 수 있고, 이를 이용하여 모터의 3상 권선 정렬 순서를 검출할 수 있다.
그리고 경우에 따라, 모터의 3상 권선 정렬 순서의 검출은, 제 1 크기 비교 수식 내지 제 5 크기 비교 수식을 이용하는 비교 및 판단 과정을 순차적으로 진행하는 방식으로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 제 1 크기 비교 수식에 기초하여 (a,c,b)의 상 바뀜이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우 (c,a,b)의 상 바뀜 발생 여부를 판단하고, 제 2 크기 비교 수식에 기초하여 (c,a,b)의 상 바뀜이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우 (c,b,a)의 상 바뀜 발생 여부를 판단하며, 제 3 크기 비교 수식에 기초하여 (c,b,a)의 상 바뀜이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우 (b,c,a)의 상 바뀜 발생 여부를 판단하고, 제 4 크기 비교 수식에 기초하여 (b,c,a)의 상 바뀜이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우 (b,a,c)의 상 바뀜 발생 여부를 판단하고, 제 5 크기 비교 수식에 기초하여 (b,a,c)의 상 바뀜이 발생하는 방식으로 이루어질 수 있다.
그리고 이러한 순차적인 진행에 따른 상 바뀜 검출은 상기의 예시에 기초하여서만 가능한 것은 아니며, 구체적으로 크기 비교 수식 및 상 바뀜 판단 대상을 다르게 설정하여 상 바뀜 검출을 진행할 수 있다.
도 4를 참조하면, (a,c,b)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우 모터에 입력되는 3상 전류는, DQ변환 전에는 3상 교류 그래프(410), 1단계 변환 후에는 2상 교류 그래프(420), 2단계 변환 후에는 2상 직류 그래프(430)와 같은 시간-전류 그래프와, THETA 그래프(440) 및 imax 그래프(450)로 표현될 수 있다.
이와 같이, 도 3에 도시된 (a,b,c)의 정상 상태인 경우와 비교할 때, (a,c,b)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우에는 2상 직류 그래프(430)가 직선 형태로 나타나지 않을 수 있다.
그리고, 이러한 (a,c,b)의 상 바뀜이 발생했는지 여부의 판단에는 미리 설정된 제 1 크기 비교 수식이 이용될 수 있으며, 제 1 크기 비교 수식은 아래와 같은 수학식 6을 이용하여 설정될 수 있다.
[수학식 6]
iq e ≥ imax * cos(2θ)
예를 들면, 모터 이상 감지 장치(100)는, 미리 설정된 제 1 크기 비교 수식을 이용하여 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (a,c,b)에 해당하는 상 바뀜이 발생했는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 제 1 크기 비교 수식은, 수학식 6을 이용하여 설정될 수 있다.
구체적인 예로, 수학식 6에 기초하여 설정되는 제 1 크기 비교 수식을 이용하면, q축 전류 정보(iq e)의 크기가 이상 판단 기준 전류(imax)에 cos(2θ)를 곱한 값의 크기 이상인 조건을 만족하는 경우, 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (a,c,b)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 인버터 a상 출력(OUTa)은 모터 a상 입력(INa)에, 인버터 b상 출력(OUTb)은 모터 c상 입력(INc)에, 인버터 c상 출력(OUTc)은 모터 b상 입력(INb)에 각각 대응되어, 모터 입력 (a,b,c)를 기준으로 볼 때 인버터 출력이 (a,c,b)인 상 바뀜 상태인 것으로 판단할 수 있다.
도 5를 참조하면, (c,a,b)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우 모터에 입력되는 3상 전류는, DQ변환 전에는 3상 교류 그래프(510), 1단계 변환 후에는 2상 교류 그래프(520), 2단계 변환 후에는 2상 직류 그래프(530)와 같은 시간-전류 그래프와, THETA 그래프(540) 및 imax 그래프(550)로 표현될 수 있다.
이와 같이, 도 3에 도시된 (a,b,c)의 정상 상태인 경우와 비교할 때, (c,a,b)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우에는 2상 직류 그래프(530)에서 두 직선의 전류값이 정상 상태인 경우와 다르게 나타날 수 있다.
구체적으로, 도 3의 2상 직류 그래프(330)에서는 두 직선의 전류값이 각각 1.0 및 0으로 나타났으나, 도 5의 2상 직류 그래프(530)에서는 두 직선의 전류값이 0.9 및 -0.5로 다르게 나타날 수 있다.
그리고, 이러한 (c,a,b)의 상 바뀜이 발생했는지 여부의 판단에는 미리 설정된 제 2 크기 비교 수식이 이용될 수 있으며, 제 2 크기 비교 수식은 아래와 같은 수학식 7을 이용하여 설정될 수 있다.
[수학식 7]
iq e ≥ (-imax * 0.5) and id e ≥ (imax * 0.7)
예를 들면, 모터 이상 감지 장치(100)는, 미리 설정된 제 2 크기 비교 수식을 이용하여 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (c,a,b)에 해당하는 상 바뀜이 발생했는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 제 2 크기 비교 수식은, 수학식 7을 이용하여 설정될 수 있다.
구체적인 예로, 수학식 7에 기초하여 설정되는 제 2 크기 비교 수식을 이용하면, q축 전류 정보(id q)의 크기가 이상 판단 기준 전류(imax)에 -0.5를 곱한 값의 크기 이상인 조건 및 d축 전류 정보(id e)의 크기가 이상 판단 기준 전류(imax)에 0.7을 곱한 값의 크기 이상인 조건을 모두 만족하는 경우, 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (c,a,b)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 인버터 a상 출력(OUTa)은 모터 b상 입력(INb)에, 인버터 b상 출력(OUTb)은 모터 c상 입력(INc)에, 인버터 c상 출력(OUTc)은 모터 a상 입력(INa)에 각각 대응되어, 모터 입력 (a,b,c)를 기준으로 볼 때 인버터 출력이 (c,a,b)인 상 바뀜 상태인 것으로 판단할 수 있다.
도 6을 참조하면, (c,b,a)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우 모터에 입력되는 3상 전류는, DQ변환 전에는 3상 교류 그래프(610), 1단계 변환 후에는 2상 교류 그래프(620), 2단계 변환 후에는 2상 직류 그래프(630)와 같은 시간-전류 그래프와, THETA 그래프(640) 및 imax 그래프(650)로 표현될 수 있다.
이와 같이, 도 3에 도시된 (a,b,c)의 정상 상태인 경우와 비교할 때, (c,b,a)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우에는 2상 직류 그래프(630)가 직선 형태로 나타나지 않을 수 있다. 예를 들면, 1단계 변환 후인 2상 교류 그래프(620)와 같이 2개의 곡선으로 이루어진 그래프가 나타날 수 있다.
그리고, 이러한 (c,b,a)의 상 바뀜이 발생했는지 여부의 판단에는 미리 설정된 제 3 크기 비교 수식이 이용될 수 있으며, 제 3 크기 비교 수식은 아래와 같은 수학식 8을 이용하여 설정될 수 있다.
[수학식 8]
iq e ≥ imax * cos(2θ-240°)
예를 들면, 모터 이상 감지 장치(100)는, 미리 설정된 제 3 크기 비교 수식을 이용하여 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (c,b,a)에 해당하는 상 바뀜이 발생했는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 제 3 크기 비교 수식은, 수학식 8을 이용하여 설정될 수 있다.
구체적인 예로, 수학식 8에 기초하여 설정되는 제 3 크기 비교 수식을 이용하면, q축 전류 정보(id q)의 크기가 이상 판단 기준 전류(imax)에 cos(2θ-240°)를 곱한 값의 크기 이상인 조건을 만족하는 경우, 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (c,b,a)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 인버터 a상 출력(OUTa)은 모터 c상 입력(INc)에, 인버터 b상 출력(OUTb)은 모터 b상 입력(INb)에, 인버터 c상 출력(OUTc)은 모터 a상 입력(INa)에 각각 대응되어, 모터 입력 (a,b,c)를 기준으로 볼 때 인버터 출력이 (c,b,a)인 상 바뀜 상태인 것으로 판단할 수 있다.
도 7을 참조하면, (b,c,a)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우 모터에 입력되는 3상 전류는, DQ변환 전에는 3상 교류 그래프(710), 1단계 변환 후에는 2상 교류 그래프(720), 2단계 변환 후에는 2상 직류 그래프(730)와 같은 시간-전류 그래프와, THETA 그래프(740) 및 imax 그래프(750)로 표현될 수 있다.
이와 같이, 도 3에 도시된 (a,b,c)의 정상 상태인 경우와 비교할 때, (b,c,a)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우에는 2상 직류 그래프(730)에서 두 직선의 전류값이 정상 상태인 경우와 다르게 나타날 수 있다.
구체적으로, 도 3의 2상 직류 그래프(330)에서는 두 직선의 전류값이 각각 1.0 및 0으로 나타났으나, 도 7의 2상 직류 그래프(730)에서는 두 직선의 전류값이 -0.5 및 -0.9로 다르게 나타날 수 있다.
그리고, 이러한 (b,c,a)의 상 바뀜이 발생했는지 여부의 판단에는 미리 설정된 제 4 크기 비교 수식이 이용될 수 있으며, 제 4 크기 비교 수식은 아래와 같은 수학식 9를 이용하여 설정될 수 있다.
[수학식 9]
iq e ≥ (-imax * 0.5) and id e ≤ (-imax * 0.7)
예를 들면, 모터 이상 감지 장치(100)는, 미리 설정된 제 4 크기 비교 수식을 이용하여 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (b,c,a)에 해당하는 상 바뀜이 발생했는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 제 4 크기 비교 수식은, 수학식 9를 이용하여 설정될 수 있다.
구체적인 예로, 수학식 9에 기초하여 설정되는 제 4 크기 비교 수식을 이용하면, q축 전류 정보(id q)의 크기가 이상 판단 기준 전류(imax)에 -0.5를 곱한 값의 크기 이상인 조건 및 d축 전류 정보(id e)의 크기가 이상 판단 기준 전류(imax)에 -0.7을 곱한 값의 크기 이상인 조건을 모두 만족하는 경우, 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (b,c,a)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 인버터 a상 출력(OUTa)은 모터 c상 입력(INc)에, 인버터 b상 출력(OUTb)은 모터 a상 입력(INa)에, 인버터 c상 출력(OUTc)은 모터 b상 입력(INb)에 각각 대응되어, 모터 입력 (a,b,c)를 기준으로 볼 때 인버터 출력이 (b,c,a)인 상 바뀜 상태인 것으로 판단할 수 있다.
도 8을 참조하면, (b,a,c)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우 모터에 입력되는 3상 전류는, DQ변환 전에는 3상 교류 그래프(810), 1단계 변환 후에는 2상 교류 그래프(820), 2단계 변환 후에는 2상 직류 그래프(830)와 같은 시간-전류 그래프와, THETA 그래프(840) 및 imax 그래프(850)로 표현될 수 있다.
이와 같이, 도 3에 도시된 (a,b,c)의 정상 상태인 경우와 비교할 때, (b,a,c)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 경우에는 2상 직류 그래프(830)가 직선 형태로 나타나지 않을 수 있다. 예를 들면, 1단계 변환 후인 2상 교류 그래프(820)와 같이 2개의 곡선으로 이루어진 그래프가 나타날 수 있다.
그리고, 이러한 (b,a,c)의 상 바뀜이 발생했는지 여부의 판단에는 미리 설정된 제 5 크기 비교 수식이 이용될 수 있으며, 제 5 크기 비교 수식은 아래와 같은 수학식 10을 이용하여 설정될 수 있다.
[수학식 10]
iq e ≥ imax * cos(2θ-120°)
예를 들면, 모터 이상 감지 장치(100)는, 미리 설정된 제 5 크기 비교 수식을 이용하여 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (b,a,c)에 해당하는 상 바뀜이 발생했는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 제 5 크기 비교 수식은, 수학식 10을 이용하여 설정될 수 있다.
구체적인 예로, 수학식 10에 기초하여 설정되는 제 5 크기 비교 수식을 이용하면, q축 전류 정보(id q)의 크기가 이상 판단 기준 전류(imax)에 cos(2θ-120°)를 곱한 값의 크기 이상인 조건을 만족하는 경우, 모터의 3상 권선 정렬 순서가 (b,a,c)에 해당하는 상 바뀜이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 인버터 a상 출력(OUTa)은 모터 b상 입력(INb)에, 인버터 b상 출력(OUTb)은 모터 a상 입력(INa)에, 인버터 c상 출력(OUTc)은 모터 c상 입력(INc)에 각각 대응되어, 모터 입력 (a,b,c)를 기준으로 볼 때 인버터 출력이 (b,a,c)인 상 바뀜 상태인 것으로 판단할 수 있다.
아래에서는 모터 이상 감지 장치(100)를 방법 관점에서 다시 한번 간략히 설명하며, 위에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 필요에 따라 생략하나, 아래 방법 관점에서도 모두 적용될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법에 관한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법은, 턴 온 단계(S910), 전류 센싱 단계(S920), 정보 산출 단계(S930), 이상 검출 단계(S940), 정상 복원 단계(S950)를 포함할 수 있다.
일 예로, 모터 이상 감지 방법은, 모터와 연결된 인버터에 포함되는 스위치 중 3개의 스위치를 턴 온하는 것을 포함하는 턴 온 단계(S910)와, 스위치를 통해 모터에 입력되는 3상 전류를 모터 전류 센서를 이용하여 센싱하는 것을 포함하는 전류 센싱 단계(S920)와, 3상 전류를 DQ변환하여 DQ변환 전류 정보를 산출하고, 3상 전류 및 DQ변환 전류 정보에 기초하여 이상 판단 기준 전류를 산출하는 것을 포함하는 정보 산출 단계(S930)와, DQ변환 전류 정보 및 이상 판단 기준 전류를 비교하여 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 것을 포함하는 이상 검출 단계(S940)를 포함할 수 있다.
그리고 이에 더하여, 모터 이상 감지 방법은, 인버터의 3상 전압 인가 순서와 모터의 3상 권선 정렬 순서가 일치하도록 인버터의 출력 전압 설정 및 모터 전류 센서의 센싱 설정을 변경하는 정상 복원 단계(S950)를 더 포함할 수 있다.
턴 온 단계(S910)에서는, 인버터에 포함되는 각 스위치를 턴 온(Turn On)하거나 턴 오프(Turn OFF)하도록 제어할 수 있다.
전류 센싱 단계(S920) 에서는, 인버터에 인가되거나 모터에 입력되는 전류를 전류 센서를 이용하여 센싱하도록 제어할 수 있다.
정보 산출 단계(S930) 에서는, 모터에 입력되는 3상 전류를 이용하여 DQ변환 전류 정보를 산출할 수 있고, 3상 전류 및 DQ변환 전류 정보에 기초하여 이상 판단 기준 전류(imax)를 산출할 수 있다.
이상 검출 단계(S940) 에서는, DQ변환 전류 정보 및 상기 이상 판단 기준 전류(imax)를 비교하여 모터의 상 바뀜 상태를 검출할 수 있다.
이 경우, 이상 판단 기준 전류(imax)와 미리 설정된 임계 전류의 크기 비교 결과에 기초하여 모터의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있다.
또한, 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되는 경우, DQ변환 전류 정보에 포함되는 D축 전류 정보 및 Q축 전류 정보 중 적어도 하나와 이상 판단 기준 전류(imax)를 이용하는 미리 설정된 비교 수식에 기초하여 모터의 3상 권선 정렬 순서를 검출할 수 있다.
정상 복원 단계(S950) 에서는, 인버터의 출력 전압 설정 및 상기 모터 전류 센서의 센싱 설정을 변경하는 방식으로 이상 상태에 있는 모터를 정상 상태로 복원할 수 있다.
구체적으로, 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되고, 모터의 3상 권선 정렬 순서가 검출된 경우, 검출된 모터의 3상 권선 정렬 순서에 기초하여 인버터의 3상 전압 인가 순서와 모터의 3상 권선 정렬 순서가 일치하도록 인버터의 출력 전압 설정 및 상기 모터 전류 센서의 센싱 설정을 변경할 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 모터 이상 검출 방법을 예시적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 모터 이상 검출 방법은, 스위치 제어 단계(S1010), 속도 제어 단계(S1020), 전류 센싱 단계(S1030), DQ변환 단계(S1040), 상 바뀜 여부 판단 단계(S1050), 3상 권선 정렬 순서 판단 단계(S1060, S1062, S1064, S1066, S1068), 3상 권선 정렬 순서 검출 단계(S1070, S1072, S1074, S1076, S1078) 및 정상 복원 단계(S1080)를 포함할 수 있다.
스위치 제어 단계(S1010)에서는, 인버터에 포함되는 스위치들을 각각 제어할 수 있다. 예를 들면, 윗상 스위치인 Sa, Sb, Sc가 턴 온되고(Sa, Sb, Sc = 1), 아랫상 스위치인 , , 는 턴 오프(, , = 0)되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 스위치 중 Sa, Sb, Sc를 통해 모터에 전류가 입력될 수 있다.
속도 제어 단계(S1020) 에서는, Load Machine을 이용하여 컨트롤러의 제어 명령에 따라 모터 등의 속도를 제어할 수 있다. 이 경우, 모터의 이상 검출을 위해 상대적으로 빠르지 않은 속도인 40rpm 정도의 속도로 모터가 회전하도록 제어할 수 있다.
전류 센싱 단계(S1030) 에서는, 모터 전류 센서를 이용하여 모터에 입력되는 3상 전류를 센싱할 수 있다. 이 경우, 각 상 별로 a상 전류(ia), b상 전류(ib), c상 전류(ic)를 센싱할 수 있다.
DQ변환 단계(S1040) 에서는, 센싱된 a상 전류(ia), b상 전류(ib), c상 전류(ic)를 DQ변환할 수 있다. 이 경우, 1단계 변환을 통해 α축 전류 정보(iα) 및 β축 전류 정보 (iβ)를 산출할 수 있고, 2단계 변환을 통해 d축 전류 정보(id e) 및 q축 전류 정보(iq e)를 산출할 수 있다.
상 바뀜 여부 판단 단계(S1050) 에서는, 이상 판단 기준 전류(imax)와 임계 전류의 크기를 비교(imax Threshold)하여 모터의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있고, 이상 판단 기준 전류(imax)의 크기가 임계 전류의 크기 미만인 경우, 모터에 상 바뀜이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
3상 권선 정렬 순서 판단 단계(S1060, S1062, S1064, S1066, S1068)에서는, 미리 설정된 크기 비교 수식에 기초하여 모터의 3상 권선 정렬 순서를 판단할 수 있다.
구체적으로, a,c,b 정렬 순서 판단 단계(S1060)에서는, iq e imax * cos(2θ)로 설정된 크기 비교 수식의 조건 만족 여부로 a,c,b 순서의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있다.
c,a,b 정렬 순서 판단 단계(S1062)에서는, iq e (-imax * 0.5) and id e (imax * 0.7)로 설정된 크기 비교 수식의 조건 만족 여부로 c,a,b 순서의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있다.
c,b,a 정렬 순서 판단 단계(S1064)에서는, iq e imax * cos(2θ-240°)로 설정된 크기 비교 수식의 조건 만족 여부로 c,b,a 순서의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있다.
b,c,a 정렬 순서 판단 단계(S1066)에서는, iq e (-imax * 0.5) and id e (-imax * 0.7)로 설정된 크기 비교 수식의 조건 만족 여부로 b,c,a 순서의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있다.
b,a,c 정렬 순서 판단 단계(S1068)에서는, iq e imax * cos(2θ-120°)로 설정된 크기 비교 수식의 조건 만족 여부로 b,a,c 순서의 상 바뀜 여부를 판단할 수 있다.
3상 권선 정렬 순서 검출 단계(S1070, S1072, S1074, S1076, S1078)에서는,
3상 권선 정렬 순서 판단 단계(S1060, S1062, S1064, S1066, S1068) 각각의 판단 결과에 따른 3상 권선 정렬 순서를 검출할 수 있다.
정상 복원 단계(S1080)에서는, 검출된 3상 권선 정렬 순서에 기초하여 전류센서 및 출력전압과 관련된 코드를 업데이트하는 방식으로 모터를 정상 상태로 복원할 수 있다.
상기의 내용에서 설명한 바와 같이, 본 개시는, 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시는, 검출된 상 바뀜 상태에 기초하여 모터를 정상 상태로 복원하는 모터 이상 검출 장치 및 검출 방법을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 모터와 연결된 인버터에 포함되는 스위치 중 3개의 스위치를 턴 온하고, 상기 스위치를 통해 상기 모터에 입력되는 3상 전류를 모터 전류 센서를 이용하여 센싱하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 3상 전류를 DQ변환하여 DQ변환 전류 정보를 산출하고, 상기 3상 전류 및 상기 DQ변환 전류 정보에 기초하여 산출되는 이상 판단 기준 전류와 상기 DQ변환 전류 정보를 비교하여 상기 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 이상 검출부를 포함하는 모터 이상 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이상 검출부는,
    상기 이상 판단 기준 전류와 미리 설정된 임계 전류의 크기 비교 결과에 기초하여 상기 모터의 상 바뀜 여부를 판단하는 모터 이상 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이상 검출부는,
    상기 이상 판단 기준 전류의 크기가 상기 임계 전류의 크기 미만인 경우, 상기 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단하는 모터 이상 검출 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 이상 검출부는,
    상기 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되는 경우,
    상기 DQ변환 전류 정보에 포함되는 D축 전류 정보 및 Q축 전류 정보 중 적어도 하나와 상기 이상 판단 기준 전류를 이용하는 미리 설정된 크기 비교 수식에 기초하여 상기 모터의 3상 권선 정렬 순서를 검출하는 모터 이상 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 임계 전류는,
    상기 Q축 전류 정보에 미리 설정된 임계 상수를 곱하여 설정되는 모터 이상 검출 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 인버터의 3상 전압 인가 순서와 상기 모터의 3상 권선 정렬 순서가 일치하도록 상기 인버터의 출력 전압 설정 및 상기 모터 전류 센서의 센싱 설정을 변경하는 정상 복원부를 더 포함하는 모터 이상 검출 장치.
  7. 모터와 연결된 인버터에 포함되는 스위치 중 3개의 스위치를 턴 온하는 것을 포함하는 턴 온 단계;
    상기 스위치를 통해 상기 모터에 입력되는 3상 전류를 모터 전류 센서를 이용하여 센싱하는 것을 포함하는 전류 센싱 단계;
    상기 3상 전류를 DQ변환하여 DQ변환 전류 정보를 산출하고, 상기 3상 전류 및 상기 DQ변환 전류 정보에 기초하여 이상 판단 기준 전류를 산출하는 것을 포함하는 정보 산출 단계; 및
    상기 DQ변환 전류 정보 및 상기 이상 판단 기준 전류를 비교하여 상기 모터의 상 바뀜 상태를 검출하는 것을 포함하는 이상 검출 단계를 포함하는 모터 이상 검출 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이상 검출 단계는,
    상기 이상 판단 기준 전류와 미리 설정된 임계 전류의 크기 비교 결과에 기초하여 상기 모터의 상 바뀜 여부를 판단하는 것을 포함하는 모터 이상 검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이상 검출 단계는,
    상기 모터의 상 바뀜이 발생한 것으로 판단되는 경우,
    상기 DQ변환 전류 정보에 포함되는 D축 전류 정보 및 Q축 전류 정보 중 적어도 하나와 상기 이상 판단 기준 전류를 이용하는 미리 설정된 비교 수식에 기초하여 상기 모터의 3상 권선 정렬 순서를 검출하는 것을 포함하는 모터 이상 검출 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 인버터의 3상 전압 인가 순서와 상기 모터의 3상 권선 정렬 순서가 일치하도록 상기 인버터의 출력 전압 설정 및 상기 모터 전류 센서의 센싱 설정을 변경하는 정상 복원 단계를 더 포함하는 모터 이상 검출 방법
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