KR20240092405A

KR20240092405A - 모터 구동 장치 및 이의 제동 제어 방법

Info

Publication number: KR20240092405A
Application number: KR1020220175143A
Authority: KR
Inventors: 서보환; 김대중; 김대현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2024-06-24

Abstract

모터 구동 장치 및 이의 제동 제어 방법이 개시된다. 본 개시에 따른 모터 구동 장치는, 직류 전원을 저장하는 DC 링크 커패시터, 복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하고, 스위칭 동작에 의해, DC 링크 커패시터에 저장된 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 공급하는 인버터를 포함한다. 또, 복수의 하단 스위치에 연결되어 인버터에 흐르는 전류를 감지하고, 제동 운전시 회생 전압 제어를 위한 임계전류에의 도달여부를 검출하는 션트 저항; 인버터의 동작을 제어하고, 제동 운전이 개시되면 회생 동작을 수행하는 제어부를 포함한다. 제어부는, 회생 동작시, 임계전류에의 도달에 응답하여 유효 성분 전류와 무효 성분 전류를 함께 제어하여 모터에 연결된 드럼의 운동력을 회생 에너지로 전환하여 DC 링크 커패시터에 전달하도록 인버터 및 모터를 제어한다. 그에 따라, 발전 제동시 인버터의 소손을 방지하면서 제동 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

Description

모터 구동 장치 및 이의 제동 제어 방법{MOTOR DRIVING DEVICE AND ITS BRAKING CONTORL METHOD}

본 발명은 모터 구동 장치, 이의 제동 제어 방법, 및 이러한 모터 구동 장치를 구비한 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 고속 운전 중 정지시 적용 가능한 제동 제어와 관련된다.

모터 구동 장치는, 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이다.

모터 구동장치는, 센서를 이용한 센서 방식의 모터 구동장치와 센서가 없는 센서리스(sensorless) 방식의 모터 구동장치로 구분될 수 있다.

위와 같은 모터 구동장치의 종류 중 제조 비용 저감 등을 이유로, 센서리스 방식의 모터 구동장치가 많이 사용되고 있으며, 이에 따라, 효율적인 모터 구동을 위해, 센서리스 방식의 모터 구동장치에 대한 연구가 수행되고 있다.

한편, 세탁기는 행정이 신속하게 이루어지고, 성능 또한 개선되기를 바라는 사용자의 욕구로 인하여 다양한 기술적 변모들이 행해지고 있다.

예를 들어, 세탁기의 경우 제동 제어가 필수적으로 적용되어야 하는데, 드럼 부하 및 관성이 매우 큰 상업용 세탁기의 경우, 기존 가정용 세탁기에 사용되던 발전 제동을 동일하게 적용하는 경우, 과전류로 인해 모터 감자 및 인버터 소손이 발생할 우려가 있다.

이와 관련하여, 한국 공개특허 제10-1995-0014431(이하, '선행1')에 의하면, 빠른 제동이 필요한 경우 설정속도 이상에서는 커패시터로 회생 에너지를 방전하는 회생 제동을 수행하고, 설정속도 미만에서는 제한 전류 이상시 회생 제동을 수행하는 것을 개시한다. 그러나, 선행1의 경우, 상업용 세탁기 등과 같은 상업용 어플라이언스에 제동 저항을 이용한 회생 제동 방식을 적용할 경우, 매우 큰 용량의 제동 저항이 필요하다는 문제가 있다. 이는 상업용 어플라이언스의 제품비용을 증가시키고, 신뢰성 문제를 야기할 수 있다.

또한, 일본 공개특허 특개2014-168575(이하, '선행2')에 의하면, 인버터의 상단 스위치 또는 하단 스위치 3개를 동시에 온(on)하여 회생 에너지를 소멸시키는 것을 회생 제어 방법으로 개시한다. 그러나 선행2의 방법은 모터의 임피던스가 매우 작은 상업용 세탁기 등과 같은 상업용 어플라이언스에 적용하게 되면, 인버터 출력 전류가 매우 커져서 소손이 발생할 수 있다. 또한, 인버터에 과전류가 발생하면 모터가 감자되어 인버터 소손이 발생할 수 있다.

한편, 이와 같은 문제점을 보다 구체적으로 설명하기 위해, 위에서 세탁기를 예시로 하였으나, 모터를 포함하며 모터에 의해 급제동, 제동 제어를 수행하는 다른 어플라이언스에도 위와 같은 문제점들은 공통적으로 수반한다.

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고속 운전 중 제동시, 인버터에 과전류 발생에 따른 인버터 소손, 모터의 감자, 소음 발생을 효과적으로 최소화할 수 있는 모터 구동 장치 및 이의 제동 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고속 운전 중 제동시 과전류를 발생시키기 않으면서 제동 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있는 모터 구동 장치 및 이의 제동 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 제동 운전 중에 문제가 발생한 경우 다른 방식으로 절환하여 제동 가능하고, 모터 정지 검출까지도 가능한 모터 구동 장치 및 이의 제동 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일부 실시 예에 따른 모터 구동 장치는, 모터의 고속 운전 중 발전 제동시, 유효 성분 전류와 함께 무효 성분 전류를 추가 주입하여 회생 전압 제어를 수행한다. 그에 따라, 고속 운전 중 발전 제동시에도 인버터의 소손을 방지하고 제동 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치는, 직류 전원을 저장하는 DC 링크 커패시터; 복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하고, 스위칭 동작에 의해, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 공급하는 인버터; 상기 복수의 하단 스위치에 연결되어 상기 인버터에 흐르는 전류를 감지하고, 제동 운전시 회생 전압 제어를 위한 임계전류에의 도달여부를 검출하는 션트 저항; 상기 인버터의 동작을 제어하고, 제동 운전 개시에 응답하여, 회생 동작을 수행하는 제어부를 포함한다. 또, 상기 제어부는, 회생 동작시, 상기 임계전류에의 도달에 응답하여 유효 성분 전류와 무효 성분 전류를 함께 제어하여 상기 모터에 연결된 드럼의 운동력을 회생 에너지로 전환하여 상기 DC 링크 커패시터에 전달하도록 상기 인버터 및 상기 모터를 제어한다.

실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 임계전류에의 도달시에는 상기 무효 성분 전류를 추가 주입하여 발생한 회생 에너지를 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 제1 회생 동작을 수행하고, 상기 임계전류 미만에서는 상기 무효 성분 전류를 유지 또는 감소시켜서 발생한 회생 에너지를 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 제2 회생 동작을 수행할 수 있다.

실시 예에서, 상기 모터에 연결된 부하는 드럼이고, 상기 제어부는, 상기 드럼의 고속 운전 중 정지가 발생한 것에 응답하여, 상기 발전 제동을 개시하여 상기 회생 동작을 수행할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 회생 동작을 수행하는 동안 제어 문제가 발생한 것에 응답하여, 상기 DC 링크 커패시터의 전압이 일정하도록, 상기 복수의 하단 스위치를 일정 시간 간격으로 동시에 온오프시키는 가변 듀티 제어를 수행할 수 있다.

실시 예에서, 상기 모터 구동 장치는, 일단이 상기 인버터에 연결되고 타단이 DC 링크 커패시터에 연결된 소용량의 회생 저항을 더 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 회생 동작을 수행하는 동안 제어문제가 발생한 것에 응답하여, 상기 가변 듀티 제어와 함께 상기 회생 저항에 의한 초퍼 동작을 추가로 수행할 수 있다.

실시 예에서, 상기 가변 듀티 제어 또는 상기 가변 듀티 제어 및 초퍼 동작은 상기 모터의 정지시까지 유지될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치의 제동 제어 방법은, 직류 전원을 저장하는 DC 링크 커패시터, 복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하고 스위칭 동작에 의해 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 공급하는 인버터, 상기 DC 링크 커패시터에 흐르는 전류를 감지하고, 회생 전압 제어를 위한 임계전류에의 도달여부를 검출하는 션트 저항, 및 제어부를 포함하는 모터 구동 장치의 제동 제어 방법으로서, 상기 제동 제어 방법은, 상기 모터를 정지시키기 위한 발전 제동을 개시하는 단계; 상기 션트 저항을 통해 상기 DC 링크 커패시터에 흐르는 전류가 임계전류에 도달한 것을 감지하는 단계; 상기 임계전류에 대응하여, 유효 성분 전류와 무효 성분 전류를 함께 제어하여 상기 모터에 연결된 부하의 운동력을 회생 에너지로 전환하여, 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 회생 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

실시 예에 따라, 상기 회생 동작을 수행하는 단계는, 상기 임계전류에의 도달시에는 상기 무효 성분 전류를 추가 주입하여 발생한 회생 에너지를 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 제1 회생 동작을 수행하고, 상기 임계전류 미만에서는 상기 무효 성분 전류를 유지 또는 감소시켜서 발생한 회생 에너지를 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 제2 회생 동작을 수행할 수 있다.

실시 예에 따라, 상기 발전 제동은, 모터에 연결된 부하가 고속 운전 중 정지가 발생한 것에 응답하여 실행될 수 있다.

실시 예에 따라, 상기 제동 제어 방법은, 상기 회생 동작을 수행하는 동안 제어 문제의 발생을 감지하는 단계; 및 상기 DC 링크 커패시터의 전압이 일정하도록, 상기 복수의 하단 스위치를 일정 시간 간격으로 동시에 온오프시키는 가변 듀티 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 따라, 상기 제동 제어 방법은, 상기 가변 듀티 제어를 수행하는 동안, 일단이 상기 인버터에 연결되고 타단이 DC 링크 커패시터에 연결된 소용량의 회생 저항에 의한 초퍼 동작을 추가로 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 따라, 상기 제동 제어 방법은, 상기 가변 듀티 제어 및 초퍼 동작을 상기 모터의 정지시까지 계속 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 이의 제동 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터의 고속 운전 중 제동 발생시, 과전류 발생에 따른 인버터 소손을 방지하고, 아울러 모터의 감자 및 소음 발생을 효과적으로 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터의 고속 운전 중 제동 발생시, 무효 성분 전류를 추가 주입하여 회생 전압 제어를 수행함으로써, 제동 시간을 더욱 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 회생 전압 제어를 수행하는 중 제어 문제가 발생한 것으로 감지되면, 인버터의 하단 스위치를 동시에 온오프하는 가변 듀티 제어를 수행하고, 회생 저항이 있으면 이러한 가변 듀티 제어와 함께 회생 저항을 통해 초퍼 동작(chopping)을 수행함으로써, 회생 에너지 소모를 보다 빠르고 안정적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모터 구동 장치의 세부구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2a, 및 도 2b는 일반적인 모터 구동 장치가 적용된 어플라이언스에서 제동시 과전류의 발생을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 회생 전압 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따라, 무효 전류를 유지 또는 추가 주입하여 제동 제어를 수행하는 것을 설명하기 위한 파형 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치의 제동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6, 도 7, 도 8a, 및 도 8b는 도 5의 흐름도에 도시된 제동 제어 방법과 관련된 상황별 제동 제어 방법을 각각 설명하기 위한 파형 그래프들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 모터 구동 장치의 세부구성을 설명하기 위한 회로도이다. 그리고, 도 2a, 및 도 2b는 일반적인 모터 구동 장치가 적용된 어플라이언스에서 제동시 과전류 발생을 설명하기 위한 도면들이다.

먼저, 도 2a, 및 도 2b를 참조하면, 예를 들어 부하 및 관성이 매우 큰 상업용 어플라이언스(예, 상업용 세탁기)의 저속 운전 중, 발전 제동시 전류를 보인 실험 파형을 보여준다. 도 2a에서 구간(210)을 확대한 파형이 도 2b에 상세히 도시된다.

구간(210)은 인버터 소손 및 모터 감자가 발생하지 않도록 설정된 S/W Falut 감지 레벨에서, 발전 제동을 잠시 정지하였다가 재개한 시점에 해당한다. 구간(210)을 확대한 도 2b에서, q축 전류(211)의 변화가 크게 발생하고, 제동의 정지시 전류와 DC 링크 전압(212, 213a, 213b)이 모두 상승한 것을 볼 수 있다.

특히, 상업용 어플라이언스의 경우, 부하가 매우 크기 때문에 고속은 물론 저속에서도 이와 같이 큰 과전류가 발생한다. 따라서, 고속 운전 중 발전 제동을 적용할 경우에는 더 오랜 기간 과전류가 발생하여, 인버터가 소손되고 모터가 감자될 수 있다.

이에, 발전 제동시 인버터의 하단 스위치를 동시에 온(on)하는 경우, 과전류로 인해 모터 감자 및 인버터 소손이 발생할 우려가 있다. 또, 저항을 이용하여 회생 제동 제어를 사용할 경우, 매우 큰 용량의 제동 저항을 사용하여 해결하는 문제가 있다. 이는, 상업용 어플라이언스의 재료비를 상승시키고, 신뢰성 문제를 야기할 수 있다.

이에, 본 발명에 따른 모터 구동 장치 및 그 모터 구동 장치가 적용된 어플라이언스에서는, 고속 운전 중 (예, 세탁기 탈수) 정지 시, 부품을 추가로 사용하지 않고 적용가능한 제동 제어를 구현하였다.

구체적으로, 본 발명에 따른 모터 구동 장치는 제동 제어시, 무효 성분 전류를 추가 주입하거나, 유지하거나, 점진적으로 감소시키는 것과 같이, 유효 성분 전류와 함께 무효 성분 전류를 제어하여, 회생 전압 제어를 수행함으로써, 제동 효과를 증진시키는 방안을 제시하였다.

또한, 제동 제어시, 제어 문제 발생이 검출된 경우, 가변 듀티 제어와 함께 회생 저항의 유무에 따라 회생 에너지를 빠르고 안정적으로 소모시킬 수 있는 다른 절환 방식을 수행하는 방안을 제시하였다.

이하에서 설명되는 본 발명의 실시 예들은, 모터 구동 장치, 이의 제동 제어 방법, 및 이러한 모터 구동 장치를 구비한 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 고속 운전 중 정지시 적용 가능한 제동 제어와 관련된다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치의 세부구성에 대한 기능 또는 동작을 설명하겠다. 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치(100)는 전원부(110), 정류부(120), DC 링크 커패시터(130), 제어부(150), 인버터(160), 모터(170), 및 부하(180)를 포함할 수 있다.

전원부(110)는 입력전원(상용전원/교류전원)을 입력받아 정류부(120)에 제공한다.

정류부(120)는 전원부(110)로부터 인가받은 입력전원을 정류하여, 직류 전압의 형태로 변환한다. 그에 따라, 정류부(120)는 일정한 레벨의 직류 전압을 출력할 수 있다. 정류부(120)의 양단은 DC 링크 커패시터(130)와 연결되며, 일단에 역률 개선을 위한 리액터(120 내부의 네모)를 추가 구비할 수 있다.

리액터(120 내부의 네모)는, 인덕터로 형성될 수 있고, 정류부(120) 및/또는 DC 링크 커패시터(130)로 출력되는 돌입전류를 방지할 수 있다.

DC 링크 커패시터(130)는 정류부(120)로부터 출력된 직류 전압(직류 전원)을 평활하고 저장할 수 있다. DC 링크 커패시터(130)는 평활된 직류 전압을 인버터(160)측에 전달한다.

인버터(160)는 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 인버터(160)는 3상 모터의 각 상에 대응하는 스위치 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 모터(170)가 3상이면, 인버터(160)는 각 상(d, q, w)에 대응하는 상단 및 하단 스위치, 즉 6개의 스위치(S1 ~ S6)를 구비할 수 있다. 스위치로는 예를 들어, MOSFET, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 주로 사용된다.

도 1을 참조하면, (회생 저항 및 초퍼 회로(140)를 제외하고) 인버터(160)의 상단 스위치(S1, S2, S3)는 DC 링크 커패시터(130)의 일단에 연결되고, 인버터(160)의 하단 스위치(S4, S5, S6)는 DC 링크 커패시터(130)의 타단에 연결된다.

인버터(160)는 스위치(S1 ~ S6)의 스위칭 동작에 의해, DC 링크 커패시터(130)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(170)에 공급한다.

션트 저항(165)은 인버터(160)와 DC 링크 커패시터(130)의 사이에 구비될 수 있다. 션트 저항(165)은 모터(170)의 상전류를 감지할 수 있다.

션트 저항(165)은 인버터(160)에 흐르는 전류와 DC 링크 커패시터(130)에 흐르는 전류를 감지할 수 있고, 제동 운전시 회생 전압 제어를 위한 임계전류에의 도달여부를 검출할 수 있다.

여기서, 회생 전압 제어란, 회생 제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 (예, 강압하거나 열 에너지로 소모하여) 특정 (또는, 일정 레벨) 전압의 직류 전류로 변환시키는 제어 동작을 의미한다. 본 발명에서는 추가적인 컨버터를 사용하지 않고, 인버터(160)만으로 회생 에너지를 전달하는 회생 전압 제어를 수행할 수 있다.

션트 저항(165)은 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 인버터(160)의 복수의 하단 스위치(S4, S5, S5) 각각에 직렬 연결된 3-션트 저항할 수 있다.

일부 실시 예에서, 모터 구동 장치(100)는 과전류/임계전류 도달여부를 검출하기 위한 별도 전류 검출기(미도시), 예를 들어 CT 등을 포함하여 구성될 수 있다.

모터(170)는 부하, 예를 들어 대용량 홈 어플라이언스 (예, 상업용 세탁기)의 펄세이터를 회전시키기 위한 모터일 수 있다. 모터(170)는 상업용 세탁기의 드럼을 회전시키기 위한 3상 모터일 수도 있다.

일부 실시 예에서, 상기 모터 구동 장치(100)는 DC 링크 커패시터(130)와 인버터(160) 사이에 회생 저항 및 초퍼 회로(140)를 추가로 포함할 수 있다. 다시 말해, 도 1의 회생 저항 및 초퍼 회로(140)는 선택적으로 구비될 수 있다.

회생 저항 및 초퍼 회로(140)는 서로 병렬 연결되며, 주회로 소자로 도 1에 도시된 바와 같이 구성이 간소화된 IGBT가 사용될 수 있다.

일부 실시 예에서는, 회생 저항 및 초퍼 회로(140)를 구성하는 IGBT에 과전압을 제한하기 위한 스너버회로(미도시)가 추가로 포함될 수 있다. 또한, 비록 도시되지 않았지만, 초퍼 회로에 단락이 발생할 경우에 대비하여, 회생 저항이 모터에 연결되어 회생 에너지를 소모시키기 위한 비상운전 릴레이(미도시)가 추가로 구비될 수 있다.

실시 예에 따라, 인덕턴스 성분을 감소시키기 위해, 회생 저항 및 초퍼 회로(140) 간격의 길이를 짧게 구현할 수 있다.

회생 저항은 일단은 (초퍼 회로를 거쳐) 인버터(160)에 연결되고 타단은 DC 링크 커패시터(130)에 연결될 수 있다. 회생 저항은, 모터 구동 장치가 적용된 어플라이언스의 용량과 관계없이, 소용량 회생 저항으로 구현될 수 있다.

제어부(150)는 전원부(110), 정류부(120), DC 링크 커패시터(130), 인버터(160), 및 모터(170)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 마이컴, 프로세서, 컨트롤러 등의 용어로 대체될 수 있고, 하나 이상의 마이컴, 프로세서, 컨트롤러를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 제어부(150)는 모터 구동 장치(100)의 세부구성 각각을 제어하기 위한 별도의 마이컴, 프로세서, 또는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인버터(160)는 인버터 제어부 (또는, 인버터 제어를 위한 마이컴/프로세서/컨트롤러 등)에 의해 제어될 수 있다.

제어부(150)는 임계전류에의 도달에 대응하여 회생 동작을 수행할 수 있다.

구체적으로, 제어부(150)는 제동시 모터(170) 및/또는 인버터(160)에 최대전류가 흐르는 것이 검출되면, 일정 레벨의 전압(예, 850V)으로 제어하기 위해 무효 성분 전류를 추가 주입하여, 최대전류를 제어할 수 있다. 그에 따라, 제동 성능이 향상된다(예, 제동 시간의 감소).

제어부(150)는, 회생 동작시, 유효 성분 전류와 무효 성분 전류를 함께 제어하여, 모터(170)에 연결된 부하의 운동력을 회생 에너지로 전환하고, 이를 DC 링크 커패시터에 전달하도록, 인버터(160) 및 모터(170)를 제어할 수 있다.

이때, 상기 모터(170)에 연결된 부하는 드럼 (예, 상업용 세탁기의 드럼)일 수 있다. 또, 실시 예에 따라, 상기 제어부(150)는 드럼의 고속 운전 (예, 탈수) 중 정지가 발생한 것에 응답하여, 발전 제동을 개시하여, 상기 회생 동작을 수행할 수 있다.

실시 예에 따라, 제어부(150)는, 제동 운전시 임계전류에 도달하였음이 검출되면, 무효 성분 전류를 추가 주입하여 발생한 회생 에너지를 DC 링크 커패시터(130)에 전달하는 제1 회생 동작을 수행한다.

실시 예에 따라, 제어부(150)는 제동 운전시 임계전류 미만으로 검출되면, 무효 성분 전류를 유지하거나 또는 감소시켜서 발생한 회생 에너지를 DC 링크 커패시터(130)에 전달하는 제2 회생 동작을 수행한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치의 제동 제어 방법, 즉 회생 전압 제어 방법을 설명하기 위한 대표 흐름도이다. 도 3에 도시된 각 단계는 다른 설명이 없다면, 모터 구동 장치의 제어부에 의해 수행되는 것을 전제한다.

도 3을 참조하면, 모터 구동 장치의 제어부는, 고속 운전 중 정지신호에 따라, 제동 운전을 개시한다(301). 예를 들어, 제어부(150, 도 1)는 탈수행정이 수행되는 중 (즉, 고속 운전 중) 세탁기의 도어가 오픈되는 것과 같이, 세탁기의 급정지가 요구되는 조건이 만족되면, 제동 운전 (또는, 발전 제동)을 위한 제어 명령을 생성할 수 있다.

계속해서, 제어부는 제동 운전의 구동에 따라 회생 전압 제어를 수행한다(302).

구체적으로, 제동 운전이 개시되면, 제어부(150)는 모터(170, 도 1)의 회전속도를 감지하고, 감지된 속도를 기준 속도 값과 비교하여, 기준 속도 이상이면, 인버터(160)의 하단 스위치(S4, S5, S6)를 풀 온시키고, 상단 스위치(S1, S2, S3)를 풀 오프시킬 수 있다.

이때, 상기 기준 속도 값은, 예를 들어 600RPM, 사용자 설정값, 또는 조건(예, 세탁기에 유입된 포의 무게, 세탁수의 무게, DC 링크 커패시터의 용량과 같은 스펙 등)에 따라 가변되는 값 중 하나일 있다. 이 후, 일정 시간이 경과하면 인버터(160)의 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 점진적으로 (예, 선형적으로) 증가시켜서 회생 전압 제어를 수행할 수 있다.

일부 실시 예에서는, 전술한 회생 전압 제어 전, 인버터(160)의 상단 스위치(S1, S2, S3)와 하단 스위치(S4, S5, S6)를 모두 풀 오프시키는 '여력 제동'을 수행한 후, 하단 스위치(S4, S5, S6)를 풀 오프 상태에서 풀 온 상태로 전환시킴에 있어서, 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 점차적으로 증가시키는 '중간 제동'을 추가 수행하도록 구현될 수 있다.

또, 회생 전압 제어는 계측된 전압이 임계전압 이상일 경우, 제어부의 제어에 따라 회생 동작이 수행되는 것을 의미할 수 있다.

이때, 회생 전압 제어 따라 발생된 회생 전력은 DC 링크 커패시터(130) 또는 DC 링크 커패시터(130) 및 회생 저항에서 방전되어, 열 에너지로 변환되어 소모된다.

계속해서, 제어부는 회생 전압 제어시, 최대 전류 회생 전압 제어가 필요한지 여부를 결정하고(303), 상기 결정에 따라 무효 성분 전류의 제어를 가변 적용하여 회생 전압 제어를 수행할 수 있다.

이때, 최대 전류 회생 전압 제어가 필요한 경우란, 회생 전류(또는, 회생 전력)이 설정된 임계 전류에 도달한 경우를 의미한다. 임계 전류에의 도달 여부는, 션트 저항 또는 별도의 전류 검출기(미도시)를 통해 검출될 수 있다.

구체적으로, 단계(303)에서, 최대 전류 회생 전압 제어가 필요한 것으로 결정되면, 상기 제어부는, 유효 성분 전류에 무효 성분 전류를 추가 주입하여 회생 전압 제어를 수행한다(304).

여기에서, 유효 성분 전류는 모터(170)의 d축 성분을 가리키고, 무효 성분 전류는 모터(170)의 q축 성분을 의미할 수 있다. 이때, 기준전류값(Iq_ref)은 0일 수 있다.

예를 들어, 검출된 전압을 기준전압(이는, 임계 전류/최대 전류에 대응)과 비교하여 기준전압보다 높지 않는 전압이 검출되면, 모터의 3상 전압과 3상 전류를 검출하여 각각 dq 변환을 한 후 디지털 필터를 통해 유효 성분과 무효 성분으로 나눌 수 있다. 반면, 검출된 전압을 기준전압과 비교하여 기준전압을 초과하는 경우, 기준전압과 검출된 전압이 비교되어 비교된 전압오차에 의해 제어량이 만들어지고 이 제어량은 보상해야 될 유효분 전류값에 대응하는 (변환된) dq축 전류, 다시 말해 제어할유효 성분 전류와 추가 주입할 무효 성분 전류가 산출된다.

모터(170)의 상별 전압의 크기, 전류의 크기, 전압기준 전류의 위상각 등에 따라 유효 성분 전류와 무효 성분 전류 (또는 각각의 전력)이 산출될 수 있다. 또한, 추가될 무효 성분 전류는 유효 전력으로부터 공급될 수 있다.

계속해서, 단계(303)에서, 최대 전류 회생 전압 제어가 필요하지 않는 것으로 결정되면, 상기 제어부는, 무효 성분 전류는 유지 또는 감소시키고, 유효 성분 전류만으로 회생 전압 제어를 수행한다(305).

한편, 실시 예에 따라, 단계(304)에 따라, 무효 성분 전류를 추가 주입하여 회생 전압 제어를 수행하는 경우에도, 일정 시간이 경과하면 무효 성분 전류를 점진적으로 감소시키고 유효 성분 전류로 회생 전압 제어를 수행한다(305). 이때, 상기 일정 시간의 경과후, 모터의 속도를 검출하여, 검출된 모터의 속도가 기준 속도 이하를 만족하는 경우, 단계(305)를 수행하도록 제한될 수 있다.

단계(305)에 따른 회생 전압 제어는 모터 정지가 검출될때까지 계속 수행될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따라, 무효 성분 전류를 유지 또는 추가 주입하여 제동 제어를 수행하는 것을 설명하기 위한 파형 그래프들이다.

보다 구체적으로, 예를 들어 도 4a는 세탁기 행정 중 탈수와 같은 고속 운전 중, 무효 전류룰 유지하여 제동 제어를 수행하는 경우의 파형 그래프를 나타낸 것이다. 그리고, 도 4b는 세탁기 행정 중 탈수와 같은 고속 운전 중, 모터/인버터의 스펙에 커스터마이징되도록, 무효 전류룰 추가 주입하여 제동 제어를 수행하는 경우의 파형 그래프를 나타낸 것이다.

제동 운전 시, 제어부(150)는 인버터(160)를 속도 제어 대신 DC-Link 전압 제어, 즉 회생 전압 제어로 절환하여 구동한다. 회생 전압 제어시, 제어부(150)는모터(170) 및 이와 연결된 부하(예, 세탁기의 드럼)의 운동 에너지를 인버터(160)의 DC-Link 제어를 통해 (열 에너지로) 소모시키는 회생 전압 제어 제동 방식을, 전술한 회생 동작으로서 수행한다.

제어부(150)는 인버터(160)의 DC-Link 전압 제어에 맞는 유효 성분의 전류를 제어하는 방식으로 회생 동작을 수행한다. 이때, 최대 전류 회생 전압 제어시, 모터(170) 또는 인버터(160)의 용량 등의 스펙에 대응하도록, 무효 성분 전류를 추가로 주입하여 최대 전류를 제어함으로써, 제동 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4a 및 도 4b에서, 회생 전압(401)은 약 850V 전압 레벨을 유지하는 것으로 전제하였다.

회생 전압(401)을 850V 전압으로 가정한 경우, 도 4a의 경우 제동 시간이 약 76초가 소요되고, 도 4b의 경우 약 66초의 제동 시간이 소요되었다. 다시 말해, 도 4b에 도시된 바와 같이 무효 성분 전류(402')를 추가 주입하여 회생 전압 제어를 수행한 경우, 제동 시간이 감소되어, 제동 성능이 향상되었다고 말할 수 있다.

한편, 도 4a는 부하가 중간 속도 구간에서 정지시, 무효 성분 전류(402)를 유지 또는 감소시키고 유효 성분 전류의 제어로 회생 전압 제어를 수행하는 경우 적용될 수 있다. 또는, 도 4b에 도시된 최대 전류 회생 전압 제어 후, 일정 시간이 경과한 후, 또는 일정 시간 경과 후 모터 속도가 일정 값/레벨로 감소한 경우 도 4a에 도시된 회생 전압 제어가 수행될 수도 있다.

한편, 본 발명에서는, 전술한 회생 전압 제어 중 제어 문제가 발생하더라도, 즉 회생 전압 제어에 실패하더라도 회생을 위한 절환을 계속 수행할 수 있다. 이하에서는, 회생 전압 제어 중 제어 문제가 발생한 경우, 회생 저항의 존재여부에 따른 절환 및 제어 동작을 구체적으로 기술하겠다.

이와 관련하여, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 장치의 제동 제어 방법, 즉 회생 전압 제어 중 제어 문제 발생을 포함한 제동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5에 도시된 각 단계는 다른 설명이 없다면, 모터 구동 장치의 제어부에 의해 수행되는 것을 전제한다.

도 5를 참조하면, 먼저 제동을 위한 개시명령이 발생하였는지를 판단한다(501). 예를 들어, 제어부(150, 도 1)는 탈수행정이 수행되는 중 (즉, 고속 운전 중) 세탁기의 도어가 오픈되는 것과 같이, 세탁기의 급정지가 요구되는 조건이 만족되면, 제동 운전 (또는, 발전 제동)을 위한 개시명령이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

제동을 위한 개시명령이 아니면, 모터 구동 장치를 속도 제어에 따라 구동한다(502). 반면, 제동을 위한 개시명령이 발생한 것으로 판단되면, DC-link 회생 전압 제어 제동을 수행한다(503).

구체적으로, 제동을 위한 개시명령이 수행되면, 제어부(150)는 모터(170)의 회전속도를 감지하고, 감지된 속도를 기준 속도 값과 비교하여, 기준 속도 이상이면, 인버터(160)의 하단 스위치(S4, S5, S6)를 풀 온시키고, 상단 스위치(S1, S2, S3)를 풀 오프시킬 수 있다.

이 후, 일정 시간이 경과하면 인버터(160)의 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 점진적으로 (예, 선형적으로) 증가시켜서 회생 전압 제어를 수행할 수 있다. 일부 실시 예에서는, 전술한 회생 전압 제어 전, 인버터(160)의 상단 스위치(S1, S2, S3)와 하단 스위치(S4, S5, S6)를 모두 풀 오프시키는 '여력 제동'을 수행한 후에, 하단 스위치(S4, S5, S6)를 풀 오프 상태에서 풀 온 상태로 전환시킴에 있어서, 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 점차적으로 증가시키는 '중간 제동'을 추가로 수행할 수 있다.

또한, 제어부(150)는 전술한 회생 전압 제어시, 제동 성능 향상을 위해, 최대 전류 회생 전압 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로, 최대 전류 회생 전압 제어를 위해, 유효 성분 전류에 무효 성분 전류를 추가 주입하여 회생 전압 제어를 수행하고, 일정 시간 경과 후 또는 모터 속도가 일정 레벨로 감소하면 무효 성분 전류를 감소시키고 유효 성분 전류로 회생 전압 제어를 수행한다.

이와 같이 회생 전압 제어 제동을 수행하는 동안, 제어부(150)는 제어 문제의 발생여부를 검출할 수 있다(504).

제어 문제 발생이 검출되면, 모터 구동 장치가 회생 저항을 포함하는지 여부에 따라 절환 방식을 선택적으로 수행할 수 있다(505).

구체적으로, 단계(505)에서 회생 저항이 있는지여부의 판단 결과, 회생 저항이 없는 것으로 검출되면, 모터 구동 장치의 제어부(또는, 프로세서/컨트롤러)는, PWM 가변 듀티 제어를 수행한다(506).

구체적으로, 제어부(150)는 예를 들어 3-레벨 인버터를 제어하는 인버터 제어 신호를 인버터(160)로 출력할 수 있다. 여기서, 인버터 제어 신호는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 제어 신호일 수 있다.

PWM 제어 신호는 인버터(160)에 포함된 스위치(S1 내지 S6)의 듀티비(Duty Ratio)를 조절하기 위한 제어 신호를 포함할 수 있다. 듀티비란 일반적으로 소정의 시간간격 중 스위치가 온(On) 상태인 시간의 비율인 온 듀티 래시오(On Duty Ratio)를 의미한다. 즉, 듀티비의 최대값은 100%이며, 듀티비의 최소값은 0%이다. 이때, 스위치의 듀티비가 최대값으로 설정되는 것을 스위치의 풀 온(Full On) 모드로 정의하며, 스위치의 듀티비가 최소값으로 설정되는 것을 스위치의 풀 오프(Full Off) 모드로 정의한다.

스위치(S1 내지 S6)는 제어부(150)에 의해 설정된 스위치의 듀티비 값에 따라, 스위치의 한 주기 동안 온 상태로 유지되는 시간과, 오프 상태로 유지되는 시간이 변경될 수 있다. 이때, 스위치(S1 내지 S6)의 한 주기 동안, 상기 스위치가 계속 온 상태로 유지되는 것을 스위치의 풀 온 상태로 정의한다. 또, 스위치(S1 내지 S6)의 한 주기 동안 상기 스위치가 계속 오프 상태로 유지되는 것을 스위치의 풀 오프 상태로 정의한다.

일부 실시 예에서, 제어부(150)는 전술한 회생 동작을 수행하는 동안 제동 제어 문제의 발생을 감지할 수 있다. 제어부(150)는 제동 제어 문제 발생이 감지된 것에 응답하여, DC 링크 커패시터의 전압이 일정하도록, 복수의 하단 스위치를 일정 시간 간격으로 동시에 온오프시키는 가변 듀티 제어를 수행할 수 있다.

단계(505)에서의 판단 따라 회생 저항이 있음으로 검출되면, 제어부(150)는 가변 듀티 제어와 함께 회생 저항 에너지 소모를 위한 동작, 즉 회생 저항에 의한 초퍼 동작을 추가로 수행한다(507).

초퍼(chopper) 동작은, 도 1에 도시된 제어부(150)에 의한 제어명령에 따라 회생 저항 및 초퍼 회로(140)를 통해 수행될 수 있다. 초퍼(chopper) 동작은 제동시 모터(170)에 의해 회생된 에너지를 회생 저항을 이용하여 열 에너지로 소모시킨다.

초퍼(chopper) 동작은, 초퍼 회로에 신호를 단속(예, 스위치를 온오프(on/off), 초핑, 게이팅 등)하여, 주기적인 펄스 열을 생성하게 한다.

초퍼(chopper) 동작에 따라, 회생 에너지가 회생 저항과 DC 링크 커패시터(130)로 분배되므로, DC 링크 커패시터(130)에 전달되는 회생 에너지로 인한 과전압을 미연에 방지할 수 있다.

초퍼(chopper) 동작은 일정 시간 간격으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 제어부(150, 도 1)는, 회생 저항을 이용하여 일정 시간 마다(예, 10초마다) 초퍼 동작(Chopping)을 수행하도록 제어함으로써, 회생 에너지의 일부가 회생 저항에 전달될 수 있도록 동작할 수 있다.

한 번의 초퍼 동작(Chopping)은, 예를 들어 약 10줄(J)의 열 에너지를 소모시킬 수 있다. 또한, 초퍼 동작(Chopping)은 예를 들어 옴 법칙에 의해 900V/Ahm= Limit3A의 전류를 열 에너지로 소모시킬 수 있다.

또, 일부 실시 예에서, 회생 저항에 의한 초퍼 동작의 개시 조건을 부과할 수 있다. 예를 들어, 제동시 모터(170)의 회전 속도, DC 링크 커패시터(130)에 흐르는 전류량 (예, 임계전류 이상의 과전류) 또는 전압크기에 기초하여, 회생 저항에 의한 초퍼 동작의 개시여부를 결정할 수 있다. 즉, DC 링크 커패시터(130)에만 회생 에너지가 전달되더라도 과전압 우려가 없다면, 초퍼 동작이 개시되지 않을 수 있다.

이때, 인버터와 DC 링크 커패시터 사이에 배치된 회생 저항은 소용량 저항일 수 있다. 다시 말해, 본 발명에 따른 모터 구동 장치가 적용된 어플라이언스의 스펙이 대용량인 경우라도 (예를 들어, 상업용 세탁기 등) 회생 제동을 위해 비용 및 사이즈를 증가시키는 대용량의 저항 및/또는 초퍼 회로를 구비할 필요가 없다.

계속해서, 제어부(150)는 모터 정지 신호 발생을 감지하여(508), 모터 정지 신호 검출시 제동을 종료한다(509). 그렇지 않으면, 제어 문제 발생을 검출하는 단계(504)로 회귀한다.

또한, 제어부(150)는 전술한 가변 듀티 제어 또는 상기 가변 듀티 제어 및 초퍼 동작을 상기 모터(170)의 정지시까지 유지시킬 수 있다.

이하, 도 6, 도 7, 도 8a, 및 도 8b는 도 5의 흐름도에 도시된 제동 제어 방법과 관련된 상황별 제동 제어 방법을 각각 설명하기 위한 파형 그래프들이다.

도 6을 참조하면, 회생 전압 제어에 따라, 모터(170)의 구동력이 인버터(160)의 회생 전압 제어에 따라 회생 에너지로 변환되어, DC 링크 커패시터(130)로 전달된다. 이때, 모터(170) (또는, 모터(170)에 연결된 부하)의 운동 에너지에 의한 모터 내부 순환(610)의 흐름이 인버터(160)에 도시되었다.

도시된 바와 같이, 모터(170)로부터 전달된 운동 에너지에 대응되는 전류(전력)는 인버터(160)의 상단 스위치의 스위칭 동작과 인버터(160)의 하단 스위치의 스위칭 동작을 통해 내부 순환하여 모터(170)로 전달되는 방식으로 모터 내부 순환(610)이 수행된다.

이때, 운동 에너지로부터 변환된 회생 에너지, 즉 DC 링크 회생 순환(620)은 DC 링크 커패시터(130) (선택적으로, 회생 저항 및 초퍼 회로(140))로 전달되는 방식으로 소모된다. 이때, DC 링크 커패시터(130)에 전달되는 열 에너지는 그래프(630)에 도시된 바와 같이 일정값(레벨)을 유지하도록 제어된다.

도 7은 모터 구동 장치가 회생 저항 (및 초퍼 회로)을 구비하지 않은 경우, 즉 가변 듀티 제어의 실시 결과를 나타낸 것이다.

제동 제어 중 제어 문제 발생 시, 제어부(150)는 일정 시간 PWM Off 후 가변 듀티 제어를 수행한다. 가변 듀티 제어는 인버터(160)의 하단 스위치 3개를 동시에 온/오프 제어하여 DC-Link 전압과 전류(701, 702)가 일정하도록 듀티를 가변하는 것이다. DC-Link 전압의 센싱만 가능하다면 제어기 없이 구동이 가능하기 때문에, 제어 문제가 발생한 상황에서도 안정적으로 제동 제어 및 모터 정지 검출을 수행할 수 있다.

한편, 도 8a 및 도 8b는 모터 구동 장치가 회생 저항 (및 초퍼 회로)을 구비한 경우 가변 듀티 제어와 함께 초퍼 동작을 수행한 결과를 나타낸 것이다.

인버터(160)는 소용량의 회생 저항과 연결되어 모터 구동 장치를 구성할 수 있다. 예를 들어, Capacitor-less 인버터의 경우 소용량의 회생 저항을 함께 구비할 수 있다. 이 경우, 회생 저항은 일반적으로 DC-Link로 회생되는 에너지가 커서 DC-Link 전압이 일정 값(레벨) 이상 상승할 때, 하드웨어 자체적으로 동작하도록 구성된다.

제동 중, 제어 문제 발생 시 구동하는 인버터(160)에 소용량의 회생(제동) 저항이 구성되어 있는 경우에는, 추가적인 회생 에너지 소모가 가능하다. 구체적으로, 제어부(150)에 의한 가변 듀티 제어를 통해 DC Link 전압을 유지하는 상황에서, 인버터(160)의 DC Link 초포 동작 레벨 이상으로 전압을 승압시키게 되면, 초퍼 회로가 구동하여 소용량의 회생 저항으로 열 에너지가 소모된다.

도 8b는 도 8a의 일부 구간(810)을 확대한 것이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 회생 저항 (및 초퍼 회로)이 구비된 경우, 약 10초 간격으로 초퍼 동작(801, 801')이 수행됨에 따라 20J 의 열 에너지를 발생시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 그에 따라, 제동 제어 문제 발생시에도 일정 값(레벨)의 전압(802, 802')을 유지함을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 모터의 고속 운전 중 제동 발생시, 과전류 발생에 따른 인버터 소손을 방지하고, 아울러 모터의 감자 및 소음 발생을 효과적으로 최소화할 수 있다. 또한, 모터의 고속 운전 중 제어 방생시, 무효 성분 전류를 추가 주입하여 회생 전압 제어를 수행함으로써, 제동 시간을 더욱 감소시킬 수 있다. 나아가, 회생 전압 제어를 수행하는 중 제어 문제가 발생한 것으로 감지되면, 인버터의 하단 스위치를 동시에 온오프하는 가변 듀티 제어를 수행하고, 회생 저항이 있으면 이러한 가변 듀티 제어와 함께 회생 저항을 통해 초퍼 동작(chopping)을 수행함으로써, 회생 에너지 소모를 보다 빠르고 안정적으로 수행할 수 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

직류 전원을 저장하는 DC 링크 커패시터;
복수의 상단 스위치 및 복수의 하단 스위치를 구비하고, 스위칭 동작에 의해, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 공급하는 인버터;
상기 복수의 하단 스위치에 연결되어 상기 인버터에 흐르는 전류를 감지하고, 제동 운전시 회생 전압 제어를 위한 임계전류에의 도달여부를 검출하는 션트 저항;
상기 인버터의 동작을 제어하고, 상기 제동 운전이 개시되면 회생 동작을 수행하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 회생 동작시, 상기 임계전류에의 도달에 응답하여 유효 성분 전류와 무효 성분 전류를 함께 제어하여 상기 모터에 연결된 드럼의 운동력을 회생 에너지로 전환하여 상기 DC 링크 커패시터에 전달하도록 상기 인버터 및 상기 모터를 제어하는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 임계전류에의 도달시에는 상기 무효 성분 전류를 추가 주입하여 발생한 회생 에너지를 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 제1 회생 동작을 수행하고,
상기 임계전류 미만에서는 상기 무효 성분 전류를 유지 또는 감소시켜서 발생한 회생 에너지를 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 제2 회생 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 모터에 연결된 부하는 드럼이고,
상기 제어부는,
상기 드럼의 고속 운전 중 정지가 발생한 것에 응답하여, 상기 발전 제동을 개시하여 상기 회생 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 회생 동작을 수행하는 동안 제어 문제가 발생한 것에 응답하여, 상기 DC 링크 커패시터의 전압이 일정하도록, 상기 복수의 하단 스위치를 일정 시간 간격으로 동시에 온오프시키는 가변 듀티 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제4항에 있어서,
일단이 상기 인버터에 연결되고 타단이 DC 링크 커패시터에 연결된 소용량의 회생 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 회생 동작을 수행하는 동안 제어문제가 발생한 것에 응답하여, 상기 가변 듀티 제어와 함께 상기 회생 저항에 의한 초퍼 동작을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제6항에 있어서,
상기 가변 듀티 제어 또는 상기 가변 듀티 제어 및 초퍼 동작은 상기 모터의 정지시까지 유지되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
직류 전원을 저장하는 DC 링크 커패시터, 복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하고 스위칭 동작에 의해 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 공급하는 인버터, 상기 복수의 하단 스위치에 연결되어 상기 인버터에 흐르는 전류를 감지하고, 제동 운전시 회생 전압 제어를 위한 임계전류에의 도달여부를 검출하는 션트 저항, 및 제어부를 포함하는 모터 구동 장치의 제동 제어 방법으로서,
상기 모터를 정지시키기 위한 발전 제동을 개시하는 제어명령을 발생시키는 단계;
상기 션트 저항을 통해 상기 인버터에 흐르는 전류가 임계전류에 도달한 것을 감지하는 단계; 및
상기 임계전류에의 도달에 대응하여, 유효 성분 전류와 무효 성분 전류를 함께 제어하여 상기 모터에 연결된 부하의 운동력을 회생 에너지로 전환하여, 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 회생 동작을 수행하는 단계를 포함하는 모터 구동 장치의 제동 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 회생 동작을 수행하는 단계는,
상기 임계전류에의 도달시에는 상기 무효 성분 전류를 추가 주입하여 발생한 회생 에너지를 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 제1 회생 동작을 수행하고,
상기 임계전류 미만에서는 상기 무효 성분 전류를 유지 또는 감소시켜서 발생한 회생 에너지를 상기 DC 링크 커패시터에 전달하는 제2 회생 동작을 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 제동 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 발전 제동을 개시하는 단계는,
모터에 연결된 부하가 고속 운전 중 정지가 발생한 것에 응답하여 실행되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 제동 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 회생 동작을 수행하는 동안 제어 문제의 발생을 감지하는 단계; 및
상기 DC 링크 커패시터의 전압이 일정하도록, 상기 복수의 하단 스위치를 일정 시간 간격으로 동시에 온오프시키는 가변 듀티 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는 모터 구동 장치의 제동 제어 방법.
제11항에 있어서,
상기 가변 듀티 제어를 수행하는 동안, 일단이 상기 인버터에 연결되고 타단이 DC 링크 커패시터에 연결된 소용량의 회생 저항에 의한 초퍼 동작을 추가로 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 제동 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 가변 듀티 제어 및 초퍼 동작을 상기 모터의 정지시까지 계속 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 제동 제어 방법.