KR830000267B1 - Low cost variable speed constant torque induction motor drive circuit - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 전동기 구동회로의 기능 블록 다이어그램.1 is a functional block diagram of a motor driving circuit according to an embodiment of the present invention.
제2도는 전동기 고정자 극에 관련된 공극 코일의 도면.2 is a diagram of a void coil associated with a motor stator pole.
제3도는 유도 전동기의 일반적인 등가회로도.3 is a general equivalent circuit diagram of an induction motor.
제4도는 우선적인 실시예에서 전동기 구동회로의 전력단의 회로도.4 is a circuit diagram of a power stage of a motor drive circuit in a preferred embodiment.
제5도는 전동기 구동회로의 일부인 전동기의 위상에 대한 인버터 정전 스위치의 통전 주기의 관계곡선.5 is a relationship curve of an energization period of an inverter electrostatic switch with respect to a phase of an electric motor which is a part of an electric motor driving circuit.
제6도는 우선적인 실시예에서 전동기 구동회로의 제어 회로를 나타내는 블록 다이어그램.6 is a block diagram showing a control circuit of the motor drive circuit in the preferred embodiment.
제7도는 제5도의 전동기 구동에서 1조의 조절기 정전 스위치에 가해진 변조 기법을 예시한 도면.FIG. 7 illustrates the modulation technique applied to a set of regulator electrostatic switches in the motor drive of FIG.
제8a, 8b도는 우선적인 실시예에서 사용한 2조의 트랜지스터의 베이스 구동을 위한 실제회로도.8A and 8B are actual circuit diagrams for the base driving of two sets of transistors used in the preferred embodiment.
제9도는 제1도 및 제7도의 블록 다이어 그램을 위해 우선적인 실시예에서 사용한 회로도.9 is a circuit diagram used in the preferred embodiment for the block diagrams of FIGS.
제10도는 1조의 정전 스위치를 제거하기 위해 사용할 수 있는 반파 전력단의 회로도.10 is a circuit diagram of a half-wave power stage that may be used to remove a set of electrostatic switches.
본 발명은 일반적으로 교류 정전형의 전동기 구동에 관한 것이며, 특히 이 형의 정격이 작은 전동기의 구동에 대한 개선되고 가격이 저렵한 설계에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to the drive of alternating current electrostatic motors, and more particularly to an improved and less expensive design for the drive of motors of low ratings of this type.
정전 교규 전동기는 보통 인버터(inverter)와 결합된 직규전원에서 전력을 받는다. 종래의 기술은 전류 공급을, 예를들어 전동기의 토오크와 인버터의 주파수, 즉 예를 들어 전동기의 속도를 제어하기 위해서 인버터의 정전 스위치를 조절하기 위한 기법이었다. 특히, 시동방식에서 전동기의 자속을 적당하게 하고, 동시에 인버터에 과부하를 주는 시동전류의 유입을 막는 특수한 인버터 회로가 설계되어 왔다.Electrostatic bridge motors are usually powered from a series power source coupled with an inverter. The prior art has been a technique for regulating an electrostatic switch of an inverter to control the current supply, for example the torque of the motor and the frequency of the inverter, ie the speed of the motor. In particular, a special inverter circuit has been designed that makes the magnetic flux of the motor suitable in the starting method and at the same time prevents the inflow of the starting current which overloads the inverter.
일반적으로, 가변 주파수, 반도체를 이용한 인버터로 여자될 때 시동하는 동안 유도 전동기에 유입 전류를 공급하는 것이 경제적으로 용이 하지 못하다. 인버터의 출력전류가 인버터의 출력 전류를 적당히 저절하여 유니트 당 약 1로 제한되고 전동기가 정격 탈출 슬립(Slip) 보다 더 큰 슬립에서 작동되면, 전동기에 의해 발생하는 토오크는 낮아지고 전동기를 바람직한 속도로 가속시키는데 불충분하다.In general, it is not economically easy to supply inrush current to an induction motor during start-up when excited with an inverter using a variable frequency, semiconductor. If the output current of the inverter is limited to about 1 per unit by properly controlling the output current of the inverter and the motor is operated at a slip larger than the rated escape slip, the torque generated by the motor is lowered and the motor at the desired speed. Insufficient to accelerate.
이러한 상태는 시동할 때 뿐만 아니라 전동기가 순간적으로 과부화될 때 때때로 일어날 수 있다. 이것을 막기 위해, 보통 회전속도계로 전동기의속도를 측정하고, 전동기의 슬립을 계산하며, 여기 주파수를 조정하여 탈출 슬립이하로 슬립을 제한 하였다. 회전속도계의 가격 때문에, 이 해결방법은 저가의 구동에 적합하지 않다.This condition can sometimes occur not only when starting but also when the motor is momentarily overloaded. To prevent this, the speed is usually measured with a tachometer, the slip of the motor is calculated, and the excitation frequency is adjusted to limit the slip below the escape slip. Because of the price of the tachometer, this solution is not suitable for low cost drive.
본 발명의 목적은 종래의 기술적인 배열의 불리한 점이 없는 저가의 변속 정토오크 유도 전동기의 구동을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a low cost variable speed constant torque induction motor drive without the disadvantages of conventional technical arrangements.
본 발명에서 직류 전원으로 동작되는 정전 조절 인버터 회로에 의해 전류가 공급되는 유도 전동기에 대해서 설명한다. 인버터와 결합된 직류 전원의 1극에 관계하여 전류 궤한 루우프에 의해 전도가 조절되는 복수의 정전 조절 스위치 사이에 전류가 분배된다. 전동기의 자속을 표시하는 신호를 유도하기 위한 수단과 유도 전동기에 바람직한 전류 공급을 안정화하기 위해 유도된 자속을 나타내는 신호에 관련하여 스위치를 제어하기 위한 수단이 제공되었다. 특히, 전압을 측정하여 공극 자속을 감응하기 위해 전동기 고정자의 치차에 코일을 놓고, 실제적으로 일정한 공극 자속을 유지하기 위해서 인버터 전류를 조정하기 위한 제어 루우프가 제공된다. 인버터가 어는 주어진 시간에 전동기에 정격 전류만 공급하는 방식으로 전등기의 구동을 제어한다. 인버터는 감응된 공급 전압에 관계하여 공급 전류를 유지하고, 전등기의 자속이 너무 작아질 때 인버터의 주파수는 자동적으로 줄어든다.In the present invention, an induction motor that is supplied with current by an electrostatic regulating inverter circuit operated by a direct current power source will be described. Current is distributed between a plurality of electrostatic control switches whose conduction is controlled by a current-locked loop relative to one pole of the DC power source coupled to the inverter. Means are provided for inducing a signal indicative of the magnetic flux of the motor and for controlling the switch in relation to the signal indicative of the induced magnetic flux to stabilize the desired current supply to the induction motor. In particular, a control loop is provided for placing a coil in the gear of the motor stator to measure the voltage to respond to the air gap magnetic flux and to adjust the inverter current to maintain a substantially constant air gap magnetic flux. The inverter controls the driving of the lamp by supplying only the rated current to the motor at any given time. The inverter maintains the supply current in relation to the sensed supply voltage, and the frequency of the inverter is automatically reduced when the magnetic flux of the lamp becomes too small.
정상적으로, 본 발명을 사용하는 전동기의 구동에서, 인버터의 전류오 주파수는 결합된 유도 전동기의 공극 전압의 작용으로 조절되고, 그 선택은 전동기의 감응된 자속의 수준과 관계하여 이루어진다. 제어회로가 일정한 공극 자속을 유지하게 인버터 주파수와 전류를 대략 조정하므로, 전동기의 정격 전류만 공급하는 인버터는 어느 속도점에서 전동기를 시동할 수 있고 넓은 속도 범위에 걸쳐 일정한 코오크를 제공할 수 있다.회전속도계가 필요하지 않게 된다. 앞으로의 설명에서 밝혀지지만, 본 발명의 설계에 의한 제어회로와 전동기 구동의 인버터 절력단은 아주 간단하고 가격이 저렴하다.Normally, in the driving of an electric motor using the present invention, the current error frequency of the inverter is adjusted by the action of the pore voltage of the coupled induction motor, the selection being made in relation to the level of the magnetic flux of the electric motor. Since the control circuit roughly adjusts the inverter frequency and current to maintain a constant void flux, an inverter that supplies only the rated current of the motor can start the motor at any speed point and provide constant coke over a wide speed range. No tachometer required As will be found in the following description, the inverter circuit stage of the control circuit and the motor drive according to the design of the present invention is very simple and inexpensive.
본 발명의 1차적인특징은 전동기의 전류가 조절되는 방법이다. 자속 루우프로 결정되 듯이, 전류 요구는 마스터 디스트리뷰터(master distributor)에 의해 3상의 각 인버터로 정해진다.The primary feature of the present invention is a method in which the current of the motor is controlled. As determined by the flux loop, the current demand is set by the master distributor to each of the three phase inverters.
각 상은 요구 전류의 허용 오차 한계내에서 그 전류를 유지하기 위해 번갈아 비동기적으로 조절된다. 이와 같이 인버터는 본 질적으로 과전류에서 보호되고 전동기는 항시 바람직한 전압 대주파수(일정한 V/F) 관계를 유지한다. 저속에서 전동기 전류는 각 단계 사이에 일정하게 분배되고, 복잡하고 값비싼 펄스폭 변조 설계를 필요로 하지 않고 유연한 작동을 하게 한다.Each phase is alternately asynchronously adjusted to maintain that current within the tolerance limits of the required current. In this way, the inverter is inherently protected from overcurrent and the motor always maintains the desired voltage versus frequency (constant V / F) relationship. At low speeds, the motor current is distributed evenly between stages, allowing flexible operation without the need for complex and expensive pulse width modulation designs.
제1도는 직류 전원(Epc)에서 전력을 변화하는 3상 인버터에서 교류 전류를 공급 받는 유도 전동기를 나타내주고 있다. 3개의 정전스위치 Q1, Q2, Q3,은 양극과 결합되고 Q4, Q5, Q6은 반대극성과 결합되며, 정상적으로 전동기의 전류만 공급되어서, 전동기를 시동하고 넓은 소도 범위에 걸쳐 일정한 토오크를 유지하게 하는 식으로 조절된다.FIG. 1 shows an induction motor receiving an alternating current from a three-phase inverter that changes its power in a direct current power source (Epc). The three electrostatic switches Q 1 , Q 2 , Q 3 , are combined with the positive pole and Q 4 , Q 5 , Q 6 are combined with the opposite pole, and only the current of the motor is supplied normally, so that the motor can be started and Adjusted to maintain a constant torque.
본 발명에 의한 인버터의 제어와 관련된 유도 전동기 M의 동작은 제1도의 블록 다이어그램을 참고 하므로서 잘 이해 할 수 있다. (고정자의 치차와 관련하여 제2도에 보인) 코일 1은 1극의 너비에 걸쳐루우프를 형성하는 식으로 고정자 위에 설치된다. 제2도에 보였듯이, 4극 기계장치의 36 슬로트(Slot)에 대해 코일 1은 9개의 슬로트에 걸친다.The operation of the induction motor M related to the control of the inverter according to the present invention can be well understood by referring to the block diagram of FIG. Coil 1 (shown in FIG. 2 in relation to the gear of the stator) is mounted on the stator in such a way that it forms a loop over the width of one pole. As shown in Figure 2, for 36 slots of a four-pole mechanism, coil 1 spans nine slots.
코일 1에 감응된 공극 전압은 선로 2를 통해적분회로 3에 인가 되고, 자속을 표시하는 적분된 신호는 회로 5로 정류되어서 전동기 자속을 나타내는 단일 방향의 신호는 선로 6에 발생한다. 선로 6의 자속 신호는 합성점 8에 의해 선로 7상에 실린 자속 기준신호 *와 비교된다. 선로 9상의 출력오차 *는 회로 10에서 증폭되어서, 선로 11상에서 전류 기준 신호 Ⅰ*를 도출한다. 인버터에서, 전류센서(sensor), 즉 중앙탭이 있는 저항체 31은 직류 전원의 양극과 거기에 결합된 트랜지스터 Q1, Q2, Q3의 어느 콜랙터 사이에 제공된다.The air gap voltage sensed by the
전류 표시 신호는 저항체 31에서 선로 30을 통해 도출하고, 선로 11의 신호 Ⅰ*와 함께, 제2입력으로서 비교기 32에 인가된다. 선로 33 상에 나온 오차 신호 △Ⅰ는 제어기로서, 디스트리뷰우터(distributor)17에 의해 규정되는 시이퀀스(sequence)에 따라서, 선로 25에 의해 트랜지스터 Q1-Q6의 베이스를 구동하는 인버터 조절 회로에 인가된다. 여러 트랜지스터 사이의 전도 상태 분배 주파수는 선로 16상의 클록 신호로 디스트리뷰터를 조절하는 전압 조절 발진기 15에 의해정 해지고, 이것은 바람직한 전등기 속도를 나타내는 설정치(선로 12)에 따라 결정된다.이렇게 해서, 궤환, 즉 저항에 R, 비교기 32, 인버터 조절 회로 18 사이로 정해지는 값으로 자동적으로 유지하게 스위치으 전도는 조절되어서, 정격치를 유지한다. 이 제어의 특이한 점은, 디스트리뷰터 17이 각 스위치에 대해 120°전도를 유지하는 반면, 전류 전원의 각 극성에 이어져 있는 2개의 분리된 조 Q1, Q2, Q3와 Q4, Q5, Q6로서 스위치를 다룬다는 데에 있다.The current indicating signal is derived from the
전류제어는 여기서 1개의 조, 즉(Q4, Q5, Q6)에 대해 행해지는 반면, 궤환전류는 다른 조의 공급선, 즉 양극과 조(Q1, Q2, Q3)에서 유도한다.Current control is performed here for one pair, i.e., Q4, Q5, Q6, while the feedback current is induced in the other pair of supply lines, i.e. anode and pair Q1, Q2, Q3.
이 결과로 전류에 대한 조절 효과와 전류 감응 작용이 별개로 된다. 이점은 본 발명을 사용하는 전동기 구동의 분명한 1특징이고, 앞으로 이 점이 어떻게 행해지는지에 대해 설명한다. 본 발명의 제2특 징은 전동기 구동에서, 시동하고 과부하가 걸릴 때 탈출에서 보호된다는 데에 있다. 제1도를 참고하면, 선로 6의신호 Ø는 선로 37 상에서 받은 기준 신호 Ømin과 함께 합성점 35에 의해 비교된다.As a result, the regulation effect on the current and the current response are distinct. This is an obvious feature of the motor drive using the present invention, and explains how this is done in the future. The second aspect of the invention is that in motor operation, it is protected from escape when starting and overloading. Referring to FIG. 1, the signal Ø of line 6 is compared by the
신호Ømin은 공극에서 유지되어야 하는 최소 자속 수준을 나타낸다. 출력에서 오차는 적분회로 38에 인가되고 선로 39상의 직류 신호는 Ømin이 회로 5에서 선로 6에 도달하지 않는 한 제로인 선로 41 상의 신호를 발생하는 임계 파형발생 소자 40을 통과한다. 임계치에 도달하자마자, 회로 40은 Ømin하의 과잉에 비례하는 신호를 형성한다. 설로 41의 신호는 합성점 13에서 기준 주파수 신호와 비교되고 전압 조절 발진기 15에 인가된 선로 14상의 오차는 속도를 위해 선로 12에서 정해진 설정치의 변화에 의해 디스트리뷰터 17에9서 비례적인 주파수 감소를 일으킨다.The signal Ømin represents the minimum magnetic flux level that must be maintained in the air gap. At the output, an error is applied to the
전술한 것에서, 공극의 코일 1에서 신호는 2가지 목적을 위해 사용된다고 생각할 수 있다.In the foregoing, it can be considered that the signal in
a. 자속 신호 Ø는 기준 신호 Ø*에 비교된다. 결과로서 생기는 오차 신호는 증폭되고 인버터 전류 요구Ⅰ*를 제공한다. 자속요구가 충족될 때, 최소전류만 요구되지만, 자속이 저조할 때, 비례하여 보다 높은 전류가 요구된다. 이 전류는 인버터의 출력이 보다 높은 전압이 되게하여, 결과적으로 보다 높은 공극 자속을 일으키고, 이렇게 해서 폐쇠루우프 시스템을 형성한다. 전류 요구 Ⅰ*는 인버터를 보호하기 위해서 정격 전류보다 약간 더 높은 전류를 제공하게 클램프(clamp)된다.a. The magnetic flux signal Ø is compared to the reference signal Ø * . The resulting error signal is amplified and provides the inverter current requirement I * . When the magnetic flux demand is satisfied, only a minimum current is required, but when the magnetic flux is low, a proportionally higher current is required. This current causes the output of the inverter to be at a higher voltage, resulting in higher void flux, thus forming a closed loop system. The current demand I * is clamped to provide a slightly higher current than the rated current to protect the inverter.
b.작용 a)가 요구된 자속을유지할 수 없는 경우에, Ø는 최소수준 Ømin이하로 떨어진다. 자속 Ø는기준과 같은 최소자속수준 Ømin에 비교된다. Ø가 Ømin이 하일 때, 오차 신호는 적분되고 전압 조절 발진기에 대한 입력을 낮추므로서 인버터의 주파수를 낮추는 데 사용된다. 인버터 주파수가 낮아지므로, 공극 자속(공극전압의 적분)은 증가된다.b. If action a) cannot sustain the required flux, Ø falls below the minimum level Ømin. The magnetic flux Ø is compared to the minimum flux level Ømin as the standard. When Ø is below Ømin, the error signal is integrated and used to lower the frequency of the inverter by lowering the input to the voltage regulated oscillator. Since the inverter frequency is lowered, the air gap magnetic flux (integration of air gap voltage) is increased.
작용 a) 및 b)는 동작은 전류원 입력이 있는 (부하를 거는 r2/X와 함께 저항체 r1, 인덕턴스 X1과 X2와 XØ로 특징 지워지는)유도 전동기의 등가회로를 나타내는 제3도를 고찰하므로써 이해 할 수 있다. 무부하시에, 슬립 S는 거의 제로이고 저항 r2/S는 아주크다. 거의 모든 전동기의 단자 전압이 공극에 걸쳐서 나타난다. 그러나, 기계장치에 부하가 걸리므로써, 공극 전압과 공극 자속을 감소 시키면서 S는 증가하고 r2/S는 감소한다. 이 때 전동기 전류와 그 후에 단자전압은 요구된 자속을 유지하기 위해 앞서 언급한 제어루우프에 의해 올려진다.Actions a) and b) are diagrams illustrating the equivalent circuit of an induction motor with a current source input (characterized by resistors r 1 , inductances X 1 and X 2 and XØ with load r 2 / X). It can be understood by considering. At no load, the slip S is nearly zero and the resistance r 2 / S is quite large. Nearly all motor terminal voltages appear across the air gap. However, due to the load on the machine, S increases and r 2 / S decreases while reducing the pore voltage and the pore flux. The motor current and then the terminal voltage are then raised by the aforementioned control loop to maintain the required magnetic flux.
그러나, 전동기를 시동하는 동안에, 슬립이 대단히 크고공극 자숙이거의 없기 때문에 인버터의 최대 전류는 전동기가 많은 토오크를 공급하지 않게한다. 작용 b)는 이 조건을 감응하고, 인버터 주파수를 낮추어서 슬립은 알맞게 되고 자속은 유지된다.However, while starting the motor, the maximum current of the inverter prevents the motor from supplying much torque because the slip is very large and there is little air gap. Action b) responds to this condition and lowers the inverter frequency so that the slip is adequate and the magnetic flux is maintained.
정상동작 동안에, 인버터 주파수 F는 요구된 주파수F*와 동일하고 전류 Ⅰ*는 부하에 알맞게 조정된다. 전동기 속도는 비교적 작은 슬립을 제외하고, F와 일치한다. 시동하는 동안에나 구동의 정격 토오크가 초과할 때, 인버터 주파수와 전동기 속도는 최소 요구 자속을 유지하게 낮추어진다.During normal operation, the inverter frequency F is equal to the required frequency F * and the current I * is adjusted to suit the load. The motor speed matches F, except for a relatively small slip. During startup or when the rated torque of the drive is exceeded, the inverter frequency and motor speed are lowered to maintain the minimum required flux.
결과적으로, 전동기는 어느 속도점에서 시동될 수 있고 과부하 제거된 후에 기계적인 과부하에서 회복 할 수 있는 반면 전동기 전류를 공칭값으로 제한한다.As a result, the motor can be started at any speed point and recover from mechanical overload after the overload is removed, while limiting the motor current to the nominal value.
제4도에 전력단이 나타나 있다. 이 회로는 전류 조절방식에서 사용된 전파, 3상 브라지로 구성된다. 명확하게 하기 위해 유도 전동기는 Y형태이고, 그래서 각 스위치는전원의 1극과 권선 및 1상의 한 선단 사이에 연결되었다고 생각할 수 있다.The power stage is shown in FIG. This circuit consists of a full-wave, three-phase braid used in current regulation. For clarity, the induction motor is in the form of a Y, so each switch can be thought of as being connected between one pole of the power source and the winding and one end of one phase.
그러나, 본 발명이 또한 델터 형태에 직접 응용할 수 있다는 것이 분명하다. 디스트리뷰티 17에 의한 각 스위치 Q1-Q6는, 제5도의 곡선(d-i)상에 나타내었듯이,기본 주파수의 120°동안에 전도된다.However, it is clear that the present invention can also be applied directly to the delta form. Each switch Q 1 -Q 6 by distribution 17 is conducted during 120 ° of the fundamental frequency, as shown on the curve di in FIG.
그러나, 아래쪽의 각 스위치는, 31에 의해 감응되는 인버터의 총전류를 요구된 수준 Ⅰ*로 유지하기 위해 허용 120°기간 동안에 조절된다.However, each switch below is regulated for an allowable 120 ° period in order to maintain the total current of the inverter which is sensitive by 31 at the required level I * .
전류 루우프는 최적반응이나 "bang-bang"모우드로 동작하여서 스위치는 Ⅰ가 Ⅰ*-2△Ⅰ이하일때 턴-온(turn-on)되고 Ⅰ가Ⅰ*+2△Ⅰ 이상일 때 턴 오프(turn-off) 한다(여기서 △Ⅰ는 허용 오차대).결과적으로, 모든 스위치는 순간적으로 과전류에서 보호된다.The current loop operates in the optimum response or "bang-bang" mode so that the switch is turned on when I is less than I * -2 △ I and turns off when I is above I * + 2 △ I. As a result, all switches are momentarily protected from overcurrent.
제6도를 참고하면, 본 발명에 의한 전동기 구동의 우선적인 실시예가, 전류가 루우프에서 어떻게 조절되는 가를 제1도에 걸쳐 설명한 트랜지스터 Q4의 베이스에 이어진 논리 게이트 22 주위에 상세하게 나타나 있다.Referring to FIG. 6, a preferred embodiment of the motor drive according to the present invention is shown in detail around the
제6도상에 트랜지스터 Q4에 대해 보인 것과 같이, 아래쪽의 3트랜지스터 Q4, Q5, Q6는 인버터 전류를 조절하게 조정되는데 반하여, 트랜지스터 Q1, Q2, Q3는 그렇지 않고, 저항체 31은 직류 전원의 양극과 연결하여 배치한다. 이렇게 해서, 전류 감응 저항체는 트랜지스터 전류만 감응하게 위치한다.As shown for transistor Q 4 on FIG. 6, the lower three transistors Q 4 , Q 5 , Q 6 are adjusted to regulate the inverter current, whereas transistors Q 1 , Q 2 , Q 3 are not, and
디스트리뷰터 17은 20과 같은 선로에 의해 Q1, Q2, Q3(보통 양극과 연결된 스위치)를 제어하고 NAND게이트 22를 통하는 21과 24와 같은 선로를 경유해서 Q4, Q5, Q6(보통 음극과 연결된 스위치)를 제어한다.Distributor 17 controls Q 1 , Q 2 , and Q 3 (usually a switch connected to the positive pole) by a line such as 20, and passes Q 4 , Q 5 , Q 6 (via
NAND게이트가 서로 21상의 디스트리뷰터 신호를 방해하지 않는다고 가정하면, 모든 스위치는 제5도의 곡선 (d)-(i)로 나타낸 것처처럼 120°동안에 완전히 전도한다. 제5도에 의거하여, 전동기의 권선이 여전히 Y형태라고 하면, 스위치(사실상 트랜진스터)는 직류 전원의 상이한 2극에 연결된 각 스위치 쌍과 함께 각 권선에 관련된 쌍으로 나타난다.Assuming that the NAND gates do not interfere with each other's 21 distributor signals, all switches conduct fully during 120 ° as shown by curves (d)-(i) in FIG. According to FIG. 5, if the winding of the motor is still Y-shaped, the switch (virtually a transistor) appears as a pair associated with each winding, with each pair of switches connected to two different poles of a DC power source.
또한 스위치는 각각의 극에 관련된 분리된 조 Q1, Q2, Q3, 및Q4, Q5, Q6에 속한다. 각 스위치는 120°, 즉 360/3 동안 전도하고, 60°의 배수(제3도에 의해서는 -60°)마다 2조가 전위한다.The switches also belong to separate sets Q 1 , Q 2 , Q 3 , and Q 4 , Q 5 , Q 6 associated with each pole. Each switch conducts for 120 °, ie 360/3, and displaces two sets every 60 ° multiples (−60 ° by FIG. 3).
디스트리뷰터 17은Q1, Q6,Q2, Q4, Q3, Q5등......의 스위치 순으로 한 조 혹은 다른 조 쪽으로 서로 번갈아서 60°에 게이트 신호를 분배한다. 결과적으로 권선 A,B,C의전류는 제5도에 보인 곡선(a),(b),(c)에 의해 ⅠA, ⅠB, ⅠC로 측정할 수 있다. 이러한 배열로, 전류는 한 극에서 연관된 조의 스위치로 연속적으로 흐른다고 하는 것이 분명하다. 결과적으로,한편으로 1조의 스위치와 연관된 극 사이에 흐르는 전류를 감응하고, 다른 한편으로 이런 감응 전류의 작용으로서 제어하기 위한 다른 조의 스위치로 흐르는 전류를 조절하는 것이 가능하다.Distributor 17 distributes the gate signal at 60 ° alternately to one or the other in the order of the switches Q 1 , Q 6, Q 2 , Q 4 , Q 3 , Q 5, and so on. As a result, the currents of windings A, B and C can be measured by I A , I B and I C by the curves (a), (b) and (c) shown in FIG. With this arrangement, it is clear that the current flows continuously from one pole to the associated pair of switches. As a result, it is possible, on the one hand, to sense the current flowing between the poles associated with a set of switches, and on the other hand to regulate the current flowing to the other set of switches for controlling as a function of this sensitive current.
이 목적을 위해, 저항체 31이 공통 지선내에서 양극에서 각 스위치 Q1, Q2, Q3로 연결되어 있다.For this purpose,
다른 조와 함께 22와 같은 3개의 NAND게이트가 디스트리뷰터(21과 같은 선로) 17 및 음극과 결합된 트랜지스터 Q4, Q5, Q6의 각 베이스 사이에 삽입되어 있다.Three other NAND gates, such as 22, are inserted between each base of the transistors Q 4 , Q 5 and Q 6 coupled with the distributor 17 and the cathode, along with the other pairs.
합성점 323에서 유도된 오차 △Ⅰ는 선로 33을 통해 위쪽 및 아래쪽 한계(±di)사이의 데드밴드(dead band)를 정하는 히스테리시스(hystresis)에 인간된다. 데드밴드가 사이에 일어날 때 선로 24를 통한 NAND게이트 22의 제2입력은 제7도에 보였듯이 트랜지스터 Q4의 전도를 조절한다.The error [Delta] I derived at synthesis point 323 is humanized in hysteresis, which defines a dead band between the upper and lower limits (± di) via
동일한 조절 전류는(제6도에 나타나 있지 않은) 트랜지스터 Q5및 Q6와 함께 각 NAND게이트 때문에 일어난다. 그러므로, 제5도에 조절 스위치 Q4, Q5, Q6에 관련한 120°의 전도기간은 비조절 스위치 Q1, Q2, Q3의 연속 전도 기간(곡선 d,e,f)과 대조적으로 불연속(곡선 g,h,i)인 것으로 나타나 있다.The same regulated current occurs with each NAND gate with transistors Q 5 and Q 6 (not shown in FIG. 6). Therefore, the conduction period of 120 ° with respect to control switches Q 4 , Q 5 , Q 6 in FIG. 5 is in contrast to the continuous conduction periods (curves d, e, f) of unregulated switches Q 1 , Q 2 , Q 3 . It is shown to be discontinuous (curves g, h, i).
제어하는데 최적 반응을 위한 뱅뱅(bang-bang) 기술은 일반적으로 이미 알려져 있다.Bang-bang techniques for optimal response to control are generally known.
이 점에 대해서 에이 ·케르닉 에트얼씨의 미합중국 특허 제3,636,430호에 언급되어 있다.This is mentioned in US Patent No. 3,636,430 to A. Kernick et al.
정류 다이오드 D1-D6가 각각의 스위치 Q1-Q6와 결합되어 있으므로 권선에 누적된 에너지는 조로서 연속적으로 전도하는 비조절 트랜지스터 Q1, Q2, Q3을 통해순환하기 쉬운 가능성이 있다.Since rectifying diodes D 1 -D 6 are combined with the respective switches Q 1- Q 6 , the energy accumulated in the windings is likely to circulate through the unregulated transistors Q 1 , Q 2 and Q 3 that conduct continuously as a pair . have.
이런 바람직하지 못한 전류는 아래쪽의 조절된 트랜지스터 Q4, Q5, Q6만 턴 오프 하므로서 조절되지 못하므로, Ⅰ가 (사실상 Ⅰ+dⅠ보다 더 큰) 최대 수준 Ⅰmax보다 클때마다, 예를 들어 스위치 Q4, Q5, Q6에 의한 전류 제어 루우프에 전동기 전류가 걸리지 않고 받아들일 수 없는 최대 Ⅰmax에 도달하는 모든 스위치를 턴 오프하기 위한 준비가 되어 있다.This undesirable current cannot be regulated by turning off only the regulated transistors Q 4 , Q 5 , Q 6 below, so that whenever I is greater than the maximum level I max (which is actually greater than I + d I), for example a switch The current control loops by Q 4 , Q 5 and Q 6 are ready to turn off all switches that do not take motor current and reach an unacceptable maximum Imax.
제8a도는 제어게이트를 양의 스위치 Q1, Q2, Q3에 가하기 위한 전형적인 베이스 구동 회로군을 나타낸다. 이렇게 해서 이러한 세개의 동일한 회로가 선로 25로 Q1, Q2, Q3에 결합된 인버터 제어 회로 18에 제공되어 있다. 분리 트랜스포오머가 전파 정류기브리지 회로 50에 의해 정류되는 교류 전력이 실려 있는 선로 51, 22 상에 제공된다. 커페시터 53이 충전하고 유도된 직류 전압에 의해 제2트랜지스터 TR2와 캐소우드 폴로워(cathode follower)로서 설치되는 제1 트랜지스터 TR1의 베이스에 표준 전위가 정해지고, B점와 E점 사이의 출력단에 예를들어 Q1의 게이트에 대한 블로킹(blocking) 수준이 유도되고 스위치에 인가된다. 분리 결합을 얻기 위해서, 광학자 연결자(MCT 26)는 리액터(reactor) R과 커패시터 53과 병렬인 공통 모우드 리이드 선 G 사이에 단락회로가 구성되게 한다. 결과적으로 제너(Zener) 다이오드Z1은 더이상 트랜지스터 Q1의 베이스를 차단하지 않고, 제5도를 참고하여 설명하였듯이 트랜지스터 Q1을 120°동안 전도 시켰던 통전이 계속해서 일어난다.8A shows a typical group of base drive circuits for applying control gates to positive switches Q 1 , Q 2 and Q 3 . Thus, these three identical circuits are provided in
제8b도를 인용하면, "제어된"트랜지스터 Q4, Q5, Q6에 대한 베이스 구동회로군이 표시되어 있다. 앞서 제8a도와 관련하여 인용되었던 분리 트랜스포오머에서, 이 회로군의 트랜지스터 소자에 필요한 전압을 공급하기 위해서 교류 전압을 유도하고 정류한다. Q4, Q5, Q6는 각기 세쌍의 트랜지스터(TR3, TR3), (TR4, TR4), (TR5, TR5)에 의해 조절된다. 이것은, 특정한 스위치 Q4에 대한 NAND게이트 22에 의한 제6도에 예시된 것과 같은 게이트 신호에 반응하는 스위치로 동작한다.If the cited Figure 8b, the base drive circuit rogun for "control" the transistors Q 4, Q 5, Q 6 is shown. In the isolation transformers previously cited in connection with FIG. 8A, an alternating voltage is induced and rectified in order to supply the necessary voltage to the transistor elements of this circuit group. Q 4 , Q 5 and Q 6 are controlled by three pairs of transistors (TR 3 , TR 3 ), (TR 4 , TR 4 ) and (TR 5 , TR 5 ), respectively. This acts as a switch responsive to the gate signal as illustrated in FIG. 6 by
제9도를 인용하면, 전류제어 루우프와 최소 자속 속도 수정루우프에 대한 우선적인 실시예에 사용한 회로군이 표시되어 있다.Referring to FIG. 9, the group of circuits used in the preferred embodiment for the current control loop and the minimum flux velocity correction loop is shown.
코일 1은 적분회로로서 설치된 증폭기 1-OA의 입력에 연결되어 있고, 이 회로의 출력은 다이오드 5로 정류된다. 이 정류기의 출력은 접합점 J에 연결된다. 접합점 J에서 선로 6을 통한 신호가 합성점 8에서 리미터가 있는 직선 증폭기인 연산 증폭기 2-OA의 부입력에 인입되어, 제1도의 회로 10의 작용을 이루어게 된다.
합성점 8은 또한 포트(POT) P에서 선로 12에 의한 기준값 Ⅰ를 받는다. △Ø는 제너 다이오드 Z10의 양극과 저항체 R10사이의 정궤환인 직렬 회로망의 접합점에 있는 2-OA의 출력에서 유도한다. 이 접합점, 혹은 선로 11에서 Ⅰ*는 접합점과 연산 증폭기 3-OA로 구성된는 비교회로 32로 인가된다. 궤한 전류는 미분 신호가 연산 증폭기 4-OA로 들어가면서 서로 30을 통한 감응저항체에서 인가되고, 또한, 거기서 합성점 S1으로 인가된다. 3-OA의 출력은 이전에 설명한 것과 같은 제6도의 히스테리시스 회로를 통해서 인버터 조절 회로에 인가된다.
제9도의 회로에는 또한 비조절된 Q1, Q2, Q3에서 순환하곤 했던 무효전류를 흡수하는 회로군이 들어 있다. 이효과를 위해서, 제9도에 보인 바와 같이, 연산 증폭기 4-OA에서의 감응된 궤환전류 신호는 선로100을 통해 연산 증폭기 102의 입력부에 있는 합성점 S3에 공급된다. 합성점 S3는 또한 2-OA에서의 출력을 선로 101 상에서 받는다. 이해 되겠지만, 제너 다이오드 Z10은 4-OA에서의 신호 Ⅰ와 2-OA에서의 임계 기준 신호 Ⅰ1사이에 임계 소자로서 동작한다. 증폭기 7-OA의 출력은 Ⅰ가 Ⅰ1 *보다 큰가 혹은 작은가에 따라 2개의 상태를 이룬다.The circuit of FIG. 9 also contains a group of circuits that absorb reactive currents that used to circulate in unregulated Q 1 , Q 2 , and Q 3 . For this effect, as shown in FIG. 9, the sensed feedback current signal in the operational amplifier 4-OA is supplied via the
Ⅰ1 *은 미리 결정된 양만큼 네저 다이오드 Z10에 의해 증분된 기준신호 Ⅰ*를 나타낸다. 102의 출력은 역논리 103을 통해 지나간다. 선로 106의 논리 상태에 따라, 플립플롭(104-105)이 세트되거나 리세트 된다. 세트될 때, 적당한 수단에 의해 전 스위치 Q1-Q6는 OFF된다. 그 후에, 단지 또 다른 120°기간 이후에 다시 ON된다. 제어 회로는 새롭게된다.I 1 * represents the reference signal I * incremented by the neural diode Z 10 by a predetermined amount. The output of 102 passes through
제10도를 참고하면, 한상에서 다른 상으로 연속적이고 인접한 동일한 시간 간격 동안에 전도하는 단지 1조의 스위치-이 특수한 예에서는 트랜지스터-Q4, Q5, Q6가 있는 아주 더 간단한 전동기의 구동회로가 표시되어 있다. 전동기 전류를 조절하기 위해, 이들 스위치는 또한 직류 전원에서 중성선에 감응된 전류와 관련하여 조절된다. 이 전형적인 반파 전력단에서, 어느 스위치가 통전하는 동안 전동기 권선에 누적된 에너지를 분산 하기 위한(필요하면 회복하기 위한) 장치가 되어 있다. 이 효과를 얻기 위해, 전동기의 중성점과 각각의 다이오드 D4, D5, D6에 연결된 전압 싱크(sink) VS로 구성된단 락회로 루우프가 제공 된다.Referring to FIG. 10, there is only one set of switches that conduct during the same and adjacent time intervals from one phase to another-in this particular example a very simple motor drive circuit with transistors Q 4 , Q 5 and Q 6 Is indicated. In order to regulate the motor current, these switches are also regulated in relation to the current sensitive to the neutral conductor in the DC power supply. In this typical half-wave power stage, there is a device for distributing (and recovering, if necessary) the energy accumulated in the motor windings while a switch is energized. To achieve this effect, a short circuit loop consisting of the neutral point of the motor and the voltage sink VS connected to each of the diodes D 4 , D 5 and D 6 is provided.
직류 전압에서 연속적이고 한 스위치에서 다음 스위치로 접하는 각기동일한 시간간격 동안에 상 사이에 동일하게 분배되고 통전하는 최소한 1조의 정전 조절 스위치를 통해서 유도 전동기에 전류가 공급되는 교류전동기 구동에 대해서 설명하였다. 이러한 배열과 함께, 직류 전원에서의 총전류는 시간 간격동안 즉각 스위치의 통전을 조절하여 전동기 전류를 조절하기 위해서 감응되고 기준과 결합된다. 부가적으로, 동작시 전동기 권선에 누적된 에너지를 분산하거나 회복하기 위한 수단이 제공된다.A description is given of the actuation of an alternating current motor in which a current is supplied to an induction motor through at least one set of electrostatic control switches that are equally distributed and energized between the phases during the same time interval, which is continuous at DC voltage and is connected from one switch to the next. With this arrangement, the total current in the DC power supply is sensed and combined with the reference to regulate the motor current by regulating the energization of the switch immediately during the time interval. In addition, means are provided for dispersing or restoring energy accumulated in the motor windings during operation.
Claims (1)
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KR1019790003557A KR830000267B1 (en) | 1979-10-16 | 1979-10-16 | Low cost variable speed constant torque induction motor drive circuit |
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