KR890004311B1 - 교류 서보 모터의 보호방법 및 그 회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

교류 서보 모터의 보호방법 및 그 회로

제 1도는 본 발명의 블럭도.

제2도는 본 발명에 따른 제2도의 구체회로도.

제3도는 본 발명에 따른 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 과전류 감지회로 20 : 과속도 검출회로

30 : 전압강하 검출회로 40 : 제어부

50 : 표시부 60 : 인터럽터 신호 발생부

본 발명은 교류 서보 모터의 보호회로에 관한 것이다.

일반적으로 교류서보 모터 제어원리는 다음과 같다. 회전자가 영구자석인 교류 서브 전동기의 토오크 발생식은 식(1)과 같이 주어진다.

그리고 한 상에 대한 전류와 자속의 벡터도는 그림 1과 같다. 그림에서 B축은 상의 권축선과 일치하고 d축은 계자극과 일치한다. 만약 고정자전류 i_s가 d축 성분을 가지지 않고 q축 성분만을 가지도록 즉

=0,1_qs=i_s가 되게 제어되고 전동기고극에서의 전기자 반작용을 무시할 수 있다면 영구자석 회전자는 공극에서의 자속을 결정하게 된다.

이 경우 고정자 전류는 토오크를 발생시키는 전류가 되고 단위 전류당 토오크 발생이 최대가 된다. 고정자전류가 축 성분만을 가지기 위해서는 회전자의 변위가 검출되어야 하고, 고정자 권선들은 역기전력 e_b와 동상의 전류로써 여자되어야 한다. 이러한 조건이 만족될 때 3상 고정자를가진 료류 서보 전동기의 토오크 발생식은 다음식과 같아진다.

윗 식에서 B는 3×1자속밀도벡터이고, I₃는 3×1고정자전류 벡터이다. 만약 전동기내에서 회전자가 기준축인 고정자 A상 권선축에 대해 절대 회전 변위 Q를 가지고 있다면 공극에서의 각 상의 쇄교의 회전자속은 다음과 같다.

위와같이 공극자속에 대해 고정자 전류가 q축 성분만을 가지기 위해서는 고정자 권선들에 i_s의 전류를 공급해야 한다.

상기(2)(3)(4)식에서 교류 서보 전동기의 토오크는 다음식으로 주어지며

발생한 토오크는 회전자의 전대변위 Q에는 무관하고 리플성분을 가지고 있지 않다. 그러므로 고정자 권선전류들은(4)식과 같이 주어지도록 위상제어하면 직류 전동기의 특성을 가지고 교류 서보 전동기 속도제어시스템을 구성할 수 있다.

그러나 교류 서보 모터를 운전하는데 있어서 사용 부주의로 정격이상을 넘어서 동작하는경우 이를 순간적으로 감지하여 악영향을 제거할 수 있는 보호회로가 필요로 하게 된다. 교류 서보모터를 이용한 속도제어 시스템에서 보호해야할 기능을 살펴보면 다음과 같다.

1) 과전류보호: 전동기의 부하변동시나 가감속시에 정상상태에 이르기 전 일정시간 정격전류 이상의 전류가 흐르는 경우 전동기를 구동하는 신호를차단한다.

2)과속보호 :전동기가 정격속도의 140%이상에서 운전되면 속도 검출기 전압에서 이를 검출하여 구동신호를 차단한다.

3)직류 전압강하보호: 인버터에 공급되는 직류 전원은 정상상태에서 100w교류로 서보 전동기(Toei 사)의 경우 180V이지만 80%로 강하할 경우 두동신호를 차단한다.

상기와 같은 경우외에 여러가지 기능을 보호할 수 있는데 종래는 한 시스템에서 같이 여러기능을 제어할 수 있도록 보호기능 종류의 확장 및 우선 변경이 불가능하여 보호에 따른 제기능을 수행하지 못하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 보호기능 종류의 확장이 용이하고 사용자가 필요로 하는 써비스회로 구성(키보드,세븐 세그먼트 디스플레이, 타이머, 이상유무 표시회로등)이 쉽게 가능하며 우선 순위를 임의로 결정하면 안전한 보호기능을 갖는 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 보호회로에서 이상이 발생시 메인장치로 교신이 가능토록 하여 총괄 제어할 수 있는 회로를 제공함에 있다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 따른 블럭도로서 모터의 부하변동시나 가감속시 정상에 이르기 전 일정시간동안 정격전류, 최대순시전류 이하의 전류가 흐르는 경우 이를 감지하는 과전류 감지회로(10)와 , 교류 서보모터가 정격속도 이상 운전될 시 타로메타로 부터 과속도를 감지하는 과속도검출회로(20)와, 전원전압이 강하되면 회로가 오동작을 하게 되므로 원하지않는 출력을 얻게 되므로서 이를 방지하기 위해 공급전원전압에 미치지 못하는 강하상태를 검출하는 전압강하 검출회로(30)와, 상기 과전류 감지회로(10) 및 과속도 검출회로(20)와 전압강하 검출회로(30)의 출력을 체크하여 이상이 발생시 교류 서보모터에 구동신호의 PWM신호를 차단하도록 하고 이상 상태를 모니터링 하도록 제어하는 제어부(40)와, 상기 제어부(40)에서 처리한 감지결과를 사용자가 알기 쉽도록 표시하는 표시부(50)와,상기 감지 및 검출회로(10,20,30)에서 이상상태를 감지했을시 상기 제어부(40)에 인터럽트 신호를 공급하는 인터럽트 신호 발생부(60)로 구성된다.

상기 구성에 따른 본 발명의 실시예를 기술하면 과전류 감지회로(10), 과속도 검출회로(20), 전압강하 검출회로(30)에서 이상 신호를 검출하면 인터럽트 신호발생부(60)의해 제어부(40)에 인터럽트(INT)를 걸어 제어부(40)에서 수행하던 프로그램을 중단하고 시스템에서 과전류 및 과속도, 전압강하....중 어느 결과가 발생하는지를 체크한다. 이상이 발생시 교류서보모터를 구동하는PWM신호를 차단하고 시스템을 보호하고 표시부(50)를 통해 사용자가 이를 쉽게 인식할 수 있도록 디스플레이 한다.

제2도는 본 발명에 따른 제1도의 구체회로도로서 제2도중 R₁~R₂₄,R₂₅~R_n은 저항,OP₁-OP₆은 연산 증폭기, VR₁-VR₄은 가변저항,AN₁는 앤드게이트,D₁-D₂는 다이오드,N₁-N_3S는 버퍼,NA₁은 낸드게이트,C₁-C₃는 캐패시터, IC₁는 단안정 멀티 바이브레타, Z D₁-ZD₃는 제너다이오드, IC₂는 중앙처리장치, IC₃는 드라이버, IC₅는 세븐세그먼트, Q₁-Q₂는 트랜지스터, SW₁는 리세트 스위치, HS는 홀(Hall)센서이며,저항(R₁~R₈),연산증폭기(OP₁-OP₃), 다이오드(D₁-D₂), 제너다이오드(ZD₁), 가변저항(ZD₁)으로 구성된 부분이 과속도 검출회로(20)에 대응하고, 저항(R₁₁-R₁₉),연산증폭기(OP₄-OP₆),낸드게이트(AN₁),단안정멀티 바이브레타(IC₁),인버터(N₄),제너다이오드(ZD₂),홀센서(HS),가변저항(VR₃-VR₄),으로 구성된 부분이 과전류 감지회로(10)에 대응하며, 저항(R₂₀-R₂₃),캐패시터(C₃),제너다이오드(ZD₃), 트랜지스터(Q₁-Q₂)으로 구성된 부분이 전압강하 검출회로(30)에 대응하며, 저항(R₁₀),버터(N₁-N₃)으로 구성된 부분이 인터럽터 신호 발생부(60)에 대응하고, , 저항(R₁₀), 스위치(SW₁),캐배시터(C₁), 중앙처리장치(IC₂)로 구성된 부분이 제어부(40)에 대응하며, 드라이버(IC₃),저항(R₂₄-R_n), 세븐세그먼트(IC₅)로 구성된 부분이 표시부(50)에 대응된다.

제3도는 본 발명에 따른 흐름도이다.

따라서 본 발명의 구체적 일실시예를 제2,3도를 참조하여 상세히 기술하면 교류 서보모터의 부하변동시나 가감속기 정상상태에 이르기 전 일정시간동안 정격(0.9A)또는 최대 순시전류(2.6A)이하의 전류가 흐르는 경우 홀센서(HS)에서 전류에 해당하는 전압값을 출력한다. 왜냐하면, 홀센서(HS)는 흐르는 전류에 자계를 가하면 해당 전계를 발생하므로 흐르는 저항값을 검출할 수 있다.

상기 검출신호가 각각 저항(R₁₁,R₁₂)을 통해 연산증폭기(OP₄)에서 차동증폭되어 전후 조성 신호로 연산증폭기(OP₅)와 저항(R₁₅,R₁₆)에 의한 반전증폭기에서 증폭하여 저항(R₁₆)을 통해 연산증폭기(OP₆)의 반전단(-)으로 입력된다.이때 비반전단(+)의 저항(R₁₉)과 가변저항(VR₄)의 조정에 따른 기준값에 의해 상기 입력신호를 비교 증폭하여 "하이"를 출력한다. 상기 출력값을 낸드게이트(NA₁)와 앤드게이트(AN₁)를 통해 단안정 멀티 바이브레타(IC₁)로 입력하면 부하연동시나 가감속시 정격전류이상 또는 순시전류 이하의 허용되는 시간을 단안정 멀티 바이브레타(IC₁)의 출력(Q)으로 출력된다. 즉 저항(R₁₉),캐패시터(C₂)의 조정에 의해 소정펄스폭을 결정하여 신호를 발생할 수 있는데 과전류가 흐르면 연산증폭기(OP₆)의 출력이 "하이"가 되어 단안정 멀티바이브레타(IC₁)의 출력(Q)은 주기(T)를 하기식(1)과 같이 가지고서 소정 주기동안 "로우"상태가 출력된다.

상기 "로우 "신호가 인버터(N₄)에서 반전되고 낸드게이트(NA₁)에서 상기 연산증폭기(OP₄)의 출력"하이"를 논리화하여 "로우"가 출력되어 중앙처리장치(IC₂)의 데이타 입력포트로 입력되며 또한 버퍼(N₂)에서 "로우"가 중앙처리장치의 (IC₂) 인터럽터(

)단으로 입력되어 제3도(3b) 과정에서 인터럽트를 체킹한다. 그러나 상기 (3b)과정에서 정상적일 때 버퍼(N₂)의 출력은 "하이"이므로 (3b)과정에서인터럽터가 아니므로 중앙처리장치(IC₂)에서 출력포트(P₇-P₁₃)를 통해 표시용 소정 데이타(

13)를 (3c)과정에서 송출하고 (3f)과정에서 드라이버(IC₃)에서 완충하여 세븐세그먼트(IC₅)를 구동한다. 이때 소정캐릭터를 표시하고 성상상태를 알리고, 상기(3b)과정에서 과전류에 의하 원인으로 버터(N₂)의 출력"로우"인경우 인터럽트신호가 걸린 상태에서 되어 중앙처리장치(IC₂)에서 출력포트(P₁₄,P₁₅)를 통해 제어신호를 출력하여 교보서보모터로 공급되는 PWM파 신호를 차단한다. 그리고(3e)(3g)(3h)과정에서 상기 낸드게이트(NA₁)를 통해 출력된 신호를 중앙처리장치(IC₂)에서 과전류, 과속도 전압강하인지를 체크하는데 여기서 관전류의 의해 인터럽트가 걸렸으므로 (3e)과정에서 과전류로 인식하게 된다. 이때 (31)과정에서 조성 데이타를 출력포트(P₇-P₁₃)을 통해 출력하여 드라이브(IC₃)에서 완충하여 세븐세그메그멘트(IC₅)를 구동한다. 이때 소정 캐릭터가 디스플레이 되어 사용자는 과전류가 흐르고 있음을 알 수 있고 인버터 장치로 이 신호를 제공한다.

그리고 교류 서보모터가 정격속도 3500rpm의 140% 즉 4900rpm 이상에서 운전되면 타고 제너레이터(tacho Generator)의 전압이 저항(R₁)을 통해 연산증폭기(OP₁)의 반전단(-)으로 입력된다. 상기 연산증폭기(OP₁)의 이득은 저항(

)에 의해 조절된다.

정회전시 연산증폭기(OP₁)의 출력이 "로우 "이므로 다이오드(D₁)는 온, 다이오드(D₂)는 오프되어 연산증폭기(OP₁)의 입력은 실제 가상(Virtual)접지되고 다이오드(D₂)는 오프이므로 연산증폭기(OP₁)의 입력전압(V₁)은 제로(0)가 된다. 그러므로 연산증폭기(OP₁,OP₂)는 직렬로 접속한 경우가 되어 각 연산증폭기(OP₁)의 이득(A₁)은

이고, 연산증폭기(OP₂)의 이득(A₂)는

가 되어 연산증폭기(OP₂)의 출력(V₀)는 하기와 같이 된다.

역회전시 타코제너레이터 입력 전압에 의해 연산증폭기(OP₁)의 출력이 "하이"가 되어지므로 다이오드(D₁)는 오프, 다이오드(D₂)는 오프된다. 여기서 연산증폭기(OP₂)의 입력은 실제 접지 되어진 것과 같으므로 연산증폭기(OP₁)의 입력은 전지원위로 A접점에서 KCL은 적용하면 (3)식과 같다.

V : 연산증폭기(OP₁)의 출력값

상기에서 R₁=R₅일때V1=

V₁출력전압(V₀=₁R₂+V1 여기서 i=

이 되고

상기 (2)식과 (4)식에서 살펴보면 입력이 포지티브(Positive) 또는 네가티브(Negative)일때 항상 절대치로 포지티브(+)값을 가지며 전파정류한다. 또한 출력전압(V_o)는

v₁

보다 작게 되고 상기 출력을 연산증포기(OP₃)의 반전단(-)으로 입력되면 가변저항(OR₁)의 드레쉬 홀드값 조정값에 따라 연산증폭기(OP₃)의 버퍼링출력은 "로우"가 되어 버퍼(N₁)을 통해 "로우 "인터럽트신호가 중앙처리장치(IC₂)에 입력되어 인터럽트를 건다. 이때 중앙처리장치(IC₂)는 제3도 (3b)과정에서 인터럽트 신호를 감지하여 교류 서보모터로 공급되는 PWM데이타를 (3d)과정에서 차단하고 (3g)과정에서 인터럽트 신호를 감지하여 교류 서보모터로 공급되는 PWM데이타를 (3d)과정에서 중앙처리장치(IC₂)의 입려토프(P₂)로 입력되어 과속도임을 체크한다. 여기서 과속도일시(3n)과정에서 출력포트(P₇-P_n)로 소정 데이타를 출력하여 드라이버(IC₃)에서 완충한 후(3₀)과정에서 세븐세그먼트(IC₅)에 소정 개릭타를 표시한다. 이때 과속도임을 알 수 있다.

전압강하 검출은 인버터 장치로 180V의 직류 전압을 공급하기위해 100V : 127V의 트랜지의 출력을 전파 정류한다. 여기서 전압강하가 발생했을시 트랜지스터(Q₁)가 오프되어 트랜지스터(Q₁)의 콜렉터가 "하이"가 된다.

이어서 트랜지스터(Q₂)는 온 되어 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터는 "로우"가 되고 버퍼(N₃)의 출력은 "로우"가 되어 중앙처리장치(IC₂)에 인터럽터를 건다.

이때 중앙처리장치(IC₂)의 입력포트(P₃)로 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터("로우")을 입력하여 전압강하가 되었을을 (31)과정에서 인식하여 출력포트(P₁₄,P₁₅)를 통해 제어신호를 출력하여 PWM공급을 차단하고 세븐세그먼트(IC₅)를 통해 전압강하 상태를 소정 캐릭터로 디스플레이 한다.

통상의 지식을 자진자라면 본 발명 회로에 다른 보호장치(과부하...)를 추가하여 쉽게 확장할 수 있으며 로보트 암의 동작에 따른 리미트 스위치를 감지 센서장치로 추가하여 동작의 한계도를 간단히 설정할 수 있으며 상술한 바와같이 과전류, 과속도, 전압강하... 등을 감지장치로부터 감지하여 마이콤에서 우선 순위를 두고 처리하여 시스템을 보호하고 이 상태를 모니터링하여 상태를 사용자가 쉽게 알 수 있고 마이콤의 포트를 통해 다른 보호장치도 확장이 용이함과 동시에 메인장치로 통신이 가능한 이점이 있다.

Claims (2)

1. 교류 서보 모터의 보호회로에 있어서, 교류 서보모터의 부하 변동시나 가감속시 정상에 이르기전 일정시간 동안 정격전류, 최대순시전류, 이하의 전류가 흐르는 경우 이를 감지하는 과전류 감지회로(10)와 , 교류 서보 모터가 정격속도 이상 운전될 시 타코메탁로부터 과속도를 감지하는 과속도 검출회로(20)와, 전원전압이 강하되면 회로가 오동작을 하게 되므로 원하지 않는 출력를 얻게 되므로서 이를 방지하기 위해 공급전원 전압에 미치지 못하는 강하상태를 검출하는 전압강하 검출최로(30)와 , 과전류 감지회로(10) 및 과속도 검출회로(20)와 전압 강하 검출회로(30)의 출력을 체크하여 이상이 발생시 교류 서보 모터에 구동신호의 PWM신호를 차단하도록 하고 이상 상태를 모미터링 하도록 제어하는 제어부(40)와 , 상기 제어부(40)에서 처리한 감지결과를 사용자가 알기 쉽도록 표시하는 표시부(50)와, 상기 감지 및 검출회로(10,20,30)에서 이상상태를 감지했을시 상기 제어부(40)에 인터럽트 신호를 공급하는 인터럽트 신호 발생부(60)로 구성함을 특징으로하는 회로.
2. 교류 서보 모터로 부터 과전류, 과속도를 검출하는 과전류 및 과속도 검지회로(10,20)와 ,시스템에 공급되는 전원의 전압강하상태를 감지하는 전압강하 검출회로(30)와, 상기 과전류 및 과속도감지회로(10,20)및 전압강하 검출회로(30)로부터 감지된 신호를 입력하여 처리한 후 제어신호를 출력하는 제어부(40)와 디스플레이 장치인 표시부(50)와 상기 검출신호로부터 제어부(40)에 인터럽트 신호를 공급하는 인터럽트 신호 발생부(60)를 구비하여 시스템을 보호하는 방법에 있어서, 시스템을 초기화 한 후 상기 과전류, 과속도 감지회로(10,20)와 전압강하 검출회로(30)의 상태의 감지로부터 인터럽트 발생부(60)의 발생신호를 체크하느 제1과정과, 상기 제1과정으로부터 인터럽트 신호 입력시 교류 서보 모터로 공급되는 구동용 PWM신호를 차단하는 제2과정과, 상기 제2과정으로부터 상기 과전류, 과속도 감지회로(10,20)와 전압강하 검출회로(30)의 입력된 상태를 제어부(50)에서 보호 기능별로 체크하는 제3과정과 상기 제3과정으로 부터 해당 보호기능에 따라 상기 표시부(50)로 보호상태를 디스플레이 하는 제4과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.

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