KR910000102B1 - 비동기모우터의 안정화 전원용 주파수변환기 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

비동기모우터의 안정화 전원용 주파수변환기
제1도는 본 발명에 따른 정전주파수 변환기의 다이어그램.
제2도는 실시예 1에서 제1도의 다이어그램의 일부분을 도시한다.
제2a,2b,2c도는 중간회로의 전류의 상신호, 그 역전류성분의 상신호 및 안정화 제어신호를 각각 도시하는 다이어그램.
제3도는 제1도의 변환기의 인버어터의 출력위상전압의 타이밍(timing) 다이어그램.
제4도는 그의 고채널들이 개입중단될때 인버어터의 저채널들의 전류를 전송시키는 한 예를 도시한다.
제5도는 인버어터와 관계되는 안정화회로의 한 실시예를 개략적으로 도시한다.
제6도는 본 발명의 주파수변환기의 실시예 2를 개략적으로 도시한다.
본 발명은 펄스변조장치에 의해 제어되며 모우터의 위상 임피이던스들에 연결될 수 있는, 그래츠브리지(Graetz bridge)에 접속되는 여섯개의 정전스위치로써 다중위상 네트워어크, 중간 DC 회로 및 인버어터(inverter)에 연결될 수 있는 정류기브리지를 포함하는, 비동기형 모우터의 전원용 정전(static)주파수 변환기에 관한 것이다.
주파수를 통하여 3중위상 네트워어크들로부터 공급되는 비동기전동기들은 그들에게 가벼운 부하가 걸릴 때 일반적으로 불안정성을 일으켜 손상을 입는다. 모우터 회전자의 진동현상은 사실상 공칭주파수의 약 20-100% 주파수 범위에서 모우터와 중간 DC 회로사이의 에너지 교환에 기인하여 관찰될 수 있다.
이러한 불안정성을 보정하기 위해, 속도감지기 또는 그밖에 모우터의 위상 전도체들의 전류감지기를 사용한 속도서어보 조종장치를 사용할 수가 있으나, 이러한 해결책은 고가이며 반드시 모우터와 관계된다.
공지된 바와같이, 주파수변환기를 통하여 비동기모우터의 전원을 위하여 전압 U 및 주파수 F는 주어진 법칙, 예를들면 일정한 U/F 비에 의해 정규로 관계되도록 남아야만 한다.
본 발명의 목표는 특별히 U/F 비를 즉각적으로 감소시키기 위해 이러한 진동이 일어날때 모우터의 전원전압 U를 감소시킴으로써 가볍게 부하된 비동기 모우터 회전자의 저진동수 진동을 극복하는 것이다. 이는 구동품질과 원하는 안정성 사이의 훌륭한 절충을 제공하는 동시에, 간단한 장치를 사용한 모우터의 구동을 안정시킴을 부가목적으로 한다.
갑작스런 부하변화시 모우터 전류의 제한으로 원하는 저부하 안정화를 조합시키는 것을 목적으로 지닌다.
본 발명에 따르면, 주파수변환기는 중간 DC 회로와 관계되는 전류를 읽어대며(판독하며) 중간회로에서 전류의 상(相)이 되는 신호를 전송하기 위한 수단과, 신호의 불안정성을 검출하도록 이용되고 판독수단에 접속되는 처리수단과, 인버어터의 출력전압을 감소시키기 위한 수단들을 포함하며, 이 수단들은 제어장치에 의해 전달된 변조펄스들을 변형시키도록 응용되며 처리수단에 의해 제어된다.
따라서 얻어진 주파수 편차는 U/F 비를 감소시키며 불안정성의 영역밖으로 동작을 위치시킨다.
인버어터의 출력전압을 감소시키기 위한 수단은 고채널스위치들과 저채널스위치들의 그룹을 스위치들의 각 그룹에 영향을 미치는 변조와 동기가되게 개입중단시키기 위하여 인버어터의 정전스위치를 선택적으로 제어하는 장치와 협동할 수 있다. 그 결과 모우터의 전류는 우수한 대칭성으로 변화된다.
실시예 1에 있어서, 처리수단은 역전류 과다신호 ST를 전달하며 전류판독수단에 접속되며 역전류의 피이크값을 대표하는 여과된 피이크신호 Id를 정교하게 완성시키는 처리수단과 기준치 IREF가 Id보다 클때 (IREF＞Id) 출력전압감소수단에 인가될 수 있는 역전류 과다신호 ST를 발생시키기 위하여 조정가능한 IREF와 상기 신호를 비교하는 비교기를 포함한다.
안정화장치의 구성은 따라서 대단히 간단하다. 또한, 그것은 필요에 따라, 모우터가 발진기(generator)로서 작동할때, 신호 ST를 억제하기 위한 간단한 수단의 부설을 용이하게 하며, 높은 부하서어지(전류의 동요, surge)가 발진기모우드에서 검출될때 고채널 및 저채널스위치를 교대로 또는 고채널이나 저채널중 하나를 개입중단시키는 것을 용이하게 한다.
실시예 2에서는, 처리수단이 평균치신호를 수신하고 디지탈신호를 전송하는 A-D 변환기 뿐만 아니라 중간회로의 전류 상신호의 평균치를 설정하는 소자를 포함하며, 전압감소수단은 디지탈신호를 샘플링(sampling)하기 위한 수단과 신호의 진폭 및/또는 진동주파수를 계산하기 위한 수단을 지닌 프로세서를 포함하며 ; 제어장치는 스위치들의 전도(傳導)를 변조시키기 위한 변조제어수단을 포함하며, 진동계산수단은 중간회로의 평균전류진동의 함수로서 상기 변조를 보정하기 위한 변조제어수단에 작용한다. 전압감소수단 및 제어장치는 유익하게도 적절히 프로그램된 마이크로프로세서에서 이행될 수 있다.
특별한 실시예의 도면들을 참조한 다음 설명은 본 발명의 특성 및 잇점을 명백히 나타낼 것이다.
제1도에 예시된 정전주파수 변환기(10)는 3중위상 또는 단일위상 AC 전압 네트워어크에 접속될 수 있다. 변환기는 전압파형이며 3중위상 정류기브리지(11), 중간 DC 회로(12) 및 인버어터(13)를 포함한다. 정류기브리지(11)는 DC 전압을 출력하기 위해 중간회로(12)에 대하여 네트워어크 위상에 접속된 여섯개의 다이오우드를 갖는다. 이 중간회로는 여과축전기(16)가 그 사이에 놓이는 두개의 고채널과 저채널 도선들(14)(15)을 각각 포함한다. 축전기(16)의 단자들에서 극성은 변하지 않는다.
인버어터(13)는 입력측에서는 도선들(14)(15)에 접속되며, 출력측에서는 비동기모우터 M의 위상전도체 U,V,W에 접속된다. 모우터는 또한 동기화된 비동기모우터일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 각각의 회수다이오우드 D1∼D6와 평행하게 배치되는 쌍극성 트랜지스터들 T1~T6 세쌍에 의해 형성되며 그래츠브리지에 접속되는 여섯개의 제어된 정전스위치들을 포함한다. 트랜지스터들의 각쌍은 T1,T3,T5는 고채널, 나머지 T2,T4,T6는 저채널이라 불리우는 두개의 종속(직렬)트랜지스터들 T1,T2,T3,T4 ; T5,T6를 포함한다. 각쌍의 중간지점은 모우터의 상대적인 고정자 임피이던스 ZU,ZV,ZW에 접속된다(제4도 참조). 인버어터의 제어스위치들은 필요하다면 절환을 도와주는, 아니면 그밖에 그리드 트랜지스터들 또는 MOS 쌍극성 소자들을 차단시켜주는 개입중단가능(GTO) 또는 개입중단 불가능(SCR) 다이리스터들(thyristor)일 수 있다.
고채널 트랜지스터 T1,T3,T5의 베이스들은 제어장치(20)의 출력 S1,S3,S5에 의해 각각의 도선 20H를 거쳐 제어된다. 저채널 트랜지스터들 T2,T4,T6의 베이스들은 장치(20)의 출력들 S2,S4,S6에 의해 도선(20B)를 거쳐 제어된다. 이 장치는, 예를들면, 도시되지 않은 조정 또는 제어루우프들에 의해 마이크로프로세서의 입력들에 전달되는 정보의 함수로서 트랜지스터들의 베이스들을 구동시키도록 요구되는 변조폭 펄스들(PWM)을 그 출력에서 발생시키도륵 사용되는 마이크로프로세서이다.
본 발명에 따르면, 수단(21)은 중간회로(12)의 전류를 판독하도록 착설된다. 이 수단은 전류의 상이되는 신호 I를 전달하며 그것은 제2도의 예에서, 역전류의 상이며 과다 역전류를 나타내는 안정화제어신호 ST를 발진시키는 여과된 피이크신호 Id를 정교하게 하는 처리수단(22)에 연결된다. 수단(21)은 도선(15)의 전류를 감지하나, 물론 도선(14)와 관계할 수 있다. 전류판독수단(21)은 여기에서 저항기에 의해 형성되나, 임의의 적당한 전류감지기일 수도 있다.
처리수단(22)은 인버어터의 출력전압을 감소시키기 위한 수단(25)에 접속된다. 제2도에 도시된 예에서, 처리수단(22)은 역전류의 상이되는 신호 Id를 전달하는 처리회로(23)와 비교기(24)를 포함한다. 처리회로(23)는 모우터의 진동중 특별히 인버어터에 의해 발진된 역전류 id를 나타내는 성분 Id를 수단(21)에 의해 전달된 신호 I로부터 뽑아낸다. 이 역전류는 또한 그것이 인버어터의 회수다이오우드들을 통과하므로 "다이오우드"전류라 불리울 수 있다.
비교기(24)는 Id＞IREF일때 안정화 제어신호 ST를 만들기 위하여 역전류의 상인 신호 Id를 기준치 IREF와 비교한다. 기준치 IREF는 바람직하게는 주파수변환기에 의해 제공된 모우터 및/또는 구동되는 부하가 안정화되도록 보다 특별하게도 조종가능하다.
비교기(24)의 출력에서 얻어진 안정화 제어신호 ST는 인버어터의 출력전압을 감소시키기 위하여 수단(25)에 인가된다. 여기서 이 감소수단은, 비교기의 출력 ST의 상태변화동안, 인버어터의 고채널들과 관계되는 마이크로프로세서의 출력들 S1,S3,S5에 의해 정규적으로 전달되는 펄스들을 차단하는 정전스위치들 또는 논리회로에 의해 형성된다. 논리회로(25)는 변형으로서 물론 인버어터의 저채널에 대응하는 출력 S2,S4,S6를 차단할 수 있다. 인버어터의 정전스위치들이 개입중단할 수 있는 다이리스터(GTO)일때, 논리회로(25)는 또한 상기 GTO들의 터언 오프(turn-off)한 도선들의 가동을 제어한다. 한 위상에서 인버어터의 출력에서 나타나는 절단된 전압 모양이 제 3도에 도시되는 반면 신호 I,Id및 ST는 제2a, 2b 및 2c도에 예시된다. 또한 고채널들의 차단중 흐르는 전류의 전로는 제4도에 예시된다.
전압 Vs는 가변폭의 펄스들 P의 포지티브 및 네거티브 그룹들로 선택적으로 형성된다(제3도). 각 펄스들은 고채널 트랜지스터 및 저채널 트랜지스터의 도선(20H)(20B)에 상응하는 신호들의 영향하에, 동시 가능한 상태에 대응한다. 이들 펄스들 P는 가변폭의 간격들 C에 의해 분리된다. 동작 불안정성이 유발될 때, 가령 비동기모우터가 가볍게 부하가 걸리기 때문에, 중간회로의 전류는 제2a도에 도시된 신호 I의 포지티브부분은 모우터전류 또는 트랜지스터들의 전류의 상이 되는 신호이며 신호 I의 네거티브부분은 역전류 또는 "다이오우드"전류의 상신호가 된다. 처리회로(23)는 비교기(24)에서 IREF(제2b도)와 비교되는 여과된 피이크신호 Id를 I로부터 뽑아내며, 이 후자는 신호 ST(제2c도)를 그의 출력에서 전달한다.
한편에서 신호 ST를 수신하며 다른 한편으로는 신호 S1,S3,S5를 수신하는 수단(25)는 인버어터의 고채널 트랜지스터들 전부를 연속하여 간단히 터언오프시키며 ; 그 결과는 펄스들 P에서 형성된 인터어벌 C'에 의해 전압 Vs의 부가적인 챠핑(chopping)이 된다.
제4도에 있어서, 고채널 트랜지스터들 T1,T3,T5는 도선(20H)에서 특정신호들에 의해 개입중단되며 도선들(20B)상에서 신호들은 T4의 폐쇄와 T2 및 T6의 개입중단을 제어하는 것을 가정했다. 상기 전류는 트랜지스터 T4와 역평행 회수 다이오우드 D2 및 D6 사이에 흐른다고 볼 수 있다. 그 사이의 위상전압은 영이다. 보다 일반적으로, 인버어터의 채널들의 그룹들중 하나를 개입중단시키는 경우, 순환하는 전류(환류)의 경로는 트랜지스터들중 하나와 채널들의 다른 그룹들의 다른 두 트랜지스터들과 관계된 회수 다이오우드까지 궤환(Loop)된다.
제5도에 도시된 실시예에 있어서, 상기 전류판독수단(21)에 의해 전달된 신호는 증폭기(26)에 의해 증폭되고 난 다음 세개의 제어채널들(27)(28)(29)에서 처리된다.
제어채널(27)은 역전류의 엔벌로우프(envelope)의 상인, 신호 Id를 제공하기 위하여 이 성분의 피이크검출 및 여과뿐 아니라, 신호 I의 네거티브성분을 표현하기 위해, 인버어터 입력에서 신호 I를 수신하는 증폭기-비교기(30)를 포함한다. 비교기(30)는 가변저항기(포텐시오미터)(31) 조종수단에 의해 고정된 전압 IREF로부터 얻어진, 조정가능한 기준신호 IREF와 신호 Id를 비교하며, 그것은 Id＞IREF일때 출력신호 ST를 발생시킨다.
제어채널(28)은 트랜지스터 전류 It의 상신호 피이크검출 및 여과와 고정된 역치(threshold)와 그의 비교를 전압 VREF의 함수로서 증폭-비교기(32)를 제공한다. 신호 It에 의하여 역치를 초과함으로써 결과하는 신호 ST'은 나머지 입력이 신호 ST를 수신하는 OR 게이트(33)의 입력에 인가된다.
OR 게이트(33)의 출력신호는 원하는 전압감소를 확보하는 개입중단 가능한 수단들을 형성하는 AND 게이트의 제1입력들에 대하여 지연소자에 의해 주어진 시간동안 인가되기 위하여 지연소자(34)를 통하여 전달된다. 상기 AND 게이트들(35)(36)(37)의 제2입력은 각각 신호들 S1,S3,S5를 수신한다. 지연소자는 빠른 전하와 느린방전 RC 회로이지만 그것은 또한 단안정 플립플롭에 의해 형성된다 ; 그것은 트랜지스터들 위의 너무 높은 챠핑주파수를 부과시키는 것을 피하여준다.
제어채널(29)은 역전류 Id의 상신호의 평균치
Figure kpo00001
를 제공하고 이 평균값이 주어진 역치를 초과할 경우 신호 ST를 억제시키기 위하여 역전류 Id의 상신호의 평균치
Figure kpo00002
를 제공하고 신호 G를 발생시키는 예를들면 인티그레이터(integrator) 또는 유사한 수단들과 같은, 수단(38)을 갖는다. 신호 G는 예를들면 증폭-비교기(30)에 공급된다. 따라서, 모우터가 발진기로서 작동될때, 신호 G는 신호 ST의 출현을 억제하여 고채널의 트랜지스터 T1,T3,T5의 개입중단을 막아준다. 언급된 비교기들은 역치 오퍼레이터들일 수도 있다.
상술된 주파수변환기는 다음 방법으로 작동한다 : 모우터의 정상동작동안, 전류는 제1도의 화살표 it에 의해 도시된 것처럼, 중간회로(12)의 선(15)를 통해 흐른다. 제어회로는 비활동상태로 남는다.
모우터의 낮은부하때문에 진동 또는 불안정성이 유발된다면, 역성분은 제1도의 화살표 id에 의해 지적되는 것처럼 나타난다. 상기 처리회로(23)는 신호 Id를 발생시키며(23) 및 (24)의 기능을 결합시킨 비교기(24)-또는 증폭기(30)가 신호 ST를 형성하는 펄스들을 계속 발생시킨다. 이들 펄스들은 상기 게이트들(35)~(37)을 개입중단 시킬 수 있고 그 결과는 검출된 불안정성이 없어질때까지 제어장치(20)에 의해 전달되는 변조폭 펄스 P의 부가적인 챠핑 C'이다.
모우터가 발진기로서 작동할때, 전류 id의 평균값의 신호
Figure kpo00003
는 신호 G가 상태를 변화시키고 비교기(30)를 폐쇄시키기에 충분한 값에 도달하여, 역전류는 3중위상 네트워어크까지 정상적으로 흐른다.
높은 부하변화가 채널(28)에 의해 검출될때, 신호 ST'는 상태를 변화시키며 인버어터의 고채널은 상술된 두 낮은 부하의 경우에서와 같이, 개입중단될 수 있다.
공지된 바와같이, 상술된 종류의 주파수변환기에 있어서, 제어장치(20)는 제1그룹 T1,T3,T5의 스위치들, 다음은 제2그룹 T2,T4,T6, 다음은 다시 제1그룹 T1,T3,T5등등‥‥의 스위치들의 전도의 변조를 교대로 만들며, 도선(20H)(20B)의 그룹들이 따라서 교대로 활성화된다.
바람직하게는, 출력전압감소수단(25)은 또한 변조스위치들의 그룹들까지 교대로 전압감소간격을 전달할 것이다. 즉, 도선(20H), 다음은 (20B)등등‥‥의 그룹들에 의해 제공되는 변조와 동기적이다. 따라서, 모우터의 전류들은 대칭화되며 기생다이오우드 전류의 문제점이 줄어든다.
출력전압감소수단(25) 및 가능하게는 처리수단(22)의 일부는 동일한 제어논리, 예를들면, 동일한 마이크로프로세서에서 이행된다.
제6도에 도시된 실시예에 있어서, 처리수단(22)은 평균치신호 Im을 수신하며 디지탈신호 Imn을 전달하는 A-D 변환기(41)뿐만 아니라, 중간회로의 전류의 상신호 I의 평균치 Im을 제공하는 수단(40)을 포함한다.
전압감소수단(25)은 디지탈신호 Imn을 샘플링하는 수단과 신호 Imn의 진동주파수 및/또는 진폭을 계산하기 위한 수단을 갖는 프로세서를 포함한다.
제어장치(20)는 전압감소수단(25)을 포함하는 마이크로프로세서이다. 마이크로프로세서(20)는 스위치 T1~T6의 전도성을 변조하기 위한 변조 제어수단과 ; 중간회로의 평균전류의 진동의 계산치의 함수로서 변조를 보정하기 위한 변조제어수단과 상호 작용하는 진동계산수단을 포함한다.

Claims (9)

  1. -입력측에서 다중위상 네트워어크에 접속될 수 있고 출력측에서 중간 DC 회로(12)에 접속될 수 있는 정류기브리지(11)와 ; -입력측에서 중간회로에 접속될 수 있고 출력측에서 비동기모우터의 위상임피이던스에 접속될 수 있는 인버어터(13)와 ; -DC 전압이 인가되는 단자들에 정전스위치들의 세쌍으로 이루어지는 인버어터와 ; -중간 DC 회로에 관계되는 전류를 판독하고 중간회로에서 상기 전류의 상신호(I)를 전송시키기 위한 수단(21)과 ; -판독수단(21)에 접속되며 신호(I)의 불안정성을 검출하도록 사용되는 처리수단(22) 및 ; -인버어터의 출력전압들을 감소시키기 위한 수단(25)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, -스위치들의 개폐를 확실하게 하기 위하여 변조펄스들을 인가시키도록 연결된 스위치들을 제어하기 위한 장치(20)로 구성되며, 상기 정전스위치 세쌍의 각각은 두개의 연결스위치를 포함하며 그중 하나는 고채널, 나머지는 저채널이며 회수 다이오우드(D1∼D6)가 각각 병렬로 착설되며, 각쌍(T1,T2 ; T3,T4 ; T5,T6)의 중간지점은 모우터의 위상 임피던스에 접속되며, 상기 수단(25)는 제어장치(20)에 의해 전달되는 변조펄스를 변조시키고 처리수단(22)에 의해 제어되도록 사용되는, 비동기형 모우터의 전원용 주파수 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 스위치들의 각 그룹에 발휘되는 변조와 동기적인 고채널 스위치들(T1,T3,T5) 및 저채널 스위치들의 그룹(T2,T4 ; T6)을 번갈아 개입중단시키기 위하여 정전스위치들을 제어하는 장치(20)와 인버어터의 출력전압을 감소시키기 위한 수단(25)과 상호 협동하는 것을 특징으로 하는 비동기형 모우터의 전원용 주파수 변환기.
  3. 제2항에 있어서, 처리수단(22)가 전류관판수단(21)에 의해 전달되는 신호(I)의 불안정성을 검출할때 고채널 스위치들(T1 ; T3 ; T5) 또는 저채널 스위치들의 그룹을 단지 개입중단시키기 위하여 인버어터의 정전스위치들을 제어하는 장치(20)와 출력전압감소수단(25)이 상호 협조하는 것을 특징으로 하는 비동기형 모우터의 전원용 주파수 변환기.
  4. 제1항에 있어서, 처리수단(22)가 역전류 과다신호(57)를 전달하며 전류판독수단(21)에 연결되며 역전류의 피이크값을 나타내는 여과된 피이크신호(14)를 제공하는 처리회로(23)와 Id＞IREF일때, 출력전압감소 수단들에 인가될 수 있는 역전류 과다신호(ST)를 발신시키기 위해 상기 신호(Id)를 조종가능한 기준치와 비교하는 비교기(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기형 모우터의 전원용 주파수 변환기.
  5. 제4항에 있어서, 지연소자(34)가 주어진 시간동안 역전류 과다신호(57)를 유지하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 비동기형 모우터의 전원용 주파수 변환기.
  6. 제4항에 있어서, 역전류의 평균치(Id)를 제공하고 주어진 역치와 이 평균치를 비교하기 위한 수단(38)을 구비하며, 상기 수단(38)의 입력은 전류판독수단(21)에 연결되는 한편 상기 수단(38)의 출력은 모우터가 발진기로서 작동할때 역전류 과다신호(ST)를 억제하는 신호(G)를 전달하는 것을 특징으로 하는 비동기형 모우터의 전원용 주파수 변환기.
  7. 제4항에 있어서, 비교기(32)가 전류판독수단(21)에 연결되고 모우터전류 과다신호(ST')를 전달하기 위하여 모우터전류(It)의 상신호를 비교치와 비교하도록 사용되는 것을 특징으로 하며, 상기 역전류 과다신호(ST)와 모우터전류 과다신호(ST')이 출력이 지연소자(34)를 거쳐 인버어터의 출력전압을 감소시키는 수단(25)에 접속되는 OR 게이트(33)의 입력에 인가되는, 비동기형 모우터의 전원용 주파수 변환기.
  8. 제1항에 있어서, -처리수단(22)가 평균치신호(Im)을 수신하고 디지탈신호(Imn)을 전달하는 A-D 변환기 뿐 아니라, 중간회로에서 전류의 상신호(I)의 평균치(Im)을 설정하는 수단(40)으로 구성되고, -전압 감소수단(25)가 디지탈신호(Imn)을 샘플링하기 위한 수단과 신호(Imn)의 진동주파수 및/또는 진폭을 계산하기 위한 수단을 갖는 프로세서를 포함하고, -제어장치(20)가 스위치들(T1∼T6)의 전도를 변조시키기 위한 변조제어수단을 포함하며, -진동계산수단이 중간회로에서 평균전류의 진동의 함수로서 상기 변조를 보정하기 위한 변조제어수단에 따라 행동하는 것을 특징으로 하는 비동기형 모우터의 전원용 주파수 변환기.
  9. 제8항에 있어서, 전압감소수단(25) 및 제어장치(20)가 마이크로프로세서에서 실행되는 것을 특징으로 하는 비동기형 모우터의 전원용 주파수 변환기.
KR1019880700020A 1986-05-21 1987-05-20 비동기모우터의 안정화 전원용 주파수변환기 KR910000102B1 (ko)

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