KR910000880B1 - Flux control for induction motor drive using load commutated inverter circuit - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명에 따라 전력을 유도 전동기에 공급하기 위한 전력 회로의 적절한 실시예의 다이어그램.1 is a diagram of a suitable embodiment of a power circuit for supplying power to an induction motor in accordance with the present invention.
제2도는 본 발명의 시스템에 의해 공급될 수 있는 바와같은 VAR에 대한 전형적인 LCI시스템 요구에 관한 그래프.2 is a graph of typical LCI system requirements for a VAR as may be supplied by the system of the present invention.
제3도, 제4도 및 제5도는 본 발명을 이해하는데 유용한 벡터 다이어그램.3, 4 and 5 are vector diagrams useful for understanding the present invention.
제6도 내지 제10도는 본 발명의 시스템에 적용시킬 수 있는 가변 또는 제어 가능 VAR 발생기의 다이어그램.6-10 are diagrams of variable or controllable VAR generators applicable to the system of the present invention.
제11도는 전체 기본 제어 개념으로 본 발명을 도시하는 다이어그램.11 is a diagram illustrating the invention in its overall basic control concept.
제12도는 본 발명의 시스템의 가변 VAR 발생기의 제어를 적절한 실시예로 도시한 다이어그램.12 is a diagram illustrating, in a suitable embodiment, the control of a variable VAR generator of the system of the present invention.
제13도 및 제14도는 블록 형태로 도시된 제12도의 시스템 부분의 가능한 장치를 상세하게 도시한 다이어그램.13 and 14 are detailed diagrams illustrating possible devices of the system part of FIG. 12 shown in block form.
제15a, 15b, 15c, 16a, 16b, 18 및 19도는 제17도를 이해하는데 유용한 벡터 다이어그램.15a, 15b, 15c, 16a, 16b, 18 and 19 are useful vector diagrams for understanding FIG.
제17도는 본 발명의 또다른 적절한 실시예의 기본 블록 다이어그램.17 is a basic block diagram of another suitable embodiment of the present invention.
제20도는 본 발명의 또다른 적절한 실시예의 기본 블록 다이어그램.20 is a basic block diagram of another suitable embodiment of the present invention.
제21도는 본 발명의 디지털 장치를 도시한 기본 블록 다이어그램.21 is a basic block diagram showing a digital device of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 부하 전환형 인버터 회로(LCI) 11 : 교류/직류 콘버터10: Load Switching Inverter Circuit (LCI) 11: AC / DC Converter
12 : 직류/교류 콘버터 14 : DC 링크12: DC / AC converter 14: DC link
16 : 인덕터 24 : 유도 전동기16
25 : 권선 30 : 캐패시터 회로25 winding 30 capacitor circuit
40 : VAR 발생기40: VAR generator
본 발명은 일반적으로 전동기의 제어에 관한 것이며, 특히, 전력을 전동기에 공급하기 위해 부하 전환형 인버터 회로(load commutated inverter)(LCI)를 사용하여 유도 전동기를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates generally to the control of an electric motor, and more particularly to an apparatus for controlling an induction motor using a load commutated inverter (LCI) for supplying power to the electric motor.
전동기 구동에 있어서, 전력을 공급원에서 전동기에 제공하기 위해 전력 콘버터 시스템을 사용하는 것을 통상적인 것이다. 상기 전력 콘버터에는 다양한 타입이 있으나, 높은 전압 및 전력에서 사용되는 경우에는 상기 콘버터는 가끔 브릿지 배치로 되어 있는 다이리스터로 구성된다. 브릿지형 다이리스터는 전동기에 공급되는 전력을 가변시키거나 제어하기 위해서 선택적으로 게이트되는데 이는 통상 위상 제어로 알려져 있다. 속도를 조정할 수 있는 AC 전동기 구동에 있어서, 상기 콘버터를 두 개 사용하는 것이 통상적인데, 그중 제1콘버터는 공급원(즉, 전원 라인)으로부터의 교류(AC) 전력을 직류(DC) 전력으로 변환시키는데 사용된다. DC 링크 회로에 의해 제1콘버터와 접속되어 있는 제2콘버터는 공급된 DC 전력을 전동기에 공급되는 가변 주파수 AC 전력으로 변환시키는데 사용된다. 제1콘버터(공급원측)는 전동기에 공급되는 전류량을 변동시키도록 제어되며, 반면에, 통상 인버터로 불려지는 제2콘버터(부하측)는 전동기에 공급되는 전력의 주파수를 변동시키는데 사용된다.In motor drive, it is common to use a power converter system to provide power to the motor from a source. There are various types of power converters, but when used at high voltages and power, the converters are often comprised of thyristors in bridge arrangements. Bridged thyristors are selectively gated to vary or control the power supplied to the motor, which is commonly known as phase control. In an AC motor drive with adjustable speed, two converters are commonly used, the first of which converts alternating current (AC) power from a source (i.e. power line) into direct current (DC) power. Used. The second converter connected to the first converter by the DC link circuit is used to convert the supplied DC power into variable frequency AC power supplied to the motor. The first converter (supply source side) is controlled to vary the amount of current supplied to the motor, while the second converter (load side), commonly called an inverter, is used to vary the frequency of power supplied to the motor.
전형적인 3상 시스템용 공급원측 콘버터는 출력전류 또는 전압을 변동시키도록 위상이 제어되어 있는 6개의 다이리스터 브릿지로 구성되어 있다. 부하측 콘버터, 또는 인버터는 부하 전환형 인버터 또는 강제 전환형 인버터중의 하나로 구성되어 있다. 여기서 전환은 브릿지의 다이리스터가 비도전되게 하는 것을 의미한다.The source-side converter for a typical three-phase system consists of six thyristor bridges whose phase is controlled to vary the output current or voltage. The load side converter, or inverter, is composed of either a load switching inverter or a forced switching inverter. Switching here means making the thyristor of the bridge non-conductive.
본 기술분야에서 공지된 바와같이, 다이리스터를 비도전시키기 위해서는, 다이리스터에 역전압을 걸리게하여 다이리스터내의 전류가 거의 0의 값으로 감소되어야 한다. 이것은 공급원측 콘버터에 있어서는 통상 문제가 되지 않는다. 왜냐하면, 콘버터는 기본적으로 정류기로 작동하며, 한 다이리스터의 게이팅 온은 콘버터가 접속되어 있는 AC 공급원(즉, 전력라인)에 역전압을 발전시키므로 도전중인 다이리스터를 전환시키는 효과가 있기 때문이다. 그러나, DC 전력이 공급되는 부하측 콘버터에 있어서, 전환을 이루기 위해서는 어느 정도의 무효 전력(reactive-volt-ampere)(VAR)이 존재하여야 한다. 부하전환 인버터에 있어서, 상기 VAR는 부하로부터 유도된다. 강제 전환형 인버터에 있어서는 캐패시터와 같은 장치가 존재하여 여기에 적절하게 전하가 충전되며 적절한 시간에 사이 캐패시터에 충전된 전하는 인버터를 전환시키기 위해 사용된다.As is known in the art, in order to non-conduct a die thruster, the current in the die thruster must be reduced to a value of zero by applying a reverse voltage to the die thruster. This is usually not a problem for the source side converter. This is because the converter basically acts as a rectifier, and the gating on of one die Lister has the effect of switching the challenging die lister since it develops a reverse voltage to the AC source (i.e. power line) to which the converter is connected. However, in a load-side converter supplied with DC power, some reactive-volt-ampere (VAR) must be present to achieve switching. In the load switching inverter, the VAR is derived from the load. In a force-switched inverter, there is a device such as a capacitor, in which charge is appropriately charged and charges charged in the capacitor at an appropriate time are used to switch the inverter.
속도 가변 AC 전동기 구동에 있어서, 낮은 전압(즉, 100볼트 이하)에서는 케이지 타입의 유도 전동기를 사용하여 적절하게 구동시키며, 상기 타입의 유도 전동기는 구동파 인버터, 펄스폭 피변조 인버터 또는 전류원 인버터와 같은 강제 전환형 인버터에 의해 공급된다. 유도 전동기는 간단하며 튼튼하기 때문에 여기에 적절하게 사용된다. 상기 유도 전동기의 장점은 강제 전환 인버터가 전환 회로를 가져야 하는 단점을 극복하는데 있다. 그러나, 상기 기술은 통상 싱글메인 또는 전력용 다이리스터 스위칭 장치가 각 인버터 레그부에 제공되어 있는 인버터에만 국한되어 있다. 왜냐하면 더 높은 전략비가 요구되는 병렬 또는 직렬 다이리스터와 연관되어 기술적인 어려움이 따르기 때문이다. 예로서, 요구되는 전압이 싱글 다이리스터에 요구되는 전압을 초과하는 브릿지의 한 레그부에 직렬로 포함되어 있는 다수의 다이리스터를 정밀하게 동시에 강제로 전환시키는 것은 매우 어렵다. 따라서, 더 높은 전압에 있어서 (즉, 100볼트 이상)는 동기 전동기에 공급하는데는 부하 전환형 인버터를 사용하는 것이 실용적이다.In driving a variable speed AC motor, a low voltage (i.e., 100 volts or less) is appropriately driven by using a cage type induction motor, and the induction motor of this type is combined with a drive wave inverter, a pulse width modulated inverter or a current source inverter. It is supplied by the same forced switching inverter. Induction motors are suitably used here because they are simple and robust. The advantage of the induction motor is to overcome the disadvantage that the forced switching inverter must have a switching circuit. However, the technique is usually limited to inverters in which a single main or power thyristor switching device is provided in each inverter leg portion. This is because of the technical difficulties associated with parallel or series thyristors that require a higher strategic cost. By way of example, it is very difficult to forcibly and simultaneously forcibly switch over a number of diistors contained in series in one leg portion of a bridge in which the required voltage exceeds the voltage required for a single thyristor. Therefore, it is practical to use a load switching inverter to supply synchronous motors at higher voltages (ie, 100 volts or more).
상술한 공급원측 및 부하측 콘버터를 모두 가진 부하 전환형 인버터 시스템은 공급원측 및 부하측으로부터 지연 무효 전류를 추출하는 동안에 한 AC 공급원에서 다른 공급원(또는 부하측)으로 유효 전류를 적절하게 통과시킬 수 있는 것으로 간주된다. 따라서, 전동기 구동에 있어서는, 통상 유도 전동기가 아닌 동기 전동기를 구동시키기 위해 사용된다. 왜냐하면, DC 전류에 의해 여자되는 회전자를 가진 동기 전동기는 LCI의 부하측에 대해 지연 무효 전류원으로 사용되어 효과적으로 전환시키기 때문이다. LCI는 유도 전동기를 구동시키기 위한 적절한 공급원으로 통상 사용되지 않는다. 왜냐하면, 전동기는 LCI와 같이 상기 전동기의 단자에서 지연 부효 전류원을 필요로 하기 때문이다. 따라서, 부하 전환형 인버터 또는 LCI는 가격이 싸며 높은 전압을 처리할 수 있는 반면에, 더욱 간단하고 가격이 싼 유도 전동기에는 적절하게 사용될 수 없다.Load-switched inverter systems having both the source-side and load-side converters described above are considered capable of properly passing the effective current from one AC source to another (or load-side) while extracting delayed reactive current from the source and load side. do. Therefore, in driving an electric motor, it is usually used to drive a synchronous motor other than an induction motor. This is because a synchronous motor having a rotor excited by a DC current is used as a delayed reactive current source for the load side of the LCI to effectively convert. LCI is not commonly used as a suitable source for driving induction motors. This is because the motor requires a delayed invalid current source at the terminal of the motor like the LCI. Thus, while load-switched inverters or LCIs are cheap and able to handle high voltages, they cannot be suitably used in simpler and cheaper induction motors.
따라서, 본 발명의 목적은 부하 전환형 인버터 회로를 사용하여 AC 유도 전동기를 구동시키려는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to drive an AC induction motor using a load switching inverter circuit.
본 발명의 또다른 목적은 전류를 전동기에 공급하기 위한 부하 전환형 인버터 회로 및 잔존하는 소정의 무효 전류 또는 VAR를 시스템에 공급하기 위한 캐패시터 회로와 가변 VAR 발생기의 조합을 사용하여 유도 전동기를 구동시키려는 것이다.Another object of the present invention is to drive an induction motor by using a combination of a load switching inverter circuit for supplying current to the motor and a capacitor circuit for supplying a predetermined reactive current or VAR to the system and a variable VAR generator. will be.
본 발명의 또다른 목적은 부하 전환형 인버터 회로 및 캐패시터 회로와 가변 VAR 발생기의 조합을 사용하여 유도 전동기를 구동시키는 것이며, 여기서, 부하 전환형 인버터 및 가변 VAR 발생기는 부하 전환형 인버터 회로를 전환시키고 적절한 여자 전류를 전동기에 공급하기 위해 소정의 전동기 토오크 및 자속 및 필요한 VAR를 유지시키도록 제어된다.Another object of the present invention is to drive an induction motor using a combination of load switching inverter circuit and capacitor circuit and a variable VAR generator, wherein the load switching inverter and variable VAR generator switch the load switching inverter circuit. It is controlled to maintain the desired motor torque and flux and the required VAR to supply the appropriate exciting current to the motor.
상술된 목적 및 또다른 목적은 다상 공급원으로부터 전력이 공급되는 권선을 가진 교류 유도 전동기가 공급원에 연결된 제어가능한 AC/DC 콘버터와 전동기에 연결된 DC/가변 주파수 AC 콘버터를 포함하는 부하 전환형 인버터 회로(LIC)를 통하여 상기 공급원에 연결되어 있는 시스템을 제공함으로서 달성된다. 상기 두 콘버터는 DC 링크 회로에 의해 서로 접속되어 있다. 전동기 작동 파라메터를 나타내는 커멘드 신호 및 궤환 신호에 응답하는 제1궤환 제어 통로는 AC/DC(공급원측) 작동을 제어하기 위해 사용되는 반면, 커멘드 신호에 응답하는 제2궤환통로는 전동기에 접속되어 있는 DC/AC(부하측) 콘버터의 작동을 제어하기 위해 사용된다.The above and another object is to provide a load-switched inverter circuit comprising an AC induction motor having a winding powered from a multiphase source, a controllable AC / DC converter connected to the source and a DC / variable frequency AC converter connected to the motor. By providing a system connected to said source via LIC). The two converters are connected to each other by a DC link circuit. The first feedback control passage in response to the command signal and the feedback signal indicative of the motor operating parameters is used to control AC / DC (source side) operation, while the second feedback passage in response to the command signal is connected to the motor. Used to control the operation of the DC / AC (load side) converter.
반면에, 고정 캐패시터 회로는 전동기 권선 사이에 접속되어 진상 VAR를 시스템에 제공하며, 전동기 권선사이에 접속되어 있는 가변 VAR 발생기는 VAR 커멘드 신호의 응답하여 부수적인 VAR를 전시스템에 공급한다. 상기 VAR 커멘드 신호는 제3피드백 제어 통로에 의해 발생하며 LCI 회로 및 전동기의 규정된 작동 파라메터에 응답한다.On the other hand, the fixed capacitor circuit is connected between the motor windings to provide an advanced VAR to the system, and the variable VAR generator connected between the motor windings supplies an additional VAR to the entire system in response to the VAR command signal. The VAR command signal is generated by the third feedback control passage and responds to defined operating parameters of the LCI circuit and the motor.
이하, 첨부된 도면으로 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.
제1도는 본 발명의 일반적인 양호한 실시예에 따른 유도 전동기 구동용 전력 회로를 도시한 것이다.1 shows a power circuit for driving an induction motor according to a general preferred embodiment of the present invention.
단자 L1, L2및 L3로 표시된 전력원(3상)은 번호(10)로 도시되어 있는 부하 전환형 인버터 회로에 접속되어 있다. 부하 전환형 인버터 회로(LCI)는 직류 IDC를 공급하기 위해 인덕터(16)를 포함하는 DC링크(14)에 의해 공급원측 콘버터(12)에 접속되어 있는 공급원측 콘버터(11)를 포함한다. 콘버터(11) 및 (12) 각각은 도시된 바와같이 공지된 방법으로 브릿지 배열로 접속되어 있는 6개의 다이리스터를 구비한다. 6개의 다이리스터 각각은 전 시스템의 전력 요건에 따라서 병렬 또는 직렬로 접속되어 있는 싱글 다이리스터 또는 복수 다이리스터를 나타내기 위한 것임을 알아야 한다. 권선(25)을 가진 유도 전동기(24)는 제어된 전류 IL가 전동기(24)에 공급되도록 세 개의 연결 라인(18,20,22)에 의해 LCI(10)에 연결되며, 특히 부하측 인버터(12)에 연결된다.(도시된 것은 전동기 권선의 와이 결선이지만 델타 결선과 같은 것도 똑같이 사용될 수 있다). LCI(10)의 주요 기능은 유도 전동기(24)에 실효 전력을 제공하는 것이지만, 어떤 경우에 사용되어 이해될 수 있는 바와 같이, LCI의 출력에는 지연 여자 전류 성분도 존재한다.The power source (three phases) indicated by terminals L 1 , L 2 and L 3 is connected to the load switching inverter circuit shown by
라인(18,20,22)에 연결된 캐패시터 회로(32)는 와이 결선으로 연결되어 있는 세 개의 캐패시터(34,36,38)로 구성된다. 이들 캐패시터는 공학적 실용성에 따라 델타 결선으로 연결될 수도 있다. 캐패시터는 고정값을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 전동기의 동작 파라메터, 예로서, 속도의 함수로서 회로에서 스위치되는 여러 가지 캐패시터를 가진 스위치된 캐패시터 회로가 사용될 수도 있다. 캐패시터 회로의 주요 기능은 유도 전동기를 여자시키기 위해 진상(leading) 무효 전류를 제공하는 것이며, 필요한 VAR의 일부분을 제공하고 LCI(10)의 전환을 실행하는 것이다. 전동기의 권선 양단에도 VAR 발생기(40)는 접속되어 있다. VAR 발생기의 1차 기능은 캐패시터 회로 및 LCI(10)로부터 공급되는 전류를 증가시키거나 감소시키는 부수적인 무효 전류를 공급함으로 전동기의 자속 레벨을 유지시키는 것이다.The
제1도에 도시한 바와같이 VAR 발생기(40)는 라인(18),(20) 및 (22)에 실제 접속되어 있는 회로(39)를 포함한다. 회로(39)의 가능한 작동은 제6도 내지 제10도로서 설명하기로 한다. 또, 점선으로 표시된 AC/DC전력원(42)은 라인(44),(46) 및 (48)에 의해 단자 L1,L2및 L3에 접속되어 있으며, 적절하게는 인덕터(43)를 포함하는 DC링크(41)를 통해 전력을 회로(39)로 공급한다. 비록, 발생기 출력을 더욱 완전하게 제어하기 위해서는 요망될 수도 있지만, VAR 발생기가 유효 전력을 전시스템에 제공해야 하는 경우를 제외하고는 상기 전력원은 필요없다. 다음에 기술된 바와같이, 특별히 한정되지 않았지만, VAR 발생기(40)는 회로(39)만 나타내거나 또는 회로(39)와 전력원(42)을 함께 나타내도록 의도되었다. 상기 전력원이 포함될 때는, 전력원(42)은 LCI(10)의 콘버터(11)로 도시된 바와같이 전형적인 브릿지 콘버터가 될 수 있으며 발생기(40)의 두 소자의 제어는 더욱 상세하게 후술하는 바와같이 두 LCI 변환기와 근본적으로 동일 특성을 나타낸다.As shown in FIG. 1, the
제2도에서는 전형적인 부하에서 적절한 전동기여자 및 전환 VAR를 위한 여자 시스템 제어 범위를 나타내는 그래프이다. 여기서 요구되는 전동기 토오크는 전동기 속도의 제곱에 거의 비례한다. 제2도에는 횡좌표를 따라 단위 속도를, 종좌표를 따라 단위 VAR 나타낸 단위 유닛을 나타낸다. 전형적인 예로 도시된 형태는 단위 캐패시터 회로당 1이고 단위 진상-지상 VAR 제어기당 0.25로 나타낸 것이다. 즉, 제1도의 VAR 발생기(40)는 지상 또는 진상 형태중의 어느 하나로 정격 전압 및 주파수에서, 단위 VAR당 0.25를 제공할 수 있는 것을 나타낸다. 제2도에 있어서의 점선(50)은 단위당 0.2 내지 1의 속도 범위에서 시스템의 요구되는 전체 VAR를 나타낸다. 일점쇄선(52)은 제1도의 캐패시터 회로에 의해 시스템에 제공될 수 있는 VAR를 나타낸다. 캐패시터 단독으로 있을때는 시스템에서 올바른 VAR를 가질 수 있는 시간은 단위 속도당 대략 0.7이다. 실선은 결합된 캐패시터 및 VAR 발생기의 가능한 VAR의 한계치를 나타낸다. 제2도에 도시된 바와같이, VAR 발생기가 단지 진상 VAR만 공급할 수 있다면, 도시한 바와같이 캐패시터 회로를 구비하는 시스템은 단위 속도당 0.2 내지 0.7의 범위내에서만 작동할 수 있는 것을 나타낸다. 역으로, 단지 지연 VAR만 캐패시터 회로(32)를 보충하도록 사용될 수 있다면, 단위 속도 범위 0.7 내지 1.0에서 작동이 허용된다. 따라서, VAR 발생기는 진상 및 지상 VAR 모두를 제공할 수 있어서, 시스템 요구 라인은 0.33 내지 1.0 속도 두 실선사이에 존재한다. 따라서, 더 넓은 속도 범위에서 전동기를 작동시킬 수 있다.FIG. 2 is a graph showing the excitation system control range for the appropriate motor excitation and switching VAR at typical loads. The motor torque required here is almost proportional to the square of the motor speed. 2 shows a unit speed along the abscissa and a unit VAR along the ordinate. Typical examples are shown as 1 per unit capacitor circuit and 0.25 per unit phase-to-ground VAR controller. That is, the
제2도와 부합되는 제3,4 및 제5도의 벡터 다이어그램은, 본 발명의 시스템에 요구되는 작동을 쉽게 이해할 수 있도록 제공되어 있다. 상술한 바와같이, LCI의 부하 전환형 인버터는 AC 공급원으로부터의 유효 전류를 부하측으로 보낸다. 유도 전동기 및 부하 전환형 인버터 회로는 단자에서 지상 무효 전류원이 요구되므로, LCI는 유도 전동기를 적절하게 구동시키는 것으로는 생각되지 않는다.The vector diagrams of FIGS. 3, 4 and 5 in accordance with FIG. 2 are provided to facilitate understanding of the operation required for the system of the present invention. As described above, the load switching inverter of the LCI sends an active current from an AC source to the load side. Since induction motors and load switching inverter circuits require a ground reactive current source at the terminals, LCI is not considered to properly drive induction motors.
제1도에서 도시된 바와같이, 기본 전력 회로의 전동기 단자에서 다수 전류의 관례를 잘 이해하기 위해서, 제3도가 참조로 도시되어 있다. 상기 다이어그램에 있어서, 기준 벡터는 수직 벡터 VM으로 나타나는 전동기 공극(air gap) 전압이다. 설명을 쉽게 이해하기 위하여, 전동기 손실은 무시되어 전동기 공급 전압 및 전동기 단자전압은 동일한 것으로 생각한다. 상기 다이어그램에 있어서의 전동기 전류는 어떠한 각 위치에서도 나타낼 수 있다. 만약 상기 전동기 전류가 수직으로 전동기 전압과 동상으로 되면, 전동기는 전력 발생기가 된다. 만약 전류가 수직이며 하부로 향한다면, 전동기는 전력을 흡수하여, 전동기의 정상 작동에 있어서, 기계적인 힘을 제공한다. 만약 전류가 전압보다 90°지상이면(제3도에 있어서 우측으로 향함), 전류는 전동기내에서 공극 자속을 감소시키는 경향이 있다. 이것은 동기 전동기/발전기에 있어서 수직선축 전류라 한다. 만약 전류가 전압보다 90°진상이면(제3도에 있어서 좌측으로 향함), 전류는 공극 자속을 증가시킨다.As shown in FIG. 1, in order to better understand the convention of multiple currents at the motor terminals of a basic power circuit, FIG. 3 is shown with reference. In the diagram, the reference vector is the motor air gap voltage represented by the vertical vector V M. For easy understanding of the description, the motor losses are ignored and the motor supply voltage and the motor terminal voltage are considered equal. The motor current in the diagram can be shown at any angular position. If the motor current is in phase with the motor voltage vertically, the motor becomes a power generator. If the current is vertical and directed downward, the motor absorbs power, providing mechanical force in normal operation of the motor. If the current is 90 ° above the voltage (turned to the right in FIG. 3), the current tends to reduce the air gap magnetic flux in the motor. This is called the vertical linear current for the synchronous motor / generator. If the current is 90 ° above the voltage (turned to the left in FIG. 3), the current increases the void flux.
동기 전동기는 상기 다이어그램상의 어느 벡터 위치에서의 전류로도 작동할 수 있다. 그러나, 유도 전동기는 고정자 단자로부터만 여자되며 따라서 좌측(좌속을 만드는 방향)으로 수평인 성분을 가진 전류에 의해 여자되어야만 한다. 따라서, 유도 전동기의 전동 및 발전기 작동을 위한 허용부는 "유도 전동기 작동 범위"로 표시되고 분류된 바와같이 벡터선도의 좌반부 대부분이다.The synchronous motor can operate with current at any vector position on the diagram. However, induction motors are only excited from the stator terminals and therefore must be excited by a current with a component horizontal to the left (the direction to make left). Thus, the allowances for the motor and generator operation of the induction motor are most of the left half of the vector diagram as indicated and classified as "induction motor operating range".
부하 전환형 인버터 회로는 전정류 작용을 야기시키는 게이팅 시간(다이리스터가 다이오드로 도전되어 하는 게이팅 시간)에 대해 제어가능량 만큼 지연되는 시간에서 다이리스터 또는 다른 제어된 스위칭 장치에 의해 작동된다. 상기 게이팅 시간은 통상 제로지연 기준시간으로 나타내며 전기적 각도로 표시된 시간만큼의 지연은 알파(α)각으로 나타낸다. LCI로부터 전동기에 제공되는 전류는 케이팅에 의해 정해지는 위상 위치에서 LCI의 부하측상에서 α만큼 지연된다. 제2도의 벡터 선도에 있어서의 각 α는 수직 기준값 VM으로부터 시계방향(즉, 전동기 전류와 동일방향)으로 측정된다. 각 α에 대한 기준치는 전동기 전류에 대한 기준치와 동일하다. 왜냐하면, 다이오드 브릿지로서의 LCI의 작동은 전동기로부터 순수한 유효 전력을 받아들여서 전동기를 발전기로 작동시키는 것에 대응하기 때문이다. 따라서, α=0에서부터 180°보다 약간 적은 값까지의 LCI의 정상 범위는 제3도에 있어서의 벡터선도의 우측 하반부 거의 전부가 된다. 제3도로부터, LCI는 유도 전동기에 제공되는 것이 적절하지 못한 이유를 알 수 있다. 왜냐하면 유도 전동기의 작동 영역을 포함하는 LCI의 작동 영역이 없기 때문이다. LCI에 의해 제공되는 여자 전류 성분 ILE는 감자극성을 가진다.The load-switched inverter circuit is operated by a thyristors or other controlled switching devices at a time that is delayed by a controllable amount relative to the gating time (the gating time at which the diester is conducted to the diode) causing a pre- rectification action. The gating time is typically expressed as a zero delay reference time and the delay by the time indicated by the electrical angle is represented by an alpha (α) angle. The current supplied from the LCI to the motor is delayed by α on the load side of the LCI at the phase position determined by the gating. The angle α in the vector diagram of FIG. 2 is measured clockwise (ie, in the same direction as the motor current) from the vertical reference value V M. The reference value for each α is the same as the reference value for the motor current. This is because the operation of the LCI as a diode bridge corresponds to receiving the pure active power from the motor and operating the motor as a generator. Therefore, the normal range of LCI from α = 0 to a value slightly less than 180 ° is almost all of the lower right half of the vector diagram in FIG. From FIG. 3, it can be seen that the LCI is not appropriate to be provided to the induction motor. This is because there is no operating region of the LCI that includes the operating region of the induction motor. The exciting current component I LE provided by the LCI is depolarizing.
상술한 바와같이, 본 발명의 전시스템은 3개의 전류원을 가진다. 여기서, 제1전류원 IL은 LCI로부터 나온다. 제2전류원은 IC이며, 제1도의 캐패시터 회로(32)로부터 나오며, 제3전류 IX는 가변 VAR 발생기(40)로부터 나온다. 상기 전류 각각은 전류원의 특성에 의해 제3도에 있어서의 특정 범위에 국한되며 상기 세전류의 합은 전 전동기 전류와 동일해야만 한다.As mentioned above, the entire system of the present invention has three current sources. Here, the first current source I L comes from the LCI. The second current source is I C , coming from the
캐패시터 회로의 전류 IC는 제3도에 도시된 바와같이 좌측으로 수평으로 되어 있으며, 위상각은 자속을 증가시킨다. 전력원에 접속되어 있는 강세 전환형 인버터의 전류각은 어느 값이라도 될 수 있다. 강제 전환형 인버터의 기능은 VAR 발생기 전류 IX가 어느 순간에서도 스위치되어 어느 벡터 위치에서도 작동될 수 있도록 하는 것이다. 별도의 전력원이 없는 VAR 발생기의 경우에 있어서는, 실효 전력을 수용할 수도 없고 분해할 수도 없으며, 전류는 제3도의 다이어그램에 있어서와 같이 좌측(용량성) 또는 우측(유도성) 극성으로 수평이 되어야만 한다.The current I C of the capacitor circuit is horizontal to the left as shown in FIG. 3, and the phase angle increases the magnetic flux. The current angle of the accelerating switching inverter connected to the power source can be any value. The function of the force-switched inverter is that the VAR generator current I X can be switched at any moment and operated in any vector position. In the case of a VAR generator without a separate power source, the effective power cannot be accommodated or decomposed, and the current is horizontally parallel to the left (capacitive) or right (inductive) polarity as shown in the diagram of FIG. Should be.
제4도는 3전류원의 전류가 어떻게 결합되어 유도 전동기의 요구 조건을 만족시키는가를 도시한 것이다. 전동기 전류 IM은 전동기 작동을 나타내는 벡터 위치에 도시되어 있다. LCI전류 IL은 IM과 동일한 실효성분(수직)을 가지며, 벡터 위치에 있어서는 전동기 전류의 위치와 근접되어 있다(LCI 전류의 허용 범위내). 캐패시터 회로 전류 IC는 허용되는 벡터위치내에 있으며 전동기의 전압 및 주파수에 의해 크기가 정해지면 다음과 같은 관계식을 가진다.4 shows how the currents of three current sources are combined to meet the requirements of an induction motor. The motor current I M is shown in a vector position representing the motor operation. The LCI current I L has the same effective component (vertical) as I M and is close to the position of the motor current in the vector position (within the allowable range of the LCI current). The capacitor circuit current I C is in the allowable vector position, and when it is sized by the voltage and frequency of the motor, it has the following relationship.
여기서 VM=중성 전압에 대한 전동기 라인Where V M = motor line for neutral voltage
W=전동기 고정자 주파수W = motor stator frequency
C=중성 캐패시턴스에 대한 유효 라인C = effective line for neutral capacitance
캐패시터 전류 벡터 IC는 제4도에 있어서, 벡터 선도상의 두 위치에 도시되어 있다. 하나는 본래의 위치에 도시되어 있으며 다른 하나는 다이어그램의 하부에서 IL과 합쳐져서 도시되어 있다. VAR 발생기로 부터의 전류 IX는 수평 방향으로 향하며 벡터선도를 완성시키기 위한 크기 및 극성을 가져서 요구되는 토오크에서의 전동기에 요구되는 전류, IM은Capacitor current vector I C is shown in FIG. 4 at two positions on the vector diagram. One is shown in its original position and the other is shown in combination with I L at the bottom of the diagram. The current I X from the VAR generator is in the horizontal direction and has the magnitude and polarity to complete the vector diagram so that the current required for the motor at the required torque, I M ,
가 된다. 제4도는 캐패시터 전류가 너무 작아서 요구되는 무효 전류를 공급할 수 없을 때 발생되는 경우를 도시한 것이다.Becomes 4 shows the case where the capacitor current is too small to supply the required reactive current.
제5도는 캐패시터 회로가 매우 큰 경우에 있어서 여러 전류에 대한 벡터 위치를 도시한 것이다. 상기 경우에 있어서, VAR 발생기(40)에 대한 제어는 위상 위치를 역으로 하고 진폭을 조정하여 3전류의 합이 앞에서와 같이 요구되는 무효 전류를 제공한다. 캐패시터 전류의 크기가 상술한 식(1)으로 정해지며, 전동기 전압 및 전동기 속도의 함수로 나타나므로, 캐패시터 전류의 크기를 직접 제어할 방법이 없다. 따라서 가변 전압 VAR 발생기 전류는 각각의 작동점에서 조정되어서 무효 전류에 있어서 에러를 발생시킨다. 따라서, 캐패시터 회로에 대한 최적 선택은 VAR 제어기의전 요구 조건을 최소화시킨다.5 shows vector positions for various currents when the capacitor circuit is very large. In this case, control of the
제6도 내지 10도는 회로(37) 및 가변 VAR 제어기(40)에 대한 가능한 구성을 참조로 나타내었다. 각 경우에 있어서, 도시된 VAR 제어기는 라인(18),(20) 및 (22)에 접속되어 있다. 각 경우에 있어서, 여러 제어기의 다수의 스위칭 또는 게이팅 소자는 상술된 바와같이, 적절한 제어 수단의 제어하에 놓여져서, 여러 회로의 능력에 따라 제공되는 VAR의 양은 변동될 수 있다.6-10 show with reference to possible configurations for the circuit 37 and
제6도는 VAR 발생기 회로(39)에 대한 제1가능성을 도시한 것이다. 도시된 회로는 3상3레그 배치로서 6개의 다이리스터를 구비하는 라인 전환 콘버터에 관한 것이다. 다이리스터(60)과 (61),(62)와 (63) 및 (64)와 (65) 사이에서 라인(18,20,22)에 의한 접속은 3레그 각각에 다이리스터 정션으로 이루어진다. 통상의 콘버터 브릿지의 DC 콘덕터는 터미네이팅 임피던스 인덕터(66)에 접속되어 있다. 제6도의 형태는 단지 지상 VAR만 제공할 수 있으며, 공급되는 VAR 양은 다이리스터의 게이팅 함수로 나타난다.6 shows a first possibility for the
제7도는 가능한 VAR 발생기로서 스위치된 캐패시터 회로를 도시한 것이다. 여기서 상기 VAR 발생기는 단지 진상 VAR만 제공할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 도시된 바와같이, 3라인(18,20 및 22)은 델타 회로 장치에 접속되어 있으며, 상기 장치의 각 레그는 예로서, 다이리스터(72) 및 (73)와 같은 게이팅 소자의 역 평형구조에 접속되어 있다. 델타 배열의 다수의 레그부의 다이리스터를 선택적으로 게이팅하거나 또는 도전시킴으로, 제7도의 브릿지 또는 발생기는 가변 진상 VAR를 시스템에 공급할 수 있다.7 shows a capacitor circuit switched as a possible VAR generator. It should be appreciated here that the VAR generator can only provide true VARs. As shown, three
제8,9,10도는 진상 및 지상 VAR를 제공할 수 있는 다수의 강제 전환 콘버터를 도시하였다. 상기 콘버터는 확장된 범위에서 전동기 작동이 요구되는 본 발명의 사용에 있어 더욱 바람직한 것으로 사료된다. 제8도는 제어 전환형 인버터 또는 자동 연속적으로 전환되는 인버터를 도시한 것이다. 상기 3상에 대한 3레그 각각은 직렬로 배치되어 제1다이리스터(74), 제1다이오드(75), 제2다이오드(76) 및 제2다이리스터(77)를 구비하며 상기 3상에 대한 3레그 각각은 모두 동일 방향으로 도전되는 극성을 가지며 직렬로 배치된 제1다이리스터(74), 제1다이오드(75) 및 제2다이오드(76) 및 제2다이리스터(76)를 구비한다. 인접 레그의 다이리스터 사이에는 캐패시터(78,79)와 같은 캐패시터를 전환시킨다. 제3도에 도시된 장치와 유사한 상기 브릿지 장치는 유도성 리액턴스(80)에서 끝이난다.8, 9 and 10 illustrate a number of forced conversion converters that can provide fast and ground VARs. The converter is considered to be more preferred for use in the present invention where motor operation is required in an extended range. 8 shows a control switching inverter or an inverter which is switched continuously automatically. Each of the three legs with respect to the three phases is arranged in series and includes a first die Lister 74, a
제8도는 단지 완전하게 나타내기 위해 포함되어 있는 형태를 도시한 것이다. 상기 형태의 VAR 발생기는 Y형 1차 권선(84) 및 델타형 2차 권선(86)을 가진 적절한 절연 변압기(82)에 의해 라인(18,20 및 22)에 접속되어 있다. 이것은 단지 양호한 설계상 실용성에 따라 절연 및 전압 레벨 조정이 요구되는 특정한 경우를 이해하게 하기 위해 포함된 것이며 다른 모든 실시예에도 적용될 수 있는 접속의 또다른 한 변형 형태를 나타내려는 것이다.8 illustrates the form included for the sake of completeness. The VAR generator of this type is connected to
제9도는 멕무레이(McMurray)인버터라고도 통칭되는 제2타입의 강제 전환 인버터이다. 상기 회로 및 그 작동은 1965년 9월 21일자로 등록된 미합중국 특허 제3,207,974호, 제목 "인버터 회로"에 더욱 상세하게 기술되어 있다. 3상으로 도시되어 있는 상기 인버터는 3개의 동일 부분을 구비하며, 도면에는 라인(18)에 접속되어 있는 부분만 도시되어 있다. 인버터 레그부는 DC부스사이에 제2다이리스터(86)와 직렬로 접속되어 있는 제1다이리스터(88)를 포함한다. 상기 두 다이리스터는 통상 전력 트랜지스터라 불려진다. 한쌍의 다이오드(90) 및 (92)는 다이리스터(86) 및 (88)와 병렬로 접속되어 있으며 극성이 반대로 되어 있다. 전류 다이리스터라 불려지는 추가되는 두 다이리스터(94) 및 (96)는, 캐패시터(98) 및 인덕터(100)가 다이리스터(94)의 캐소오드와 다이오드(90)의 애노우드 및 캐소오드사이 및 다이리스터(86)에 직렬로 접속될 때, DC부스사이에 접속되어 있다. 다수의 다이리스터의 적절한 게이팅에 의해, 캐패시터(98)는 적절하게 충전되며, 공지되어 있으며 상술된 특허에 기술된 방법으로 레그부 다이리스터를 전환시키기 위해 방지된다. 상기 강제 전환형 인버터는 캐패시터(102)에 있어서의 DC 단자상에서 끝이난다.9 is a forced switching inverter of the second type, also commonly referred to as a McMurray inverter. The circuit and its operation are described in more detail in US Pat. No. 3,207,974, entitled “Inverter Circuit,” registered September 21, 1965. The inverter shown in three phases has three identical parts and only the part connected to the
제10도는 또다른 형태의 강제 전환형 인버터이다. 상기 인버터는 통상 게이트 턴오프 인버터라 불리어지며, 펄스폭 변조 또는 구형파 모드로 작동될 수 있다. 대칭되는 3상 형태가 다시 표시되어 있으며, 여기서 다이오드(112)와 역 병렬 형태로 접속된 제1게이트 턴오프 스위치(110)가 한 레그내에 포함되어 있다. 유사한 형태로, 레그의 네가티브부는 다이오드(116)와 역 병렬로 접속되어 있는 게이트 턴오프 스위치(114)를 포함한다. 상기 인버터는 캐패시터(120)내의 DC 단자상에서 끝이 나있다.10 is another type of forced switching inverter. The inverter is commonly referred to as a gate turn off inverter and can be operated in pulse width modulation or square wave mode. The symmetric three-phase form is shown again, where a first gate turn-off switch 110 connected in reverse parallel with the
구분에 있어서, *로 표시된 신호는 얻어지는 요구치 또는 명령치이며, *가 없는 신호는 측정치 또는 계산치이다. 예로서, IL *는 요구되는 LCI 출력 전류의 값을 나타내며 반면에 IL은 실제 LCI 출력 전류이다.In the division, the signal marked with * is the required value or command value obtained, and the signal without * is the measured value or calculated value. As an example, I L * represents the value of the required LCI output current while I L is the actual LCI output current.
제11도는 본 발명의 기본 형태를 나타낸 시스템을 도시한 것이다. 제1도에 도시된 것과 같은 전력부가 관련 제어부와 함께 포함되어 있다. 유사하게, 공급원측 콘버터(11)가 단자 L1,L2및 L3로 나타낸 3상 AC전력원에 접속되어 있다. 또, 공급원측 콘버터(11)가 인덕터(16)를 포함하는 DC링크(14)에 의해 부하측 콘버터(12)에 접속되어 있다. 유도 전동기(24)는 콘덕터(18,20 및 22)에 의해 부하측 콘버터(12)에 접속되어 있다. 캐패시터 회로(30)는 캐패시터(34,36,38)를 구비하며 라인(18,20,22)을 통해 전동기(24)의 권선을 통과하여 접속되어 있다. VAR 발생기(40)는 전동기 권선을 통과하여 캐패시터 회로(32)와 병렬로 접속되어 있다.11 shows a system showing the basic form of the present invention. A power unit as shown in FIG. 1 is included with the associated control unit. Similarly, the supply side converter 11 is connected to a three-phase AC power source indicated by terminals L 1 , L 2 and L 3 . In addition, the supply side converter 11 is connected to the
전동기 작동 명령 신호에 응답하는 3개의 궤환 제어 통로는 도시된 전력 회로와 연관되며, 공급원측, 콘버터(11), 부하측 인버터(12) 및 VAR 발생기(40)를 제어하기 위해 사용된다. 따라서, 본 발명의 적절한 실시예에 따라서, 전동기의 실제 속도에 비례하는 궤환신호가 먼저 공급된다. 상기 신호는 후술하는 바와같이 고정자 주파수 W로 나타나나, 여기에 기술되어 있는 것은 타코메타(130)로부터 추출되는 신호 N이며, 상기 타코메타는 도시된 바와같이 점선(132)에 의해 전동기(24)에 접속되어 있다. 타코메타(130)는 전동기의 실제 속도에 비례하는 라인(130)상의 출력 신호 N을 공급한다. 상기 속도 신호 N은, 소정의 전동기 속도를 나타내며 오퍼레이터 제어부(138)와 같은 적절한 수단으로부터 추출하는 신호 N*와 함께 합산 정션(136)내에서 합해진다. 정션(136)에 의해 정해지는 N와 N*신호 사이의 차는 전달 함수를 가지는 속도 조정회로(139)에 공급된다. 회로(139)의 출력은 전동기 작동 명령 신호인데, 여기서는 T*로 나타내지며, 토오크 명령신호이다. 공급원측 콘버터에 있어서, 다이리스터 점화를 제어하는 상부 제어 통로를 먼저 살펴보면, T*신호는 전류 기준 회로(140)에 인가되며, 상기 회로는 출력으로 신호 IL *을 공급하기 위해 한계치를 가지는 절대치 회로이다. 상기 출력 신호는 명령 입력 신호로 사용되어 제어회로(142)를 조정하며 점화시켜서, 라인(144)상에 출력 신호를 제공하여 콘버터(11)의 다이리스터의 점화를 제어한다.Three feedback control passages responsive to the motor operation command signal are associated with the illustrated power circuit and used to control the source side, converter 11,
유사한 방법으로, T*신호는 위상각 기준회로(146)에 인가되며, 상기 회로는 한계치를 가지는 성형 증폭기이며 출력 신호 α*를 제공한다. 상기 α*신호는 명령 입력으로 사용되어 점화 제어 회로(148)에 인가된다. 라인(150)상의 상기 출력 신호는 부하측 콘버터(12)의 다이리스터의 점호를 제어한다. 부하측 및 공급원측 콘버터의 제어기에 대한 상기 두 통로의 제어는 본 기술분야에 공지되어 있다. 상기 좀더 완벽한 설명을 위해 "부하 전환 인버터용 자속 궤환 점화 제어"란 제목으로 1984년 5월 15일자로 특허등록되었으며, 출원인이 데이비드 엘. 리피트 등인 미합중국 특허 제4,449,087호가 참고되었다. 상기 특허는 본 명세서에 참조로 기술되어 있다.In a similar manner, a T * signal is applied to the phase
제3궤환 통로는 본 발명에서 주된 관심을 갖는 통로이다. 상기 통로는 소정의 전동기 자속 레벨을 나타내는 자속 명령신호에 응답하여 VAR 발생기(40)의 작동을 제어한다. 제11도에 있어서의 스위치(158)와 관련되어 회로 노드(157)에서신호를 제공하는 두 방법이 도시되어 있다. 제1방법은 예정된 값의기준 신호를 입력 단자(159)에 공급하며, 스위치(158)가 하부 위치에 놓여질 때 상기 신호는 노드(157)에서신호로 사용된다. 제2방법은 속도 조정기(139)로부터의 T*신호를 입력으로 하며, 작동 블록(152)에 있어서 스위치가 상기 위치에 놓여질 때, 노드(157)에 나타나는신호를 발생시킨다. 작동 블록(152)은 비선형 이득 및 한계치를 가지는 절대치 회로로 나타나 있다.신호는 두 통로를 통해 인가되어서 전동기 여자 전류 I* ME에 대한 명령을 하게 된다. 상기 두 통로는 함께 자속조정기(161)를 형성한다. 제1통로는 블록(163)을 통과하는 피드-포워드 통로이다. 제1근사치로서, 여자전류 I* ME는 상기 통로에 의해 전동기 여자 리액턴스 XM에 대한 자속 명령비로 세트된다. 제2통로는 블록(164)을 통과하는 궤환 통로이며, 여기서신호가 합산 정션(160)에 한 입력으로서 인가되며, 상기 통로의 제2입력은 실제 전동기 자속의 절대치를 나타내는 신호 || 신호이다. ||신호의 발생은 전동기와 연관된 자속 코일로부터 추출됨으로 변환될 수 있다. 그러나, 도시된 실시예에 있어서, ||신호는 회로(162)에 의해 발생되며 상기 회로는 전동기 단자 전압을 합산하며 정수의 절대치의 합을 결정하여 실제 자속의 신호 표시를 나타낸다(신호를 발생시키는 제2방법은 제14도에 더욱 상세하게 도시되어 있다).The third feedback passage is a passage of primary interest in the present invention. The passage is a magnetic flux command signal indicative of a predetermined motor magnetic flux level. In response, the operation of the
정션(160)으로부터 취해진,, ||신호 사이의 차는 블록(164)에 인가되며, 상기 블록(164)은 속도 조정기(139)와 동일한 타입의 전달 함수를 가진다. 상기 함수는로 나타낼 수 있다. 자속 조정기의 출력은 속도 조정기(139)와 동일한 타입의 전달함수를 가진다. 상기 함수는로 나타낸다. 자속 조정기의 출력은 적절하게 전동기를 작동시키기 위해 전동기 전류의 소정의 여자성분에 비례하는 명령 신호 I* ME가 된다. 상기 성분은 제3도에 도시된 바와같이 공급자속과 동상이 된다. I* ME신호는 한 입력으로서 3입력 합산 정션(166)에 인가되며, 인가되는 제2입력은 ILE로 표시되는 신호이다. 상기 ILE신호는 함수블록(168)의 출력이며, 상기 블록은 전류 조정기(140)로부터의 신호 IL *과 위상각 조정기(146)로부터의 사인 α*의 적을 제공한다. 상기 ILE는 부하 전환 인버터(제3도 참조)에 요구되는 무효 전류를 나타낸다. 합산 정션(166)에 대한 제3입력은 신호 |IC|이며, 상기 신호는 캐패시터 회로(32)에 의해 시스템에 제공되는 전류의 절대치에 비례한다. 상기 전류 신호는 후술하는 바와같은 어떤 적절한 방법으로 추출될 수 있다. 또, 제11도에 도시된 바와같이, 캐패시터 회로(32)를 전동기에 접속시키는 라인의 전류를 감지하는 3개의 전류 변압기(170,172,174)를 사용하여 감지된 값으로부터 생성시킬 수도 있다. 센서 출력은 함수 블록(176)에 접속되어 있으며 상기 블록은 각 캐패시터 전류의 절대치를 결정하며, 상기 블록의 출력인 |IC| 전류 신호를 제공하는 상기 값을 합산한다.Taken from
정션(166)의 출력은 IX *이며, VAR 발생 전류에 대한 커멘드이다. 조정기 및 점화 제어부(180)는 VAR 발생기(40)의 게이팅을 제어하기 위한 신호를 라인(182)상에 제공하여 상술한 바와같이 적절한 VAR 정정을 제공한다. 즉, 라인(166)으로부터의 신호값에 의해, VAR 발생기는 적절한 VAR 발생기의 다이리스터 또는 게이트의 점화 시간(위상각)을 조정하도록 제어되어서 여자 전류 IX(VAR)를 제어한다.The output of
이런 관점에서, 본 발명은 전동기 자속의 함수로서 VAR 발생을 제어하는 것이다. 비록 도면에는 특별히 도시되어 있지 않지만, 궤환 신호 ILE및 |IC|를 생략시켜 자속 조정기의 출력을 직접 조정기 및 점화 제어부(180)에 접속시켜서 작동을 제어할 수 있다. 상기 단순화된 시스템의 문제점은 전동기 여자에 의해 캐패시터 회로(32)의 포지티브 궤환 효과를 받는 것이다. 상기 궤환 효과는 전동기 자속을 발생시키는 캐패시터 회로(32)로부터의 전류가 식(1)에서 알 수 있는 바와같이 전동기 전압에 직접 연관된다는 것을 관찰하면 바로 설명될 수 있는 것이다. 전동기 전압의 증가는 캐패시터 전류에 있어서의 증가를 야기시켜 전동기 여자 전류를 증가시키는 것이다. 여자 전동기 전류의 증가는 자속 증가를 야기시켜서 전동기 전압을 더욱 증가시킨다. 즉, 불안정성의 조건을 발생시키는 포지티브 궤환이 만들어진다. 도시된 것처럼 접속된 전동기(24) 및 캐패시터 회로(32)의 모델로부터, 전동기 여자 전류 IME에 대한 포지티브 궤환 루프는 다음식으로 주어지는 전체 이득을 가지는 것을 알 수 있다.In this respect, the present invention is to control the generation of VAR as a function of the motor flux. Although not specifically shown in the figure, the feedback signals I LE and | I C | may be omitted to connect the output of the flux regulator directly to the regulator and the
여기서, LM은 전동기의 등가 자화 인덕턴스.Where L M is the equivalent magnetization inductance of the motor.
W1은 전동기의 속도에다 슬립을 더한 값에 비례하는 고정자 주파수.W 1 is the stator frequency that is proportional to the speed of the motor plus slip.
C는 캐패시터 회로(32)의 유효 캐패시턴스.C is the effective capacitance of the
S는 라플라스 변환 연산자.S is the Laplace conversion operator.
t2는 전형적으로 약 1초의 값을 가지는 시정수.t 2 is a time constant that typically has a value of about 1 second.
t1은 전형적으로 t2보다 짧은 시정수.t 1 is typically a time constant shorter than t 2 .
상술된 방정식으로부터, 포지티브 궤환은 속도의 제곱에 비례하는 것을 알 수 있다. 낮은 속도에서는 상기 루프의 효과는 중요하지 않으며, 제어부가 없을 때에는 전동기는 여자되지 않는다. 특정 속도에 있어서, 즉, 단위당 0.5의 범위내에서, 전 루프 이득은 1에 달한다. 상기 속도는 캐패시터 회로에 의한 전동기 자기-여자에 대한 속도이다. 더 높은 속도에서는, 포지티브 궤환은 전동기가 여자되어 포화 레벨로 된다. 더 낮은 속도에서 VAR 발생기가 없는 상태에서 자속은 감쇠한다.From the above equation, it can be seen that the positive feedback is proportional to the square of the velocity. At low speeds the effect of the loop is not critical, and without the control the motor is not excited. At a particular speed, i.e., in the range of 0.5 per unit, the total loop gain reaches one. The speed is the speed with respect to the motor self-excitation by the capacitor circuit. At higher speeds, the positive feedback excites the motor to saturation level. At lower speeds the magnetic flux attenuates without the VAR generator.
제11도에 도시되어 있는 ILE및 |IC| 신호는 상기 포지티브 궤환 효과에서 벗어나게 하며, 커멘드화된 전동기 여자 전류를 발생하기 위해 VAR 발생기로부터 요구되는 전류량을 나타내는, 즉, 전동기 전류의 여자 성분 IME의 크기를 나타내는 신호 IX*를 발생시킨다. 전동기 전류의 여자 성분을 결정하는 어떤 요소에서의 변화는 전동기 여자 시정수 t2에 의해 지연되는 전동기 자속에 있어서의 변화를 야기시킨다. 따라서 ILE및 |IC| 궤환 신호가 포함됨으로, 전류의 여자 성분에 있어서의 변화가 검출되며, 전동기 자속이 상당히 변화하고 상술된 포지티브 궤환 루프가 파괴되기 전에 교정이 이행된다. 시정수 t2는 1초 정도이므로, 제어 루프는 초당 대략 1라디안 보다는 빨라야 한다. 이것은 현재의 기술 수준에서 보통 요구되는 것이다.I LE and | I C | shown in FIG. The signal deviates from the positive feedback effect and generates a signal I X * representing the amount of current required from the VAR generator to generate a commanded motor excitation current, ie the magnitude of the excitation component I ME of the motor current. Changes in certain factors that determine the excitation component of the motor current cause a change in the motor flux that is delayed by the motor excitation time constant t 2 . Thus I LE and | I C | By including the feedback signal, a change in the excitation component of the current is detected, and the correction is carried out before the motor flux changes significantly and the positive feedback loop described above is broken. Since the time constant t 2 is about 1 second, the control loop should be faster than approximately 1 radian per second. This is usually required at the current technical level.
제12도는 본 발명의 변형 실시예의 한 형태를 도시한 것이며, 제11도와 동일한 일반적인 타입의 시스템이다. 여기서 일반적인 부분은 제11도와 중복이 되어 있다. 부하 전환형 인버터, 즉, 콘버터(11) 및 (12)의 제어는 상술한 방법과 동일하다. 제11도에 대한 제12도의 차이는 VAR 발생기(40)의 제어에 있다.12 illustrates one form of a variant embodiment of the invention, which is the same general type of system as FIG. The general part here is duplicated in FIG. The control of the load switching inverter, i.e., the
특히, 제12도에 있어서는, 부하측 콘버터(12), DC 링크 인덕터(16), 라인(18,20 및 22), 유도 전동기(24) 및 캐패시터 회로(32)가 도시되어 있다. 적절하게는 강제 전환형 타입인 VAR 발생기(40)는 가변 여자 전류 IX를 라인(18,20 및 22)에 공급하여, 따라서 전동기(24)에 공급한다. 제11도와 유사한 방법으로, 자속 조정기(161)가 제공되며 입력으로서 출력 커멘드 신호 IME *가 합산 정션(200)에 공급된다. 합상 정션(200)에 공급된 제2입력은 IME리졸버(resolver)(202)로부터 추출되며 라인(210)상에서 IME로 표시되는 신호이다. 리졸버(202)는 라인(204)을 통해 전동기(24)의 단자 전압을 나타내는 신호를 수신한다. 리졸버(202)는 전류 변압기(206) 및 라인(208)과 같은 적절한 감지소자를 통해 전동기에 공급되는 위상 정류를 나타내는 신호를 역시 수신한다. 리졸버(202)의 IME출력은 실제 전동기 여자 전류의 크기를 나타낸다.In particular, in FIG. 12, the
소정의 전동기 여자 레벨 및 실제 전동기 여자 레벨 사이의 차를 나타내는 합산 정션(200)의 출력은 간단한 적분함수(블럭(212))에 인가되며, 상기 블록의 출력은 여자 전류의 양을 나타내는 신호 IX *이다. 여기서 VAR 발생기(40)는 전동기를 적절하게 여자시키기 위해 신호를 발생한다. 상기 IX *신호는 두 함수 블록에 인가되며 상기 블록은 조정기의 조정부 및 점화 제어부(180)로 구성되어 있다. 조정부를 분리하는 것은 조정의 일반적인 형태이며, 그 제어는 VAR 발생기에 제1도에 도시된 점선(42)으로 표시된 별도의 전력원이 공급될 때 이용하기에 적당한 것이다. IX *신호는 필수적으로 절대치 회로로 되어 있는 함수 블록(214)에 공급되며, 상기 블록은 이제 제어부(218)를 점화하기 위해 VAR 발생기(40)의 출력 크기를 조정하는 신호를 제공한다. VAR 발생기 출력의 감지(극성)는 IX *신호의 극성에만 의존하여 +90 또는 -90을 나타내는 출력을 제공하는 함수 블록(216)의 출력에 의해 정해진다. 두 블록(214) 및 (216)으로부터의 신호는 점화 제어부(218)에 인가되며 그 신호에 응답하여 상기 제어부는 VAR 발생기 다이리스터의 점화각을 제어한다. 따라서 VAR 발생기 출력은 전동기의 실제 여자 전류 IME의 함수로서 조정된다.The output of the
제12도에 도시된 바와같은 IME제어 루프는 전동기 누설 리액턴스의 적은 영향을 제외하고는 어떠한 내부 전동기 파라메터를 포함하지 않으며, 응답속도는 VAR 발생기 자체에 의해서만 제한된다. 따라서, 전동기에서의 소정의 여자 전류 레벨을 유지하기 위해 빠른 안정 루프를 행하게 하는 블록(212)에서의 이득 상수 Ke를 선택하는 것은 용이하다. 본질적으로, 전동기 여자 전류를 조정하기 위한 상기 제어 루프의 장점은, 자속에서 에러가 생기기 전에 여자시에 에러를 교정함으로써 포지티브 궤환 루프를 차단시키는 것이다.The I ME control loop as shown in FIG. 12 does not include any internal motor parameters except for the small effect of motor leakage reactance, and the response speed is limited only by the VAR generator itself. Thus, it is easy to select a gain constant Ke at
상술된 실시예에서 설명되어 있지만, 도시되어 있지 않은 자속 루프의 출력은 VAR 발생기에 대한 전류 커멘드로 규정된다. 그러나, 자속은 VAR 발생기의 여자 전류에 직접 비례하지는 않으나. 전동기의 전 여자 전류에 비례한다(비례는 자기포화에 의해 정해진다). 따라서, 자속 조정기의 출력이 VAR 제어부(40)에 대한 커멘드 IX로 규정되면, 제어는 비선형이 된다. 그러나, 자속 루프의 출력이 전동기 여자 전류 IME *에 대한 커멘드로 규정되며, 여자 전류가 궤환(제12)에 대해 측정되며 에러가 IX *로 규정되면, 자속 제어는 선형화된다.Although described in the above embodiments, the output of the flux loop, not shown, is defined as the current command for the VAR generator. However, the flux is not directly proportional to the excitation current of the VAR generator. It is proportional to the motor's excitation current (proportional to self saturation). Therefore, if the output of the flux regulator is defined by the command I X to the
유사하게, 자속 루프 출력이 전동기 여자 전류 커멘드 IME *로 구성되며, IX *에 대한 커멘드가 제11도에서와 같이 IME의 모든 다른 성분을 교정하고 IME *의 나머지 부분을 VAR 제어기에 대한 커멘드 IX *로 규정함으로써 발생된다면, 자속 루프는 선형화된다.Similarly, the flux loop output consists of the motor excitation current command I ME * , and the command for I X * corrects all other components of I ME as shown in Figure 11 and sends the rest of I ME * to the VAR controller. The flux loop is linearized if generated by defining the command I X * .
제11도 또는 제12도의 상기 루프는 가변 VAR 발생기(40)에 요구되는 강제 또는 동적 범위를 감소시킨다. 어떤 변화가 발생할 때, 예로서, LCI로부터의 전동기 전류의 여자 성분에서 변화가 일어날 때, 전동기 자속은 시정수 1초에서 변화하기 시작한다. 만약 변화가 즉시 정정되지 않고, 전동기 자속에 있어서의 변화가 자속 루프에 의해 감지될 수 있을 때까지 그대로 존재한다면, 상기 자속 에러의 정정은 전동기 여자 전류의 3성분을 정정하는 것이 요구된다. 교정에 요구되는 제1성분은 전 전동기 여자 전류 IME에 있어서의 변화이다. 교정에 요구되는 제2성분은 자속이 변화되는 것이 허용되기 때문에 변화되는 캐패시터 전류에 대한 것이다. 제3성분은 자속 준위를 만족하게 하기 위해 천이 강제 전류를 제공하는 것이다. 상기 3성분의 감지는 통상 동일하게 이루어지므로, 이들 성분을 VAR 발생기에 요구되는 동적 범위를 결정하기 위해 결합된다. 만약 모든 에러가 전동기 여자 전류 에러인 에러이며 여자 전류는 자속이 변환되기 전에 정정되는 것이 감지된다면, 보상될 필요가 있는 변화는 여자 전류 교란뿐이다.The loop of FIG. 11 or FIG. 12 reduces the forced or dynamic range required for
제13도는 제12도의 IME리졸버(202)의 한 가능한 실시예를 도시하였다. 리졸버(202)는 3개의 위상 성분(220),(222) 및 (224)을 구비하며, 상기 성분은 위상 여자 전류 IME1, IME2및 IME3를 각각 발생시킨다.FIG. 13 illustrates one possible embodiment of the I ME resolver 202 of FIG. The
상기 성분(220),(222) 및 (224) 각각은 전 시스템에 있어서 접속에 관해서만 다른 것을 제외하고는 근본적으로는 동일하므로, 여기서는 성분(220)만이 상세하게 설명되겠다.Each of the
제13도는 다음의 방정식을 각 위상에 대하여 사용한다.Figure 13 uses the following equation for each phase.
여기서 · 및 X는 벡터합을 나타내며, 제2등식은 대칭 3상 시스템에서만 유효하다.Where · and X represent the vector sum, and the second equation is valid only in a symmetric three-phase system.
위상 성분(220)에 있어서, 제1위상, 위상 1에서 전류에 비례하는 신호는 센서(260)로부터 적절한 벡터 증배기(226)에 제공된다. 전동기(24)의 위상 2 및 위상 3으로부터 라인(204)을 거쳐서 전압 신호는 차동 증폭기(228)에 제공된다. 증폭기(228)의 출력은 위상 대 위상 전압 V23과 동일하다. 상기 전압 신호는 제2입력으로서 증배기(226)에 인가되며, 증배기의 출력은 위상내 위상 전압과 위상 전류의 벡터적이 된다. 상기 출력은 분할기(230)에 공급된다. 증폭기(228)의 출력은 절대치 회로(232)에 인가되며, 상기 회로의 출력은 저역필터(234)에 인가되며 상기 필터의 출력은 신호 V23의 절대치에 비례하는 신호이다. 상기 V23신호는 분할기(230)의 제2입력에 인가된다. 분할기(230)의 출력은 위상 1(IME1)에 관해서 전동기 여자 전류에 비례한다.For
IME1신호는 한 입력으로서 합산 정션(236)에 인가된다. 성분(222) 및 (224)는 위상 2 및 3에서 전류에 유사하게 접속되어 있으며, 유사한 방법으로, 합산 정션(236)에 대한 추가되는 입력을 형성하는 IME2및 IME3로 각각 나타나는 출력을 제공한다. 라인(210)상의 합산 정션(236)의 출력은 제12도에 도시된 바와같이 신호 IME이다.The I ME1 signal is applied to summing
제14도는 IME리졸버를 도시한 것이다. 상기 리졸버는 추가로 요구되는 회로 장치가 교체되어 있는 제13도의 비교적 간단한 시스템에 비해 상당히 개량된 리졸버를 도시한 것이다. 상기 실시예는 3상 위상으로부터의 정보를 사용하여 단자전압 보다는 공극 전압에 관련된 맥동없는 IME값을 추출한다. 제14도의 리졸버는 다음과 같은 전동기 여자 전류 크기를 이용한다.14 shows an I ME resolver. The resolver shows a significantly improved resolver compared to the relatively simple system of FIG. 13 in which the required circuit arrangement is further replaced. This embodiment uses information from the three phase phase to extract pulsation free I ME values related to the pore voltage rather than the terminal voltage. The resolver of FIG. 14 uses the following motor excitation current magnitudes.
제14도와 관련되어, 위상 1에서의 전류를 나타내는 신호 I1은 센서(206)로부터 추출되며, 한 입력으로 사용되어 합산 정션(254)에 공급된다. 합산 정션(254)에 공급되는 다른 입력은 시스템 위상 3에서 센서(206)로부터 추출되어 신호 I3를 제공한다. 따라서, 합산 정션(254)에서의 출력은 다른 위상 I2에서의 전류값이다. 제14도에 있어서, I1신호는 ID로 내며, ID는 직선축 전류로 변환된다. 즉, 상기 전류는 자속과 동상으로 간주된다. 상기 전류 신호는 증배기(260)의 한 입력으로서 사용된다. I2및 I3신호는 정션(256)에서 합해지며 상기 정션의 출력은 0.577의 이득을 가지는 증폭기(258)에 공급된다. 상기 증폭기의 출력은 구적축 전류 IQ로 나타나는 신호이며 상기 전류 IQ는 한 입력으로서 증배기(262)에 공급된다.Regarding FIG. 14, a signal I 1 representing the current in
증배기(260) 및 (262)는 전동기의 직선축 및 구적축 자속 성분을 나타내는 øD및 Q는 각각 표시된 자속 신호를 제2입력 신호로 가진다. 상기 지속 신호 D및 Q는 다음과 같이 발생한다. 위상 전압 각각은 전압분할기에 의해 차동 증폭기에 인가되어 출력단에 접지에 대한 신호를 공급한다. 즉, 위상 전압 V1은 위상 1 및 접지 사이에 접속되어 있는 레지스터(270) 및 (272)를 포함하는 전압 분할기에 의해 전압 분하기의 중간에서 한 입력으로서 차동 증폭기(282)에 공급된다. 유사한 방법으로, 전압 V2는 한 입력으로서 레지스터(274) 및 (276)를 통해 증폭기(284)에 인가되며, 위상 전압 V3는 레지스터(278) 및 (280)를 가지는 전압 분할기를 거쳐 차동 증폭기(286)에 인가된다. 증폭기(282),(284) 및 (286) 각각에 대한 제2입력은 접지에 접속되어 있다. 따라서 세개의 증폭기(282), (284) 및 (286)의 출력은 접지에 대한 위상 전압을 나타내는 신호를 각각 나타낸다. 상기 신호 각각은 한 입력으로서 합산 정션(290)에 공급되어 합해지며 상기 합은 이득 0.333을 가지는 증폭기(294)에 인가된다. 노드(292)에서의 증폭기(294)의 출력은 중성-접지 전압을 나타낸다. 노드(292)에서의 상기 신호는 접지 신호에 대한 각각의 전압과 결합되어 중성 신호에 대한 위상 전압을 발생 시킨다. 즉, 증폭기(282)의 출력은 합산 정션(268)에서 노드(292)에서의 전압과 결합되어 중성에 대한 위상 1의 전압(VIN)을 나타낸다. 유사한 방법으로, 증폭기(284) 및 (286)의 출력은 합상 정션(296) 및 (298)에서 노드(292)에서의 신호와 결합되어 위상-중성 전압 신호 V2N및 V3N을 제공한다. 합산 정션(268),(296) 및 (298)의 출력은 3개의 합산 정션(300),(302) 및 (304)에 입력으로서 인가된다. 상기 합산 정션(300),(302) 및 (304)에 대한 제2입력은 전동기 전류에 의한 전동기 누설 인덕턴스 전압, 즉,에 비례하는 신호이다.The
따라서, 정션(303)에 대한 제2입력은 I1신호를 입력으로서 수신하는 미분회로(306)의 출력이다. 유사한 방법으로, I2신호에 접속되어 있는 미분회로(308)는 위상 2에 대하여신호를 제공하며, I3신호에 접속되어 있는 유사한 미분회로(310)는 유사한 신호를 합산 정션(304)에 공급된다.Thus, the second input to junction 303 is the output of
세 합산 정션(300),(302) 및 (304)의 출력은 전동기의 재생 공극 전압을 나타내며 VR1,VR2및 VR3로 각각 표시되어 있다. 합산 정션(300)으로부터의 신호(전동기 전압의 직류 성분)는 입력으로서 적분회로(306)에 인가되며, 상기 회로의 출력은 전동기 자속 D의 직선축 성분을 나타낸다. 상기 D신호는 증배기(260)에 대하여 제2입력을 형성한다. VR2및 VR3신호는 합산 정션(308)에 인가되며, 상기 정션의 출력은 0.577의 이득을 가지는 증폭기(311)에서 곱해지며, 상기 출력은 출력단에서 전동기 전압 VQ의 구적값을 나타내는 신호를 제공한다. 상기 신호는 추가되는 적분회로(312)에 인가되며, 상기 회로의 출력은 전동기 자속 Q의 구적축값을 나타낸다. 상기 Q신호는 증배기(262)에 대한 제2입력으로 형성된다. 증배기(260) 및 (262)의 출력은 합산 정션(314)에 인가되며, 상기 정션의 출력은 분할 함수(316)에 한 입력으로서 사용된다.The outputs of the three
상기 분할기(316)에 대한 제2입력은 전동기 자속의 절대치(||)에 비례한다. 상기 신호는, 제14도에 있어서, 적분기(306)로부터 먼저 D신호를 공급하므로 추출되며 또한 증배기(318)에 대해 입력으로 된다.The second input to the
따라서, 상기 증배기의 출력은 직류 자속 성분의 제곱 D 2 D Q 2 |)에 비례하는 신호이다. 분할기(316)의 출력은 IME전류이며, 상기 전류는, 제12도에 일치하여, 라인(210)을 통해 합산 정션(200)에 공급된다. 제14도의 실시예는 제13도에 비해 다음과 같은 장점을 가진다. 먼저, 제3위상 전류가 회로로부터 추출될 때 단지 두 위상 전류만 감지된다. 위상 전압은 상술한 방법으로 공극 전압으로 재생된다. 시스템은 3상 베이스로부터 전류 및 전압 신호 모두를 유사한 2상 직선 및 구적축 시스템으로 변환시킴으로 단순화된다. 또, 재생된 공극 전압은 적분되어 공극 자속이 되며 상기 적분은 전압의 고조파를 제거하여 더욱 명확한 벡터 곱셈이 되게 한다. 마지막으로, 자속의 크기는 절대치 함수보다는 제곱값의 합의 제곱근을 사용함으로 맥동이 없게 된다.Thus, the output of the multiplier is the square of the direct current flux component D 2 D Q 2 Is proportional to |). The output of the
다음에는 적극적인 제어가 없는 경우 자속이 포화 또는 제로로되는 것과 같이 전동기 자속 레벨이 본래 불안정하게 되어 있을 때의 전동기 구동 및 제어에 대해 설명하겠다. 자속의 제어는 VAR 발생기의 전류 출력을 제어함으로 이행되며, 시스템에 의한 전류 커멘드가 어느 방향에서도 항상 발생기 용량을 초과한다면, 자속은 한계치로 되며 구동은 셧다운된다. 예로서, VAR 발생기가 자속을 보충하도록 커패시터에 가해지고 전동기에 커패시터 및 VAR 발생기의 전류 합으로부터 얻을 수 있는 것보다 더 많은 여자가 요구된다면, 자속은 감소하기 시작한다. 상기 감소는 가능한 캐패시터 전류를 감쇠시키며(전동기 전압의 감소에 따라) 가능한 여자 전류를 더욱 감소시키는 토오크를 유지시키기 위해 부하 전환형 인버터 회로로부터의 전류를 더욱 증가시키게 된다.The following describes motor driving and control when the motor flux level is inherently unstable such that the magnetic flux becomes saturated or zero in the absence of active control. Control of the magnetic flux is implemented by controlling the current output of the VAR generator, and if the current command by the system always exceeds the generator capacity in either direction, the magnetic flux is at a threshold and the drive is shut down. As an example, if the VAR generator is applied to the capacitor to compensate for the magnetic flux and the motor requires more excitation than can be obtained from the current sum of the capacitor and the VAR generator, the magnetic flux begins to decrease. This reduction will further increase the current from the load-switched inverter circuit in order to attenuate the possible capacitor current (as the motor voltage decreases) and maintain the torque to further reduce the possible excitation current.
따라서 자속을 전체적으로 감쇠하게 한다. VAR 발생기가 인덕터 모드로 동작하여 여자 전류에 대한 기존의 필요량을 초과하는 캐패시터 전류를 상쇄시키는 전류 한계 용량에 도달한다면, 더 이상의 독주 상태가 발생한다. 이런 상태에서, VAR 발생기가 더 이상 전류를 증가시키지 못하면, 미소한 자속 증가라도 캐패시터 전류 증가를 야기시켜서, 여자를 증가시킨다. 더 많은 자속은 부하 전환형 인버터 회로 전류로 하여금 여자 전류 증가를 감소시키게 한다(동일한 토오크 제공). 전동기 포화가 모든 여자 전류를 소비할 때까지 자속은 반복적으로 증가한다. 만약, 전동기 속도가 정격에 근접하면, 자속의 포화 레벨은 인버터가 견딜 수 있는 전압보다 더 높은 전동기 전압을 발생시키기 쉬우므로, 손상을 피하기 위해 전동기 구동을 정지시키는 것이 필요하다.Therefore, it makes the magnetic flux attenuate overall. If the VAR generator operates in inductor mode to reach a current limit capacity that cancels the capacitor current beyond the existing requirement for excitation currents, further solo conditions occur. In this state, if the VAR generator can no longer increase the current, even a small flux increase causes an increase in the capacitor current, increasing the excitation. More flux causes the load-switched inverter circuit current to reduce the excitation current increase (provides equal torque). The magnetic flux increases repeatedly until the motor saturation consumes all excitation currents. If the motor speed is close to the rating, the saturation level of the magnetic flux is likely to generate a motor voltage higher than the inverter can withstand, so it is necessary to stop the motor drive to avoid damage.
상기 문제점을 해결하기 위한 한 방법은 충분한 용량을 가진 VAR 발생기를 제공하여 어떠한 상태, 순간적인 상태하에서도 전류 한계치에 도달하지 않게 하는 것이다. 그러나 이 방법은 경제적인 해결 방법은 되지 못한다.One way to solve this problem is to provide a VAR generator with sufficient capacity so that the current limit is not reached under any state, instantaneous state. But this is not an economic solution.
이제 설명하려는 방법은, VAR 발생기가 한정 범위에서 벗어날 때 전동기 여자 제어를 부하 전환형 인버터 회로에 전달시키는 것이다. 이런 관점에서, 사용되는 VAR 발생기는 진상 및 지상 VAR를 제공할 수 있는 타입이라고 가정한다.The method now being described is to transfer the motor excitation control to a load switched inverter circuit when the VAR generator is out of bounds. In this respect, it is assumed that the VAR generator used is of a type capable of providing true and terrestrial VARs.
따라서, 만약 VAR 발생기가 유도성 모우드 작동에 있어서 한계치에 있으면, LCI는 부하측 각을 α=90°로 향해 이동시키고 동일한 방법으로 전류 레벨을 증가시켜서 무효 전류에서의 감자를 증가시키며 토오크 변화가 없게 한다. 상기 시스템은 제15a,15b 및 15c도에 도시되어 있다. 상기 도면은 제3,4 및 5도에서 사용된 것과 유사한 법칙과 용어를 사용하는 전동기 전류의 벡터선도를 나타낸 것이다.Thus, if the VAR generator is at the limit for inductive mode operation, the LCI shifts the load side angle towards α = 90 ° and increases the current level in the same way, increasing the potato at the reactive current and avoiding torque changes. . The system is shown in Figures 15a, 15b and 15c. The figure shows a vector diagram of a motor current using laws and terms similar to those used in FIGS. 3, 4 and 5.
제15a도는 VAR 발생기 출력 전류 IX가 유도성 방향으로 한계치이나 초과되는 캐패시터 전류 IC를 충분히 상쇄시킬 수 있는 경우를 도시한 것이다. 여기서, 전 작동은 안정 범위내에서 행해진다.FIG. 15A shows the case where the VAR generator output current I X can sufficiently cancel the capacitor current I C exceeding the limit in the inductive direction. Here, full operation is performed within a stable range.
제15b도는 속도에 있어서 미세한 증가가 있으나 토오크에서는 변화가 없는 경우의 효과를 도시한 것이다. 캐패시터 전류 IC는 속도 증가에 의해 증가하며 VAR 발생기 출력 전류 IX는 증가분 IC를 상쇄시키도록 증가되지는 않는다. 정정되지 않은 에러는 자속이 포화상태로 가게 한다.FIG. 15B shows the effect when there is a slight increase in speed but no change in torque. Capacitor current I C increases with increasing speed and VAR generator output current I X does not increase to offset increment I C. Uncorrected errors cause the flux to saturate.
제15c도는 진보된 실시예를 도시한 것이며, 상기 실시예의 장치는 제17도에 나타나 있다. 제15c도에 있어서, LCI 부하측 콘버터 각은 Δα 값만큼 변화되고, LCI 전류 IL은 ΔLL만큼 증가한다. 그 순수한 효과는 전동기 토오크가 유지되며(IC의 수직 성분은 변화안됨), 자속 제어가 유지되는 것이다(전 수평 성분의 합은 IM의 수평 성분과 일치한다).FIG. 15C shows an advanced embodiment, the apparatus of which is shown in FIG. In Fig. 15C, the LCI load side converter angle is changed by the value of Δα, and the LCI current I L increases by ΔL L. The net effect is that the motor torque is maintained (the vertical component of I C remains unchanged) and the flux control is maintained (the sum of all horizontal components coincides with the horizontal component of I M ).
유도성 한계내에서 시스템의 작동은 매우 만족스러우므로, 이를 통상적인 전동기 시스템 작동 모우드로 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 캐패시터 전류가 필요로 하는 순수 여자 전류량을 조금이라도 초과하면, VAR 발생기는 턴오프되거나 생략될 수 있으며 부하 전환 인버터상에서만 구동된다.Since the operation of the system is very satisfactory within the inductive limits, it is desirable to use it as a conventional motor system operating mode. That is, if the capacitor current slightly exceeds the amount of pure excitation current required, the VAR generator can be turned off or omitted and only driven on the load switching inverter.
VAR 발생기가 용량성 전류 한계내에서 작동하는 경우에는 제16a,16b 및 16(c)도에 도시되어 있다. 제16a도에 있어서, 가능한 캐패시터 전류는 적으며 VAR 발생기는 전류 한계치에 도달할 때까지 용량성면에서 전류가 증가한다. 일단 이런 상태로 다시 된다면 시스템의 여자 전류의 요구에 만족하므로 시스템은 안정된다.If the VAR generator operates within capacitive current limits, it is shown in Figures 16a, 16b and 16 (c). In FIG. 16A, the possible capacitor current is small and the VAR generator increases in capacitive current until the current limit is reached. Once again, the system is stable because it satisfies the system's excitation current requirements.
제16b도는 소정의 전동기 토오크에는 변함이 없이 속도에서의 약간의 감소 효과를 도시한 것이다. 여기서, 캐패시터 전류 IC는 주파수 감쇠에 의해 감소한다. VAR 발생기 전류 IX는 증가할 수 없으며, 그 결과 표시된 바와같이 비정정 에러가 발생한다. 이러한 여자의 부족은 자속의 감쇠를 예상케한다.Figure 16b shows a slight reduction in speed without change for a given motor torque. Here, the capacitor current I C is reduced by the frequency attenuation. The VAR generator current I X cannot increase, resulting in an incorrect error as indicated. This lack of excitation predicts the decay of the magnetic flux.
제16c도는 개량된 실시예의 효과를 도시한 것이다. 이용가능한 캐패시터 전류와 VAR 발생기 전류의 합이 전동기 여자 요구를 만족시킬 때까지 LCI 전류는 감소한다. LCI 위상각에 있어서 어떠한 변화도 명령되지 않는다. 왜냐하면 상기 위상각은 감자 방향으로 최소 무효 전류를 발생시키는 값으로 이미 명령되어 있기 때문이다. 제공된 토오크는 도시된 ΔT 만큼 감소한다. 이러한 경우에 있어서, 소정의 토오크 레벨에 만족할 방법은 없지만, 대부분의 경우에 있어서, 합성 시스템은 셧다운시켜 토오크가 전혀 발생되지 않도록 자속을 감쇠시키기 보다는 감소된 토오크에 의해 전동기를 감속시키거나 속도를 줄이는 것이 바람직하다. 유용한 VAR의 한계치는 명령된 토오크의 전달을 방지하는 작동 포인트에 VAR 발생기의 존재 여부에 관계없이 도달한다. 만약, VAR 발생기가 진상 VAR를 공급할 수 있으면, 상기 작동 포인트에 도달하기 전에 더 많은 토오크가 발생될 수 있다. 그러나, 이것은 비록 감쇠된 토오크 레벨이지만, VAR 발생기 없이 작동가능한 시스템이 얻어질 수 있는 것을 나타낸다.Figure 16c shows the effect of the improved embodiment. The LCI current is reduced until the sum of the available capacitor current and the VAR generator current meets the motor excitation requirements. No change in LCI phase angle is commanded. This is because the phase angle is already commanded to a value that generates the minimum reactive current in the potato direction. The torque provided is reduced by the illustrated ΔT. In this case, there is no way to satisfy the desired torque level, but in most cases the synthesis system will slow down or slow down the motor by reduced torque rather than shutting down to damp the magnetic flux so that no torque is produced at all. It is preferable. The useful limit of the VAR is reached regardless of the presence of the VAR generator at the operating point which prevents the transfer of the commanded torque. If the VAR generator can supply an advanced VAR, more torque can be generated before reaching the operating point. However, this indicates that a system operable without a VAR generator can be obtained, although at a reduced torque level.
제15a 내지 15c도 및 제16a 내지 16c도는 본 발명의 실시예의 소정의 작동 모우드를 명확하게 나타낸 것이다. 상기 소정의 결과를 얻기 위한 장치는 제17도에 도시되어 있다. 제17도는 약간 다른 부분도 있지만 제12도(제11도의 변형장치)에 도시된 시스템의 특성을 가진다. 제17도에 있어서, IME조정기(212)의 출력은 IE *로 표시되며, 제12도에서 상기 출력은 IX *로 표시되며, 상기 출력은 VAR 발생기를 직접 조절하는 신호이다. 제17도에 있어서, 신호 IE *는 새로운 3개의 함수 블록(400), (402) 및 (404)에 인가되며, 전동기(24)에 의해 요구되는 여자 전류에서의 변화에 비례하는 여자 전류 정정 커멘드로서 규정된다.15A-15C and 16A-16C clearly illustrate certain operating modes of embodiments of the present invention. An apparatus for obtaining the predetermined result is shown in FIG. FIG. 17 is slightly different but has the characteristics of the system shown in FIG. 12 (deformer of FIG. 11). In FIG. 17, the output of the I ME regulator 212 is denoted by I E * , in FIG. 12 the output is denoted by I X * , and the output is a signal that directly controls the VAR generator. In FIG. 17, signal I E * is applied to three new function blocks 400, 402 and 404, and excitation current correction proportional to the change in the excitation current required by
함수 블록(400)은, 양 방향으로 한정되어 있는 선형 증폭 함수를 제공하며, 상기 블록의 출력은 IX *신호이며, 상기 신호는 상술한 바와같이 VAR 발생기를 제어하기 위한 두 조절 함수(214) 및 (216)에 인가된다. 블록(400)출력에서의 제한치는 VAR 발생기의 제한치와 일치하도록 설계된다. IE신호는 역시 함수 블록(402)에 대해 한 입력을 형성하며 상기 블록(402)에서는 블록(400)출력의 상한치에서만 출력 신호를 제공한다. 따라서, IE* 커멘드 신호가 캐패시터 방향으로 VAR 발생기의 용량을 초과한다면, 함수 블록(402)을 통해 스필오버(spillover)가 발생한다. 상기 스필오버는 프로그램 가능한 제한 회로(408)의 제한치를 조정하는 이득 블록(406)을 통해 통과하여, IE *신호에 의해 요구되는 감자효과를 감쇠시킬 정도로 부하 전환 인버터 회로 전류를 감소시킨다. 이것은 제16c도에 도시된 작동이다. 블록(406)의 이득은, IE *의 증가로부터 만약 VAR 발생기가 상기 증가에 응답할 수 있을 때 발생되는 것과 동일한 여자 전류 효과를 제공하도록 세트된다. 이것은 자속의 VAR 발생기 제어로부터 자속의 LCI 회로 제어로의 전달에 의해 변화되는 전 전동기 여자 전류(IME) 루프의 크로스오버 주파수를 유지시켜준다.The
제한 회로(408)는 이득 블록(406)으로부터의 적은 신호에 즉시 응답하는 특성을 가진다. 최소 신호가 이득(406)의 출력에서 나타나며, 블록(408)의 크램프 또는 제한치는 존재하는 토오크 커멘드 신호 T*로 순간적으로 낮아진다. 따라서, 블록(406)으로부터의 또 다른 출력은 전류 기준 블록(140')로부터의 신호 IL *을 선형 형태로 감소시킨다. 상기 특성에 관계없이, 블록(406)을 통과하는 적은 에러는, 만약 상기 신호가 최대 한계치 근처에 이미 존재하지 않는다면, IL *신호에 어떠한 영향도 주지 않는다.The limiting
이러한 관점에서, 제17도에 도시된 바와같이, 전류 기준 블록(140') 및 위상각 기준 블록(146')은 제11도에 도시된 유사한 함수 블록(140) 및 (146)과는 약간 다르다. 제11도에 있어서, 전류 기준 블록은 단지 하나의 하한계 레벨을 가지는 반면, 제17도의 전류 기준 함수(140')는 가변되는 하한계 레벨을 가진다. 유사하게, 제11도에 있어서의 위상각 기준 블록(146)에는 한계치를 가진 단지 한 단일 경사가 포함되어 있는 반면에 제17도의 위상각 기준 블록(146']은 다중 경사를 가진다. 상기 변화는 유도성 한계치에 따라 효과적으로 적절하게 작동시키는 것이 필요하다. 상기 작동은 1984년 5월 1일자로 특허된 엘.시.투퍼러가 출원한 제목 "부하 전류 인버터용 단자 전압 한계 조정기"인 미합중국 특허 제4,446,414호에 기술된 작동과 유사하다. 상기 특허는 본 명세서에서 특별히 참고로 기술되어 있다.In this regard, as shown in FIG. 17, the current reference block 140 'and the phase angle reference block 146' are slightly different from the similar function blocks 140 and 146 shown in FIG. . In FIG. 11, the current reference block has only one lower limit level, while the current reference function 140 'in FIG. 17 has a variable lower limit level. Similarly, phase
유도성 한계치 특성에 관하여, 만약, IE *커멘드 신호가, 유도성 영역에서, 즉 블록(400)의 출력 하한계치에서, VAR 발생기의 용량을 초과한다면, 블록(404)(초과 커멘드)으로부터 스필오버 출력이 존재하며, 이는 비선형 이득 블록(410)에 의해 변형되며, 상기 이득 블록의 출력은 전류 기준 함수(140') 및 조정된 위상각 커멘드 기준 함수(146')의 작동에 있어서 변화를 일으킨다.Regarding the inductive threshold characteristic, if the I E * command signal exceeds the capacity of the VAR generator in the inductive region, i.e., at the lower output limit of
블록(410)의 출력이 블록(140') 및 (416')에 영향을 미치는 것을 적절하게 이해하기 위해서는, 상기 두 블록(140',146')의 "정상"작동을 먼저 설명하는 것이 필요하다. "정상"작동에 있어서, 함수 블록(404)으로부터의 스필오버 신호는 없으므로 이득 블록(410)으로부터의 출력도 없다. 이것은 전류 기준 블록(140')에서의 하한계치를 최하 레벨로 되게 하며 블록(146')이 관련 위상각 제어값이 최고 경사값을 갖게 한다. 이때, 작동은 제11도 및 제12도에서 설명된 작동과 동일하다. 즉, 블록(140')으로부터의 전류 기준치는 부하 전환형 인버터 회로에 전류 커멘드를 제공하며, 이는 LCI 회로의 작동에 필요한 최저 전류를 가지는 IL *의 크기에 선형적으로 비레한다. 블록(146')에 의해 발생되는 위상각 커멘드는 토오크 커멘드 T*가 제로 부근인 때를 제외하고는 거의 전 반전(α=180°) 또는 거의 전 정류(α=0°)가 된다. 토오크 커멘드가 제로를 통과하므로, 전류 기준 블록(140')으로부터의 전류 커멘드 출력이 최소값에 있는 동안에 위상각 커멘드 한 한계치에서 다른 한계치로 빠르게 변환된다. 토오크 커멘드 신호 T*의 함수로서의 벡터 IL의 궤적은 제18도에 도시되어 있다.In order to properly understand that the output of
상기 모드로 작동하는 이유는 전류 하한계치를 관찰하고 최소 감자 전류를 야기하는 동안 LCI로부터 요청되는 토오크를 제공하려는 것이다. 무효 성분이며 감자방향인 LCI 전류 성분은 다음 식으로 나타나는 크기를 가진다.The reason for operating in this mode is to observe the lower current limit and provide the required torque from the LCI while causing the minimum potato current. The reactive component, potato direction LCI current component, has the magnitude shown by the following equation.
LCI 전류의 토오크 발생 성분은 다음 식으로 나타난다.The torque generating component of the LCI current is represented by the following equation.
상술한 토오크 발생 전류 ILT는 LCI의 1차 함수이다. 무효 전류 ILE는 정상 작동에 있어서는 바람직하지 않은 것으로 간주된다. 이것은 α가 제로 또는 180° 부근이면 sinα가 제로 부근이면, cosα는 최대이기 때문이다. α가 sinα(90°부근)의 값 부근에서 스윙하면 적은 전류에서 횡단이 이루어진다. 즉, 전류 기준 블록(140')의 출력의 최소값에서 감자 전류 iLE는 최소가 된다.The above-mentioned torque generating current I LT is a linear function of LCI. Reactive current I LE is considered undesirable in normal operation. This is because cosα is maximum when sinα is near zero when α is near zero or 180 °. When α swings around the value of sinα (near 90 °), traversal occurs at a small current. That is, at the minimum value of the output of the current reference block 140 ', the potato current i LE is minimum.
시스템이 제15a 내지 15c도에서 도시한 바와같이 유도성 한계치에 도달하고, 함수 블록(404)으로부터 출력이 있을 때, 부하 전환 인버터 회로인 LCI로 하여금 토오크 발생 성분 ILT에 영향을 미치지 않으면서 감지 전류 ILE의 증가된 값을 이끌어내게 하는 것이 이득 블록(410)의 기능이다. 따라서, LCI는 토오크를 분산시키지 않고 감자(유도성) 전류를 제공함으로 자속을 제어한다. 이것은, 전류 기준 함수(140')에 인가되는 이득 블록(410)의 출력에 의해 이행되며, 효과적으로, 상기 블록에 의해 커멘드 되는 최소 전류를 상승시킨다. 블록(140') 및 (146')은 블록(408)과 접속되어 도시되어 있는 함수와 동일한 함수를 포함하여, 이득 블록(410)으로부터의 최소 신호가 블록(140')에서의 하한계치가 즉시 상승하도록 하여 블록(408)의 출력으로 나타낸 바와같은 전류 레벨로 상승하도록 한다. 하한계치는 블록(410)으로부터의 또다른 신호로 선형적으로 증가하게 하여 전류 기준 블록(140')가 전류를 상승시키도록 한다. 위상각 기준 블록(146')은 유사하게 작용하여 위상각 α=90°로 변하게 된다.When the system reaches the inductive limit as shown in Figures 15A-15C and there is an output from the
블록(140')와 (146')를 연결한 점선은 관련 작용을 도시한 것이다.The dotted line connecting blocks 140 'and 146' illustrates the associated action.
도시된 바와같이, 블록(140')에 의해 커멘드된 최소 전류의 증가인 이득(410)으로부터의 동일 신호는 블록(146')에 의해 커멘드된 위상각을 α=90°로 향해 움직이게 한다.As shown, the same signal from
블록(140') 및 (146')의 작용은 LCI 전류 크기 및 각도의 변화가 LCI 출력의 무효 성분(ILE)이 전류의 토오크 발생성분(ILT)을 분산시키지 않고 변화하게 한다. 블록(410)으로부터의 LCI 전류의 크기 및 각도에 대한 신호의 영향은 제19도의 벡터 선도로 도시되어 있다.The action of blocks 140 'and 146' causes the change in LCI current magnitude and angle to cause the invalid component I LE of the LCI output to change without distributing the torque generating component I LT of the current. The effect of the signal on the magnitude and angle of the LCI current from
블록(140') 및 (146')이 이득과 이득 블록(410)의 비선형성은 주어진 IE *커멘드의 증가에 대해 자화전류 ILE의 암페어로 이득을 제공하도록 선택되며, 상기 이득은 IE *커멘드의 증가에 대한 전류 IX의 암페어로서의 VAR 발생기의 이득과 동일하다. 상기 선형성은 다음과 같은 사실을 고려해야 한다. 즉, 전환 리액턴스 이하의 전압에 대해서 무효 성분을 가지는 ILE가 전동기 공극 전압에 대해 무효 성분을 가지는 IME전류와 전적으로 동일한 각은 아니라는 것이다. 그러나, 상기 차이는 큰 것은 아니다. 블록(404),(410),(410') 및 (146')의 모든 특성의 조합은 IE *신호로부터의 이득을 위해 전동기 여자 전류를 제공하는 것이며, 이는 제어가 VAR 발생기를 통해 전류 IX를 제공하거나 또는 LCI를 통해 전류 IL을 제공하는가에 관계없이 동일하다. 이것은 어느 전력회로가 실질적으로 여자를 제어하는가는 관계없이 전 전동기 여자 전류 조정기의 크로스오버 주파수가 변동되지 않게 한다.Blocks 140 'and 146' are selected such that the gain and nonlinearity of
따라서, 제17도에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시예는 유도 전동기 여자 전류 IME의 제어를 유지시키기 위한 방법에 관한 것으로서, VAR 발생기 및 부하 전환 인버터 회로(LCI)를 사용하며, 상기 LCI는 전력 회로가 전동기 여자 전류를 제어하기 위해 사용되는 함수로서 IME조정 루프의 동력에 있어서 최소 변화를 제공한다.Accordingly, an embodiment of the present invention as shown in FIG. 17 relates to a method for maintaining control of an induction motor exciting current I ME , which uses a VAR generator and a load switching inverter circuit (LCI), wherein the LCI is The power circuit provides a minimum change in the power of the I ME regulated loop as a function used to control the motor excitation current.
제15a도 내지 제15c도 및 제16a도 내지 제16c도에 관해서, 상술한 바와같이, VAR 제어기 없이도 작동이 가능하다. 따라서, 제17도는 VAR 제어기 및 제어회로(점선 블록(215)내에 도시되어 있음)를 제거함으로 변형될 수 있는데, 스필오버 신호의 한계치(블럭, (400)가 VAR 제어기의 제로 가능성에 관련되어, 제로로 세트되면, 상기 시스템은 제15c도 및 제16c도에 관해 기술된 방법으로 작동한다.With respect to FIGS. 15A-15C and 16A-16C, as described above, operation is possible without the VAR controller. Thus, FIG. 17 can be modified by removing the VAR controller and control circuitry (shown in dashed block 215), where the limit of the spillover signal (block 400) is related to the zero likelihood of the VAR controller, If set to zero, the system operates in the manner described with respect to FIGS. 15C and 16C.
제20도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 것이다. 제17도의 실시예에 있어서, 합산 정션(200)의 출력은 IME *신호와 IME신호 사이의 차이며, 상기 차는 명령된 전동기 여자 전류와 실제 전동기 여자 전류사이의 차이다. 제17도에 있어서, IME신호는 제12도, 13도 및 14도로 상세하게 설명된 바와같이 IME리졸버(202)로부터 추출되는 것으로 도시되어 있다. 제11도로 설명된 바와같이, 캐패시터 전류의 실질적인 감지로부터 캐패시터 전류 |IC|가 유도되는 것을 알 수 있다.20 shows another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 17, the output of the
그러나, 이때 상기 전류는 계산될 수도 있다. 또, 제11도에 있어서 LCI에 요구되는 여자 전류(ILE)를 발생시키는 방법이 도시되어 있다. 또다른 비교에 있어서, 제17도의 합선 정션(200)은 제11도의 합산 정션(166)에 대응하며, 후술한 합산 정션(166)은 여기에 인가되는 IME *, ILE및 |IC| 신호를 가진다.However, the current may also be calculated at this time. 11 shows a method of generating an excitation current I LE required for LCI. In another comparison, the
상술한 IME리졸버는 전동기 전류 및 전동기 전압을 감지하여 전류를 여자 성분으로 분해하며, 상기 여자 성분은 공극 자속과 동상이다. 제11도에서는 캐패시터 회로가 실제 전류를 감지하며 전류 변압기와 같은 장치에 유용하게 사용된다. 제20도에 도시된 실시예는 제17도에 기본적으로 도시된 타입의 시스템, 즉, 스필오버타입 시스템이나, 가능한 파라메터로부터 전동기 전류의 여자 성분을 산정할 수 있어서, 전동기 전류의 다양한 성분의 감지 및 분해를 피할 수 있는 것이다.The above-described I ME resolver senses the motor current and the motor voltage and decomposes the current into an excitation component, which excitation component is a pore flux and in phase. In FIG. 11, the capacitor circuit senses the actual current and is useful for devices such as current transformers. The embodiment shown in FIG. 20 is capable of estimating the excitation component of the motor current from a system of the type basically shown in FIG. And decomposition can be avoided.
특히 제20도에 있어서, 자속 조정기(200')의 출력단에서의 합산 정션에 대한 입력 변경 부분 및 제17도의 IME조정기(212)의 생략을 제외하면, 제17도와 동이한 타입임을 알 수 있다. 제17도로부터 알 수 있듯이, 합산 정션(200)은 자속 조정기(164)로부터 IME *신호를 수신하며 IME리졸버(202)로부터 IME신호를 수신한다. 제20도에 있어서, 합산 정션(200')은 자속 조정기(164)로부터 IME *신호를 수신하며, 신호 ILEN과 마찬가지로 캐패시터 회로 전류 |IC|의 절대치에 비례하는 신호를 수신한다. 신호 ILEN은 상술한 바에 의해 알수 있듯이, 스필오버 함수 포함회로(400),(402),(406),(408) 및 (410)의 어떤 효과는 무시하고 전동기에 유용한 여자 전류에 대한 LCI의 효과를 나타낸다.In particular, in FIG. 20, it can be seen that the type is the same as that in FIG. 17 except for the change of the input portion for the summation junction at the output terminal of the
상술한 바로부터, 전동기 여자 전류 IME는 캐패시터 회로(32) 및 VAR 발생기(40)에 의해 공급되는 여자 전류의 합에서 LCI의 부하측 콘버터에 의해 형성되는 무효 전류(ILE)를 감산한 값과 동일하다.From the foregoing, the motor excitation current I ME is obtained by subtracting the reactive current I LE formed by the load-side converter of the LCI from the sum of the excitation currents supplied by the
즉,In other words,
상술한 방정식(6)으로부터, ILE=ILSimα 및 방정식(1)로부터 캐패시터 전류 IC는 다음식으로 나타난다.From the above-described equation (6), from I LE = I L Simα and from the equation (1), the capacitor current I C is represented by the following equation.
(만약, 수동회로망이(32)로 도시된 순수 캐패시터에 부가되어 다른 회로소자를 포함하는 전동기에 병렬로 접속되어 있으면, 전 회로망 어드미턴스가 WC대신에 사용된다).(If the passive network is added to the pure capacitor shown in 32 and connected in parallel to an electric motor including other circuit elements, all network admittance is used instead of WC).
상술한 바와같이 재배치시키며 결합시킴으로, IX*로 나타낸 VAR 발생기에 의해 공급될 필요가 있는 전류값은 다음과 같이 나타낸다.By relocating and combining as described above, the current value that needs to be supplied by the VAR generator represented by I X * is expressed as follows.
상기 방정식(9)은 제20도에서 파선으로 표시된 스필오버 형태가 유효 성분이 아닌 경우에는 정확하다. 이 경우, 여자 전류 정정은 VAR 발생기의 작동에 의해 행해지며, IE *는 IX *와 동일하게 된다. 그러나, 스필오버가 존재하지 않는 경우에는, LCI에 대한 전류 및 위상각 커멘드는 제17도에 관해 설명한 바와같이 블록(402) 내지 (410)에 의해 변경될 수 있다. 상기 스필오버 특성의 효과는 LCI로부터의 전류 여자 부분이 두 성분을 가지게 한다.Equation (9) is correct when the spillover form indicated by the broken line in FIG. 20 is not an active component. In this case, the excitation current correction is performed by the operation of the VAR generator, and I E * becomes equal to I X * . However, if there is no spillover, the current and phase angle commands for the LCI may be changed by blocks 402-410 as described with respect to FIG. 17. The effect of the spillover characteristic causes the current excitation portion from the LCI to have two components.
제1성분은 "자연적으로" 발생되는 ILEN이며 제2성분은 ILES로 나타내며 스필오버 함수의 작용에 의해 유도되는 것이다. 따라서,The first component is " naturally " generated I LEN and the second component is represented by I LES and is induced by the action of the spillover function. therefore,
산정된 IME조정을 하게 하여 적절하게 작동시키기 위해, ILEN성분만이 방정식(6)에 사용되어야만 한다.In order for the calculated I ME adjustment to work properly, only the I LEN component should be used in equation (6).
제20도에 있어서, 도시된 ILEN신호는 다음과 같이 추출된다. 속도 조정기(139)로부터의 T*신호는 전류 기준 함수 블록(430) 및 각도 기준 함수 블록(432)에 인가된다. 블록(430)은 하한계치를 가지는 절대값 회로를 필수적으로 가진다. 반면에 블록(432)은 한계치를 가지는 선형 증폭기이며, 상기 블록은 제11도에 도시된 바와같이 블록(140) 및 (146)과 거의 동일하다.In FIG. 20, the illustrated I LEN signal is extracted as follows. The T * signal from the
ILN *로 표시된 블록(430)의 출력은 한 입력으로서 증배기(434)에 인가된다. αN*로 나타낸 함수 블록(432)의 출력은 사인 함수(436)에 인가되며, 사인 함수의 출력은 입력의 사인 값이다. 블록(436)의 출력은 증배기(434)에 대해 제2입력을 형성한다. 증배기(434)의 출력은 여자 전류의 양에 비례하는 신호이며, 스필오버가 없는 LCI에 의해 전동기에 공급되며, 상기 신호 ILEN은 한 입력으로 사용되어 합산 정션(200')에 인가된다. 정션(200')은 상술한 바와같이 자속 발생기(164)로부터 IME *신호를 수신한다. 상기 ILEN신호의 유도는 제11도에서 블록(168)으로부터의 신호 ILE에 대한 것과 거의 동일하다.The output of
합산 정션(200)에 대한 다른 입력은 캐패시터 전류에 비례하는 |IC| 신호이다. 상기 신호는 방정식(1)에 따라 유도된다. 이런 관점에서, 전동기의 단자 전압은 3개의 절대치 회로(440),(442) 및 (444)에 인가되며, 상기 회로의 출력은 합산 정션(446)에 공급된다. 합산 정션(446)의 출력은 전동기 단자 전압의 절대치 |VM|에 비례한다. 상기 신호 |VM|는 한 입력으로 사용되어 증배기(448)에 인가된다. 자속 크기 신호는 제11도에 도시된 바와같이 각각의 위상 적분기 및 번호(162)로 표시된 합산 절대치 회로에 의해 유도된다. 합산 절대치 회로(162)의 출력은 || 신호이며, 상기 신호는 상술된 정션(160)에 인가된다.The other input to summing
증배기(448)에 대한 입력은 신호 W이며, 상기 신호는 전동기 고정자 주파수에 비례한다. 상기 W 신호는 임의의 적절한 방법으로 유도될 수 있으나, 도시된 실시예에 있어서는, 주파수 콘버터(452)의 출력으로 도시되어 있으며, 상기 콘버터는 그 입력단에 라인(18)상의 전압인 전동기 단자 전압 신호중의 하나를 가진다.The input to
상기 주파수 콘버터는, 1984년 6월 12일자로 특허 등록되었으며, 에프.에이취.보에트너 및 엘.에이취.워커에 의해 출원한 명칭이 "교류 신호의 주파수 측정 방법 및 장치"인 미합중국 특허 제4,454,470호와, 1984년 8월 6일자로 제이.더블유.젬버 및 엘.에이취.워커가 출원하였으며 제목이 "주파수 측정 시스템"으로 계류중인 미합중국 특허원 제638,003호에 기술되어 있으며, 상기 특허 및 특허원은 특별히 참조로 기술되어 있다.The frequency converter, patented on June 12, 1984, filed by F.H.Boettner and L.H.Walker and entitled "Method and Apparatus for Measuring Frequency of Alternating Signals" US Patent No. 4,454,470 US Patent Application No. 638,003, filed by J. Double U. Gember and L. H. Walker, filed Aug. 6, 1984, with the title "Frequency Measurement System." Is specifically described by reference.
증배기(448)의 출력, |VM|W는 이득 블록(454)에 인가되며, 여기서 이득은 이득 회로(454)의 출력이 방정식(1)에 따라 |IC| 신호가 되도록 회로(132)의 캐패시턴스(어드미턴스)에 비례한다. 다른 관점에 있어서, 제17도에 기술된 바와같이, 회로의 작동에 있어서는, 출력단에 커멘드 IE *를 공급하는 IME조정기(212)는 이 경우에 있어서 필요하지 않다.Output of
왜냐하면, 제17도에 있어서의 IE *의 소정의 값은 IME에 있어서의 에러값을 합하여 계산하기 보다는 직접 계산되기 때문이다.This is because the predetermined value of I E * in FIG. 17 is directly calculated rather than being calculated by adding up the error values in I ME .
가장 이해하기 쉬운 형태인 아나로그 형태로, 회로의 특성을 설명하였지만, 본 발명의 분야에 숙련된 사람은 적절하게 프로그램화된 컴퓨터 장치에 의해 본 발명의 실제 제어기능을 수행하는 것도 가능하다는 것을 알 것이다.Although the characteristics of the circuit have been described in analog form, which is the easiest to understand, one of ordinary skill in the art appreciates that it is also possible to perform the actual control functions of the present invention by means of a suitably programmed computer device. will be.
이러한 것은 참고로 되어 있는 미합중국 특허 제4,449,087호에 기술되어 있다. 상기 특허에 있어서, LCI의 제어는 컴퓨터로 되며, 유사하게, 기술되어 있는 여러 실시예의 다수의 제어 기능은 컴퓨터 소프트웨어에 의해 역시 이행될 수 있다. 이러한 제어의 한가지 형태가 제21도에 기술되어 있으며, 여기서는 인텔 80286 컴퓨터를 사용하고 있다. 제21도에 있어서, 전력 회로는 제1도, 17도 및 20도에 도시된 회로와 동일하다.This is described in US Pat. No. 4,449,087 to which reference is incorporated. In this patent, the control of the LCI is a computer, and similarly, many of the control functions of the various embodiments described can also be implemented by computer software. One form of such control is described in FIG. 21, which uses an
LCI 공급원측 콘버터 정류기의 점화는 적절한 점화 신호에 의하여, 상기 신호는 점화회로(502)로부터 라인(500)상의 콘버터로 전달된다. 점화회로(502)는 적절한 데이터 프로세서(506)(예로서, 인텔 80256컴퓨터 시스템)로부터의 라인(504)상의 신호에 의해 제어된다. 프로세서(506)는 공지된 바와같이 입력 라인으로부터 콘버터(11)로의 전압 및 전류 궤환 신호(VFB1,IFB1)와 마찬가지로 오퍼레이터 제어기(138)로부터의 입력을 수신한다.Ignition of the LCI source-side converter rectifier is by means of an appropriate ignition signal, which is transmitted from the
유사한 방법으로, LCI 부하측 콘버터(12)는 라인(508)을 통과하는 점화회로(510)로부터의 점화신호를 수신한다. 상기 회로는 라인(512)을 통과하는 제2데이터 프로세서(514)로부터 제어된다. 프로세서(514)는 공지된 바와같이, 다시 콘버터(12)의 출력으로부터의 전압 및 전류 궤환 신호(VFB2및 IFR2)를 수신한다. 프로세서(506) 및 (514)는 버스(515)에 의해 상호 접속되어 서로 통신할 수 있다.In a similar manner, LCI
가변 VAR 발생기(40)에는 라인(44),(46) 및 (48)에 의해 단자, L1,L2및 L3에 접속되어 있는 AC/DC 콘버터(42)로부터의 전력이 DC링크 회로(41)를 통해 공급된다. 본 실시예에 있어서, VAR 발생기(40)는 자동연속으로 전환되는 인버터 타입이다(제8도 참조).The
LCI에 대해 상술한 바와 유사하게, 발생기(40)의 다이리스터는 점화회로(518)로부터 라인(516)을 통해 전달되는 신호에 의해 점화되며, 상기 점회회로는 데이터 프로세서(522)에 의해 라인(520)을 통해 제어된다. 프로세서(524), 라인(526), 점화회로(528) 및 라인(530)은 콘버터(42)에 대한 유사한 제어 장치를 가진다. 버스(532)는 프로세서(522) 및 (524) 사이에 통신 링크를 제공하며, 반면에 버스(534)는 프로세서(506),(514) 및 (524) 사이의 통신 링크를 제공한다. 프로세서(522)는 LCI 회로를 전동기(24)에 접속시키는 라인(18),(20) 및 (22)으로부터 라인(540) 상의 전압 궤환 신호 및 라인(542)상의 전류 궤환 신호를 수신한다.Similar to that described above for the LCI, the thyristors of the
제21도에 도시되어 있으므로 프로그램에 의해 정의되는 디지털 장치는, 특히 제20도에서 설명된 아나로그 실시예에 대해 상술한 장치와 거의 동일하게 작동한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 간단한 부하 전환형 인버터 회로로 전원을 유도 전동기에 공급할 수 있으며, LCI 타입의 구동과 관려되어 비교적 저렴하고 튼튼한 유도 전동기를 제공할 수 있는 장점을 가진다.The digital device defined by the program, as shown in FIG. 21, works in much the same way as the device described above, particularly with respect to the analog embodiment described in FIG. Therefore, according to the present invention, the power can be supplied to the induction motor by a simple load switching inverter circuit, and has the advantage of providing a relatively inexpensive and robust induction motor associated with the LCI type driving.
비록, 본 발명의 적절한 실시예에 관해 상술하고 도시되어 있지만, 본 기술분야에 숙련된 사람은 쉽게 변형을 이루어낼 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술되고 도시된 특정 실시예에 제한되어 있지 않으며, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 정신 및 범주내에 있는 모든 변형을 포함하는 것으로 여기고자 한다.Although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated above, those skilled in the art can readily make modifications. Therefore, it is intended that the present invention not be limited to the particular embodiments described and shown above, but that the appended claims should cover all modifications that fall within the spirit and scope of the invention.
Claims (16)
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