KR910009762B1 - Pwm 제어형 전력변환기의 제어장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

PWM 제어형 전력변환기의 제어장치
제1a도 및 1b도는 본 발명의 실시예에 따른 PWM 제어형 전력변환기 제어장치를 포함한 유도전동기 제어장치의 전체구성도.
제2도는 사상 및 각 사상이 인에이블되는 인에이블링 시각을 결정하는 과정을 나타내는 플로우챠트.
제3도는 콘버어터의 경우에 있어서 제어동작을 설명하기 위해 전류편차 △i에 대한 충격계수 γ*및 위상지령 θ*의 관계를 보인 그래프.
제4도는 결정된 사상 및 그 인에이블링 시각의 설정처리를 나타내는 플로우챠트.
제5a∼5d도는 제2도 및 제4도에 보인 처리의 실행시간을 설명하는 타이밍챠트.
제6도는 총합위상 θt에 따른 모우드 선택처리를 나타낸 플로우챠트.
제7도는 각 모우드에 대한 변환기내의 트랜지스터의 온-오프 상관관계를 나타내는 모우드 선택 테이블의 일예.
제8도는 총합위상 θt에 대한 인에이블링 시각의 상관관계를 나타내는 인에이블링 시각 테이블의 일예.
제9도는 트랜지스터에 인가되는 게이트신호의 상호관계를 나타내는 타이밍챠트.
제10a∼10g도는 출력전류파형에 대한 게이트신호의 상관관계를 나타내는 타이밍챠트.
제11도는 사상 및 그 인에이블링 시각이 설정되어지는 하나의 타이머 가로채기 간격내에서의 처리과정을 나타내는 플로우챠트.
제12도는 제1b도에 보인 제어장치의 실행 콘트롤러의 처리과정을 나타내는 플로우챠트.
본 발명은 펄스폭 변조(PWM) 제어형 전력변환기의 제어장치에 관한 것이며, 특히 변환기의 교류입력이나 출력전압 또는 전류파형을 현저하게 개선시킬 수 있는 제어장치에 관한 것이다.
교류전력을 직류전력으로 변환하는 콘버어터와 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버어터등의 전력변환기는 산업의 다양한 분야에서 폭넓게 쓰이고 있다. 한가지 전형적인 실예를 들자면 교류전원에서 공급된 교류전압을 직류전압으로 변환시키기 위한 콘버어터와 콘버어터에 의해 공급된 직류 전압을 다시 변환시켜 이 교류 전압을 유도전동기와 같은 교류부하로 공급하는 인버어터를 조합하여 구성한 전력 변환기가 있다.
이와 같은 종류의 전력변환기에 있어서, 콘버어터와 인버어터는 통상 공지된 PWM 제어에 의해 제어된다. 이때 콘버어터는 그 교류입력 전압파형이 가능한한 정현파에 가깝게 되는 것이 요망되고, 인버어터에 있어서는 그 출력전압 또는 전류가 가능한한 정현파에 가깝게 되어지는 것이 요망된다. 이러한 요구를 충족키 위해서는 특히 PWM 제어에 의해 발생된 입력/출력전압 또는 전류펄스의 최소 펄스폭이 충분히 좁혀져야만 한다.
이와 같은 전력변환기에 있어서, 인버어터의 경우를 예로 들어 PWM 제어의 문제점에 대해 기술한다. 공지된 인버어터의 전형적인 구성에서 트랜지스터 또는 GTO 다이리스터와 같은 6개의 반도체 스위칭 소자로 구성되고 3상 브리지회로로써 연결된 메인 스위칭 회로에는 DC 리액터를 통해 직류전력이 공급되고, 6개의 스위칭 소자에는 PWM 제어에 따라 소정의 방식으로 턴-온 및 턴-오프 동작을 반복하도록 게이트 신호가 공급된다. 따라서 출력전압 또는 전류와 그 주파수가 제어될 수 있다.
종래 일반적으로 잘 알려진 위와 같은 인버어터의 제어시스템에 있어서, 삼각파의 반송파와 정현파의 변조파는 상호 비교되어지고, 스위칭 소자에 공급되는 게이트신호들이 그 비교결과에 따라 구해진다.
이와 같은 PWM 제어를 위한 장치가 아날로그 회로소자들로 구성된다할 때 반송파발생기, 변조파발생기 및 비교기등에 복잡한 회로구성이 요구되는 문제점이 있고, 더욱이 이러한 아날로그형 회로소자들로 구성되있을 때 주변온도와 경년저하에 의한 변화에 따라 특성이 현저히 변동되는 문제점이 있어 이것은 안정한 동작을 이룰 수 없게 된다.
따라서, 예를 들자면 1982. 1. 8. 공개된 실공소 57-3392호에서 디지탈 회로소자에 의해 구성된 장치가 제안된바 있고, 이것에 의하면 반송파 및 변조파가 디지탈 신호형태로 발생되고, 스위칭 소자에 대한 게이트신호들은 디지탈 반송파와 디지탈 변조파의 비교에 의해 발생된다. 상술한 바와 같은 게이트신호의 발생에 의한 제어작용이 마이크로 컴퓨터에 의해 수행된다고 할 때 여러 가지 파형들의 발생 및 그 비교를 위해 연산동작이 대부분을 차지하게 되므로 이것은 다른 처리를 실행할 수 없게 만든다.
더욱이, 이 경우에 상기한 것과 같은 장치는 광범위한 교류출력전압 주파수에 걸쳐서 양호한 정현과의 교류출력전압을 얻기 위해 다양한 반송파 및 변조파에 대한 데이터를 저장하기 위한 대량의 기억장치를 필요하게 된다. 이것은 데이터 기억장치를 구성하는데 있어 실용성을 없게 만든다. 인버어터의 왜곡된 교류출력 전압이 교류부하로 되는 유도전동기에 인가된다고 할 때 예를 들어 왜곡된 파형에 포함된 고조파성분으로 야기된 토오크리플 및 노이즈의 발생을 피할 수 없게 되는 문제점을 갖게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해결하고 전력변환기의 교류입력이나 출력전압 또는 전류파형을 현저히 개선하게 한 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 양상에 따르면, PWM 제어형 전력변환기를 위한 제어장치에 있어서, 적어도 하나의 주파수 지령을 이용하여 총합위상을 산출하고, 그 산출된 총합위상에 따라 스위칭 소자의 온-오프상태의 어느 한 가지 모우드를 결정하는 프로세서를 구비하고 ; 그 각 모우드는 복수의 사상(事象)으로 구성되며, 이 사상 각각은 스위칭 소자의 온-오프상태의 패턴정보를 포함한다. 복수의 사상은 특별한 인에이블링 시각을 가지며, 어느 시각이 도래할 때마다 그 시간에 해당하는 인에이블링 시각에 의해 수반되는 어느 하나의 사상이 선택되어진다. 이러한 방식에서, 하나의 모우드에서의 복수의 사상은 인에이블링 시각에서 변화되는 동안 모우드중 매 예정된 시간간격마다 반복되고 스위칭 소자에 대한 게이트신호들은 그 시각에서 선택된 사상에 따라 발생된다. 이 인에이블링 시각은 전력변환기로 공급되거나 이로부터 유도되는 교류전력의 3상 전압 또는 전류중 적어도 2상의 크기에 따른 예정된 시간간격을 분할함에 의해 결정된다. 결과적으로, 전력변환기가 위와 같은 게이트신호에 의해 제어될 때, 전력변환기로 공급되거나 또는 이로부터 유도되는 교류전력의 전압 또는 전류파형이 정현파가 되도록 게이트신호들의 펄스폭이 변화되어진다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
제1a 및 1b도는 본 발명의 1실시예를 보인 것으로, 도면번호 1은 3상 교류전원을 나타내고, 2는 입력측의 필터 캐패시터, 3은 스위칭 트랜지스터 (31)∼(36)으로 구성된 3상 콘버어터로서 도시와 같이 연결되어 있다.
도면번호 4는 DC 리액터를 나타내고, 5는 메인스위칭 소자로서의 트랜지스터(51∼56)로 구성된 3상 인버어터이다.
도시와 같이 콘버어터(3)와 인버어터(5)는 이른바 전류원 전력변환기를 형성하고 있다.
도면번호 6은 출력측의 필터 캐패시터이고 7은 변환기의 부하로 되는 유도전동기이다.
도면번호 8은 직류전류 검출기이고 9는 전류지령 i*를 검출기(8)에 의해 검출된 실제전류 i와 비교하는 비교기를 나타낸다.
도면번호 10 및 11은 마이크로 컴퓨터로 구성되는 처리장치를 나타내고 트랜지스터(31∼36) 및 (51∼56)에 대한 게이트 제어신호를 발생시킨다. 인버어터(5)에 대한 처리장치(10)와 콘버어터(3)에 대한 처리장치(11)는 거의 동일한 구성을 취하고 있다. 따라서 이하의 설명은 주로 인버어터(5)에 대한 처리장치(10)를 기초로 하고, 콘버어터(3)의 처리장치(11)에 대한 상이한 구성 및 작용은 필요할 때 설명한다.
도면번호 12는 터미널로서 이를 통해 콘버어터(3)에 대한 처리장치(11)로 전류지령 i*이 인가된다.
처리장치(11)는 선로(15)를 통해 교류전원(1)로부터의 신호가 공급되어 콘버어터(3)의 트랜지스터(31∼36)에 대한 게이트신호들이 교류전원(1)의 전압과 동기하며 발생되게 만든다. 도면번호 13 및 14는 터미널로서 이를 통해 인버어터(5)에 대한 처리장치(10)로 주파수 지령 ω*및 위상지령 θ*이 인가된다.
처리장치(10)는 입력포오트(101)를 가지며, 여기에 내부버스(120)가 연결되어 있다. 버스(102)에는 펄스폭이 데이터에 대한 테이블 및 프로그램이 기억되어 있는 판독전용메모리(103)와 동작결과에 대한 임시저장용 및 레지스터들을 위한 랜덤 액세스 메모리(104)와 여러 가지 논리인산을 실행하는 연산장치(105)가 결합되어 있다.
이들 소자들은 통상의 데이터 처리장치를 구성하게 하며, 이 처리장치의 동작결과는 후술하는 바의 처리를 거친 출력포오트(106)의 출력으로 된다.
상기한 ROM(103), RAM(104) 및 ALU(105)로 구성된 처리장치는 버스(102)로 상호 연결되어 주파수지령 ω*및 위상 지령 θ*에 근거한 PWM 제어에 따라 트랜지스터(51∼56)의 온-오프 동작을 제어하는 사상(事象)을 발생한다. 이들 사상은 ROM(103)에 기억되고, 이 사상 각각은 어떤 시간간격동안 어느 트랜지스터가 온되고 어느 트랜지스터가 오프될 것인지의 정보를 포함한다.
더욱이 처리장치는 어떤 예정된 사상이 인에이블될 시각을 결정한다. 설명의 편의를 위해서 이 시각을 이후에 인에이블링 시각이라고 부른다. 더 상세한 것은 후에 밝혀지겠지만 ROM(103)에서 독출된 일련의 사상은 순차적으로 각각의 트랜지트터의 온-오프 패턴, 즉 트랜지스터들에 대한 게이트신호의 패턴을 결정한다. 따라서, 그 펄스패턴에 대응하는 전류가 각 트랜지스터로 흐른다.
상기 설명에 부가해서, 처리장치(10)는 출력신호를 제어하기 위한 주변장치들을 가지며, 이는 처리장치에 의해 결정되어진 사상을 임시로 저장하는 사상 레지스터(107)와, 또한 그 시각에서 레지스터(107)에 기억된 사상에 해당하는 인에이블링 시각을 임시로 저장하는 시각 설정 레지스터(108), 레지스터(107) 및 (108)의 내용을 결합하여 이들을 보유하는 유지 레지스터(109)를 포함한다. 주변장치는 또한 연상 메모리(110)를 구비하고, 이것은 잘 알려진 것과 같이 어드레스에 의해서라기 보다는 그 정보내용에 의해 장소가 정해지는 데이터 저장장치이며 이로부터 데이타가 검색되어진다.
연상메모리(110)는 데이터를 그 내부로 취하고 그 데이터는 유지 레지스터(109)로부터 연속적으로 주어진다.
전술한 바와 같이 모든 데이터는 사상과 이에 따르는 인에이블링 시각으로 되어 있고 고로 메모리(110)에 기억된 각각의 사상은 그 특정한 시간에서 검색되어진다. 다시 말하면, 어떤 시간이 도래할 때 인에이블링 시각을 수반하는 사상(이 인에이블링 시각은 그 어떤 시간과 동일하다)이 독출되어진다. 이 경우에, 그 시각은 상기한 장소지정을 위한 정보내용에 해당한다.
제1b도에서, 연상 메모리(110)의 작용을 쉽게 이해할 목적으로 메모리(110)에 기억된 데이터가 주기적으로 순환하는 것으로 나타내었고, 모든 데이터의 인에이블링 시각부분은 비교기(12)내의 타이머(111)에 의해 공급되는 시각과 비교되며, 이들이 서로 일치할 때 비교기(112)의 출력에 의해 실행 콘트롤러(113)가 트리거되어 메모리(110)로부터 인에이블링 시각을 수반하는 사상부분을 독출하게 된다.
독출된 사상의 데이터에 의해 실행 콘트롤러(113)는 출력포오트(106)의 포오트번호(1)∼(6)을 선택적으로 작동시킨다. 선택된 포오트번호(1)∼(6)에 나타나는 신호들은 대응한 트랜지스터(51)-(56)으로 공급된다.
이하 상술한 것과 같은 제어장치의 동작에 대해 설명한다.
제2도는 사상을 결정하고 인에이블링 시각 te를 구하기 위한 처리 프로그램(1000)을 나타낸 플로우챠트이다.
우선, 단계(1100)에서 주파수 지령 ω*및 위상지령 θ*이 입력포오트(101)를 통해 처리장치내로 읽혀진다.
속도지령 및 실제 속도가 주어진 경우에 주파수지령 ω*및 위상지령 θ*이 처리장치에서 계산되고 그 후 단계(1100)는 속도지령 및 실제속도가 취해질 때의 단계로 대치된다.
덧붙여, 콘버어터(3)에 대한 제어의 경우에 있어서, 교류전원(1)의 주파수가 주파수지령 ω*으로서 사용된다. ω*이를 위해 처리장치(11)는 신호를 전원전압과 동기되게 하여 선로(15)를 통해 유입하고 있다.
위상지령 θ*은 제3도에 나타낸 것과 같이 전류지령 i*과 실제전류 i 사이의 전류편차 △i에 따라 결정된다.
즉, 위상지령 θ*이 예정된 값에 도달할 때까지 이 위상지령은 그 최소값으로 유지되어 있는 콘버어터(3)의 온-오프동작의 충격계수 γ*에 대해 전류편차 △i와 더불어 증가한다. 위상지령 θ*이 예정된 값에 도달하게 될 때 충격계수 γ*는 예정된 값으로 유지하고 있는 위상지령 θ*에 대해 전류편차 △i와 함께 그 최대값으로 증가한다. 그러나 콘버어터(3)는 위상 θ*을 제어하기 보다는 충격계수 γ*를 제어하게 되며, 이것은 콘버어터(3)가 출력전압을 0에 근접하게 만들 필요가 없고 위상지령 θ*을 0으로 유지할 수 있게 만든다.
그 다음 단계(1200)에서, 주파수지령 ω*은 예정된 시간주기 △t마다 집적되고 그 집적된 결과는 위상지령 θ*에 가산되어 총합위상 θt을 얻게 된다.
전술한 시간주기 △t는 타이머 가로채기에서 의해 결정되며 따라서 주기 △t는 가로채기 시간간격을 나타낸다.
그후 단계(1300)에서, 트랜지스터(51-56)에 대한 사상은 단계(1200)에서 구해진 총합위상 θt에 따라 결정된다. 인버어터(5)에 의해 발생된 교류전류의 1사이클, 즉 전기각 360°를 60°로 나누어서 얻은 6개 모우드 중의 하나에 대해 특정 사상이 마련되고 그들 중 하나는 총합위상, θt에 따라 선택된다. 총합위상 θt와 모우드사이의 관계는 이후 상세히 설명한다.
마지막으로 단계(1400)에서, 가로채기 간격 △t내의 인에이블링 시각 te에서 사상의 전환이 이루어지고, 이 인에이블링 시각 te는 총합위상 θt에 의해 ROM(103)에 기억된 인에이블링 시각 테이블을 참조하여 구해진다.
여기서, 이러한 처리는 사상을 사상 레지스터(107)에 저장하도록 결정하고 인에이블링 시각이 시각설정 레지스터(108)에 저장되게 하며, 상술한 것과 같이 이들은 유지 레지스터(109)에서 결합되어 연상 메모리(110)에 기억되게 한다.
그 다음, 상기 처리에서 구해진 2개 항목을 설정하기 위한 처리과정(200)을 제4도의 플로우챠트를 참고로 설명한다.
단계(2100)에서, 사상 및 모든 트랜지스터(51∼56)에 대한 인에이블링 시각 te의 설정이 완료되었는지 아닌지를 분별한다. 만약 완료되었다면 처리가 종료되고, 완료되지 않았다면 단계(2200)에서 사상을 레지스터(107)에 설정한 다음 단계(2300)에서 인에이블링 시각 te를 레지스터(108)에 설정한다.
이 순환동작은 설정처리가 완료될 때까지 반복된다.
제5a-5d도는 상기한 처리과정(1000) 및 (2000)의 상호 타이밍 관계를 도시한 것이다. 제5a-5c도에서, 사상 설정처리(2000)는 매 △t마다 발생하는 타이머 가로채기에서 개시되며 이 처리과정(2000)의 종료 후에 처리과정(1000)이 개시되며, 여기서 처리과정(2000)에서 사용될 사상 및 인에이블링 시각이 후속하는 가로채기 시간간격에서 실행된다.
이 경우에, 가로채기의 변별을 위한 시간이 짧기 때문에 가로채기 간격 △t가 단축될 수 있다. 고로, 장치가 높은 주파수에서 동작될 수 있다.
제5a도에 나타낸 타이머 가로채기 신호이전에 발생된 제5d도의 타이머 가로채기 신호가 제공되고 처리과정(1000)이 제5c도에 나타낸 점선과 같이 제 2의 타이머 가로채기 신호에 의해 개시되었다면 최신의 데이터가 사상 설정처리(2000)에서 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에 의하면 예정된 사상 및 이 사상에 수반되는 인에이블링 시각이 레지스터(107) 및 (108)과 유지 레지스터(109)를 통해 연상메모리(110)에 설정되고 난 후에 연상메모리(110)는 출력포오트(106)의 제어역할을 담당하여 이로써 ROM(103), RAM(104) 및 ALU(105)로 구성된 처리장치가 출력제어 처리과정으로부터 해제된다.
그 다음 제6도를 참조하여 제2도의 단계(1300), 즉 사상의 결정단계를 설명한다. 상술한 바와 같이 6개의 모우드는 매 전기각 60°에서 변화되고, 각 모우드는 인버어터(5)의 교류출력전류의 전기각에서 매 360°에서 반복된다. 즉, 6개 모우드는 인버어터(5)의 교류출력전류의 1사이클 안에서 순환되고, 그중 하나는 산출된 총합위상 θt에 따라 선택되어진다. 이를 위해 본 총합위상 θt의 범위는 단계(1310) (1350)에서 구별되고, 6개 모우도중 M1및 M2의 어느 하나가 그 결과에 반응하여 선택된다.
또한 총합위상 θt가 단계(1200)에서 산출된 결과 0°∼360°의 범위로 된 경우에, 총합위상 θt를 0°∼360°의 영역내로 복귀시키기 위한 360°의 가산 또는 감산을 행하는 영역검사가 단계(1300)의 처리 시작에서부터 수행된다.
이후 상술하겠지만, 각 모우드는 복수의 사상으로 구성되고, 본 실시예에서는 3개의 사상으로 되어 있다.
제7도에서, 모우드 M1및 M6에 대해, 타이머 가로채기 간격 △t의 전체 지속기간에서 턴온되어질 트랜지스터와 가로채기 간격 △t내의 인에이블링 시각에 의해 한정되는 각각의 주기에 대해서만 턴온되는 트랜지스터의 조합을 보이고 있다.
그 나머지 그룹의 트랜지스터들은 가로채기 간격 △t의 시점 t0에서부터 시점 t0+te1까지에서 턴온되는 트랜지스터와 시점 t0+te1으로부터 시점 t0+te2까지의 동안에 턴온되는 트랜지스터와 시점 t0+te2부터 가로채기 간격 △t의 종단, 즉 t0+△t까지에서 턴온되는 트랜지스터들을 포함한다.
따라서, 만일 총합위상 θt가 구별되었다면, 트랜지스터(51∼56)가 온 또는 오프되는 것을 정하기 위해 모우드가 결정된다. 또한, 제7도의 테이블에 표시되지 않은 트랜지스터들은 각각의 모우드의 전체 주기동안 턴오프상태로 유지된다. 트랜지스터의 온상태를 "1"로 나타내고, 그 오프상태를 "0"으로 나타낸다면, 사상은 다음과 같이 된다.
Figure kpo00002
상기 테이블내의 트랜지스터(51)를 예를 들어 설명한다면, 패턴 "010"에 따른 온-오프 상태가 모우드 1의 전체 지속기간에서의 매 가로채기 간격 △t동안 반복되고 있음을 알 수 있다. 즉, 트랜지스터(51)는 가로채기 간격 △t내의 첫번째 주기동안 비도통상태로 유지되고, 그 두번째 주기동안 도통상태가 되며, 세번째 및 마지막 주기동안 다시 비도통상태가 된다.
위와 유사하게, 트랜지스터(52)에 대해서는 그 온-오프 동작패턴이 "001"로 되고, 트랜지스터(53)은 "100"이 된다. 트랜지스터(55)의 패턴은 "111"이 되고, 이것은 모우드 1의 전체 지속기간에 걸쳐 도통상태를 유지하고 있음을 뜻한다. 트랜지스터(54) 및 (56)은 모우드 1의 전체 지속기간중에 비도통상태를 유지한다. 이들 패턴은 전술한 바와 같은 펄스패턴을 나타낸다. 상기 모우드 1에 대한 설명이 다른 모우드 2∼6의 경우에도 적용된다.
또한, 가로채기 간격 △t의 시작점 t0에서 t0+te1까지의 주기는 전술한 첫번째 주기에 해당하며, 시점 t0+te1은 제 1의 인에이블링 시각이 된다. 또한 상기한 두번째 주기는 t0+te1부터 t0+te2까지이며, 그 시점 t0+te2가 제2의 인에이블링 시각으로 된다. 마지막 주기는 t0+te로부터 가로채기 간격 △1, 즉 t0+△t까지로 된다.
그 다음, 상기 테이블의 횡방향으로의 어떤 시각에서 모든 트랜지스터(51-56)의 온-오프 상태에 대해 설명한다. "0"과 "1"의 패턴은 어느 시점에서 어떤 트랜지스터들이 턴온되고 어떤 트랜지스터들이 턴-오프되는가를 나타내는 사상을 표시한다.
따라서, 예를 들어 모우드 1에서 트랜지스터(51∼56)는 가로채기 간격 △t의 시작에서부터 사상번호 11에 따라 온 또는 오프되고, 사상번호 11은 제 1의 인에이블링 시각 t0+te1에서 사상번호 12로 바꿔다. 이후에 트랜지스터(51∼56)은 사상번호 12에 따라 온 또는 오프상태로 된다. 제 2의 인에이브링 시각 t0+te2이 도래할 때 사상번호 12는 사상번호 13으로 바뀌고, 트랜지스터(51-56)는 가로채기 간격 △1, 즉 t0+△t의 끝까지 이에 따라 제어된다.
다시 요약하면, 모우드 1에 속하는 3개 사상은 인에이블링 시각 te1및 te2에서 바꿔지면서 모우드 1의 전체 지속기간에 걸쳐 매 가로채기 간격 △t동안 반복된다.
결국, 트랜지스터(51-56)의 온-오프 상태는 모우드 1의 동안 가로채기 간격 △t마다 반복되어진다. 이와 같은 경우는 다른 모우드 2∼6에서도 똑같이 적용된다.
제8도를 참조하여 제1 및 제 2의 인에이블링 시각 te1및 te2을 얻기 위한 처리, 즉 제2도의 플로우챠트에서 단계(1400)에 대해서 설명한다.
인버어터(5)의 출력전류가 필터 캐패시터(6)의 단자에서 볼 때 정현파가 되어야 하므로 본 실시예에서는 sin θt에 대해 120°의 위상차를 가진 sin(θt-120°)과 sin(θt-240°)만큼의 비율로 가로채기 간격 △t를 분배하고 있다.
다시 말하면, 인에이블링 시각 te1및 te2는 다음의 식에 의해 총합위상 θt의 함수로서 결정된다.
te1= △t · sin(θt-240°)
te2= te1+△t · sin θt
구해진 값 te1및 te2는 총합위상 θt에 대해 표로 작성되어 ROM(103) 및 RAM(104)에 저장된다.
제8도에서, te1및 te2의 값은 단지 하나의 모우드, 즉 60°의 범위에 대해서만 표로 작성되었다. 그러나 3개의 정현파가 서로 120°의 위상차를 갖고있을 지라도 다른 모우드에서의 인에이블링 시각은 하나의 모우드로부터 각 모우드의 각도차에 해당하는 양에 의해 제8도의 테이블에서 얻은 인에이블링 시각의 값을 변화시킴에 의해 결정된다.
제9도는 트랜지스터(51∼56)를 온 또는 오프시키기 위한 게이트신호들 S51∼S56의 일예를 보인 것으로 이 게이트신호들은 출력포오트(106)의 포오트번호 1∼6부터 출력되고 상기 방법에 의해 얻어진다. 도시된 파형들은 전술한 펄스패턴에 의해 결정되며, 여기서 시간팩터를 감안하였다.
제10a-10g도는 제9도의 모우드 1부분을 상세히 나타낸 것이다. 제10a도는 단지 60° 주기에서 서로 위상차 120°를 갖는 3개의 정현파 U, V 및 W를 나타내고 있다. 이들 정현파는 필터 캐패시터(6)의 단자측에서 본 인버어터(5)의 출력전류에 해당한다.
모우드 1에 있어서, 제7도의 테이블에서 명백히 나타낸 것과 같이 게이트신호들은 트랜지스터(51)∼(53) 및 (55)에 공급된다. 이들중에 트랜지스터(55)에는 제10d도에서와 같이 모우드 1의 전체 주시에 걸쳐 게이트신호가 인가된다. 가로채기 간격 △t안에서 트랜지스터(53)에는 제10d도에서와 같이 t0부터 t0+te1까지 게이트신호가 인가된다. 비슷하게, 제10b도 및 10c도와 같이 트랜지스터(51)에는 게이트신호가 t0+te1부터 t0+te2까지 인가되고, 트랜지스터(52)에는 t0+te2까지 게이트신호가 인가된다.
결국 각각의 트랜지스터를 통해 흐르는 전류는 제10b도∼10d에 나타낸 것과 같은 파형을 갖는다.
상기 도면에서와 같이 게이트신호 S51, S52 및 S53의 펄스폭 u, v 및 w는 제10도에 보인 정현파 U, V 및 W의 진폭 u, v 및 w에 비례한다.
따라서, 제10b도-10d도에 나타낸 것과 같은 파형을 갖는 인버어터(5)의 출력전류는 필터 캐패시터(6)에 의해 평균이 되어 제10a도의 도시와 같은 정현파로 나타낸다.
그런데 게이트신호 S52가 존재하는 동안 인버어터(5)의 직류측은 동시 도통되는 트랜지스터(52) 및 (55)에 의해 단락회로로 되어 필터 캐패시터(6)에 충전된 전하가 그 지속시간에서 유도전동기(7)로 방전되어진다. 양호한 정현파를 얻기 위해 파형을 개선하기 위해서는 게이트신호 S52의 최소 펄스폭이 가능한한 좁아야 하는 것이 요망되어 이상적으로는 0이 되어야 한다. 그러나, 이 지속기간의 최소치는 전술한 방전시간에 의해 한정된다. 제10a도에서의 값 V0는 방전시간에 따라 결정되며, 값 V는 값 V0를 고려하여 정해진다.
콘버어터(3)를 제어하는 경우에 있어서, 제1 및 제2의 인에이블링 시각 te1및 te2를 얻기 위한 상기 공식은 다음과 같이 수정되어야 하며, 이는 충격계수 γ*의 제어가 인버어터(3)에서 수행되기 때문이다.
te1=△t·sin(θt-240°)·γ*
te2=te1+△t·sin θt·γ*
즉, 이 경우에 인에이블링 시각 te1및 te2는 충격계수 γ*와 2개 정현파의 진폭을 곱해서 얻어진다.
또한, 이 경우 충격계수 γ*가 작을 때는 te1및 te2모두가 작게된다. 제10b-10d도에서 명백한 바와 같이 te1및 te2가 작으면 △t-(te1+te2)가 커지고, 동위상의 상부 및 하부 트랜지스터가 동시에 도통하게 되는 지속기간이 연장되어 충격계수 γ*의 감소가 실현된다.
그 다음, 제11도에서 사상 설정처리의 상세한 플로우챠트가 도시되었고, 이것은 제10a∼10g도에 상세히 나타낸 모우드 1을 실례로 들어 구체화한 것이다.
더우기, 제4도에서 이해의 간편을 위하여 이 처리가 루우프 구조로 도시되었지만, 이 처리는 실제 제11도에 나타낸 것과 같이 일련의 처리로 된다.
제11도는 제10도에 보인 시각 t0으로부터 시간 t0+△t까지의 1개의 가로채기 간격 △t동안의 처리 플로우를 나타낸다.
먼저, 단계(2410)에서 사상번호 1(전기한 테이블 참조)과 시간 t0+td가 각각 레지스터(107) 및 (108)에 설정되고, 이로써 가로채기 간격 △t의 전체 주기에 걸쳐 도통상태로 유지되는 트랜지스터(55)와 t0와 t0+te1사이에서 도통되는 트랜지스터(53)가 시점 t0+td에서 턴온된다.
다시 말해서, 사상 설정은 레지스터(107)에서 수행되어 신호 "1"이 트랜지스터(53) 및 (55)에 대응하는 포오트번호 3 및 5에서 발생하게 되고, 시각설정은 예정된 시간 td가 현재시점 t0에 가산되게 하여 얻어지고 그 합산결과가 레지스터(108)에 설정된다.
이때, 트랜지스터(53) 및 (55)의 턴온상태가 순간적으로 시행될 필요가 있기 때문에 예정된 시간 td의 값은 가능한한 작게 선택되어야만 한다.
결국, 사상 및 인에이블링 시각은 유지 레지스터(109)를 통해 연상 메모리(110)로 공급된다. 타이머(111)가 시간 t0를 표시하게 될 때 사상이 연상 메모리(111)에서 독출되어지고, 시간 t0로부터 시간 td의 경과후에 신호 "1"이 포오트번호 3 및 5를 통해 트랜지스터(53) 및 (55)로 출력된다. 예정된 시간 td을 가산하는 것은 다음의 이유에 의해 수행된다.
사상이 연상 메모리(110)에 설정된 시간에 의해 어떤 시간이 필수적으로 경과되고 이로부터 독출되어진다. 따라서, 시간 td를 가산하지 않고 시간 t0를 설정하는 것은 비교기(112)에서 일치하지가 않아 사상이 출력포오트(106)으로 인가될 수 없게 된다.
단계(2420)에서 예를 들어 위상지령 θ*의 갑작스런 변화에 기인한 동작 모우드의 변화가 있을 수 있다고 가정할 때 그 시간에서 트랜지스터가 오프상태로 되어야 하는지의 결정이 내려진다. 이 처리를 위해서 연상 메모리(110)가 단계(2410)에서와 같이 사용된다. 이 처리에서의 사상이 트랜지스터들을 비도통상태로 만들기 위한 것이기 때문에 신호 "0"이 포오트번호 1, 2, 4 및 6에서 발생되도록 설정된다.
그후에, 트랜지스터(53)이 시간 t0+te1n에서 오프되게 하는 처리가 단계(2430)에서 수행된다. 사상은 신호 "0"이 포오트번호 3에서 출력되고 시간이 t0+te1n에서 설정되도록 정해진다. 더욱이 단계 (2440)에서, 사상은 시간 t0+te1n에서 트랜지스터(53)가 온되고 트랜지스터(53)가 오프되게 설정되어진다
한편, 동시에 트랜지스터(51)의 턴온이 설정된다. 그러나 과전압의 발생을 방지하기 위해서는 다음의 고려를 해야 한다. 즉 단계(2430) 및 (2440)에서 설정된 시간 te1n은 전류원 인버어터에서 서로 상이하게 정해져서 트랜지스터(53) 및 (51)의 도통 주기가 중첩되고, 그 반면 전압원 인버어터에서는 중첩되지 않는다.
그 다음, 단계(2450)에서 사상 및 시각은 트랜지스터(51)이 시간 t0+te2n에서 턴오프되도록 설명되고, 단계(2460)에서 사상 및 시각의 설정은 트랜지스터(52)가 시간 t0+te1n에서 턴온되도록 수행된다.
이제 제12도를 참조하여 실행 콘트롤러(113)의 동작에 대해 설명한다.
단계(1131)에서 비교기(112)의 출력이 있는지 없는지를 판단한다. 이 비교기의 출력은 연상 메모리 (110)에 시간이 저장된 것이 있을 때 발생되고 이 시간은 타이머(111)에 의해 표시된 실제 시간과 일치한 것에 한한다. 이와 같은 판단 동작은 비교기(112)의 출력이 발견될 때까지 반복된다. 만일 비교기(112)에서 출력이 발생되었다면, 실행되어질 사상이 단계(1132)에서 독출되어진다. 즉, 시간이 경과하여 설정시각이 도래할 때, 설정시각을 수반하는 사상이 독출된다. 단계(1133)에서 출력포오트(106)에서 출력되어질 전압레벨이 식별되고, 단계(1134)에서 트랜지스터(51∼56)의 어느 것이 턴온 또는 턴오프될 것인가를 결정하며, 또 턴온되어질 트랜지스터에 대응한 포오트의 전압레벨이 "1"로 된다. 단계(1135)에서 신호들이 출력포오트(106)의 선택된 포오트로 출력된다. 따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 있어서, 처리장치(10)내에 포함된 처리장치부는 가로채기 간격 △t를 주기로 총합위상 θt의 산출처리와 총합위상 θt 및 인에이블링 시각에 기초한 트랜지스터들의 온 또는 오프를 결정하는 사상의 결정만을 수행한다. 전술한 바의 처리를 완료한 다음에, 처리결과는 연상메모리를 구비한 출력제어부와 그 연관된 부분으로 공급되고 트랜지스터를 구동시키기 위해 필요한 처리를 하게 된다.
반송파 및 변조파가 서로 비교되고 있는 종래 기술에서의 시스템과는 달리, 처리장치부가 인버어터의 제어과정에서 2개의 파형을 연속적으로 비교해야만 하는 어려움을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 개선된 출력전류를 얻게되는 것이 가능해졌다.
이제까지의 설명은 소위 유도전동기의 벡터제어를 감안하여 총합위상 θt이 주과수지령 'ω' 및 위상지령 θ*을 이용하여 산출되는 실시예에 관한 것이었다. 그러나, 인버어터의 부하나 그 제어방법은 본 발명의 요지와는 상관이 없는 것임을 이해해야 한다. 따라서, 단지 주파수지령 ω*만을 인가하는 것도 충분하며, 본 발명에서 총합위상 θt이 위상지령 θ*을 삭제하고 다음의 공식에 의해 산출된다 할지라도 그 가치가 저하되지는 않는다. 이하의 공식은 제2도의 플로우챠트내의 단계(1200)에서 설명한 공식과 대치된 것이다.
θt=∑ω*·△t
또한, 위의 설명에서, 콘버어터를 제어하는 경우에 있어 전압원을 동기화시키는 과정에 대해서는 언급하지 않았다.
이에 대해 다음과 같은 방법이 채택될 수 있다 ; 전압원의 0 교차점에서 매 가로채기 간격 △t동안 반복되는 상기한 바와 같은 일련의 처리를 동기시키거나, 전압원의 0 교차점에서 발생하는 신호에 의해 산출되어진 총합위상 θt을 리세트시키는 방법이 있다.
그러나, 본 발명은 동기화를 시키는데 있어 어느 특정한 방법에 국한되지는 않는다.
더욱이, 제8도에 보인 전술한 실시예에 있어서, 제1 및 제2의 인에이블링 시각은 테이블의 용적을 감소시키기 위해 단지 총합위상 θt의 60°범위의 변화에 대해서만 공급된다. 그러나 그 범위가 360°로 확대된다면, 테이블의 용적이 증가한다 하더라도 산출된 총합위상 θt을 60° 영역내로 변환시켜 인에이블링 시각을 결정하는 번거로운 작업이 제거되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제1b도에서 처리장치(10)로 사용되는 원-칩 마이크로 컴퓨터내의 프로그램 가능한 입력/출력 기능이 사상 설정처리에서 스케쥴처리에 대해 채택될 수 있다. 포오트의 수가 적게되는 경우 또는 원칩 마이크로 컴퓨터의 프로그램 가능한 입력/출력을 포오트의 출력신호를 검사하는 관계로 사용할 수 없을 때 위와 유사한 기능을 갖는 외부 입력/출력기능을 채용할 수 있다.
이하 타이머 가로채기 간격 △t의 변화에 대해서는 설명을 하지 않는다. 그러나 응용예에서, 부품들의 온도상승과 같은 외부요인에 따라 트랜지스터들의 스위칭 주파수가 변화하게 되고, 이에 대응한 가로채기 간격 △t의 필요한 변화는 스위칭 주파수의 변화에 비례하여 단지 인에이블링 시각 te1및 te2을 변경시키도록 하는 기능을 부가시키는 것으로써 충분해진다.
본 발명에 따르면, 마이크로 컴퓨터를 사용하는 디지탈 제어형의 PWM 제어전력 변환기에 있어서의 입력 또는 출력파형이 현저히 개선되어 정현파에 가깝게 만들어질 수 있다. 결국, 본 발명이 유도 전동기를 제어하기 위한 PWM 제어형 전력변환기에 적용될 때 로이즈 및 토오크 리플이 매우 크게 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 펄스폭 변조제어로 직류전력을 3상 교류전력으로/또는 그 역으로 변환할 수 있는 전력변환기를 제어하고 전력변환기의 스위칭 요소를 턴온 혹은 턴오프하는 게이트신호를 생성하기 위한 처리장치를 가지는 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치에 있어서, 각각의 스위칭 소자의 온 혹은 오프상태가 결정되는 것에 따라 사상의 데이타를 저장하기 위한 제 1영역과, 전력변환기의 연산 모우드를 결정하는 상이한 세 사상의 조합을 포함하는 메모리수단과, 상기 연산 모우드는 3상 교류전력의 전압 혹은 전류의 한 사이클을 여섯 사이클로 분배되는 것으로 정의되고, 또한 3상 교류전력의 전압 혹은 전류의 소정의 위상각에 관해 인에이블링 시각의 데이타를 저장하기 위한 제 2영역을 포함하고 상기 처리장치의 인에이블 시각의 정타이머 차단간격은 3상 교류전력의 각각의 위상의 전압 혹은 전류의 크기에 비례하며 세개의 세분된 간격으로 나누어지고 상응한 사상이 인에이블되는 것을 포함하는 상기 메모리 저장수단과, 매 타이머 차단간격에 대하여, 3상 교류전력의 적어도 한 주파수 혹은 주파수 명령에 기초하여 합성 위상각을 산출하는 단계와, 산출된 합성 위상각에 따라 연산 모우드의 하나를 결정하는 단계와, 그리고 결정된 모우드에 속한 세사상을 독출하고, 산출된 합성 위상각과 결정된 연산 모우드에 따라 상기 메모리수단을 검색함으로써 인에이블링 시각을 상응시키는 단계를 실행하기 위해 채택된 처리수단과, 타이머가 상응한 인에이블링 시각의 시각에 선택된 사상의 내용에 따라서 스위칭 소자의 게이트신호를 그것에 의하여 생성하기 위해 선택되어진 사상과 수반된 인에이블링 시각과 일치된 시간을 지시할 때 매시 독출 사상의 하나를 선택하기 위해 타이머를 포함하는 출력 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리수단에 의해 실행되어지는 모우드 결정단계는 산출된 합성 위상각에 따라 상기 메모리수단의 제1영역을 검색하여 행하여지고, 제 1영역은 매 연산 모우드에 대하여 정 타이머 차단 간격의 전체 기간에서 온되어지는 스위칭 요소의 정보와, 특별히 세분된 간격동안에만 온되어지는 스위칭 요소의 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 제 1연산 모우드에 대한 이내이블링 시각은 상기 메모리수단의 제 2영역내에 마련된 이내이블링 시각 테이블내에 저장되고, 또 다른 연산 모우드에 대한 이내이블링 시각은 제 1연산 모우드로부터 각 연산 모우드의 위상차에 상응하는 양에 의해 테이블로부터 얻어진 이내이블링 시각의 값을 시프트시켜 결정되는 것을 특징으로 하는 FWM 제어형 전력변환기의 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 모든 연산 모우드에 대한 이내이블링 시각은 상기 메모리수단의 제 2영역내에 마련된 이내이블링 시각 테이블내에 저장된 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 정타이머 차단간격은 스위칭 요소의 온도상승에 기초하여 변화하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 출력제어수단은 사상을 일시적으로 저장하는 연상(聯想) 메모리와 처리수단에서 독출단계의 실행에 의해 독출되는 각 사상에 의해 동반된 이내이블링 시간을 갖고 처리수단내 저장된 사상중 하나는 대응하는 사상이 저장된 위치를 확인하기 위한 정보내용으로서 타이머에 의해 지시된 시간을 사용함으로써 처리수단으로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치.
  7. 제1항에 있어서, 합성 위상각은 매 정 타이머 차단간격동안 3상 교류전력의 전압 또는 전류의 주파수 또는 그 명령을 수집하여 얻어진 값에 3상 교류전력의 전압 또는 전류의 위상명령을 가산함으로써 상기 처리수단내에서 계산되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치.
  8. 제1항에 있어서, 전력변환기는 3상 교류 전원전력을 직류전력으로 변환하기 위한 수단을 포함하고, 합성 위상각은 변환기에 의한 실제 전류출력과 전류 명령간 편차에 따라 결정되는 위상명령과 교류 전원전력의 전압 또는 전류의 주파수에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력변환기의 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서, 전력변환기는 변환기의 스위칭 요소의 온-오프 동작의 듀티비를 제어함으로써 3상 교류 전원전력을 가변 전압의 직류전력으로 변환하기 위한 수단을 포함하고, 이내이블링 시각은 교류 전원전력의 적어도 두 위상의 전압의 크기와 듀티비의 적에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력 변환기의 제어장치.
  10. 제1항에 있어서, 전력변환기는 3상 교류전원전력을 직류전력으로 변환하기 위한 수단을 포함하고, 상기 처리수단에 의해 매 타이머 차단간격에 대하여 수행되는 일련의 단계는 교류전원전력의 전압의 제로크로스 점에 동기되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치.
  11. 제1항에 있어서, 전력변환기는 3상 교류 전원전력을 직류전력으로 변환하기 위한 수단을 포함하고, 합성 위상각은 교류 전원전력의 전압의 제로 크로스점마다 리셋트되는 것을 특징으로 하는 PWM 제어형 전력변환기의 제어장치.
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