KR920006362B1 - 인버터장치의 상수측정방법 - Google Patents

인버터장치의 상수측정방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

인버터장치의 상수측정방법
제1도는 본 발멍 인버터창치의 상수설정에 대한 회로구성도.
제2도는 본 발명 인버터장치의 상수설정에 있어서, 전압의 제로크로싱 타이밍도.
제3도는 본 발명 인버터장치의 상수설정에 있어서, 전류제어전후의 전압변화에 대한 타이밍도.
제4도는 (a)(b)는 본 발명 인버터창치의 상수설정에 있어서, 상호 인덕턴스 연산시의 등가회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 3상전원 2 : 정류기
3 : 평활용 콘덴서 4 : 인버터주회로
5 : 유도전동기 6 : 전류검출기
7 : 전압검출기 8 : 벡터제어기
9 : 전류제어기 10 : 상수측정부
11, 12 : 3상/2상변환기
본 발명은 유도전동기 제어용 인버터장치에 관한 것으로, 특히 인버터장치를 통해 진동기상수를 자동측정하여 유도전동기의 정밀제어에 적당하도록 한 인버터창치의 상수측정방법에 관한 것이다.
최근 유도전동기의 가변속제어는 전동기의 1차전류를 여자전류성분 및 전류성분으로 나눈 후 이들을 상호비간섭적으로 제어하여 직류기와 동등한 응답성을 얻을 수 있도록 한 벡터제어방법이 실현되고 있다. 이와같은 백터제어방법에 있어서는1차저항, 2차저항, 1차인덕턴스, 2차인덕턴스, 상호인덕턴스와 같은 유도전동기의 상수를 제어대상으로 하여 전류지령치를 연산한다.
따라서, 종래의 벡터제어방법은 전동기의 설계치 또는 측정치로 전동기의 상수를 구하여 제어장치의 실계제조에 사용하였으며, 전동기상수를중 특히 상호 인덕턴스는 전동기의 무부하 시험으로 연산측정하여 상수로 설정하였다.
그런데, 상기와 같은 종래의 벡터제어방법에 있어서는 전동기마다 각각 다른 상수들을 제어장치에 입력시켜야 하므로 전동기 기종에 대하여 제어장치의 호환성이 없게되며, 각각의 전동기를 개별적으로 전량시험해야 하는 문재점이 있었다.
또한, 설계치를 사용하는 경우에는 설계치와 실제 전동기의 상수사이에 큰 오차가 발생하므로 제어장치의 설정치를 제조정해야 하는 번거로움이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 창안한 것으로, 상호 인턱턴스를 특별한 시험장치없이 인버터장치만으로 측정하여 전동기의 정밀제어를 실현하도록 한 인버터장치의 상수설정방법을 제공함에목적이 있다.
이와 같은 목적을 실행하기 위한 본 발명은 인버터주회로를 통해 전동기를 소정의 주파수로 구동하면서 인버터의 전류지령치를 1주기 또는 그 이상의 주기만큼 조작하여 각속도추정치의 시간변화량을 연산하고, 상기 전류지령치의 조작전후의 유도전동기단자 전압의 차이 및 조작시간등을 이용하여 전동기의 상호 인덕턴스를 측정 연산하는 것을 특징으로 하는 것으로, 이하 첨부한 도면에 의해 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명 인버터장치의 상수설정에 대한 회로구성도로서 이에 도시한 바와 같이, 3상전원(1)을 정류하는 정류기(2)와, 이 정류기(2)의 전압을 직류로 평활하는 평활용 콘덴서(3)와, 이 평활용 콘덴서(3)의 직류로 유도전동기(5)를 구동하는 인버터주회로(4)와, 상기 유도전동기(5)의 입력전류를 검출하는 전류검출기(6)와, 상기 유도전동기(5)의 단자전압을 측정하는 전압검출기(7)와, 상기 전류검출기(6) 및 전압검출기(7)의 3상출력을 2상으로 변환하는 3상/2상변환기(11), (12)와, 이 3상/2상변환기(11), (12)의 출력으로상호 인덕턴스를 측정연산하여 벡터제어기(8)에 제어요소로 제공하고, 전류제어기(9)를 통해 상기 인버터주회로(4)를 제어하는 상수측정부(10)로 구성한다.
이와 같이 구성된 본 발명은 인버터주회로(4)의 출력주파수로 유도전동기(5)를 구동하여 회전시킨 후 출력을 차단하고, 전류검출기(6) 및 전압검출기(7)를 통해 유도전동기(5)의 단자전류 및 전압을 검출하여 3상/2상변환기(11)(12)에 인가한다. 이때 3상/2상변환기(12)에서는 전압검출기(7)에서 검출되어 출력되는 유도전동기(5)의 3상단자전압(Va, Vb, Vc)을 Va 측을 기준축
Figure kpo00001
으로 하여 90°각을 갖는 2상으로 변환하게되는데, 이를 수식으로 나타내면 하기의 식(1)과 같이 된다.
Figure kpo00002
즉, 3상/2상변환기(12)에서는 3상단자전압(Va, Vb, Vc)을 상기의 식(1)에 의해, 고정자축 고정좌표계에서의 전압
Figure kpo00003
으로 변환하게 된다.
여기서, 제2도는 본 발명 인버터장치의 상수설정에 있어서, 전압의 제로크로싱(Zero Crossing)타이밍도로서 이에 도시한 바와 같이, q축성분전압
Figure kpo00004
의 파형도인 것으로, 연속적 4번의 제로크로싱주기(T1, T2, T3, T4)를 측정한다.
이와 같이 하여 다시 인버터주회로(4)에서 상기 출력전의 주파수보다 약간 높은 주파수 즉, 약간 빠른 주기로 유도전동기(5)를 구동하여 회전시킨 후 출력을 차단하고, 상기와 같이 전류검출기(6), 전압검출기(7)를 통해 유도전동기(5)의 단자전류 및 전압을 검출한 후 3상/2상변환기(11)(12)를 통해 고정자축 고정좌표계에서의 전압
Figure kpo00005
을 구한다. 여기서, 유도전동기(5)를 이전보다 빠른 속도로 구동시킨 후 전압
Figure kpo00006
을 구하는 이유에 대하여 설명하면, 제로크로싱주기 측정중에는 인버터주회로(4)에서 유도전동기(5)를 구동시키지 않으므로 그 유도전동기(5)의 회전속도는 점차 감소되고, 이에따라 그 인버터주회로(4)에서 유도전동기(5)를 다시 제어하여 제로크로싱을 측정하기 위해서는 먼저 측정한 제로크로싱과 동일한 속도로 맛추기 위해서이다.
한편, 제3도는 본 발명 인버터장치의 상수설정에 있어서, 전류제어 전후의 전압변화에 대한 타이밍도로서 이에 도시한 바와 같이, 전류제어전후의 전압
Figure kpo00007
파형이다. 그런데 인버터주회로(4)의 출력을 차단하면 유도전동기(5)는 서서히 감속되고, 이때 5-6주기만을 볼 경우 그 감속기을기는 직선으로 볼 수 있고, 이에따라 유도전동기(5)에 나타나는 전압
Figure kpo00008
주기는 직선적으로 증가되고, 각속도는 반대로 직선적으로 감소된다. 따라서, 전압
Figure kpo00009
의 제로크로싱타임의 주기(T5)를 측정하여, 이의 주기가 T1보다 커지게 될때, 그 순간부터의 각속도추정치(
Figure kpo00010
)의 시간변화량을 하기의 식(2)와 같이 연산한다.
즉, 제로크로싱주기(T1-T4)는 이미 측정하여 알고 있으므로(이때 유도전동기(5)는 자연적으로 감속되고 있음), 그 측정 제로크로싱주기(T5)는 이미 측정된 제로크로싱주기(T1-T4)의 정보내의 각속도로 볼 수 있고, 이에따라 하기의 식(2)와 같이 각속도추정치(
Figure kpo00011
)의 시간변화량을 연산할 수 있게 된다.
Figure kpo00012
단, a, b는 제로크로싱주기(T1-T5)의 함수이다.
한편, 전류
Figure kpo00013
는 전압과 90°의 위상차
Figure kpo00014
를 갖고 있고, 각속도의 정의(각의 시간 미분치)에 의하여 하기의 식(3)과 같이 위상각(θ(t))을 연산하게 된다.
Figure kpo00015
한편, 상기의 주기(T5)를 측정하는 순간의 고정자 좌표계 d축 전압(
Figure kpo00016
)을 측정한 후 식(3)의 결과를 통해 회전자 좌표계의 d축 전류지령치
Figure kpo00017
를
Figure kpo00018
로, q축 전류지령치(
Figure kpo00019
)를
Figure kpo00020
(단 Imax는 정격여자전류의 수배)로 하여 한주기동안 전류제어를 하고, 다시 인버터주회로(4)의 출력을 차단하여 상기와 같은 방법으로 전류제어를 마친 후의 고정자 좌표계의 d축 전압(Vds2)을 측정한다.
여기서 제4도 (a)(b)는 본 발명 인버터장치의 상수설정에 있어서, 상호 인덕턴스 연산시의 등가회로도로서 이에 도시한 바와 같이, (a)는 d축 전류지령치
Figure kpo00021
를 0으로 한 q축상의 등가회로도이고, (b)는 q축전류지령치(
Figure kpo00022
)를 0으로 한 축상의 등가회로도이다. 이와 같이 하여 각 루프상의 전동기 기본방정식을 구하면,
Figure kpo00023
Figure kpo00024
Figure kpo00025
Figure kpo00026
로 된다. 이에 상기 식(2)에 의해 전동기 각속도(
Figure kpo00027
(t))를 추정하였으므로 회전자속각도(ωe)가 전동기 각속도(
Figure kpo00028
(t))와 같게 되고, 또 q축 전류지령치(
Figure kpo00029
)를 0으로, d축 전류지령치
Figure kpo00030
를 Imax로 전류제어한 후회 전자 좌표계의 q축 1차전압(
Figure kpo00031
)이 0인 상태에서 제어가 시작되므로 q축 2차전류
Figure kpo00032
이 0으로 된다. 이와 같은 조건들에 의하여 상기 식(4)(5)를 회전자 좌표계의 d축 1차전압(
Figure kpo00033
)에 관해서 풀면 전류제어 직전에는
Figure kpo00034
으로 되고, 전류제어 이후에는
Figure kpo00035
으로 되며, 또 2차자속의 d축성분의 시간함수는 하기의 식(8)과 같이 된다.
Figure kpo00036
Figure kpo00037
한편, 상기 식(6), (7)에서 전류제어가 시작되는 순간 및 끝나는 순간은 위상각(θ)이"0"으로 되므로 회전자 좌표계의 d축 1차 전압
Figure kpo00038
Figure kpo00039
은 고정좌표계의 d축 1차전압
Figure kpo00040
Figure kpo00041
과 같게 되고, 이에따라 상기 식(8)에서 전동기의 2차시정수(T2)를 측정하여 알게되면, 상호 인덕턴스(Lm)를 하기의 식(9)로부터 정확히 구할 수 있게 된다.
Figure kpo00042
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 특별한 시험장치없이 인버터장치만으로 상호 인덕턴스를 측정할 뿐 아니라 전동기의 종류에 관계없이 제어장치로 정확한 상수를 측정하므로 정밀한 제어를 수행할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (1)

  1. 인버터주회로의 출력에 의해 유도전동기를 구동중 그 인버터주회로의 출력을 차단하여 상기 유도전동기를 자유운전(Free-run)시키고, 이 상태에서 상기 유도전동기에서 발생되는 역기전력 및 역기전력의 제로-크로싱을 측정하여 그 유도전동기의 속도감쇠궤적을 저장하고, 다시 상기 인버터주회로의 출력에 의해 상기 유도전동기를 상기 출력차단전보다 약간 빠른 속도로 구동시킨 후 그 인버터주회로의 출력을 차단하고, 이 상태에서 그 유도전동기의 측정속도가 상기 측정저장된 속도의 범위에 들어올 때 상기 인버터주회로의 출력에 의해 상기 유도전동기에 한주기동안 전류를 공급하여, 그때의 역기전력을 측정하고, 상기 전류제어전에 측정되어 저장된 역기전력값과 그 전류제어후의 역기전력값의 변화를 이용하여 상호 인덕턴스를 산출한 후 상기 인버터주회로의 제어상수로 설정하는 것을 특징으로 하는 인버터장치의 상수측정방법.
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