KR940001570B1

KR940001570B1 - 회전하는 모터에 인버터를 재접속하는 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR940001570B1
Application number: KR1019850002854A
Authority: KR
Inventors: 야스다미 기도오; 구니아끼 야스가와
Original assignee: 가부시기가이샤 메인덴샤; 이노구마 도끼히사
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1985-04-27
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2005-04-27
Also published as: EP0177114B1; DE3585904D1; KR860002898A; EP0177114A1; US4734634A

Abstract

내용 없음.

Description

회전하는 모터에 인버터를 재접속하는 장치 및 그 방법

제1도는 인버터를 포함하는 모터 구동장치와 인버터를 회전중인 모터에 재접속하는 본 발명 장치의 제1실시예를 나타낸 블록도면.

제2도는 제1도의 장치의 동작 타이밍 차트로서 a는 인버터 주파수(실선)와 모터 주파수 또는 속도(일점쇄선)를 나타내며, b는 인버터 전압, c는 인버터 전류, d는 본 발명 장치의 하드웨어에 포함된 복수의 스윗치의 온-오프 타이밍을 각각 표시하는 도면.

제3도는 제1도에 도시한 본 발명의 제1실시예의 한 변형예에 대한 동작 타이밍 차트로서, a, b, c, d는 제2도와 마찬가지로 모터 속도, 인버터 주파수, 전압, 전류, 스윗치의 온-오프 타이밍을 각각 표시하는 타이밍 차트도.

제4도는 제1도와 본 발명의 장치에 사용되는 소프트웨어에 대한 흐름도이며,

제5도는 인버터를 포함하는 모터 구동장치와 인버터를 회전중인 모터에 재접속하는 본 발명 장치의 제2실시예를 나타낸 블록도면.

제6도는 제5도의 장치의 동작 타이밍 차트로서, a는 인버터 전류, b는 인버터 주파수(실선) 및 모터주파수 또는 속도(점선), c는 인버터 전압을 각각 표시하는 타이밍 차트이다.

본 발명은 회전하는 모터에 인버터를 재접속하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 유도 모터를 소정의 주파수 및 전압으로 제어중인 인버터에 있어, 정전 또는 모터 사고로 인하여 인버터가 일단 모터로부터 분리된 후에 모터 회전자의 관성력에 의하여 회전하고 있는 모터에 상기 인버터를 재접속하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법에 있어서는 피드백 제어, 즉 폐루프 제어방법 대신에 순방향 제어방법 즉, 게루프 제어방법에 의하여 인버터가 회전하는 모터에 재접속된다.

유도 모터는 통상적으로 인버터에 의하여 구동된다. 인버터는 부릿지 접속된 반도체 정류기와 콘덴서에 의하여 정류된 DC 전원을, 소정의 주파수와 토크로 모터를 구동하는데 적합한 AC 전원으로 변환한다. 유도 모터의 회전수는 펄스 폭 변조방법에 의하여 효과적으로 제어할 수 있다.

여기에서, 모터를 연속적으로 구동하는 데는 무정전 전원장치가 인버터를 포함하는 구동장치에 부설되어 있다. 이러한 장치에 있어서는, AC 전원이 정전 되었을 때 전력 모니터 릴레이에 의하여 정전이 검출되고 다음에 인버터는 즉시 모터로부터 분리 된다.

이것은 모터로부터 인버터에 인가되는 과전류에 의하여 인버터 소자가 파손되는 것을 보호하기 위함이다. 1∼2초후, 무정전 전원장치는 모터 구동장치에 재접속된다. 이러한 조건하에서는 모터는 아직 회전자의 관성력으로 회전하고 있기 때문에, 인버터를 동기(同期) 접속할 필요가 있다. 다시말해서 인버터의 주파수를 모터의 회전수에 일치 시키거나 또는 인버터 위상을 모터 역기전력 위상에 일치시킨 후 인버터를 회전중인모터에 반드시 접속시켜야 한다.

그렇지 않으면, 과전류가 모터로부터 발생하여 인버터가 손상되고, 인버터와 모터의 재접속은 실패하게 된다.

또한 병렬 접속된 복수의 모터가 단일 인버터에 의하여 구동되는 경우가 있다. 이 경우에는, 모터중의 하나가 지락 사고가 되면, 정류기의 평활 콘덴서로 부터 방전되는 대전류가 변류기로 검지되어서 인버터의 소자를 모터로 부터 즉시 분리시킨다.

즉, 모터 주회로의 브레이커(breaker)가 개방된다. 이 상태로서는, 잔존하는 정상 모터의 운동 에너지로부터 발생한 전력이 지락한 모터에 인가되어서, 인버터와 상기 모터간의 휴즈가 용단되어, 사고 발생한 모터가 구동장치로 부터 분리된다. 이 휴즈 용단신호에 응답하여 인버터가 재시동 된다.

이러한 조건하에서는 모터는 아직 회전자 관성력에 의하여 회전하고 있기 때문에 인버터가 모터와 동기하 였을때, 즉, 인버터 위상이 모터의 역기 전력위상과 일치하였을 때에 모터의 주회로의 브레이커를 닫는 것이 필요히다.

상용전원은 가끔 단시간(1∼2초 동안)정전한다.

이 경우에는, 1∼3초 경과후에 회전하는 모터에 인버터를 접속할 필요가 있다. 이것은 인버터와 모터간의 위상이 비동기 상태로 인버터가 재시동되면, 대전류가 인버터로 흘러, 그 결과 주 전원측의 인터럽터가 트립(trip)할 수 있어 최악의 경우에는 인버터가 파손된다.

물론 모터가 완전히 정지한 다음 인버터를 모터에 접속할 수도 있지만, 기계가 동작중에 정지하면 제품전체가 불량하게 되는 경우(예를들면 직기(織機))가 있다.

인버터를 회전중의 모터에 재접속하는 종래의 장치에서는 모터의 회전수를 검출하기 위하여 통상, 모터측에 타코메터를 부설한다.

더욱 상세하게는 모터 회전속도 또는 모터 역기전력위상을 타코메터로 감시하여, 모터 위상과 인버터 위상이 일치 하였을 때 인버터가 재접속된다. 즉, 재접속동작은 피드백 제어 또는 폐루프 제어방법으로 행하여 진다.

그러나, 이 종래의 장치에 있어서는, 다음과 같은 문제점이 있다.

(1) 타코메터에 의존한 피드백 제어방법으로서는 응답속도가 늦다. 즉, 인버터 위상과 모터의 역기전력위상을 완전하게 동기시키는데 비교적 시간이 걸린다.

(2) 타코메터를 사용하면, 모터의 회전방향(정역방향)을 판별하기 위하여 복잡한 회로가 필요하게 된다.

(3) 타코메터는 재접속 장치와는 별도로 반드시 모터에 부착시켜야 하기 때문에 불편하다.

이에 관련하여 인버터를 유도 모터가 아닌 동기 모터에 접속하는 장치도 있다. 이 경우에는 회전자의 관성력으로 회전하는 동기 모터의 역기전력을 검출하여 피드백 제어방법으로 인버터와 모터의 동기를 얻을 수 있다.

그러나, 동기 모터의 역기전력을 인버터 위상에 완전하게 일치시킬 필요가 있기 때문에 복잡한 회로가 필요하게 된다.

이러한 문제등에 관련하여 본 발명의 목적은 타코메터를 사용하지 않고, 또는 모터 속도를 검출하지 않고서, 즉 환언하면 재접속동작의 제어응답속도를 개선하기 위하여 직접 제어방법 또는 게루프 방법으로 인버터를 회전모터에 재접속하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 구성이 간단하고 동작이 안정되게 한 회전 모터에 인버터를 재접속하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적달성을 위하여 본 발명의 방법은 다음의 단계로 이루어진다. 즉, (a) 회전자의 관성력에 의하여 회전하고 있는 모터의 회전속도보다 높은 시동 주파수와 모터의 정격치 보다 낮은 시동전압으로 인버터를 시동시키는 단계와; (b) 시동전압이 모터에 인가된 후 소정시간이 경과하였을 때 인버터 주파수를 서서히 감소시키는 단계와; (c) 모터에 공급되는 인버터 전류를 검출하는 단계와; (d) 검출된 인버터 전류가 소정치 이하로 되었을 때에 감소된 인버터 주파수를 일정치를 유지하고 인버터 전압만을 서서히 증가시키는 단계와; (e) 인버터의 전압 주파수비를 계산하는 단계와; (f) 계산된 전압-주파수비가 소정치에 도달하였을때에 모터가 정상태로 소정의 속도로 구동될때 까지, 소정의 전압-주파수비로 인버터 전압과 주파수를 동시에 증가시키는 단계로 이루어진다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 장치는 다음의 요소로 이루어진다. 즉, (a) 인버터 전류를 검출하는 수단과; (b) 상기 전류 검출수단에 응답하는 컴퓨터 수단으로서, 주파수시동 지령번호(Fs₁)를 발생하고, Fs₁발생 후 제1의 소정시간을 경과하였을때 제2의 인버터 주파수 감소 지령신호(Fs₂)를 발생하고, 상기전류 검출수단에 의하여 검출된 인버터 전류가 소정치 이하로 되었을때 제3의 인버터 주파수 지지 지령신호(Fs₃)를 발생하고, 인버터의 전압 주파수비가 소정치에 도달하였을때 제4의 인버터 주파수 증가지령신호(Fs₄)를 발생하고, 인버터 전압과 주파수가 공히 소정의 전압-주파수비로 각각 소정치에 도달하였을때 제5의 인버터 주파수 제어 지령신호(Fs₅)를 발생하고 또한 Fs₁발생후 제2의 소정시간이 경과하였을때 제1의 인버터 전압시동 지령신호(Vs₁) 발생 및(Vs₁) 발생후 제3의 소정시간 경과하였을때 제2의 인버터 전압지령신호(Vs₂)를 발생하고 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 인버터 전류가 소정치 이하로 되었을때 제3의 인버터 전압 증가 지령신호(Vs₃)를 발생하고, 인버터의 전압-주파수비가 소정치에 도달하였을때 제4의 인버터 전압 증가지령신호(Vs₄)를 발생하고, 인버터 전압과 주파수가 공히 소정의 전압-주파수비로 각기 소정치에 도달하였을때 제5의 인버터 주파수 제어 지령신호(Vs₅)를 발생하는 상기의 컴퓨터 수단과; (c) 상기한 컴퓨터 수단에 응답하는 인버터 주파수 제어수단으로서, Fs₁에 응답하여 인버터를 소정의 시동 주파수로 이동시키기 위해 제1인버터 주파수 시동신호로 표시되는 제1전압을 출력하고, Fs₂에 응답하여 시동주파수를 서서히 감소하는 제2주파수 감소신호로 표시되는 제2전압을 출력하고, Fs₃에 응답하여 감소하는 주파수를 소정치로 유지하는 제3주파수 유지신호로 표시되는 제3전압을 출력하고, Fs₄에 응답하여 유지된 주파수를 증가시키는 제4의 주파수 증가신호로 표시되는 제4전압을 출력하고, Fs₅에 응답하여 주파수를 정상시로 제어하는 제5의 주파수 제어전압을 출력하는 상기의 인버터 제어수단과; (d) 상기한 마이크로 컴퓨터 수단과 상기 주파수 제어수단에 응답하여, 인버터 주파수를 나타내는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5전압을 출력하고, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5인버터 전압지령신호에 응답하여 인버터를 작동시키기 위하여 펄스 폭 변조된 인버터 게이트 신호를 연속적으로 발생하는 수단으로 구성된다.

첨부도면에 의하여 회전중인 모터에 인버터를 재접속하는 장치의 실시예에 관하여 설명한다.

제1도는 제1실시예의 장치구성을 나타낸 것이다. 본 장치는 인버터 부(10)와, 인버터 전압/전류 검출부(20)와, 마이컴 부(30)와, 인버터 주파수 제어부(40)와, 인버터 게이트 신호 발생부(50)로 구성된다.

인버터 부(10)는 다이오드 부릿지형 전력 정류기(AC-DC 변환기)(11)와, 평활용 콘덴서(12)와, 유도 모터(10A) 구동용 전력 인버터(DC-AC 변환기)(13)와, 인버터 전류 검출용의 분기 저항(14)으로 구성된다.

3상 상용교류전원(R, S, T)은 다이오드 정류기(11)와 평활용 콘덴서(12)에 의하여 직류전원으로 정류된다. 정류된 직류전원은 게이트 신호발생부(50)에 의하여 구동되는 전력 인버터(13)에 의하여 유도 모터(10A)를 소정의 속도와 토크로 구동할 수 있도록, 정하여진 적정한 주파수와 전압을 갖는 교류전원으로 변환된다. 전력 인버터(13)는 전력 트랜지스터(U, V, W, X, Y, Z)와 같은 6개의 부릿지 접속된 스윗칭 반도체 요소로 구성된다. 이 스윗칭 요소등은, 물론 다이리스터, GTO(gate-turn-off) 다이리스터등의 다른 요소로 대치해도 무관하다.

전력 인버터(13)에 있어서는 게이트 신호 발생기(50)의 게이트 신호를 각 트랜지스터의 베이스에 연속하여 인가함으로서 소정의 펄스폭 및 펄스 간격을 갖는 인버터 출력을 얻을 수 있다. 환언하면 인버터 게이트 신호를 제어하는 것으로 다른 유효 전압 및 주파수를 갖는 소정의 전원을 얻을 수 있다. 상세하게 설명하면 인버터 출력전력은 인버터 게이트 주파수의 증가와 더불어 증가하며 인버터 유효전압은 게이트 펄스 폭의 증가 또는 게이트 펄스 간격의 감소에 따라 증가한다. 또한, 인버터 전원의 주파수 및 전압을 동시에 제어하기 위하여 펄스 폭 변조(PWM) 제어방법이 사용된다. 즉, 게이트 신호의 타이밍을 결정하기 위하여 정현파 신호는 정현파 신호 주파수보다 수배이상 높은 주파수를 갖는 3각파 반송파 신호와 비교된다. 이하 서술되는 바와 같이, 이 PWM방법은 게이트 신호 발생부(50)로 행하여진다. 또한, 모터가 정상상태로 인버터에 의해 구동될때는 인버터의 전압-주파수비(V/F)는 주어진 모터 부하에 따라 소정치로 결정된다. 분기저항(14)은 직류전원과 인버터 간에 접속되어서 인버터의 대(大)전류에 비례하는 소(小)전류를 검출한다.

검출부(20)는 분기저항(14)에 접속된 전류검출기(21)와, 전류 검출기(21)에 접속된 과전류 보호기(22)와, 평활용 콘덴서(12)에 접속된 전압검출기(23)로 구성된다.

전류검출기(21)에 의하여 검출된 인버터 전류는 재접속점을 검출하는데 사용된다. 상세하게 설명하면, 인버터 전류가 소정의 값이하로 저하된 시점을 재접속점이라고 부르며, 일단 이 재접속점이 검출되면 인버터 주파수는 일정치로 유지되고, 인버터 전압은 일정하게 정해진(V/F)비로 유지되는 주파수에 대응한 값가지 서서히 증가된다(이하 자세히 설명된다).

또한, 과전류보호기(22)는 모터(10A)가 재접속점 이후 인버터 전압을 상승시키고 상기 모터가 가속될 때에 인버터의 과전류를 방지하는데 이용된다. 전압검출기(23)는 직류전원 전압을 검출하여 인버터(13)의 과전압을 방지하는데 이용된다.

인버터 주파수 제어부(40)는 인버터 주파수 설정기(41)와, 연산증폭기로 구성되는 리미터 증폭기(42)와, 콘덴서(C)를 포함하고 연산 증폭기로 구성되는 적분기(43)와, 연산 증폭기(44)와, 비교기(45)와, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5의 스위치(S₁∼S₅)로 구성된다.

인버터 주파수 설정기(41)는 가변저항기로서, 인버터 주파수 설정전압(Vo)을 출력한다. 이 신호(Vo)가 높은 전압으로 셋트되면 인버터 주파수가 증가하고, 낮은 전압으로 셋트되면 인버터 주파수는 감소한다(이하 상세히 기술함).

또한, 모터 회전속도와 인버터 주파수와의 관계는 다음과 같이 표시된다.

여기서 No는 1초간의 모터 회전수, N는 1분간의 모터 회전수, P는 모터의 극(pole)수, f는 1초간의 주파수이다.

리미터 증폭기(42)는 반전증폭기이다. 주파수 설정전압(Vo)은, 제1인버터 주파수 지령신호(Fs₁)(시동신호)에 응답하여 제1스위치(S₁)가 닫혔을때 저항(R₁)을 매개로 하여 증폭기(42)의 반전단자(-)에 인가된다. 스위치(So)는 모터 재접속점에서 흐르는 전류치(Io)를 선택하는데 이용된다. 저항(R₂)은 부귀환 저항이며, 가변저항(VR₁)은 부(-) 증폭기 출력전압의 상한치를 결정하는 것이고, 가변저항(VR₂)은 하한치를 조정하는 것이다. 다이오드(D₁)는 상한치 보다 높은 정(+) 전압이 증폭기(42)의 반전단자(-)에 인가되었을때 상한치를 결정하는데 이용된다.

다이오드(D₂)는 하한치보다 낮은 부전압이 증폭기(42)의 반전단자(-)에 인가되었을때 하한치를 결정하는데 이용된다.

따라서 가변저항(VR₁), (VR₂)을 조정하여 상, 하한 전압치를 결정할 수가 있다. 또한, 주파수 제어부(40)의 피드백 저항(R₁₁)이 증폭기(42)의 반전단자(-)에 접속되어 있기 때운에 실제로는, 설정전압과 부귀환된 부전압과의 차가 증폭기(42)의 반전단자(-)에 인가되는 것이다.

리미트 증폭기(42)의 출력신호는 이하 설명하는 4개의 충방전 루트를 통하여 콘덴서(C)를 포함하는 적분기(43)에, 인가된다.

적분기(43)도 반전형의 연산 증폭기로 구성된다. 다이오드(D₄)와 제5스위치(S₅)가 콘덴서(C)의 양단에 접속된다. 제5스위치(S₅)는 이 스위치가 닫혔을때 콘덴서를 방전하는데 사용된다.

다이오드(D₄)는 제1도에 보인 바와 같이 극성을 갖는 콘덴서를 항상 충전하는데 이용된다. 적분기(43)의 비반전단자(+)는 정(+)전원 공급장치의 CON(0볼트)에 접속된다.

부의 전압신호가 적분기(43)의 반전단자(-)에 인가되면, 정의 출력전압이 콘덴서(C)를 통하여 그 반전단자(-)로 되돌려지고, 콘덴서는 도면에 표시된 바와 같이 극성을 갖고 충전된다.

적분기(43)의 출력전압은 콘덴서(C)의 방전 전압에 비례하여 상승한다.

4개의 콘덴서 충방전 루트는 다음과 같이 형성된다.

(1) 마이컴 부(30)로부터의 제1주파수 시동 지령신호(Fs₁)에 응답하여 스위치(S₃)가 닫히면 콘덴서(C)는 C·R₆으로 결정되는 비교적 짧은 시정수의 제1루트(D3와 R6)를 통하여 주파수 설정기(41)의 설정전압까지 충전되어 인버터 주파수를 급상승시킨다.

(2) S₃이 닫혀 있는 한, 콘덴서(C)는 C·R₇로 결정되는 비교적 긴 시정수의 제2푸트(R₇)를 통하여 충전되고 인버터 주파수를 서서히 상승시킨다. 이것은 R₇이 부전원에 접속되어 있기 때문이다.

그러나, S₃이 제2주파수 감소지령신호(Fs₂)에 응답하여 열리면, 콘덴서는 R₇을 통하여도 충천되지 않는다.

(3) Fs₂에 응답하여 S₃이 열리고 S₇가 닫히면 C·R₈로 결정되는 중위의 시정수를 갖는 제3루트(R₆)를 통하여 거의 제로(0)까지 역으로 방전되어 인버터 주파수를 감소시킨다. 이것은 R₆이 정전원단자에 접속되어 있기 때문이다.

제3주파수 지지 지령신호(Fs₃)에 응답하여 S₄가 열리면 콘덴서는 R₆를 통하여도 역방향으로 충전되지 않으며 주파수는 일정치로 유지된다.

(4) 제4인버터 주파수 증가 지령신호(Fs₄)에 응답하여 S₂가 닫히고 S₃이 열리면 콘덴서(C)는 C·R₅로 결정되는 중위의 시정수를 갖는 제4루트(R₆)를 통하여 주파수 재설정기(41)에 의해 프리셋 된 전압까지 충전되어, 주파수를 서서히 증가시킨다.

연산증폭기(44)는 저항(R₃)을 통하여 적분기(43)와 출력에 접속된다. 저항(R₁0)은 연산 증폭기(44)의 피드백 저항이다. 이 증폭기(44) 역시 반전형으로서, 그 반전단자(-)에 정의 신호가 인가되면 부의 신호가 저항(R₁₁)을 통하여 증폭기(42)의 입력(-)에 부귀환된다. 증폭기(44)의 출력은 주파수 설정신호(Vo)의 전압치까지 상승한다.

비교기(45)는 증폭기(44)의 출력신호와 과전류 보호기(22)의 출력신호를 비교하는 것으로서, 과전류 보호기(22)가 이상신호를 발생하면 이 비교기(45)가 전압 레벨을 저하시켜 인버터 주파수를 소정 레벨까지 내리거나 또는 그 레벨로 유지한다.

마이컴 부(30)는 A-D 변환기(31)와, CPU(32)와, D-A 변환기(33)와 출력 포트(34)로 구성된다.

A-D 변환기(31)는 전류검출기(21)와, 전압검출기(23)와, 비교기(45)로부터의 아나로그 신호를 디지탈 신호로 변환한다.

CPU(32)는 A-D 변환기(31)의 신호를 사용하여 소프트웨어에 의하여 각종의 동작이나 계산을 실행한다. 즉, CPU(32)는 인버터의 직류전원이 회복된 후 소정시간(1∼2초)후에 인버터를 소정의 시동주파수로 동작시키기 위한 제1의 인버터 주파수 시동 지령신호(Fs₁)를 발생하고, Fs₁이 발생 후 제1의 소정시간(예를들면 0.5초) 경과후에 시동 인버터 주파수를 감소시키는 제2인버터 주파수 감소 지령신호(Fs₂)와, 인버터 전류가 소정치 이하(예를들면 정격치의 8%)로 되었을때 감소하는 인버터 주파수를 일정치로 유지하는 제3주파수 지지 지령신호(Fs₃)와, 인버터 전압-주파수비가 소정치에 도달하였을때 인버터 주파수를 증가시키는 제4주파수 증가신호(Fs₄)와, 주파수와 전압이 공히 소정의 V/F비로 소정치에 각각 도달하였을 때 인버터 주파수를 정상적으로 제어하는 제5주파수 제어 지령신호(Fs₅)를 발생한다.

또한, CPU(32)는 Fs₁발생후 제2소정시간 경과시에(예를들면 0.3초) 소정의 시동전압으로 인버터를 작동시키는 제1인버터 전압 시동 지령신호(Vs₁)와, Vs₁발생후 제3소정시간 경과시(예를들면 0.2초)에 전압을 서서히 감소시키는 제2전압 감소 지령신호(Vs₂)와, 인버터 전류가 소정치(예를들연 정격전류의 8%)이하일때에 전압을 증가시키는 제3전압 증가 지령신호(Vs₃)와, 전압-주파수비가 소정치에 도달하였을 때 전압을 증가시키는 제4전압 증가 지령신호(Vs₄)와, 주파수와 전압이 공히 소정의 V/F비로 소정치에 각각 도달하였을때 전압을 정상적으로 제어하는 제5전압 제어 지령신호(Vs₅)를 발생한다.

또한, 전압검출기(23)이 이상직류 전원전압을 검출하면 CPU(32)는 과전압신호 또는 인버터 금지신호(Vdis)를 발생하여 게이트 신호발생기(50)의 스위치(S6)을 연다.

D-A 변환기(33)는 CPU(32)로부터의 디지탈 전압 지령신호(Vs₁), (Vs₂), (Vs₃), (Vs₄), (Vs₅)를 아나로그 신호로 변환한다. 입출력 포트(34)는 각종 주파수 지령신호(Fs₁), (Fs₂), (Fs₃), (Fs₄), (Fs₅)와 금지신호(Vdis)를 각 스위치(S₁∼S₆)로 출력한다.

게이트 신호 발생기(50)는 전압-주파수 변환기(51)와, 3각파 신호 발생기(52), 정현파 신호 발생기(53)와, 비교기(54)와, 게이트 논리회로(55)와, 제6스위치(S₆)로 구성된다.

일반적으로 발진 주파수가 제어전압에 응하여 변화하는 발진기는 전압제어발진기(VCO)라고 불리운다. 이 VCO중에서 특히 발진 주파수가 제어전압에 비례하여 변화하는 발진기가 전압-주파수(V-F)변환기라고 불리운다. 따라서, V-F 변환기(51)는 비교기(45)의 전압신호에 비례한 주파수의 신호를 출력한다. 이 전압신호는 A-D 변환기(31)를 통하여 CPU(32)에도 인가되고 인버터의 V/F비를 계산한다. V-F 변환기(51)의 출력신호는 정현파 신호 발생기(53)에 인가된다. V-F 변환기(51)의 신호에 응답하여, 정현파 신호발생기(53)는 3상 정현파 신호(U), (V), (W)를 출력한다.

3각파 신호 발생기(52)는 정현파 신호 발생기(53)의 수배의 주파수의 3각파를 발생한다. 3각파와 정현파의 주파수비는 정상시 5∼6배이나, 모터 시동시에는 20∼40배로도 된다. 이 주파수비는 인버터 주파수와 전압에 의하여 조정된다. 즉, 비교기(45)의 전압 레벨 또는 소프트웨어에 의한 CPU(32)로부터의 지령신호에 의하여 제어된다.

정현파와 3각파 신호는 공히 비교기(54)에 주어진 양자를 비교하여 각상의 PWM 신호를 얻는다.

정현파의 진폭은 CPU(32)로부터 D-A 변환기(33)을 통하여 인가되는 인버터 전압 지령신호(Vs)에 의하여 결정된다. 비교기(54)는 정현파와 3각파 신호에 근거한 3개의 PWM 신호를 발생한다. 정현파 신호의 전압 레벨이 3각파 신호의 전압 레벨을 넘었을때는 펄스 폭 변조된 펄스를 얻을 수 있다. 보다 자세히 설명하면 PWM 신호의 고전압(ON) 시간은 정현파 신호의 순시치를 넘은 시점부터 전자가 후자보다 떨어진 시점이다. 따라서, 정현파의 전압이 높을수록 PWM 신호의 펄스 폭이 길어진다. PWM 신호는 게이트 논리회로(55)로 제어되어 소정의 시퀀스로 각 트랜지스터(U-Z)를 턴온한다.

본 발명의 제1실시예의 장치의 동작을 제2도의 타이밍 차트에 의하여 설명한다.

회전 모터에의 인버터 재접속은 다음 조건하에 행하여진다. 즉, (1) 모터 구동 모드가 마이컴에서 선택되고, (2) 모터 재접속 모드가 마이컴에서 선택되며 또한 (3) 지락사고 또는 단시간 정전으로 인하여 인버터가 모터로부터 분리된 후 회전하고 있는 모터에 인버터를 재접속할 때이다.

제2도는 상용 교류전원이 정전된 후 즉시 회복된 경우를 표시한다.

(1) 상용 교류전원이 중단되었을 때는 모터 속도는 제2도 A의 일점쇄선으로 표시된 바와 같이 서서히 감소한다. 이것은 모터가 모터 회전자의 관성력에 의하여 회전되기 때문이다. 모터 회전중에 전원이 회복되어도, 장치는 즉시 인버터를 작동시키지 않고 단시간(1∼2초) 대기한다. 이 시간은 마이컴의 타이머 기능으로 계측된다. 이것은 인버터와 모터의 위상이 비동기 상태에서 인버터가 모터에 재접속되었을 때는 주 전원 측의 인터럽터가 트립(TRIP)하여 인버터 요소가 최악의 경우 파손되기 때문이다. 이 단시간의 대기중에, CPU(32)는 출력 포트(34)를 통하여 초기화 지령신호를 출력하여 적분기 콘덴서의 양단에 접속된 제5스위치(S₅)를 닫고, 콘덴서의 전하를 방전하여 적분기(43)를 리셋트한다. S₅는 그 짧은 대기시간이 경과하면 열린다. 동시에 CPU(32)는 제1주파수 지령신호(Fs₁)를 발생하여 스위치(S₁)와 (S₃)을 닫는다.

따라서, 정의 주파수 설정 전압(Vo)이 제1스위치(S₁)을 통하여 주파수 제어부(40)에 공급된다. 이 전압(Vo)은 반전되고 콘덴서(C)를 제1도에 보인 극성으로 충전한다. 이 시정수는 R₆과 R₇및 C에 의하여 결정된다. 이 경우, R₆은 그 값이 작기 때문에 콘덴서 전압은 설정기(41)의 전압까지 제2도 A에 표시한 바와 같이 급속히 상승하지만 그후는 Δf로 표시한 바와 같이 시정수(C·R₇)에 따라서 서서히 상승한다. 왜냐하면, 부전원에 접속된 저항(R₇)이 비교적 크기 때문이다. 여기서, V-F 변환기(51)는 적분기(44)의 출력전압에 비례한 주파수의 펄스 신호를 출력하기 때문에 적분기 출력이 높을수록 주파수는 높아진다.

S₃이 닫힌 후 소정시간(예를들면 0.3초) 경과하면 CPU(32)는 D-A 변환기(33)을 통하여 제1인버터 전압 지령신호(Vs₁)를 정현파 발생기(53)로 출력하고, 정현파의 초기 진폭을 결정한다. 동시에 스위치(S₆)이 닫히며 게이트 신호가 인버터(13)에 인가된다.

이 인버터 시동전압(Vp)은 다음식에 의하여 유효 전압을 얻을 수 있도록 실험적으로 정하여진다.

Vp=(주파수에 대한 전압-바이어스전압)/4+바이어스전압

인버터 주파수(Δf)가 서서히 증가하고 있기 때문에 인버터 전압 또한 CPU(32)의 소프트웨어에 의하여 위의 식에 근거하여 서서히 증가하도록 결정된다.

(2) Vs₁발생후 소정시간(예를들면 0.2초) 경과하면, CPU(32)는 제2주파수 지령신호(Fs₂)를 출력하여 제3의 스위치(S₃)를 열고 제4의 스위치(S₄)를 닫는다. S₄를 닫으면 콘덴서(C)는 시정수(C·R₈)에 따라서 역방향으로 충전된다. 정전압이 R₈을 통하여 콘덴서(C)로 인가되기 때문인 것이다. 따라서, 적분기(43)의 정의 출력단자 전압이 서서히 감소하고, 인버터 주파수는 제2도 A와 같이 내려간다. 이 경사는 인버터와 모터의 주파수 또는 속도차 즉, 모터 부하나 회전자의 관성 모멘트에 근거하여 결정된다.

소정시간(0.2초) 경과함과 동시에 CPU(32)는 제2전압 지령신호(Vs₂)를 정현파 발생기(53)로 출력하여 전압을 제2도 B에 표시한 바와 같이 유지시키거나 또는 서서히 감소시킨다.

(3) 인버터 전류는 전류 검출기(21)에 의하여 검출되고 그 검출치는 A-D 변환기(31)를 통해 계속 CPU(32)에 인가되고 있기 때문에 CPU(32)는 인버터 전류가 소정치(예를들면 정격치의 8%) 이하의 재접속점을 검출한다.

이 재접속점이 검출되면 CPU(32)는 제3주파수 지령신호(Fs₃)을 발생하여 제4의 스위치(S₄)를 열고 동시에 제3주파수 지령신호(Vs₃)을 발생한다. 따라서, 적분기 콘덴서(C)의 전압이 일정치로 유지되고 인버터 주파수가 일정치로 된다. 주파수가 일정하여도, 인버터 전압은 고정 주파수에 대응한 값까지 서서히 증가된다. 즉, 전압 주파수비는 모터 부하에 응하여 결정되기 때문이다. 이 인버터 전압의 상승은 마이컴(30)내의 소프트웨어에 의하여 제어된다.

(4) 인버터 전압이 소정의 V/F비로 유지된 주파수에 대응한 값까지 도달하면, CPU(32)는 제4주파수 지령신호(Fs₄)를 출력하여 스위치(S₂)를 닫고 동시에 제4전압 지령신호(Vs₄)를 출력한다. 따라서, 적분기 콘덴서(C)는 C·R₅로 결정되는 시정수로 주파수 설정기(41)에 의해 설정된 전압까지 다시 충전되고 주파수가 서서히 증가한다. 인버터 전압 또한 동시에 마이컴(32)의 소프트웨어에 따라서, 일정한 V/F비에 대응하여 서서히 증가한다.

(5) 인버터 주파수가 모터 속도에 일치하고 또한 V/F비가 일정하게 되면 인버터는 모터에 완전하게 동기된 것이 되므로 CPU(32)는 제5주파수 지령신호(Fs₅)과 제5전압 지령신호(Vs₅)를 발생하여 모터를 정상 상태의 정상 구동 조건으로 구동한다.

상기의 인버터 주파수 전압 제어 단계에서, 전압 검출기(23)가 과전압을 검출하였을때는, 전압이나 주파수의 상승이 제한되거나 일정치로 유지되거나 한다.

또한, CPU(32) 내에는 긴급정지, 제어 과소전압 트립, 인버터 과소전압 트립, 인버터 과전류 트립, 과부하 트립 등의 각종 안전기능을 실행하는 각종의 프로그램 또는 서브틴이 기억되어 있지만, 본 발명의 재접속과는 직접관계가 없기 때문에 그 설명은 생략한다.

제3도는 인버터 전류가 소정치(정격전류의 8%) 이하가 되는 재접속점을 검출함이 없이 정상 상태 주파수의 2% 이하로 저하 하였을 경우의 타이밍 차트를 표시한다. 이 경우에는 스위치(S₄)를 열어 인버터 주파수의 상승을 정지하고 동시에 S₅를 일단 닫아 인버터 주파수를 영으로 셋트한다. 동시에 인버터 전압도 일단 영으로 한다. 그후 소정시간 경과후에 S₅를 열고 S₂를 닫는다. 따라서, 적분기 콘덴서(C)를 C·R₅에서 결정되는 시정수에 따라 재충전하여 주파수를 서서히 증가시킨다. 동시에 인버터 전압도 소정의 V/F비로 증가시킨다. 이 동작은 정지 모터의 재시동 동작과 같다. 인버터 주파수(F)가 모터 속도에 완전하게 일치하고 또한 V/F비가 일정치로 유지되면 인버터가 모터에 동기한 것이 된다. 그후 모터는 정상 상태에서 정상 동작 조건으로 구동된다.

다음 제4도에 의하여 CPU(32)로 실행되는 프로그램 제어에 관하여 설명한다. 상용 AC 전원이 회복하면 우선 초기 설정 지령신호가 출력되어 스위치(S₅)를 리셋트하고 적분기 콘덴서(C)의 전하를 완전하게 방전한다(스텝 1). 카운터 기능이 동작하여 제1의 지연시간(T₁)(1∼2초)을 계측하고 써지 전압이 감소될 때까지 대기한다(스텝 2).

제1지연시간(T₁)이 경과하면, 제1인버터 주파수 지령신호(Fs₁)를 출력하여 리셋트 스위치(S₅)를 열고 스위치(S₁), (S₃)을 닫고, 콘덴서(C)를 충전하여 주파수를 급상승시킨다(스텝 3). 이 단계에서 C·R₆의 시정수로 결정되는 전압까지 충전되면, 콘덴서(C)는 저항(R₇)을 통하여 부전원에 의하여 충전된다. 동시에 또 다시 카운터 기능을 동작시켜 제2지연시간(T₂)(0.3초)를 계측하고 콘덴서(C)가 충전될 때까지 대기한다(스텝 4).

제2지연시간(T₂) 경과후 제1인버터 전압 지령신호(Vs₁)를 출력하고 시동 전압 및 인버터 이네이블 지령신호를 출력하여 게이트 스위칭(S₆)를 닫는다(스텝 5). 시동전압(Vp)은 인버터 전압 정격치의 약 1/4이다. 다시 카운터 기능을 작동시켜서 제3지연시간(T₃)(0.2초)을 계측한다(스텝 6).

제3지연시간(T₃) 경과후 제2인버터 주파수 지령신호(Fs₂)를 출력하여 스위치(S₃)을 열고 스위치(S₄)를 닫아, 콘덴서(C)를 방전하여 인버터 주파수를 서서히 내린다(스텝 7). 이 단계에서 콘덴서(C)는 저항(R₈)을 통하여 정전원에 의하여 방전된다. 동시에, 제2전압 지령신호(Vs₂)를 출력하여 인버터 전압을 내린다(스텝 8).

그후 인버터 주파수와 전압이 공히 낮아지기 때문에 주파수가 소정치(정격치의 2%) 보다 높은가 어떤가를 조사한다(스텝 9). 만일 높으면 제2전압 지령신호(Vs₂)를 계속 출력하여 스텝 10으로 진행하고 낮으면 스텝 15으로 진행한다.

스텝 10에서는 인버터 전류가 소정치(정격치의 8%) 이하로 되었는지의 여부를 조사한다. 소정치 이상이면 제2전압 지령신호(Vs₂)를 출력한다. 소정치 이하이면 제3인버터 주파수 지령신호(Fs₃)을 출력하여 스위치(S₄)를 열고 감소하는 인버터 주파수를 현재치로 유지한다(스텝 11). 이때 스위치(S₂), (S₃), (S₄)는 열려 있다. 동시에, 제3인버터 전압 지령신호(Vs₃)을 출력하여 전압을 높인다(스텝 12). 동시에 인버터 V/F비를 계산한다(스텝 13). 계산된 V/F비가 소정치에 도달하였는가의 여부를 조사한다(스텝 14). 소정치에 도달되지 않으면 제어는 스텝 12로 진행한다. 여기서는, 주파수 일정으로 전압이 증가하고 있기 때문에 V/F비는 일정치로 도달하게 된다.

V/F가 일정할때, 제4인버터 주파수 지령신호(Fs₄)를 출력하여 스위치(S₂)를 닫고(스위치(S₅)는 이미 열려 있음) 주파수를 증가시킨다(스텝 16). 동시에, V/F비가 유지되도록 제4인버터 전압 지령신호(Vs₄)를 출력한다. 전압이 유지 주파수와의 관계로 소정의 V/F비로 되게 전압이 증가된다(스텝 17). 그후, 주파수(Fo)와 전압(Vo)이 각각 소정치에 도달하였는가를 조사한다(스텝 18). 만일 도달하지 않은 상태라면 지령신호(Fs₄)와 (Vs₄)를 출력하여 주파수와 전압을 증가시킨다. 도달한 상태라면, 주파수와 전압이 공히 일정한 V/F비로 정격치까지 증가되었기 때문에, 제5인버터 주파수 및 전압 지령신호(Fs₅, Vs₅)를 출력하여 모터가 정상 상태로 구동되도록 인버터를 제어한다(스텝 19).

또한, 스텝 9에서, 주파수가 소정치(정격치의 2%) 이하이면 스위치(S₅)를 리셋트하여 주파수를 영으로 하고 동시에 전압을 영으로 한다(스텝 15-1). 카운터 기능을 작동시켜서 제4지연시간(T₄)(1초)을 계측하고 써지 전압이 완전하게 감소될 때까지 대기한다(스텝 15-2). 제4지연시간(T₄) 경과후는, 제4인버터 주파수(Fs₄)를 출력하여 스위치(S₅)를 열고 스위치(S₂)를 닫는다(스텝 16). 이와 같이 단계(17, 18, 19)를 행한다.

제5도는 본 발명의 제2실시예의 장치 구성을 표시한다.

본 장치는 인버터부(10)와 인버터 재접속부(60)로 구성된다. 인버터(10)는 다이오드 부릿지 접속 정류기(AC-CD 변환기)(11)와, 정류기 콘덴서(12)와, 인버터 재접속부(60)에 의하여 작동하는 전력 인버터(13)(DC-AC 변환기)로 구성된다. 인버터를 유도 모터(10A)에 접속시키기 위한 인버터 재접속부(60)는 분기저항(14)과, 연산증폭기(67)와, 전류 변화율 검출기(69)와, 게이트 제어부(64)와, 모터 속도 설정기(64A)와 인버터 게이트 논리 회로부(63)로 구성된다.

3상 상용 AC 전원(R), (S), (T)은 다이오드 정류기(11)와 콘덴서에서 DC 전원으로 정류된다. 정류된DC 전원은 게이트 논리부(63)와 게이트 제어부(64)에 의하여 제어되는 인버터(13)에 의하여 유도 모터(10A)를 소정의 속도와 토크로 구동할 수 있도록 소정의 주파수와 전압을 갖는 AC 전원으로 변환된다.

인버터(13)는 6개의 부릿지 접속된 트랜지스터(U), (V), (W), (X), (Y), (Z)의 스위칭 소자와 각 트랜지스터의 에미터와 콜렉터간에 접속되는 6개의 다이오드(Du), (Dv), (Dw), (Dx), (Dy), (Dz)로 구성된다. 트랜지스터는 다이리스터 또는 GTO 다이리스터 등으로 대치하여도 무방하다.

인버터(13)에 있어서는 게이트 논리부(63)으로부터 트랜지스터의 베이스로 연속적으로 입력신호를 인가하므로서 소정의 펄스 폭과 펄스 간격을 갖는 인버터 출력을 얻을 수 있다. 더 자세히 설명하면, 인버터 출력은 게이트 주파수가 증가하면 전력이 증가하고, 게이트 펄스 폭이 증가하면 유효전압이 증가한다. 또한, 일반적으로는, PWM 방법이 사용되어 주파수와 전압이 동시에 제어된다. 3각파 신호와 정현파 신호의 전압레벨이 비교되어 게이트 신호의 타이밍을 결정하는 이 PWM 방법은 게이트 제어부(64)에서 행하여진다.

가변저항기(64A)인 모터 속도 설정기(64A)는 DC 전압의 형태로 소정의 인버터 주파수를 설정한다. 이 DC 설정 전압에 의하여 게이트 제어부(64)의 전압제어 발전기(VCO)(도면생략)는 설정 전압에 비례한 주파수의 정현파를 출력한다. 3각파 신호 발생기(도면생략)도 또한 게이트 제어부(64)내에 있고, VCO로부터 출력된 정현파의 수배의 주파수를 갖는 3각파 신호를 출력한다. 요약컨대 게이트 제어부(64)에 의하여 인버터(13)의 주파수하고 유효전압이 제어된다. 게이트 제어부(64)의 출력신호에 응하여 게이트 논리 회로부(63)는 인버터(13)의 반도체 소자에 일련의 게이트 신호를 출력한다.

재접속부에서는 분기저항(14)이 DC 전원측에서 인버터(13)와 직렬로 접속되고 연산증폭기(67)는 제5도와 같이 저항(14)의 양단에 접속된다. 저항(14)은 DC 전원과 인버터(13)의 사이를 흐르는 대전류에 비례한 소 전류를 검출한다. 연산증폭기(67)는 저항(14)의 전류의 방향 및 그 크기를 검출한다. 저항(14)을 흐르는 전류의 방향을 검출하고 있는 것은 본 발명에 있어서는 DC 전원과 인버터간의 전류 방향에 의존하여 인버터 주파수와 전압이 제어되기 때문이다.

모터(10A)가 인버터(13)에 의해 구동될 때(모터 구동모드)는 구동전류는 트랜지스터(U), 모터(10A)의 단자(R), 및 (T), 트랜지스터(Z), 저항(14)을 통하여 정류기(11)의 단자(A)로부터 (B)로 흐른다.

따라서, 모터 구동전류는 제5도에서 좌측방향으로 저항(14)를 통하여 흐른다.

이에 대하여 모터가 전력을 회생하고 있을때(모터 회생 모드)는 회생전류는 회생 다이오드(Du), 캐패시터(C)의 정(+) 단자(+) 및 부(-)단자, 분기저항(14), 회생 다이오드(Dz)를 통하여 모터의 단자(R)로부터 (T)로 흐른다.

여기서 회생이라는 것은 인버터의 주파수가 모터의 속도보다 적을때는 모터가 인버터에 접속된 발전기와 같이 가능하는 것을 뜻하는 것이다. 이 상태에서는 모터의 운동에너지가 모터의 코일에 의하여 전력으로 변환되고 회전중의 모터로부터 DC 전원측으로 되돌려진다. 따라서 회생 전류는 제5도에서 우측 방향으로 저항(14)을 통하여 흐른다.

따라서 모터(10A)가 구동 모드일 때에는 저항(14)은 구동 전류에 비례한 정의 전압을 출력하고, 회생 모드일 때에는 회생전류에 비례한 부의 전압신호를 제6도 A와 같이 출력한다.

이 구동전류와 회생전류는 정현파 또는 펄스이지만, 콘덴서(12)에 의하여 직류로 변환된다.

여기에서 연산증폭기 대신에 통상적인 증폭기를 사용하여도 무방하다. 이 경우에도 변류기가 저항(14) 대신 접속된다.

변류기의 1차 권선이 DC 전원(11)과 인버터(13)간의 도체 부근에 부설되고 또한 별개의 DC 전원이 2차 권선에 접속되여서 변류기의 1차 권선을 흐르는 전류의 방향을 구별한다.

또 홀 효과 소자를 사용하여도 좋다. 이 소자는 전류의 방향과 크기를 동시에 검출할 수 있기 때문이다. 연산증폭기(67)는 분기저항(14) 양단 전압을 증폭하여 그 극성을 검출한다.

이 증폭기(67)의 신호에 응답하여 모터 구동모드 또는 모터 회생모드가 검출되고 또한 제6도 A와 같이 전압레벨의 변화에 근거하여 각 모드에서의 변화율이 검출된다.

전류 변화율 검출기(69)는 연산증폭기(67)의 출력을 미분하고 증폭기(67)의 출력이 정(구동모드)이고, 그 출력레벨의 변화율이 제로(dl/dt=0)일 때, 즉 출력 전압 레벨의 그라디안트(gradient)가 정에서 부로 변화 할때는 제1지령신호를 발생한다. 또한 검출기(9)는 그 출력이 부(회생모드)이고, 이 출력 레벨이 변화율이 제로(dl/dt=0)일 때, 즉 출력 레벨의 그라디안트가 부로 부터 정으로 변화할 때에는 제2지령 신호를 발생한다.

게이트 제어부(64)는 회전중의 모터(10A)에 인버터가 동기 상태로 안정하여 접속될 수 있도록 인버터의 주파수와 전압을 제어하기 위하여 이 전류 변화율 검출기(69)의 출력신호에 응답하여 게이트 논리부(63)를 통하여 인버터(13)의 스위칭 소자(U)로부터(Z)에 인가되는 게이트 신호를 제어한다. 제6도의 동작 타이밍 차트에 의하여 회전중인 모터에 인버터 접속하는 본 발명 장치의 동작에 관하여 설명한다.

정전으로 인하여 모터(10A)가 인버터(13)로부터 분리되고 이어서, 회전중인 모터에 인버터가 접속될 때는 동기 상태로 인버터를 모터에 재접속하는 것이 필요하다. 즉, 인버터 주파수 또는 위상이 모터의 주파수 또는 위상과 일치된 다음 인버터 출력을 모터에 인가하지 않으면 안된다. 그렇지 않으면, 과전류가 모터로 부터 발생하여 인버터가 손상된다.

인버터를 모터에 안전하게 재접속하기 위하여 다음 수순에 따라서 인버터(13)는게이트 제어부(64)에 의하여 시동된다. 즉 게이트 제어부(64)는 모터의 회전자의 관성력에 의하여 회전하고 있는 모터의 초기 회전속도(N)보다 높거나 또는 모터의 최대 회전 속도와 동등한 주파수(f₁₀₀) 모터 정격전류를 흘리는 정규의 전압보다 낮은 전압(Vo)에서 인버터(13)을 구동하기 위한 일련의 게이트 신호를 제6도의 시점(t₁)에서 출력한다.

이 주파수(f₁₀₀)는 정상 상태의 모터 회전수(N)이상이 되도록 단순하게 결정하여도 좋다. 그러나, 전압(Vo)은 모터 속도, 회전자 관성력, 모터 부하등의 각 요소를 고려하여 결정된다. 일반적으로 전압(Vo)는 모터 정격 전류의 1/10 내지 1/5배의 전류가 흐르도록 결정된다. 다음에 게이트 제어후(64)는 점진적으로 인버터 주파수(f)를 감소시킨다. 따라서, 인버터의 전압이 Vo로 일정하기 때문에 인버터의 주파수(f)는 모터 속도(N)에 근접함에 따라 인버터(13)으로 부터 모터(10A)에 공급되는 모터 구동전류(ID)가 증가한다. 인버터 주파수(f)가 모터속도(N)에 도달하여도 과도 현상 때문에 구동전류는 증가한다. 그러나 즉시, 모터구동 전류(ID)는 최대점에 도달하고 시간(t₂)에서 미분계수가 영이 된다. 시점(T₂)에서는 구동모드이기 때문에 전류 변화율 검출기(69)는 제1지령 신호를 제어부(64)로 출력한다. 이 지령신호에 응답하여, 제어부(64)는 주파수를 일정치(fc)로 유지하고 전압을 Vo보다 낮은 또 다른 일정 전압(V₁)으로 설정한다. 이 전압(V₁)은 시간(T₄)에서 인버터가 재접속되는 전압의 약 1/8배이다.

주파수(fc)가 일정하게 유지되면 인버터는 모터와 동기하여 있지 않기 때문에 모터 구동전류(ID)가 감소한다. 인버터 전류가 영 이하로 되면 모터 구동모드는 모터 회생모도로 변한다.

즉, 모터 속도(N)이 주파수(fc)보다 높기 때문에 모터의 운동에너지가 전력으로 변환 되어서 인버터(13)으로 되돌아간다. 이 회생모드에서 회생전류는 증가하지만 모터 속도 N이 즉시 주파수(fc) 이하로 되기 때문에 곧 회생전류(IR)가 시간(t₃)에서 감소하기 시작한다. 인버터 전류는 부(-)에서 회생모드 이기 때문에 전류 변화율 검출기(69)는 제2지령신호를 제어부(64)로 출력하고 인버터의 전압은 서서히 증가하기 시작한다. 따라서, 모터 속도가 증가한다. 제6도의 시간(t₄)에서 V/F비가 일정하게 되면 인버터 주파수가 모터속도와 동기한 것이되어 재접속 동작이 완료된다. 그후는, 모터(10A)가 속도설정기(64A)에서 설정된 속도로 회전 하도록 게이트 제어부(64)가 인버터(13)을 제어한다. 이 조건하에서는 정상적인 모터 구동전류(ID)가 연산증폭기(67)에 의하여 검출된다.

요약컨대, 인버터를 모터에 재접속하는 방법은 다음의 각 단계로 이루어진다. (a) 회전하는 모터 속도(N)보다 높은 주파수(f₁₀₀)와, 모터의 정격치 보다 낮은 제1전압(Vo)로 인버터를 시동하고, (b) 인버터출력 전압(Vo)이 일정한 가운데 인버터 주파수를 서서히 내리며, (c) 모터 구동전류(ID)를 검출하고, (d) 모터 구동전류(ID)가 최대로 접근할 때, 인버터 주파수(fc)를 일정하게 유지하며 전압을 Vo보다 낮은 제2전압(V₁)으로 설정 하며, (e) 모터 회생전류(I_R)를 검출하고, (f) 모터 회생전류(I_R)가 최대로 접근할때, V/F 일정이 될때까지 제2전압(V₁)부터 인버터 전압을 서서히 올린다.

이 제2실시예에서는, 전압이 시점(t₃)으로부터 증가될 때 인버터 주파수(fc)는 일정치로 유지되기 때문에, 모터 회생모드에서 과전류의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 잇점이 있다.

또한 모터 부하가 특별하게 가벼울때는 모터가 직접 인버터와 동기하여 회생모도가 나타나지 않을 경우가 있다.

이 경우에는 모터 구동전류가 최소치로 되었을때 V/F비가 소정치로 될때까지 주파수를 일정하게 하여 전압을 서서히 증가시킨다.

이 V/F비가 소정치로 된 점이 재접속 동작 완료시로서 인버터와 모터가 동기한 것이 된다.

이상 설명한 바와같이 본 발명의 인버터를 관성 회전중의 모터에 재접속하는 방법과 장치에 있어서는 인버터가 모터에 개루프 제어방법으로 재접속 되기 때문에, 즉 모터 속도 검출수단을 사용하지 않고 인버터 측에서 검출할 수 있는 모터 구동전류와 회생전류에 의존하여 재접속 되기 때문에 응답속도를 개선하여 장치를 간소화 할 수 있다.

Claims

모터 및 인버터 동작중 모터로부터 분리된 인버터를 회전하는 모터에 재접속 하는 방법에 있어서, (a) 전력 공급 중단 또는 모터 이상 상태를 검출하고 전력 공급을 받는 모터로 부터 인버터를 분리시켜 인버터로 부터 전력 공급이 중단됨에 따라 모터 관성 회전 속도가 감소되도록 하는 단계와, (b) 인버터 전류를 검출하는 단계와, (c) 모터의 관성 회전 속도에 대응하는 주파수 보다 높은 주파수를 갖고, 모터의 정격전압 보다 낮은 전압을 갖는 재시동 전압을 회전하는 모터에 공급하도록 증가된 주파수와 감소된 전압 레벨로 인버터를 재시동 하는 단계와, (d) 상기 인버터를 재시동시키기 위하여 제1지령신호(Fs₁)를 발생하고, 상기 제1지령신호(Fs₁) 발생으로 부터 소정 시간 경과 후 인버터 주파수를 감소시키기 위해서 제2지령신호(Fs₂)를 발생하고, 검출된 인버터 전류가 소정의 전류치 이하로 떨어졌을 때 인버터 주파수를 유지하기 위한 제3의 지령신호(Fs₃)를 발생하고, 인버터 전압-주파수비가 소정치에 도달했을 때 인버터 주파수를 증가시키기 위한 제4지령신호(Fs₄)를 발생하고, 인버터 주파수 및 전압이 소정의 비에서 소정치를 얻었을 때 인버터 주파수를 제어하기 위한 제5지령신호(Fs₅)를 발생하는 단계와, (e) 상기한 제1지령신호(Fs₁) 발생으로부터 제2소정시간 경과 후 상기한 인버터가 인버터 전압 레벨을 발생시키기 위해서 제1전압 지령신호(Vs₁)를 발생하고, 상기한 제1전압 지령신호(Vs₁) 발생 후 제3의 소정시간 경과 후 상기 인버터 전압 레벨을 제어하기 위해서는 제2의 전압 지령신호(Vs₂)를 발생하고, 검출된 인버터 전류가 상기한 소정의 전류치 이하로 떨어졌을 때는 인버터 전압 레벨을 증가시키기 위한 제3의 전압 지령 신호(Vs₃)를 발생하고, 인버터 전압 레벨 대 인버터 주파수의 비가 상기한 소정의 값에 도달했을때 상기 인버터 전압 레벨을 증가시키기 위하여 제4의 전압 지령신호(V₄)를 발생하고, 인버터 주파수 및 전압 레벨이 이에 대한 소정의 비에서 소정치를 얻었을 때는 인버터 전압 레벨을 제어하기 위한 제5의 인버터 전압 지령(Vs₅)을 발생하는 단계와, (f) 제1주파수 지령신호(Fs₁)에 응하여 소정의 시동 주파수로 인버터를 재시동시키기 위한 제1의 인버터 주파수 시동신호를 표시하는 제1전압을 출력하고, 제2주파수 지령신호(Fs₂)에 응답하여 재시동 된 인버터의 주파수를 서서히 감소시키기 위한 제2인버터 주파수 감소신호를 표시하는 제2전압을 출력하고, 제3의 주파수 지령신호(Fs₃)에 응답하여, 감소하는 인버터 주파수를 일정치로 유지하기 위한 제3의 인버터 주파수 유지 신호를 표시하는 제3의 전압을 출력하고, 제4의 주파수 지령신호(Fs₄)에 응답하여 일정하게 유지된 주파수를 증가시키기 위한 제4의 인버터 주파수 증가 신호를 표시하는 제4의 전압을 출력하고, 제5의 주파수 지령신호(Fs₅)에 응하여 인버터 주파수를 상기 제어하기 위한 제5의 인버터 주파수 제어신호를 표시하는 제5의 전압을 출력하는 단계와, (g) 인버터 주파수들을 표시하는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5전압과, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5인버터 지령신호들에 응하여 인버터를 구동시키기 위한 펄스폭 변조된 인버터 게이트 신호를 연속하여 발생하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전하는 모터에 인버터를 재접속 하는 방법.
모터 및 인버터의 동작 중에 모터로부터 분리된 인버터를 회전하는 모터에 재접속 하는 장치에 있어서, (a) 전력 공급 중단 또는 모터 이상 상태를 검출하고 전력 공급을 받는 모터로 부터 인버터를 분리시켜 인버터로 부터 전력 공급이 중단됨에 따라 모터 관성 회전 속도가 감소되도록 하는 수단과, (b) 인버터 전류를 검출하는 수단과, (c) 모터의 관성 회전 속도에 대응하는 주파수 보다 높은 주파수를 갖고, 모터의 정격 전압 보다 낮은 전압을 갖는 재시동 전압을 회전하는 모터에 공급하도록 증가된 주파수와 감소된 전압 레벨로 인버터를 재시동 하는 마이크로 컴퓨터 수단과, (d) 상기 마이크로 컴퓨터에 있어, 이 수단은 인버터를 재시동시키기 위해서 제1지령신호(Fs₁)를 발생하고, 상기 제1지령신호(Fs₂)를 발생으로 부터 소정시간 경과 후 인버터 주파수를 감소시키기 위해서 제2지령신호(Fs₂)를 발생하고, 검출된 인버터 전류가 소정의 전류치 이하로 떨어졌을 때 인버터 주파수를 유지하기 위한 제3의 지령신호(Fs₃)를 발생하고, 인버터 전압-주파수 비가 소정치에 도달했을 때 인버터 주파수를 증가시키기 위한 제4지령신호(Fs₄)를 발생하고, 인버터 주파수 및 전압이 소정의 비에서 소정치를 얻었을때 인버터 주파수를 제어하기 위한 제5지령신호(Fs₅)를 발생하도록 동작하고 상기한 인버터 전류 수단에 응답하고, 더우기 제1지령신호(Fs₁) 발생으로 부터 제2소정시간 경과 후 상기한 인버터가 인버터 전압 레벨을 발생시키기 위해서 제1전압 지령신호(Fs₁)를 발생하고, 상기한 제1전압 지령신호(Fs₁) 발생 후 제3의 소정시간 경과 후 상기 인버터 전압 레벨을 제어하기 위해서는 제2의 전압 지령신호(Fs₂)를 발생하고, 검출된 인버터 전류가 상기한 소정의 전류치 이하로 떨어졌을 때는 인버터 전압 레벨을 증가시키기 위한 제3의 전압 지령신호(Fs₃)를 발생하고, 인버터 전압 레벨 대 인버터 주파수의 비가 상기한 소정의 값에 도달했을 때 상기 인버터 전압레벨을 증가시키기 위하여 제4의 전압 지령신호(Fs₄)를 발생하고, 인버터 주파수 및 전압 레벨이 이에 대한 소정의 비에서 소정치를 얻었을 때는 인버터 전압 레벨을 제어하기 위한 제5의 인버터 전압 지령(Vs₅)을 발생시키는 상기한 마이크로 컴퓨터 수단과, (e) 인버터 주파수를 제어하기 위한 상기한 마이크로 컴퓨터 수단에 응답하는 주파수 제어 수단으로서, 이 제어 수단은 상기한 제1지령신호(Fs₁) 발생으로 부터 제2소정시간 경과 후 상기한 인버터가 인버터 전압 레벨을 발생시키기 위해서 제1전압 지령신호(Vs₁)를 발생하고, 상기한 제1전압 지령신호(Vs₁)발생 후 제3의 소정시간 경과후 상기 인버터 전압 레벨을 제어하기 위해서는 제2의 전압 지령신호(Vs₂)를 발생하고, 검출된 인버터 전류가 상기한 소정의 전류치 이하로 떨어졌을 때는 인버터 전압 레벨을 증가시키기 위한 제3의 전압 지령신호(Vs₃)를 발생하고, 제4의 주파수 지령신호(Fs₄)에 응답하여 유지된 주파수를 증가시키기 위하여 제4의 인버터 주파수 증가신호를 나타내는 제4의 전압 지령신호(Vs₄)를 발생하고, 인버터 주파수 및 전압 레벨이 이에 대한 소정의 비에서 소정치를 얻었을 때는 인버터 전압 레벨을 제어하기 위한 제5의 인버터 전압 지령(Vs₅)을 출력하는 상기한 주파수 제어수단과, (f) 제1주파수 지령신호(Fs₁)에 응하여 소정의 시동 주파수로 인버터를 재시동시키기 위한 제1의 인버터 주파수 시동신호를 표시하는 제1전압을 출력하고, 제2주파수 지령신호(Fs₂)에 응답하여 재시동된 인버터의 주파수를 서서히 감소시키기 위한 제2인버터 주파수 감소신호를 표시하는 제2전압을 출력하고, 제3의 주파수 지령신호(Fs₃)에 응답하여, 감소하는 인버터 주파수를 일정치로 유지하기 위한 제3의 인버터 주파수 유지 신호를 표시하는 제3의 전압을 출력하고, 제4의 주파수 지령신호(Fs₄)에 응답하여 일정하게 유지된 주파수를 증가시키기 위한 제4의 인버터 주파수 증가 신호를 표시하는 제4의 전압을 출력하고, 제5의 주파수 지령신호(Fs₅)에 응하여 인버터 주파수를 상기 제어 하기 위한 제5의 인버터 주파수 제어신호를 표시하는 제5의 전압을 발생하는 상기한 주파수 제어수단 및 상기한 마이크로 컴퓨터 수단에 응하는 펄스 폭 변조 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 회전하는 모터에 인버터를 재접속 하는 장치.
제2항에 있어서, 상기한 주파수 제어수단은, (a) 인버터 주파수를 표시하는 DC 전압들을 충전하기 위한 콘덴서를 포함하는 적분 회로와, (b) 콘덴서를 충전시키기 위해 전압을 출력하는 초기 인버터 주파수 설정장치와, (c) 제1의 지령신호(Fs₁)에 응답하는 콘덴서를 급속 충전시키기 위한 콘덴서와 상기한 초기 인버터 주파수 설정 장치 간에 연결되고, 콘덴서에 대하여 비교적 짧은 시정수를 갖는 제1의 콘덴서 충전저항과, (d) 콘덴서에 대하여 비교적 긴 시정수를 갖으며, 상기 제1콘덴서 충전저항과는 병렬로, 부전원과 콘덴서 간에 접속되어 상기 초기 인버터 주파수 설정 장치로부터 출력되는 전압에 의하여 콘덴서가 급속히 충전된 후에 제1인버터 주파수 지령신호(Fs₁)에 응답하여 콘덴서를 서서히 충전하는 제2의 콘덴서 충전저항과, (e) 콘덴서에 대하여 중위의 시정수를 갖으며, 정전원과 콘덴서 간에 접속되어, 제2인버터 주파수 지령신호(Fs₂)에 응답하여 콘덴서를 방전하고, 제3인버터 주파수 지령신호(Fs₃)에 응답하여 콘덴서의 전하를 일정치로 유지하기 위하여 콘덴서로부터 분리되는 제3의 콘덴서 방전저항과, (f) 콘덴서에 대하여 중위의 시정수를 갖으며, 인버터 주파수 절정 장치와 콘덴서 간에 접속되어, 제4인버터 주파수 지령신호(Fs₄)에 응답하여 콘덴서를 충전하는 제4의 콘덴서 충전저항을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전하는 모터에 인버터를 재접속 하기 위한 장치.
제2항에 있어서, 상기한 펄스 폭 변조수단은, (a) 상기한 주파수 제어수단에 응답하여, 콘덴서의 전압에 비례한 주파수를 갖는 신호를 출력하는 전압 주파수 변환기와, (b) 상기한 주파수 제어수단에 응답하여, 상기 전압 주파수 변환기의 신호 주파수의 정수배 주파수를 갖는 삼각파 신호를 발생하는 삼각파 신호 발생기와, (c) 상기 마이크로 컴퓨터 수단과 상기 전압-주파수 변환기에 응답하여, 상기 전압-주파수 변환기의 신호와 동일한 주파수와 인버터 전압 지령신호에 따라서 조정된 크기를 갖는 정현파를 발생하는 정현파 신호 발생기와, (d) 상기한 삼각파 신호 발생기와 정현파 신호 발생기에 응답하여, 펄스폭 변조에 따라서 유효 인버터 전압을 결정하기 위해 상기한 두전압을 비교하는 비교기와, (e) 상기한 비교기에 응답하고, 펄스 폭 변조 방법에 따라서 인버터 주파수 및 전압이 제어되도록 인버터로 연이어 게이트 신호를 출력하는 게이트 로직 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전하는 모터에 인버터를 재접속 하는 장치.
제2항에 있어서, (a) 인버터의 DC 공급 전압을 검출하고, 이 전압이 과도하게 높을때 상기한 마이크로 컴퓨터 수단에 과전압 신호를 출력하는 전압 검출기와, (b) 상기한 펄스 폭 변조수단 및 인버터 간에 연결되고, 상기한 마이크로 컴퓨터 수단으로 부터 출력된 DC 공급 과전압을 표시하는 인버터 무능화 신호에 응답하는 개방되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전하는 모터에 인버터를 재접속하는 장치.
제2항에 있어서, (a) 상기한 전류 검출 수단에 응답하여, 인버터 전류가 과도하게 클 때 인버터 과전류 신호를 출력하는 과전류 보호기와, (b) 인버터 주파수를 표시하는 전압을 조절 제어하기 위하여 인버터 주파수를 표시하는 전압으로부터 인버터 과전류 신호의 전압 레벨을 차감하기 위한 상기 주파수 제어수단에 포함된 비교점을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전하는 모터에 인버터를 재접속 하는 장치.