KR940005145B1 - 유도 전동기의 벡터 제어장치 - Google Patents

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KR940005145B1
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김규식
배한경
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대우중공업 주식회사
이경훈
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
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    • H02P2207/01—Asynchronous machines

Abstract

내용 없음.

Description

유도 전동기의 벡터 제어장치
제1도는 종래의 직접방식에 의한 유도전동기의 토오크 제어장치 구성도.
제2도는 본 발명에 의한 유도전동기의 토오크 제어장치 구성도.
제3도는 본 발명을 이용한 유도전동기의 속도제어 실시예 블록 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 10 : 상수 2 : 나누기
3, 11 : 합성기 4, 12 : 자속제어기
5 : 회전자자속연산기 6 : 기존제어기
13 : 회전자자속제곱연산기 14 : 비간섭제어기
20 : 3상정류기 21 : 휠타
23 : 트랜지스터모듈 24 : 전류센서
25 : 유도전송기 26 : 인코더
27 : 속도제어기 28 : 자속제어기
29 : 비간섭 제어기 30 : 전류제어기
31: 위상변환기 32 : 베이스구동회로
33 : 회전자자속제곱연산기 34: 위상변환기
본 발명은 유도전동기의 벡터 제어장치에 곤한 것으로서, 특히 비간섭 벡터 제어방법에 의하여 회전자 자속의 제곱을 제어토록 하므로서 속도 제어기의 간략화 내지는 고성능 속도(토오크) 제어에 적합하도록 한 유도전동기의 벡터 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 유도전동기의 제어중 고성능 제어 방식인 벡터 제어방식은 직접방식(Direct Method)과, 간접방식(Indirect Method)이 잘 알려져 있다.
즉, 종래의 직접방식은 간접방식과는 달리 위치센서 없이도 토오크 제어가 가능한 장점을 갖게 되는데, 이러한 직접방식에 대한 현대 제어 이론의 관점에서 토오크와 회전자 자속을 제어하기 위한 장치구성은 제1도의 블록구성도와 같은 제어 구조를 갖는다.
즉, 종래의 직접방식으로 유도되는 과정에서, X-Y고정자 기준좌표계로 표현되는 3상 유도 전동기의 동적 방정식(Dynamic Eguation)은 다음과 같다.
여기서 고정자 전압 Vxs, Vys는 입력변수이고, 다음의 식(2)와 식(3)으로 정의되는 토오크(Te)와 회전자 자속(Φr)은 출력변수이다.
상수 KT와 ai, i=01, …7는 유도전동기의 매개변수이고, 식(1)∼(3)의 심볼과 기호는 제1도-제3도에 있다.
식(1)의 세번째와 네번째 식으로부터 다음식을 얻을 수 있다.
여기서 고정자 전류 ixs, iys의 명령치들을 각각 ixs*, iys*라고하고 CSI(Current Source Inverter)나 CRPWM(Current Regulated Pulse Width Modulation) 등과 같은 전류 제어기가 충분히 전류제어를 잘수행하면 ixs=ixs, iys=iys*로 볼 수 있다.
결국, 식(2)와 식(4)는 다음식(5)와 식(6)으로 근사화 될 수 있다.
이때 전류 명령치 ixs*, iys*를 식(7)과 같이 준다면,
식 (5), 식(6) 그리고 식(7)로부터 식(8)을 얻을 수 있다.
여기서 U1, U2는 각각 토오크와 회전자 자속을 제어하기 위한 새로운 입력이다.
결국 식 (8)은 선형방정식으로 되고 토오크와 회전자 자속을 제어하기 위한 종래의 직접방식을 제1도에 나타낸 바와 같이 구성할 수가 있다.
제1도에서 Te*와 Φr*는 각각 토오크(Te)와 회전자 자속(Φr)의 명령치이다.
그러나 상기와 같은 직접방식에 의해 제1도와 같은 토오크 제어장치를 구성할 경우 유도 전동기의 속도제어기의 실시예 회로구성시, 회전자 자속을 출력변수로 선택되도록 행하므로서 나누기와 제곱근 연산기가 필수적으로 구성되어 회로가 복잡하게 구성되는 문제점이 있었다.
또한 직접방식에 의한 유도전동기의 속도제어를 회전자 자속을 출력변수로 선택되도록 하는 프로그램역시 복잡하여 샘플링 시간이 오래 걸리는등 이에 따른 경비 중대 내지는 성능 저하를 초래하게 되는 단점을 가지고 있었다.
따라서 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하고자 회전자 자속의 제곱을 출력 변수로 택하게 되므로서 유도전동기의 속도제어기에 대한 하드웨어 내지는 소프트웨어를 간소화시킴은 물론 샘플링 시간을 단축시켜 성능향상을 꾀 할 수 있도록 한 유도 전동기의 벡터 제어장치를 제공하는데 있는 것이다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 의한 유도전동기의 토오크 제어장치 구성도를 나타낸 것으로서, 토오크명령(Te*)를 임의의 상수값(Kr)으로 분배하여 회전자 속도 제어신호(U1)를 생성하는 속도제어기(10)와, 회전자 자속(Φ*)과 회전자 자속 연산기(13)의 출력 명령치(Φ)를 합성시키는 합성기(11)와, 이로부터 합성된 회전자 자속 제곱에 의해 자속의 오차를 줄여 회전자 자속 제어신호(U2)를 생성하는 자속제어기(12)와, 상기 회전자속도 및 자속 제어신호(U1) (U2)를 입력받아 고정자 전류 명령치(ixs*) (iys*)를 생성하는 비선형 제어기(14)와, 회전자 자속(øxr) (øyr)을 입력원으로 회전자 자속 제곱(Φ) 생성하는 회전자 자속제곱연산기(13)로 구성되어져 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 벡터 제어장치를 설계함에 있어 비간섭제어의 유도과정을 설명하면, 기존의 유도전동기 동적 방정식(1)식에서 출력변수는 다음과 같은 식으로 바꿔준다.
여기서 Φ=ψxr2+ψyr2와 같이 정의된다.
이로인해 상기(1)식의 세번째와 네번째식으로부터 다음과 같은 값을 얻을 수가 있다.
여기서, 효과적인 전류기를 택하기 위해 ixs=ixs*, iys=iys*로 놓으면 상기식(10)은 다음과 같은 식(11)으로 근사화 될 수 있다.
따라서 전류 명령치 ixs*iys*를 아래식(12)과 같이 준다면
식 (5), 식(11), 그리고 식(12)로부터 식(13)을 얻을 수가 있다.
여기서 U1, U2는 각각 토오크(Te)와 회전자 자속 제곱(Φ)를 제어하기 위한 새로운 입력이다. 결국 식(13)은 선형방정식이 되고 토오크와 회전과 저속제곱을 제어하기 위한 본 발명(비간섭 제어방식)을 제2도와 같이 구성할 수 있다.
제2도의 Te*와 Φ*는 각각 토오크(Te)와 회전자 자속제곱(Φ)의 명령치이다.
이상의 설명은 토오크제어에 관해 알아보았는데 토오크 제어를 내부 루우프로 갖는 속도제어에 본 발명이 적용되는 실시예를 제3도에 나타내었다.
즉, 속도 및 자속을 각각 줄이는 방향으로 회전자 속도제어 신호(U1)와, 회전자 자속 제어신호(U2)를 내보내면 비간섭 제어기(29)는 제2도에서와 같이 상기 (12)식에 의해 고정자 전류명령치(ixs*)(iys*)를 출력시킨다.
이때 회전자 자속연산기(33)는 고정자 전류(ixs,iys)와 속도(Wr)로부터 회전자 자속(Φ,øxr,øyr)을 추정하여 자속 제어기(28) 및 비간섭 제어기(29)에 공급한다.
이후 전류제어기(30)는 상기 비간섭 제어기(29)에서 출력되는 고정자 전류명령치(ixs*,iys*)에 의해 고정자 전압(Vxs*,Vys*)을 출력시키고, 상기 고정자 전압(Vxs*,Vys*)에 의한 위상변환기(31)는 PWM 인버터 및 베이스 구동회로(32)의 고정자 위상전압(Vcs,Vbs,Vas)을 출력시킨다.
따라서 상기 고정자 위상전압(Vcs, Vbs, Vas)을 PWM 인버터 및 베이스 구동회로(32)를 통해 PWM변조로 인버팅시켜 트랜지스터 모듈(23)의 각 구동트랜지스터를 구동시켜 유도 전동기(25)의 속도를 제어시킨다.
이와 동시에 출력전류(ias,ibs)을 위상변환 시키는 위상변환기(34)을 통해 고정자 전류(ixs,iys)를 출력시키면 회전자 자속연산기(33)는 상기한 바와 같이 회전자 자속(Φ,øxr,øyr)을 비간섭 제어기(29)에 공급시켜 회전자 자속의 제곱으로 제어할 수가 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 회전자 자속의 제곱을 출력 변수로 선택토록 제어하므로서 유도전동기의 속도제어기에서 나누기와 제곱근 연산기를 삭제할 수가 있어 회로구성을 간략화 시킬 수 있고, 아울러 이를 소프트 웨어로 구성할시에도 간단하게 설계할 수가 있으므로 샘플링 시간이 축소되어 속도제어의 성능을 향상시킬 수 있는 특징이 있다.

Claims (1)

  1. 검출토오크(Te)를 임의의 상수값(KT)으로 분배하여 회전자 속도 제어신호(U1)를 생성하는 속도제어기(10)와, 회전자 자속(Φ*)과 회전자 자속 연산기(13)의 출력(Φ)를 합성시키는 합성기(11)와, 이로부터 합성된 회전자 자속 제곱에 의해 자속의 오차를 줄여 회전자 자속 제어신호(U2)를 생성하는 자속제어기(12)와, 상기 회전자 속도 및 자속 제어신호(U1)(U2)를 입력받아 고정자 전류 명령치(ixs*)(iys*)를 생성하는 비간섭 제어기(14)와, 회전자 자속(øxr)(øyr)을 입력원으로 회전자 자속제곱(Φ)을 생성하는 회전자 자속 연산기(13)로 구성됨을 특징으로 하는 유동전동기의 벡터 제어장치.
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