KR940007433B1 - 유도전동기의 인버터 제어방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유도전동기의 인버터 제어방법

제 1 도는 일반적인 펄스폭변조 인버터의 구성도.

제 2 도의 a는 정현파형태의 변조파 인가시 각 선간(A-C)의 전압파형도, b는 직류형태의 변조파 인가시 각 선간(A-C)의 전압파형도.

제 3 도는 본 발명의 공간벡터변조방법이 적용되는 펄스폭변조 제어블록도.

제 4 도는 스위칭벡터를 보인 설명도.

제 5 도는 각 전기각에서 선택할 수 있는 스위칭벡터를 보인 설명도.

제 6 도의 a 및 b는 벡터 선택도.

제 7 도의 a 내지 b는 다씨제동 상태에서 각 상의 전류파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 베이스구동부 12 : 인버터부

13 : 전류검출부 14 : 전압검출부

CPU : 중앙처리장치 CT1-CT3 : 변류기

IM : 모터 Q1-Q6 : 트랜지스터

본 발명은 교류유도모터의 직류제동기술에 관한 것으로, 특히 공간 벡터 변조(Space Vector Modulation) 방법을 이용하는 펄스폭변조(PWM) 인버터에 적당하도록 한 유도전동기의 인버터 제어방법에 관한 것이다.

일반적인 펄스폭변조 인버터의 구성은 제 1 도와 같이, 다이오드(D1-D6), 콘덴서(C1)로 구성되어 교류입력 3상전원을 정류한 다음 평활하여 출력하는 정류부(1)와, 트랜지스터(Q1-Q6)로 구성되어 상기 정류부(1)로 부터 입력되는 정류전압을 변환하여 전동기(IM)에 교류전원을 공급하는 인버터부(2)와, 상기 모터(IM)의 각상에 흐르는 전류를 검출하는 변류기(CT1-CT3)로 구성되었다.

상기와 같이 구성된 교류유도모터에 있어서, 고정자에 의해 발생되는 회전자 속으로 인하여 회전자는 일정 방향으로 회전하게 되지만, 그 고정자의 자속이 회전되지 않고 일정방향으로 고정되면 이 자속은 회전자속을 정지시키는 토오크로 작용하게 되므로 그 제동력이 기계적인 관성의 힘을 넘어서게 되는 순간 모터(IM)는 정지하게 되고, 이와 같은 직류(DC)제동을 이용하여 감속시 모드(IM)를 빨리 정지시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 모터(IM)가 정상구동시에는 제 2 도의 a와 같이 변조파와 반송파에 의해 발생되는 선간(A-C) 전압으로 회전되다가 제 2 도의 b와 같이 디씨제동신호가 입력되면 변조파를 정현파에서 신호가 입력되는 순간의 레벨보다 낮은 레벨의 직류전압으로 변환된다.

이에따라 반송파의 1주기마다 각 상은 그들의 선간(A-C) 전압으로 일정한 패턴의 스위칭을 하게 되며, 이때, 전류는 일정한 방향(Direct Current)으로 흐르게 되어 회전하지 않는 일정한 방향의 지속이 발생되므로 결국, 변조파와 변조지수를 적절히 조절하여 DC제동을 할 수 있게 되는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 유도모터는 변조파와 반송파를 비교하여 스위칭순간을 결정하는 정현파 펄스폭변조방식을 이용하는 것으로, 교류유도 전동기의 직류제동시 모터에 직류전류가 흐르고, 이로 인하여 교류를 검출하는 인버터 출력전류 검출용 변류기가 포화되기 때문에 출력전류의 크기를 검출할 수 없고, 이에따라 인버터의 과전류 보호기능이 상실되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인버터 제어방법은 제동이 결정된 시점에서 마지막으로 출력된 인버터부의 스위칭벡터를 반전출력한 후 각 상의 전류가 제로로 되는 것을 검출하는 제 1 과정과, 각 상의 전류가 제로로 된 후 현재 출력하고 있는 스위칭벡터와 제로벡터를 일정한 시비율로 출력하는 제 2 과정과, 상기 제 2 과정 종료후 최종적으로 제로벡터를 소정시간동안 출력하는 제 3 과정으로 이루어진다.

제 3 도는 본 발명의 공간벡터변조방법이 적용되는 펄스폭변조 제어블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 키이보드판넬이나 릴레이, 포토티오메터와 접속되는 입출력단자(I/O)를 통해 입력되는 모드(IM)의 구동명령 및 인버터부(12)의 출력전류, 검출된 입력전압을 근거로 하여 펄스폭변조패턴을 생성하는 중앙처리장치(CPU)와, 상기 중앙처리장치(CPU)에서 출력되는 펄스폭변조패턴에 따라 베이스구동신호를 생성하는 베이스구동부(11)와, 상기 베이스구동부(11)에서 출력되는 베이스구동신호에 따라 구동되어 상기 모터(IM)의 구동 상전원을 발생하는 인버터부(12)와, 변류기(CT1-CT3)를 통해 상기 인버터부(12)에서 출력되는 각 상의 전류를 검출하여 이를 상기 중앙처리장치(CPU)에 전달하는 전류검출부(13)와, 시스템에 입력되는 전압을 검출하여 이를 상기 중앙처리장치(CPU)에 전달하는 전압검출부(14)로 구성한 것으로, 이를 토대로 하고 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.

공간벡터변조(Space Vector Modulation)는 변조파와 반송파를 비교하여 스위칭순간을 결정하는 기존의 정현파 펄스폭변조방식과 달리 인버터부(12)의 스위칭을 이용하여 제 4 도에서 나타낸 것과 같이 8개의 스위칭벡터를 각 스위칭 순간에 채택하여 각 상전압의 적분값(모터의 자속)이 일정한 크기의 원을 따라가도록 하는데, 즉, 제 5 도와 같이 각 전기각에 따라 M, S벡터와 제로벡터(0, 0, 0), (1, 1, 1)를 선택하여 원을 따라가도록 되어 있다.

다시말해서, 모터(IM)의 각 상에 전력을 공급할 수 있는 벡터와 부하측에서 자유회전하는 제로벡터를 적당한 시비율(Duty)로 선택하여 스위칭함으로써 디씨제동이 이루어지게 한 것으로, 이 디씨제동신호가 입력되면 현재 출력하고 있는 스위칭벡터를 근거로 최대정지 토오크를 내면서도 안전하게 디씨제동을 할 수 있는 스위칭벡터를 선택하여야 하는데, 이를 본 발명의 신호 흐름도인 제 8 도와 제 4 도 내지 제 7 도를 참조하여 상세히 설명한다.

디씨제동시 변류기(CT1-CT3)는 포화되어 있어 인버터부(12)의 전류보호기능이 상실되는데, 이 점을 감안하여 디씨제동을 시작할때 모터(IM)에 많은 전류가 흐르고 있으면 일단 모터(IM)에 흐르고 있는 전류를 제로로 만든다.

즉, 디씨제동을 하기전에 인버터부(12)의 최종벡터가 제 6 도의 a와 같이 1.1.0이 선택되어 있어 트랜지스터(Q1, Q3)만 온되어 있다면, 상기의 벡터에서 3비트를 제 6 도의 b와 같이 모두 변환하여 제 7 도의 a-c에서 회생시간(T_R동안 0.0.1로 선택한다.

이로 인하여 트랜지스터(Q5)만이 온됨에 따라 전류의 흐름이 바뀌어서 모터(IM)의 에너지는 디씨버스쪽으로 회생됨과 아울러, 선간(A-C) 전압이 역전압으로 되어 그 모터(IM)에는 역토오크가 걸리게 된다.

이후, 선간(A-C)에 흐르는 전류(Ia-Ic)가 제로로 되고 부터 현재 출력하고 있는 벡터와 제로벡터를 일정한 시비율로 스위칭하면 제 7 도의 a-c에서와 같이 소정시간(T_DC)동안 일정한 방향으로 전류가 흐르고, 고정자속이 발생하여 모터(IM)를 정지시키는 토오크가 발생되게 된다.

이렇게 두 벡터를 스위칭하다가 제 7 도의 a-c의 시간(T_F)에서와 같이 최정적으로 제로벡터를 계속 출력함으로써 상기 모터(IM)의 전류를 제로로 하여 디씨제동을 마치게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 스위칭벡터를 각 스위칭순간에 채택하여 각상 전압의 적분값이 일정한 크기의 원을 따라 가도록 하는 공간벡터 변조방법을 이용하여 직류제동을 실시하기 이전에 인버터의 출력전류를 제로로 만든다음 과전류 트립이 일어나지 않는 정도로 설정된 온/오프 비율로 인버터의 스위칭을 제어함으로써 인버터의 파손없이 모터의 제동레벨을 빠르고 정확하게 얻을 수 있는 효과가 있고, 이와 같이 과전류를 방지하는 디씨제동방법을 이용하여 보다 넓은 주파수영역에서 디씨제동을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 제동이 결정된 시점에서 마지막으로 출력된 인버터부의 스위칭벡터를 반전출력한 후 각 상의 전류가 제로로 되는 것을 검출하는 제 1 과정과, 각 상의 전류가 제로로 된 후 현재 출력하고 있는 스위칭벡터와 제로벡터를 일정한 시비율로 출력하는 제 2 과정과, 상기 제 2 과정 종료후 최종적으로 제로벡터를 소정시간동안 출력하는 제 3 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 인버터 제어방법.

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