KR950009297B1 - 인버터의 토오크보상 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

인버터의 토오크보상 시스템

제1도는 일반적인 콤프레서의 절개 사시도.

제2도는 일반적인 유도전동기의 제어 블록도.

제3도는 유도전동기의 회전주파수 및 토크 변화 그래프.

제4도는 콤프레서의 주파수대 출력관계 그래프.

제5도는 본 발명 인버터의 토오크보상 시스템에 대한 전체 블록도.

제6도는 제5도에서 속도 보상부의 상세 블록도.

제7도는 제5도에서 속도 검출기의 구성도.

제8도는 속도검출기의 출력 파형도.

제9도는 본 발명에 의한 유도전동기의 운전점 변환 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 정류부 30 : 인버터

40 : 펄스폭 변조신호 발생부 50 : 베이스 구동부

60 : 속도 검출기 70 : 속도 보상부

71 : 슬립주파수 변환기 72 : 역수 변환기

73 : 감산기 74 : 주파수/전압 변환기

75 : 가산기

본 발명은 전동기의 회전속도 보상 기술에 관한 것으로, 특히 전동기에서 주기적인 외부 토크의 변화를 검출하고, 그에 따라 입력전압을 조정해줌으로써 전동기의 효율을 증가시키는데 적당하도록 한 인버터의 토오크보상 시스템에 관한 것이다.

제1도는 일반적인 콤프레서의 절개 사시도로서 이에 도시한 바와 같이, 전동기 회전자(2)가 축(3)을 통해 편심캠(4)과 연결되는 구조로 구성되며, 여기서 미설명부호 "1"은 전동기 고정자이고, "5"는 실린더이다.

제2도는 콤프레서에 내장된 전동기의 제어 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 단상 입력 교류전압을 전파정류하는 정류부(6)와, 상기 정류부(6)로부터 구동전압을 공급받고, 외부로부터 제어를 받아 유도전동기(M)의 3상 구동전압을 공급하는 인버터(7)와, 펄스폭 변조된 신호를 생성하는 펄스폭 변조신호 발생부(8)와, 상기 펄스폭 변조신호 발생부(8)의 출력을 공급받아 상기 인버터(7)에 베이스구동 제어전압을 출력하는 베이스 구동부(9)로 구성된 것으로, 이와같이 구성된 종래 콤프레서의 작용을 제3도 및 4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

단상 교류전원(AC)이 정류부(6)를 통해 전파정류된 다음, 인버터(7)에 공급되는 상태에서 그 인버터(7)는 베이스 구동부(8)로부터 입력되는 베이스 구동신호에 따라 고정자(1)와 회전자(2)로 구성된 유도전동기(M)에 3상전압을 출력하여 그 유도전동기(M)가 회전하게 되는데, 콤프레서의 출력은 제4도에서와 같이 유도전동기(M)의 회전수에 비례하는 것을 근거로 하여 펄스폭 변조신호 발생부(8)에서는 콤프레서 출력에 비례하는 펄스폭 변조신호를 발생하고, 그 신호가 상기 베이스 구동부(9)를 통해 인버터(7)의 구동을 제어하여 이로부터 그에따른 유도전동기(M)의 구동전원이 공급되며, 이에 따라 전동기(M)의 회전자(2)에 연결되어 있는 편심캠(4)도 회전된다.

상기 편심캠(4)이 회전함에 따라 실린더(5)와 편심캠(4) 사이의 공간이 변동되어 냉매의 흡입, 압축, 배출 행정이 연속적으로 이루어지게 되고, 이와같이 구동되는 편심캠(4)에 의하여 흡입, 압축, 배출 행정이 이루어지며, 이에따라 외부의 토크 변동이 제3도의 곡선와 같이 되는데, 이때, 전동기(M)에 의해 발생되는 토크는 제3도의와 같다.

이와같은 제어 방식에 의하면 제3도의 곡선와 같이 변동하는 토크를 추적할 수 없기 때문에 회전수 변동에 따른 진동 증가 및 과여자에 의한 효율 감소가 발생한다. 즉, 제3도의 구간 ①에서는 외부 토크보다 전동기(M) 토크가 크게 되어 전동기(M)의 과여자가 발생되고, 구간 ②에서는 전동기(M) 토크보다 외부 토크가 작기 때문에 속도 감소가 빌생되며, 이와같은 관계에 의하여 곡선와 같은 회전수의 변동이 발생되고, 이는 진동의 원인이 된다.

이와같이 종래의 전동기 제어시스템에 있어서는 변동되는 토크를 추적하지 못하여 회전수 변동에 따른 진동이 증가되는 문제점이 있고, 과여자에 의하여 효율이 감소되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 유도 전동기의 실제 회전속도와 주어진 회전속도를 비교하여 다른 경우, 주어진 속도로 회전시키기 위하여 운전점을 변경시켜 일정한 회전속도를 유지한 수 있게 창안한 것으로 이를 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명 인버터의 토오크 보상 시스템에 대한 전체 블록도로서 이에 도시한 바와같이, 단상 입력 교류전압을 전파정류하는 정류부(20)와, 상기 정류부(20)로부터 구동전압을 공급받고, 외부의 제어를 받아 유도전동기(M1)에 3상 구동전압을 공급하는 인버터(30)와, 펄스폭 변조된 신호를 생성하는 펄스폭 변조신호 발생부(40)와, 상기 펄스폭 변조신호 발생부(40)의 출력을 공급받아 상기 인버터(30)에 베이스구동 신호를 출력하는 베이스 구동부(50)와 상기 유도전동기(M1)의 회전속도를 검출하는 속도 검출기(60)와, 상기 속도 검출기(60)를 통해 검출된 유도전동기(M1)의 실제 회전속도와 주어진 회전속도를 비교하여 다른 경우, 주어진 속도로 회전시키기 위하여 운전점을 변경시키는 속도 보상부(70)로 구성하였다.

제6도는 제5도에서 속도 보상부(70)의 상세 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 주어진 속도 명령에 따른 정현파의 주파수신호(f)와 크기신호(V)를 출력하는 마이크로 프로세서(41)와, 상기 정현파의 2파수 신호(f)를 슬립주파수(S)로 변환하는 슬립주파수 변화기(71)와, 속도검출기(60)에서 검출된 속도신호의 역수를 취하고 이로부터 슬립주파수(S')를 구하는 역수 변환기(72)와, 상기 슬립주파수 변환기(71)의 출력 신호(S)와 역수 변환기(72)의 출력신호(S')를 비교하여 그 차값을 구하는 감산기(73)와, 상기 감산기(73)의 출력신호(ΔS)에 따른 크기 신호(ΔV)를 발생하는 주파수/전압 변환기(74)와, 상기 주파수/전압 변환기(74)의 출력신호(ΔV)를 상기 마이크로 프로세서(41)의 출력신호(V)를 더하는 가산기(75)와, 상기 마이크로 프로세서(41)의 출력신호(f)와 가산기(75)의 출력신호(V')를 공급받아 속도 보상된 정현파 신호를 출력하는 정현파 발생기(42)와, 상기 정현파 발생기(42)의 출력신호(a), (b), (c)를 펄스폭 변조하는 펄스폭변조기(43)로 구성한 것으로, 이와같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 제7도 내지 제9도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

단상 교류원이 정류부(20)를 차통해 전파정류된 다음, 인버터(30)에 공급에서 그 인버터(30)는 베이스 구동부(50)로부터 입력되는 베이스 구동신호에 따라 유도전동기(M1)에 3상 구동전압을 출력하여 그 유도전동기(M1)가 소정 속도로 회전된다.

이때, 유동전동기(M1)의 축에 제7도와 같이 구성된 치차(63)가 그 전동기(M1)의 회전속도에 상응된 속도로 회전되는데, 발광다이오드(61)와 수광트랜지스터(62)의 사이에 그 치차(63)의 치가 위치하므로 이 수광트랜지스터(62)에서 제8도와 같은 파형이 출력된다.

상기 수광트랜지스터(62)에서 출력되는 파형의 주기(T)는 전동기(M1)의 회전속도에 반비례하는 값이 되며, 속도 보상부(70)는 속도검출기(60)의 수광트랜지스터(62)로부터 입력되는 파형의 주기(T)에 대한 역수(S')를 취하여 그 전동기(M1)의 회전속도를 감지하고, 이 감지된 회전속도(S')를 이용하여 회전속도를 보상하게 되는데 이 과정을 제7도를 참조로 설명하면 하기와 같다.

운전주파수가 설정되면, 마이크로 프로세서(41)는 그 운전주파수에 상응하는 정현파의 주파수신호(f)와 크기신호(V)를 출력하게 되며, 그 정현파 주파수신호(f)는 슬립주파수 변환기(71)를 통해 슬립주파수(S)로 변환된다. 한편, 상기 발광다이오드(61)와 수광트랜지스터(62)로 구성된 속도검출기(60)에 의하여 검출된 유도전동기(M1)의 회전속도 검출신호가 역수 변환기(72)를 통해 역수(S')로 변환된 후 감산기(73)에 공급되어 이로부터 상기 슬립주파수 변환기(71)의 출력 신호(S)와 비교되어 그들의 차값이 계산되는데, 이 차값이 바로 원하는 속도와 실제 속도와의 차값이 된다.

상기 감산기(73)의 출력값(ΔS)은 다시 주파수/전압 변환기(74)를 통해 그에 상응되는 크기신호(ΔV)로 변환되어 가산기(75)에서 상기 마이크로 프로세서(41)의 출력신호(V)와 가산되고, 정현파 발생기(42)는 상기 가산기(75)의 출력값(V')과 주파수신호(f)를 공급받아 보상된 속도신호(a), (b), (c)를 출력하게 된다.

이와같이 제어되는 이론적 근거를 제9도를 참조하여 설명하면, 일정 용량의 콤프레서에서는 일정 출력에 편심캠의 회전에 따른 토크 변동과 회전속도 변동이 제3도와 같이 발생되기 때문에 회전속도를 측정하여 제6도와 같은 속도 보상부(70)에서 원하는 회전속도와 동일하게 되도록 제어하게 되는데, 제9도의점에서 운전되다가 외부 토크가 증가하여 운전점이로 이동되면, 회전속도가 감소되므로 이를점과 동일한 속도로 보상하기 위하여 전압을 증가시키면, 운전점이로 이동되어 종전과 동일한 속도로 되며, 이에따라 유도전동기(M1)는 일정 속도를 유지할 수 있게 된다. 반대로 외부 토크 감소시에는 상기와 반대로 제어하여 일정 속도를 유지할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 유도전동기의 실제 회전속도를 검출한 후, 이의 슬립주파수를 구하고, 마이크로 프로세서에서 주어진 정현파 주파수 신호로부터 변환된 슬립주파수와의 차를 구하고, 이를 크기신호로 변환하여 원래의 크기신호에 더함으로써 운전점이 주어진 속도에 상응되게 이동되어 원하는 회전속도를 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 베이스 구동부(50)의 출력신호에 따라 인버터(30)를 구동시켜 유도전동기(M1)의 회전속도를 제어하는 유도전동기의 제어장치에 있어서, 상기 유도전동기(M1)의 회전속도를 검출하는 속도 검출기(60)와, 주어진 속도 명령에 다른 정현파의 주파수신호(f)와 크기신호(V)를 출력하는 마이크로 프로세서(41)와, 상기 정현파의 주파수신호(f)를 슬립주파수(S)로 변환하는 슬립주파수 변환기(71)와, 상기 속도검출기(60)에서 검출된 속도신호의 역수를 취한 후, 이로부터 슬립주파수(S')를 구하는 역수 변환기(72)와, 상기 슬립주파수 변환기(71)의 출력 신호(S)와 역수 변환기(72)의 출력신호(S')를 비교하여 그 차값을 구하는 감산기(73)와, 상기 감산기(73)의 출력신호(ΔS)에 따른 크기 신호(ΔV)를 발생하는 주파수/전압 변환기(74)와, 상기 주파수/전압 변환기(74)의 출력신호(ΔV)와 상기 마이크로 프로세서(41)의 출력신호(V)를 더하는 가산기(75)와, 상기 마이크로 프로세서(41)의 출력신호(f)와 가산기(75)의 출력신호(V')를 근거로 하여 속도 보상된 정현파 신호(a), (b), (c)를 출력하는 정현파 발생기(42)와, 상기 정현파 신호(a), (b), (c)에 따른 펄스폭 변조신호를 생성하여 이를 상기 베이스구동부(50)에 출력하는 펄스폭 변조신호 발생부(43)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 인버터의 토오크보상 시스템.