KR950010345B1 - 유도전동기의 자속제어장치 - Google Patents

유도전동기의 자속제어장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
유도전동기의 자속제어장치
[도면의 간단한 설명]
제 1 도는 본 발명의 실시예를 보인 블록도.
제 2 도는 자속연산회로의 예를 보인 블럭도.
제 3 도는 2차 자속의 벡터도이다.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 유도전동기의 전압, 전류로부터 토오크(torque) 전류성분을 검출하여 벡터제어를 행하는데 사용되는 자속(磁束)제어장치에 관한 것이다.
[배경기술]
종래, 유도전동기의 전압, 전류 및 자속지령치를 입력으로 가진 1차 지연회로(a primary delay circuit)를 사용하여 유도 전동기의 2차 쇄교자속을 연산하는 방법이 있었다.
예를 들어 본 원인이 먼저 개시한 일본국 특개소 57-201870호 공보에 있어서는 유도전동기의 단자전압으로부터 전동기의 임피던스전압을 감산하여 2차 유기(誘起)전압을 얻고, 여기에 여자전류 지령으로부터 연산되는 여자지령전류에 상당하는 전압을 합산한 전압을 도출하여, 이 도출된 전압을 1차 지연적분에 의해 적분함으로써 자속을 연산하는 방법이었다.
그러나 이러한 종래의 방법에서는 전동기 파라미터, 특히 온도에 따라 변화하는 1차 저항의 자속연산치에 대한 영향이 저주파가 되면 커지게 된다.
본 발명은 자속연산치의 특성을 벡터제어에서 적용되는 토오크 전류 귀환(歸還)형과 자속 오리엔테이션(orientation)형의 벡터제어에서의 평가에 기하여 재검토함으로써 자속연산 특성에서의 위상(位相)오차의 증대를 경감시키는 것을 목적으로 한다.
[발명의 개시]
이 목적을 달성하기 위해 본 발명 유도전동기의 자속검출방법은 유도전동기에 공급되는 1차 전류를 여자전류 지령치 및 토오크 전류 지령치에 따라 공급하고, 상기 유도전동기의 전압과 전류로부터 연산되는 자속에 기하여 주파수를 제어하는 벡터제어장치에 있어서, 상기 유도전동기의 전압, 전류 및 자속지령신호로부터 1차 지연회로를 사용하여 자속을 연산하되, 이 1차 지연회로의 시정수(詩定數)를 상기 유도전동기의 2차 회로 시정수와 동일하게 설정하는 것을 특징으로 한다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
토오크 전류 귀환형 및 자속 오리엔테이션형의 벡터제어에 있어서도 구해진 자속벡터의 특성은 실제의 2차 쇄교자속과 그 연산치의 위상이 일치할 것이 가장 중요하며, 자속의 각각 진폭이 일치할 것이 다음으로 중요하다.
그래서 본 발명에 있어서는, 저주파에서의 자속연산치의 위상오차의 저감을 위해 특히 주파수의 한계인 전동기 구속시의 자속연산치 특성에 착안하였다. 예를 들어, 토오크 전류 귀환형의 벡터제어에서의 토오크 전류 It는 다음과 같이 연산된다.
It=(i1×Ф2)/｜Ф2｜…………………………………………………………(1)
여기서 i1는 : 1차 전류벡터
Ф2: 2차 쇄교 자속 벡터
｜Ф2｜ : 2차 쇄교자속벡터의 진폭
식(1)에서 알 수 있듯이 1차 전류 i1은 직접 검출될 수 있으며, 자속에 대해서는 Ф2/｜Ф2｜, 즉 단위벡터의 위상 특성이 양호할 것이 필요해진다.
본 발명에서는 연산자속벡터의 특성 개선을 연산오차가 증대되는 저주파면에 대해 검토하여, 특히 전동기 구속상태에서의 위상오차의 경감을 도모하였다.
제 2 도에 자속연산회로의 블록도를 보였다. 도면중 12은 인버터, 13은 유도전동기이다. 유도전동기(13)의 전류 i1는 전류검출기(14)에서 검출되고 전압 vi는 전압검출기(15)에서 검출된다. 16, 17, 20은 정수기(定數器), 18, 24는 감산기, 19, 22는 가산기, 23은 1차 지연회로이다. 제 2 도의 블록에 있어서 2차 쇄교자속
Figure kpo00001
는 다음식으로 연산된다.
Figure kpo00002
단 p는 미분 연산자이다.
정상상태에서는 p=jω1라 하면 윗식의 연산오차는 (2)식으로 표현된다.
Figure kpo00003
여기서 e2=v1-R1i1-jω1l i1
△R1=R1-R1 *, △l=l-l*로 하면,
Figure kpo00004
Figure kpo00005
여기서 R1: 1차 저항의 실제치
R1 *: 1차 저항의 설정치
ℓ : 누설 인덕턴스의 실제치
ℓ*: 누설 인덕턴스의 설정치
Tc : 1차 지연의 시정수
Ф2 *: 자속지령(벡터량)
Ф2: 실제의 2차 쇄교자속(벡터량)
Figure kpo00006
: 2차 쇄교자속연산치(벡터량)
v1: 1차 전압(벡터량)
e2: 내부 유기전압(벡터량)
ω1: 1차 주파수(=2πf1)
f1: 1차 주파수
j : 허수기호
즉 2차 쇄교자속
Figure kpo00007
은 (2)식의 제 1 항의 2차 자속의 실제치, 제 2 항의 2차차속의 지령치와 실제치의 오차항, 제 3 항의 1차 저항의 설정오차에 기인하는 오차항 및 제 4 항의 누설 인덕턴스의 설정오차에 기인하는 오차항으로 이뤄진다.
제 3 도에 (3)식에서 연산된 2차 자속의 벡터도를 보였다. 여기서 전동기를 구속한 상태에서는 벡터제어의 조건을 고려하면 (2)식중의 1차 전류를 여자전류와 토오크 전류를 사용하여 (4)식으로 나타낼 수 있으며, 여자전류와 토오크 전류의 관계는 (5)식으로 나타낼 수 있다.
Figure kpo00008
여기서 ω1: 1차 각 주파수
im : 여자전류(벡터)
T2: 전동기 2차 회로 시정수
Im : 여자전류(진폭)
It : 토오크 전류(진폭)
또 벡터제어상태에서는 (2)식의 제 2 항은 0이 되므로 (4)식을 (2)식에 대입하면 (6)식이 된다.
Figure kpo00009
Figure kpo00010
(6)식에 있어서 Ф2와 동일 위상인
Figure kpo00011
를
Figure kpo00012
(re), 직교성분을
Figure kpo00013
(im), Ф2와
Figure kpo00014
의 위상차를 δ라 하면 각각 (7), (8), (9)식으로 나타내진다.
Figure kpo00015
여기서 1차 지연회로의 시정수를 2차 회로 시정수와 같은 Tc=T2라 하면 ω1T2=ω1Tc=It/Im이 되므로 (8)식, (9)식은 각각 (10)식, (11)식으로 바뀐다.
Figure kpo00016
이 결과 (9)식중의
Figure kpo00017
(1m)의 항에 1차 저항의 오차에 관한 성분이 포함되지 않으므로 1차 저항의 오차에 기인하는 위상오차가 발생하지 않는다. 또 이 (10)식, (11)식에서 구해진 2차 자속 연산치를 사용하여 토오크 전류를 연산하면 (12)식, (13)식에 의해 (14)식이 얻어진다.
Figure kpo00018
It : 토오크 전류의 실제치
Figure kpo00019
: 토오크 전류의 연산치
따라서 (10)식에 의한 토오크 전류의 연산치는 참값에 가까운 것을 알 수 있다.
이하 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조로 하여 구체적으로 설명한다. 제 1 도는 본 발명의 자속연산방법을 실시하기 위한 구성예를 보인 블록도이다. 도면에 있어서 11은 전원, 12는 인버터, 13은 유도전동기, 14는 전류검출기, 15는 전압검출기를 나타낸다. 제 1 도에 있어서, 설정된 자속지령치 Ф2 *에 1/M의 정수기(1)를 곱하여 계산된 여자전류 지령치 1m*와 토오크 전류 지령치 It*에 따라, 벡터연산기(2)는 (15)식, (16)식의 연산을 행하여 1차 전류 지령치 I1 *과 위상 γ*를 출력한다.
I1 *=(Im2 *+It2 *)1/2……………………………………………………………(15)
γ*=tan-1(It*/Im*……………………………………………………………(16)
승산기(9)는 가산기(8)에서 출력된 1차 전류 지령의 위상 θ1 *와 1차 전류 지령치 11을 승산하여 1차 전류 지령벡터 i1 *를 출력한다.
전류제어기(10)는 1차 전류 지령벡터 i1 *와 전류검출기(14)를 통해 검출된 1차 전류 i1과의 편차에 따라 인버터(12)를 제어하여 1차 전류 지령벡터 그대로의 전류를 전동기에 공급한다.
주파수제어기(5)는 토오크 전류 지령치 It*와 토오크 전류 연산치 It와의 편차에 따라 주파수 ωn을 출력한다.
적분기(7)는 주파수제어기(5)에서 출력된 주파수 ωn과 할산기(割算器 : 3) 및 정수기(4)를 사용하여 연산된 슬립(slip) 주파수지령치 ωs*의 합, 즉 자속의 주파수 ω1 *을 적분하여 자속지령의 위상 θФ*를 출력한다.
가산기(18, 19)는 전압검출기(15)에서 검출된 전동기 단자전압 v1에 기해 (17)식의 연산을 행하여 유기전압
Figure kpo00020
를 출력한다.
Figure kpo00021
1차 지연회로(23)는 승산기(21)에서 출력된 자속지령벡터 Ф2*와 유기전압
Figure kpo00022
로부터 (18)식의 연산을 행하여 자속
Figure kpo00023
를 출력한다.
Figure kpo00024
연산된
Figure kpo00025
는 감산기(24)에서 누설 리액턴스 강하분이 감산되어 2차 자속
Figure kpo00026
가 출력된다.
2차 자속
Figure kpo00027
와 1차 전류 i1는 벡터 적(積)기(25), 진폭연산기(26), 제산기(除算器 ; 27)에 의해 (1)식의 연산을 행해 토오크 전류가
Figure kpo00028
가 출력된다.
이와 같이 토오크 전류
Figure kpo00029
의 연산치를 참값에 근사하게 할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이 본 발명에 있어서는 전동기의 단자전압으로부터 1차 저항 강하분과 누설 리액턴스 강하분을 감산하여 구한 내부 유기전압과 자속지령을 합성하여, 그 출력을 전동기의 2차 회로 시정수와 같은 시정수로 1차 지연회로를 통해 2차 자속을 연산함으로써 2차 자속 연산치에 포함된 참 이차 자속에 대한 위상오차를 경감시킬 수 있다.
이 2차 자속 연산치와 1차 전류로부터 토오크 전류를 연산함으로써 1차 저항 및 누설 리액턴스와 설정오차에 무관하게 정도(精度) 높은 토오크 전류의 연산을 행할 수 있다.
또 상기 토오크 전류 연산치를 사용하면 광범위한 속도에서 벡터제어 특성이 좋은 벡터제어장치를 구성할 수 있다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명은 종이, 필름, 금속섬유등으로 대표되는 장력(張力)제어와 정출력제어등 광범위한 속도에 걸쳐 양호한 토오크 제어특성이 요구되는 분야에 이용할 수 있다.

Claims (2)

  1. 유도전동기에 유입되는 전류와 인가되는 전압을 검출하기 위한 전류검출기 및 전압검출기와 ; 상기 전류검출기의 검출전류값을 1차 저항값으로 승산하는 제 1 정수기와 ; 상기 전류검출기의 검출전류값을 누설 리액턴스값으로 승산하는 제 2 정수기와 ; 상기 제 1 정수기의 출력값을 상기 전압검출기의 검출값으로부터 감산하도록 접속된 제 1 감산기와 ; 상기 제 1 감산기의 출력값을 상기 유도전동기의 2차 회로 시정수로 승산하는 제 3 정수기와 ; 상기 제 2 정수기의 출력값을 상기 제 3 정수기의 출력값에 가하여 유도전압값을 구하는 제 1 가산기와 ; 자속지령값을 상기 제 1 가산기의 출력값에 가산하도록 연결된 제 2 가산기와 ; 상기 제 2 가산기의 출력을 압력받아 자속값을 출력하도록 연결되며 1차 지연 시정수를 갖는 1차 지연회로와 ; 상기 제 2 정수기의 출력값을 상기 1차 지연회로의 출력값으로부터 감산하도록 연결되어 2차 자속전압을 얻는 제 2 감산기를 ; 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 2차 회로 시정수를 가지는 유도전동기를 제어하는 유도전동기 자속제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류검출기가 토오크 성분 전류를 제어장치에서 출력된 2차 자속함수로서 출력하는 벡터제어장치를 구비하며, 상기 벡터제어장치가 상기 토오크 성분 전류와 자속지령과 토오크 전류지령에 추종하는 것을 특징으로 하는 유도전동기의 자속제어장치.
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