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KR101101471B1 - 인버터 시스템의 운전 제어장치 및 방법 - Google Patents

인버터 시스템의 운전 제어장치 및 방법 Download PDF

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KR101101471B1
KR101101471B1 KR1020100001669A KR20100001669A KR101101471B1 KR 101101471 B1 KR101101471 B1 KR 101101471B1 KR 1020100001669 A KR1020100001669 A KR 1020100001669A KR 20100001669 A KR20100001669 A KR 20100001669A KR 101101471 B1 KR101101471 B1 KR 101101471B1
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Abstract

본 발명은 인버터를 이용하여 전동기를 구동시킬 경우에 공진이 발생하는 주파수 대역에서도 정상으로 전동기를 운전할 수 있도록 하는 인버터 시스템의 운전 제어장치 및 방법에 관한 것으로서 전동기의 운전 주파수가 공진 주파수 대역일 경우에 인버터 시스템이 전동기로 출력하는 전류를 검출하고, 검출한 전류를 d축 및 q축 전류로 변환하며, 변환한 d축 전류와 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)의 차이 값을 계산한 후 차이 값에 설정된 비례제어 이득값을 곱하여 비례제어 전압을 계산하고, 계산한 비례제어 전압에 전동기의 운전 주파수에 따른 토크분 전압을 가산하여 전동기의 구동전압을 생성한다.

Description

인버터 시스템의 운전 제어장치 및 방법{Apparatus and method for controlling operation of inverter system}
본 발명은 인버터 시스템의 운전 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 인버터를 이용하여 전동기를 구동시키면서 공진이 발생할 경우에 그 공진이 발생하는 주파수 대역에서 정상으로 전동기를 운전할 수 있도록 하는 인버터 시스템의 운전 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동기는 자체적으로 발생하는 기계적인 공진 주파수가 존재한다. 그리고 상기 전동기를 정밀하게 구동시키는 인버터 시스템이나, 인버터 시스템에 구비하는 트랜스포머 등과 같은 부품들도 자체에서도 전기적 공진 주파수가 존재한다.
이러한 부품들로 일반 인버터 및 캐스케이드 H-브리지 방식의 고압 인버터 등과 같은 인버터 시스템을 구성하여 전동기를 구동시킬 경우에 각각의 부품들이 가지고 있는 공진 주파수가 아니라 부품들 상호간의 영향에 의한 새로운 공진 주파수가 발생하게 된다.
상기 공진 주파수에서 인버터 시스템이 전동기를 운전하게 되면, 과전류의 발생으로 인하여 인버터 시스템이 정상으로 동작하지 않게 됨은 물론 과전류에 의하여 전동기가 손상되고, 또한 심한 경우에는 전동기의 회전축이 휘어지거나 또는 부러지게 된다.
인버터 시스템을 제작할 경우에 부품들의 내구성 및 기계적 결합을 등을 설계하여 공진의 발생을 제거할 수 있도록 많은 노력을 기울이고 있으나, 공진의 발생을 완전하게 제거할 수는 없었다.
그러므로 종래의 인버터 시스템은 공진 주파수에서의 운전을 회피하기 위한 하나의 방법으로 공진이 발생하는 구간의 주파수 대역에서는 전동기를 정상으로 운전하지 못하고, 지나치게 하는 방법을 사용하고 있다.
즉, 종래에는 공진을 회피하기 위한 방법으로 주파수 점프 방법을 사용하였다. 상기 주파수 점프 방법은 인버터 시스템이 무부하 상태에서 전동기를 구동시키면서 전류 헌팅이 발생하는 공진 주파수 대역 즉, 공진이 발생하는 하한 주파수 및 상한 주파수를 검출한다. 그리고 인버터 시스템이 전동기를 구동시키는 목표 주파수가 상기 하한 주파수 및 상한 주파수의 사이에서 설정되지 않도록 하고 있다.
그러나 상기한 주파수 점프 방법은 상기 공진 주파수 대역에서 목표 주파수를 설정하지 않도록 하는 것으로서 전동기를 운전할 경우에 공진 주파수 대역을 지나쳐 가는 것을 방지할 수 없으며, 이에 의한 전류 헌팅을 피할 수 없었다.
그리고 상기 주파수 점프 방법은 공진 주파수 대역을 제거하는 것이 아니라 회피하는 것이므로 전동기의 가속시간이 길어지게 되고, 또한 공진 주파수 대역에서 운전을 하게 되면, 과전류 헌팅이 지속되는 현상이 발생될 수 있다.
그러므로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공진이 발생하는 주파수 대역에서도 정상으로 전동기를 운전할 수 있도록 하는 인버터 시스템의 운전 제어장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 인버터 시스템의 운전 제어장치 및 방법에 따르면, 전동기가 공진 주파수에서 운전할 경우에 인버터 시스템이 전동기로 출력하는 전류를 검출하고, 검출한 전류를 d축 전류 및 q축 전류로 변환한다.
공진 주파수에서 전류 헌팅이 발생하는 전류는 상기 d축 전류로서 본 발명에서는 상기 d축 전류와 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)의 차이 값을 계산하고, 계산한 차이 값에 설정된 비례제어 이득 값을 곱하여 비례제어 전압을 생성한다.
상기 비례제어 전압이 생성되면, 전동기의 현재 운전 주파수에 따른 토크분 전압에 상기 비례제어 전압을 가산하여 구동전압을 계산하고, 계산한 구동전압으로 인버터 시스템이 전동기를 운전하게 한다.
그러므로 본 발명의 인버터 시스템의 운전 제어장치는 인버터 시스템이 전동기로 출력하는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전류 검출부가 검출한 전류를 d축 전류 및 q축 전류로 변환하는 d축/q축 전류 변환부와, 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)와 상기 d축 전류의 차이값을 계산하는 감산기와, 상기 감산기의 출력전류에 비례제어 설정된 이득 값을 곱하여 비례제어전압을 발생하는 비례제어부와, 상기 전동기의 운전 주파수에 따른 토크분 전압에 상기 비례제어전압을 가산하여 상기 전동기의 구동전압으로 출력하는 가산기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 인버터 시스템의 운전 제어방법은 전동기의 운전 주파수가 공진 주파수 대역일 경우에 인버터 시스템이 전동기로 출력하는 전류를 검출하는 단계와, 상기 검출한 전류를 d축 및 q축 전류로 변환하는 단계와, 상기 변환한 d축 전류와 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)의 차이 값을 계산하는 단계와, 상기 계산한 차이 값에 설정된 비례제어 이득값을 곱하여 비례제어 전압을 계산하는 단계와, 상기 계산한 비례제어 전압에 상기 전동기의 운전 주파수에 따른 토크분 전압을 가산하여 상기 전동기의 구동전압을 생성하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 전동기의 운전 주파수가 공진 주파수 대역이 아닐 경우에 상기 전동기의 운전 주파수에 따른 토크분 전압으로 상기 전동기를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전동기가 공진 주파수에서 운전될 경우에 전동기로 공급되는 전류를 검출하여 d축 전류 및 q축 전류로 변환하고, 변환한 d축 전류와 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)의 차이 값을 계산한다.
그리고 상기 계산한 차이 값에 설정된 비례제어 이득 값을 곱하여 비례제어 전압을 생성하고, 생성한 비례제어 전압을, 전동기의 현재 운전 주파수에 따른 토크분 전압에 가산하여 구동전압을 생성하고, 생성한 구동전압으로 인버터 시스템이 전동기를 운전하게 한다.
그러므로 본 발명에 따르면, 공진 주파수 대역에서도 전동기를 정상으로 운전할 수 있고, 전류 헌팅이 발생을 제거하여 전동기를 안정하게 운전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 운전 제어장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 블록도, 및
도 2는 본 발명의 운전 제어방법의 바람직한 실시 예의 동작을 보인 신호흐름도이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 1은 본 발명의 운전 제어장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 블록도이다. 여기서, 부호 100은 전류 검출부이다. 상기 전류 검출부(100)는 인버터 시스템이 전동기를 구동시키기 위하여 전류를 검출한다. 예를 들면, 상기 전류 검출부(100)는 인버터 시스템과 전동기의 사이에 연결되는 케이블에 전류 트랜스를 사용하여 인버터 시스템이 전동기로 출력하는 3상 전류를 검출한다.
부호 110은 d축/q축 전류 변환부이다. 상기 d축/q축 전류 변환부(110)는 상기 전류 검출부(100)의 검출전류를 d축 전류 및 q축 전류로 변환한다.
부호 120은 d축 전류(자속분) 설정부이다. 상기 d축 전류(자속분) 설정부(120)는 사용자의 조작에 따라 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)로 설정된다.
부호 130은 감산기이다. 상기 감산기(130)는 상기 d축 전류(자속분) 설정부(120)가 출력하는 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)와 상기 d축/q축 전류 변환부(110)에서 변환된 d축 전류의 차이 값을 계산한다.
부호 140은 비례제어부이다. 상기 비례제어부(140)는 상기 감산기(130)의 출력전류에 미리 설정된 비례제어 이득 값을 곱하여 비례제어 전압을 생성한다.
부호 150은 가산기이다. 상기 가산기(150)는 토크분 전압에서 상기 비례제어기(140)의 출력전압을 가산하여 전동기를 구동시킬 전압을 출력한다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 운전 제어장치는 전동기가 공진주파수에서 운전할 경우에 전류 검출부(100)가 인버터 시스템에서 전동기로 출력하는 전류를 검출하고, 검출한 전류를 d축/q축 전류 변환부가 d축 전류 및 q축 전류로 변환한다.
여기서, 상기 q축 전류는 전동기를 공진 주파수에서 운전하더라도 일정한 값을 갖는다. 그러나 상기 d축 전류는 공진 주파수에서 운전할 경우에 헌팅이 발생하게 된다.
그러므로 본 발명에서는 감산기(130)가, 상기 d축 전류(자속분) 설정부(120)가 출력하는 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)와 상기 d축 전류의 차이 값을 계산한다. 즉, d축 전류가 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)보다 클 경우에 d축 전류에서 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)를 감산하여 차이 값을 계산한다. 그리고 d축 전류가 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)보다 작을 경우에 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)에서 d축 전류를 감산하여 차이 값을 계산한다.
상기 감산기(130)에서 d축 전류와 상기 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)의 차이 값이 계산되면, 감산기(130)의 출력전류에 비례제어기(140)가 미리 설정된 비례제어 이득 값을 곱하여 비례제어 전압을 생성한다.
상기 비례제어기(140)가 생성하는 비례제어 전압은 가산기(150)로 출력되어, 전동기의 구동 주파수에 따른 토크분 전압이 가산되고, 상기 비례제어 전압에 토크분 전압이 가산된 구동전압이 인버터 시스템으로 출력되어 전동기를 구동시키는데 사용된다.
도 2는 본 발명의 운전 제어방법의 바람직한 실시 예의 동작을 보인 신호흐름도이다. 도 2를 참조하면, 인버터 시스템에 구비되어 있는 제어부는 인버터 시스템이 현재 전동기를 운전하는 운전 주파수가 공진주파수의 대역인지의 여부를 판단한다(S200).
상기 판단 결과 공진 주파수 대역이 아닐 경우에 전동기를 운전하는 운전 주파수에 따른 토크분 전압을 결정하고(S202), 결정한 토크분 전압을 출력하여 인버터 시스템이 토크분 전압에 따라 전동기를 구동시키게 한다(S216).
그리고 상기 단계(S200)의 판단 결과 인버터 시스템이 현재 전동기를 운전하는 운전 주파수가 공진주파수의 대역일 경우에 인버터 시스템이 전동기로 출력되는 전류를 전류 검출부(100)가 검출하고(S204), 검출한 전류를 d축/q축 전류 변환부(110)가 d축 전류 및 q축 전류로 변환한다(S206).
상기 단계(S206)에서 전류 변환이 완료되면, 제어부는 d축 전류와 상기 d축 전류(자속분) 설정부(120)가 출력하는 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)의 크기를 비교한다(S208).
상기 비교 결과 d축 전류가 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)보다 클 경우에 감산기(130)가 d축 전류에서 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)를 감산하고, 감산한 전류에 비례제어부(140)가 미리 설정된 비례제어 이득값을 곱하여 비례제어전압(A)을 계산한다(S210).
그리고 상기 비교 결과 d축 전류가 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)보다 작을 경우에 감산기(130)가 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)에서 d축 전류를 감산하고, 감산한 전류에 비례제어부(140)가 미리 설정된 비례제어 이득값을 곱하여 비례제어전압(A)을 계산한다(S212).
상기 비례제어전압(A)이 계산되면, 가산기가 전동기를 운전하는 운전 주파수에 따른 토크분 전압에 상기 비례제어전압(A)을 가산하여 구동전압을 생성하고(S214), 생성한 구동전압을 인버터 시스템으로 출력하여 전동기를 구동시키는데 사용된다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 인버터 시스템을 이용하여 전동기를 운전할 경우에 공진 주파수 대역에서도 전류 헌팅이 발생됨이 없이 전동기를 안정하게 운전할 수 있도록 한다.
100 : 전류 검출부 110 : d축/q축 전류 변환부
120 : d축 전류(자속분) 설정부 130 : 감산기
140 : 비례제어부 150 : 가산기

Claims (3)

  1. 전동기의 운전 주파수가 공진 주파수 대역일 경우에 인버터 시스템이 전동기로 출력하는 전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 전류 검출부가 검출한 전류를 d축 전류 및 q축 전류로 변환하는 d축/q축 전류 변환부;
    직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)와 상기 d축 전류의 차이값을 계산하는 감산기;
    상기 감산기의 출력전류에 비례제어 설정된 이득 값을 곱하여 비례제어전압을 발생하는 비례제어부;
    상기 전동기의 운전 주파수에 따른 토크분 전압에 상기 비례제어전압을 가산하여 상기 전동기의 구동전압으로 출력하는 가산기;를 포함하여 구성된 인버터 시스템의 운전 제어장치.
  2. 전동기의 운전 주파수가 공진 주파수 대역일 경우에 인버터 시스템이 전동기로 출력하는 전류를 검출하는 단계;
    상기 검출한 전류를 d축 및 q축 전류로 변환하는 단계;
    상기 변환한 d축 전류와 직전의 샘플링된 d축 전류(자속분)의 차이 값을 계산하는 단계;
    상기 계산한 차이 값에 설정된 비례제어 이득값을 곱하여 비례제어 전압을 계산하는 단계; 및
    상기 계산한 비례제어 전압에 상기 전동기의 운전 주파수에 따른 토크분 전압을 가산하여 상기 전동기의 구동전압을 생성하는 단계;를 포함하여 구성된 인버터 시스템의 운전 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 전동기의 운전 주파수가 공진 주파수 대역이 아닐 경우에;
    상기 전동기의 운전 주파수에 따른 토크분 전압으로 상기 전동기를 구동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템의 운전 제어방법.
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