KR20040084082A - 인버터의 감속 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터의 감속 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에는 부하의 관성이 큰 경우이거나 용량이 적절하지 못한 교류 모터인 경우에 인버터가 정상적인 감속 운전을 못할 수가 있고, 또한 시스템의 신뢰성을 저하시켜 최악의 경우 다음 운전 상태에 정상적인 제어를 할 수 없게 되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 직류를 교류로 변환하는 인버터와; 상기 인버터의 직류 전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하여 전압 지령과 주파수 지령치를 연산하는 주제어부와; 상기 주제어부에서 감속이 실행되면서 연산된 전압 지령에 전압 보상하는 전압보상부와; 상기 주제어부와 전압보상부로부터 연산된 전압 지령과 주제어부의 주파수 지령치를 가지고 펄스폭변조 파형을 만들어 상기 인버터 각 상의 스위칭 전압을 인가하는 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부로 구성되어 감속시간 동안 인버터가 출력하는 전압 지령에 소정 전압을 보상해 줌으로써 부하가 큰 경우에 안정적으로 감속 동작을 할 수 있게 하는 효과가 있다.

Description

인버터의 감속 제어 장치 및 방법{DECELERATION CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR INVERTER}

본 발명은 인버터의 감속 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 사용자가 설정한 감속시간 동안에 관성이 큰 부하로 구성된 시스템을 안정적으로 감속시킬 수 있게 한 인버터의 감속 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

교류 모터를 구동하는 제어 장치의 일반적인 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 교류 전원을 직류로 변환하여 출력하는 컨버터(2)와; 상기 컨버터(2)의 직류 전원 투입 시 돌입 전류의 유입을 방지하는 초기 충전저항(R)과; 상기 돌입 전류가 억제된 후 초기 충전저항(R)을 회로에서 분리하는 전자 접촉기(4)와; 상기 전자 접촉기(4)를 통과한 직류전압을 평활시키는 직류 리액터(L)와 필터 콘덴서(C)와; 회생운전 등의 이유로 상승한 상기 직류전압이 설정된 전압보다 큰 경우 회생에너지를 저항으로 소비시키는 제동장치(12)와; 제어 스위칭 소자로 구성되어 상기 직류전압을 교류로 변환하는 인버터(6)와; 상기 인버터(6)에 의해 운전되는 교류 모터(7)와; 상기 교류 모터(7)의 U, V, W 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(8)와; 상기 인버터(6)의 직류전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하고 각종 운전을 지령하는 주제어부(9)와; 상기 주제어부(9)로부터 입력된 전압지령과 주파수 지령치를 가지고 펄스폭변조 파형을 만들어 인버터 각 상의 스위칭 소자 및 DB스위치의 게이트에 스위칭 전압을 인가하는 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부(10)와; 상기 인버터(6)의 온도를 검출하는 온도 검출기(13)로 구성된다.

인버터(6)는 사용자의 설정에 따라서 일정한 가감속 패턴과 시간을 가지고 운전할 수 있다. 인버터(6)의 용량에 적합한 부하가 사용된 상태에서 감속을 실행하면 인버터(6)는 설정된 감속 패턴과 감속 시간에 알맞게 제어하면서 운전한다.

인버터(6)가 교류 모터를 가속시키면 처음에는 교류 모터가 정지 상태에 있다가 시작 신호와 동시에 가속시간과 설정 주파수에 맞게 가속하고 설정된 주파수에 도달하면 일정속도로 운전한다.

감속시에는 설정 주파수로부터 감속 패턴과 정해져 있는 감속 시간에 맞춰서 감속하여 감속 시간이 끝나면 교류 모터(7)는 정지 상태를 유지하게 된다.

도 2는 도 1의 인버터가 갖고 있는 시간에 따른 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프로서, 종래 인버터의 특성에서 시간에 따른 전압과 주파수의 관계를 설명한다. 인버터는 가속시 설정된 시간 동안 전압과 주파수를 일정하게 증가시키고 감속시 설정된 시간(△t)동안 전압과 주파수를 일정하게 감소시킨다.

도 3은 인버터가 일정하게 감속할 때 나타나는 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프로서, 도 2의 시간 축에 대한 전압과 주파수의 인버터 특성 그래프에서 주파수에 대한 전압 관계를 도시한 그래프를 설명한다.

도 4는 종래 토크와 슬립 곡선을 보인 그래프로서, 도 2에 도시된 감속 패턴이 적용될 때 교류 모터의 토크 대 슬립 곡선을 설명한다. 인버터는 토크 T1 레벨에서 정상 운전한다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 부하의 상태에 따라서 설정된 감속 시간이 경과한 상태라고 하여도 교류 모터가 정지하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이는 부하의 관성이 큰 경우이거나 용량이 적절하지 못한 교류 모터인 경우에 발생할 수 있는데, 이로 인해 인버터가 정상적인 감속 운전을 못할 수가 있고, 또한 시스템의 신뢰성을 저하시켜 최악의 경우 다음 운전 상태에 정상적인 제어를 할 수 없게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 부하의 관성이 큰 경우에 교류 모터를 운전하게 되더라도 인버터가 부하의 영향을 최소화할 수 있도록 안정적인 감속 제어를 수행할 수 있도록 한 인버터의 감속 제어 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 교류 모터를 구동하는 제어 장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 도 1의 인버터가 갖고 있는 시간에 따른 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프.

도 3은 인버터가 일정하게 감속할 때 나타나는 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프.

도 4는 종래 토크와 슬립곡선을 보인 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 인버터의 감속 제어 장치의 구성을 보인 블록도.

도 6은 본 발명에 따른 인버터의 감속 제어 방법의 동작 흐름도.

도 7은 인버터 감속 시 주제어부의 연산 결과 중 하나인 전압 지령치에 전압보상량이 더해지는 파형을 도시한 그래프.

도 8은 도 7에서 인버터가 일정하게 감속할 때 나타나는 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프.

도 9는 본 발명의 토크와 슬립 곡선을 보인 그래프.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

51 : 인버터 52 : 주제어부

53 : 전압 보상부 54 : 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부

55 : 교류 모터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 직류를 교류로 변환하는 인버터와; 상기 인버터의 직류 전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하여 전압 지령과 주파수 지령치를 연산하는 주제어부와; 상기 주제어부에서 감속이 실행되면서 연산된 전압 지령에 전압 보상하는 전압보상부와; 상기 주제어부와 전압보상부로부터 연산된 전압 지령과 주제어부의 주파수 지령치를 가지고 펄스폭변조 파형을 만들어 상기 인버터 각 상의 스위칭 전압을 인가하는 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 주제어부가 인버터의 감속 루틴을 수행하는지를 판단하여 수행하면 실제 인버터의 직류-링크 전압에서 정격기준 직류-링크 전압을 빼어 부하량에 따른 전압을 연산하는 단계와; 상기 인버터의 과전류 레벨에서 실제 출력 전류를 빼어 인버터 자체 안정을 위한 안정 조건을 생성하는 단계와; 상기 계산된 전압과 전류의 비율을 고려하여 전압 지령에 더해지는 전압 보상을 결정하여 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부에 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 인버터의 감속 제어 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 직류를 교류로 변환하는 인버터(51)와; 상기 인버터(51)의 직류 전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하여 전압 지령과 주파수 지령치를 연산하는 주제어부(52)와; 상기 주제어부(52)에서 감속이 실행되면서 연산된 전압 지령에 전압 보상하는 전압보상부(53)와; 상기 주제어부(52)와 전압보상부(53)로부터 연산된 전압 지령과 주제어부의 주파수 지령치를 가지고 펄스폭변조 파형을 만들어 상기 인버터(51) 각 상의 스위칭 전압을 인가하는 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부(54)로 구성된다.

인버터(51)는 교류 모터(55)를 구동하기 위해 직류를 교류로 변환하여 출력한다.

주제어부(52)는 상기 인버터(51)의 직류 전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하여 전압 지령과 주파수 지령치를 연산하고 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부(54)에 출력한다.

전압보상부(53)는 상기 주제어부(52)에서 감속이 실행되면 이 주제어부(52)로부터 연산되어 출력되는 전압 지령에 전압 보상을 수행한다.

전압 보상은 인버터 감속 루틴 수행 시 실행하는데 실제 인버터(51)의 직류-링크 전압과 정격기준 직류-링크 전압을 비교한 결과와 인버터(51)의 과전류 레벨과 실제 출력되는 전류를 비교한 결과의 비율을 고려하여 상기 전압 지령에 더해지는 전압 보상을 결정한다.

가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부(54)는 상기 주제어부(52)와 전압보상부(53)로부터 연산된 전압 지령과 주제어부(54)의 주파수 지령치를 입력받아 펄스폭변조 파형을 만들어 인버터(51) 각 상의 스위칭 전압을 인가한다.

도 6은 본 발명에 따른 인버터의 감속 제어 방법의 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 주제어부가 인버터의 감속 루틴을 수행하는지를 판단하여 수행하면 실제 인버터의 직류-링크 전압에서 정격기준 직류-링크 전압을 빼어 부하량에 따른 전압을 연산하는 단계(S61, S62)와; 상기 인버터의 과전류 레벨에서 실제 출력 전류를 빼어 인버터 자체 안정을 위한 안정 조건을 생성하는 단계(S63)와; 상기 계산된 전압과 전류의 비율을 고려하여 전압 지령에 더해지는 전압 보상을 결정하여 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부에 출력하는 단계(S64)로 이루어진다.

전압보상부는 주제어부가 인버터의 감속 루틴을 수행하는지를 판단하여 수행하면 실제 인버터의 직류-링크 전압에서 정격기준 직류-링크 전압을 빼어 부하량에 따른 전압을 연산한다(S61, S62).

그리고, 인버터의 과전류 레벨에서 실제 출력 전류를 빼어 인버터 자체 안정을 위한 안정 조건을 생성한다(S63).

상기 과정을 설명하면 인버터가 감속 루틴에 진입하면 회생되는 에너지 때문에 필연적으로 직류-링크단에 전압이 상승한다. 메인 커패시터에 상승하는 전압은 부하량에 따라 다르게 되는데 이 전압을 이용해서 안정적인 조건을 고려하여 출력 전압을 다시 생성하는 절차이다.

상기에서 계산된 전압과 전류의 비율을 고려하여 전압 지령에 더해지는 전압 보상을 결정한다(S64).

이후, 전압보상부는 주제어부로부터 출력되는 전압 지령에 전압 보상을 더해 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부에 출력한다.

도 7은 인버터 감속 시 주제어부의 연산 결과 중 하나인 전압 지령치에 전압보상량이 더해지는 파형을 도시한 그래프로서, 감속 루틴이 실행될 때 주제어부의 연산 결과 중 하나인 전압 지령(V*)에 전압 보상이 더해져 최종 전압 지령(V**)을 생성한 결과를 시간 축에 대해 설명한다.

일정한 감속을 하는 주파수(f*)와는 다르게 감속시간(△t)동안 전압을 보상하여 출력되는 전압값을 상승시킨다.

도 8은 도 7에서 인버터가 일정하게 감속할 때 나타나는 전압과 주파수의 관계를 보인 그래프로서, 주파수에 대해 최종 전압 지령이 전압 보상된 값만큼 더해져서 이동했음을 설명한다.

도 9는 본 발명의 토크와 슬립 곡선을 보인 그래프로서, 종래 기술에서 인버터는 토크 T1 레벨에서 정상운전을 했지만 본 발명에서 인버터는 토크 T2 레벨에서정상 운전함을 설명한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 감속시간 동안 인버터가 출력하는 전압 지령에 소정 전압을 보상해 줌으로써 부하가 큰 경우에 안정적으로 감속 동작을 할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 이로 인해 시스템 전체적으로 적은 비용으로 신뢰성이 증대된 감속 제어기를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 직류를 교류로 변환하는 인버터와; 상기 인버터의 직류 전압 및 상전류 등의 각종 정보를 수집하여 전압 지령과 주파수 지령치를 연산하는 주제어부와; 상기 주제어부에서 감속이 실행되면서 연산된 전압 지령에 전압 보상하는 전압보상부와; 상기 주제어부와 전압보상부로부터 연산된 전압 지령과 주제어부의 주파수 지령치를 가지고 펄스폭변조 파형을 만들어 상기 인버터 각 상의 스위칭 전압을 인가하는 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 인버터의 감속 제어 장치.
2. 주제어부가 인버터의 감속 루틴을 수행하는지를 판단하여 수행하면 실제 인버터의 직류-링크 전압에서 정격기준 직류-링크 전압을 빼어 부하량에 따른 전압을 연산하는 단계와; 상기 인버터의 과전류 레벨에서 실제 출력 전류를 빼어 인버터 자체 안정을 위한 안정 조건을 생성하는 단계와; 상기 계산된 전압과 전류의 비율을 고려하여 전압 지령에 더해지는 전압 보상을 결정하여 가변전압/가변주파수 펄스폭변조 제어부에 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터의 감속 제어 방법.