KR100478065B1

KR100478065B1 - Ac 전동기의 가변속 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100478065B1
Application number: KR1019970014115A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 다지마; 히데토시 우미다; 히로시 데츠타니
Original assignee: 후지 덴키 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: KR970072629A; US5880572A; CN1065691C; CN1174448A

Abstract

본 발명의 가변속 제어 장치는 AC 전동기의 누설 인덕턴스를 연산하여, 누설 인덕턴스를 정확하게 보상하고, AC 전동기의 가변속을 제어한다. 가변속 제어 장치는 AC 신호를 발생시키는 AC 신호 발생 회로를 구비하여, AC 신호와 측정된 실제 전류값에 기초하여 AC 전동기의 누설 인덕턴스 연산값을 획득한다. AC 신호와 전류 지령값의 합에 대한 미분값은 누설 인덕턴스에 의한 전압 강하를 보상하는데 사용하기 위한 신호를 발생시키기 위하여 누설 인덕턴스 연산값에 의해 승산되고, M-축 전류 지령값과 실제 전류값 사이의 편차를 제거하고 제2 전압 지령값을 획득하기 위해 전압 지령값에 가산된다. 제2 전압 지령값은 3상 전압 지령값으로 수렴되며, AC 전동기를 제어하는데 사용되고, 누설 인덕턴스에 기인한 전압 강하가 보상될 수 있다.

Description

AC 전동기의 가변속 제어 방법 및 장치{VARIABLE-SPEED CONTROL METHOD AND APPARATUS FOR AC MOTOR}

본 발명은 AC 전동기(motor)의 가변속을 제어하는 가변속 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, AC(교류) 전동기로서 유도(induction) 전동기가 사용된다. 유도 전동기의 단자 전압은 1차 전류의 미분항과, 유도 전동기의 누설 인덕턴스의 곱으로 표현된 과도 전압(transient voltage)을 포함한다. 전류 제어의 경우에 있어서, 과도 전압은 전류 지령값의 미분항과 소정의 누설 인덕턴스의 곱을 연산하여 이 연산 결과를 전압 지령값에 가산하는 피드포워드 보상(feedforward compensation) 방법에 의해 감소시킨다.

도 1은 피드포워드 보상 방법에 의해 과도 전압을 감소시키는 유도 전동기의 종래의 가변속 제어 장치의 예를 나타낸 블록도이다.

도 1에 있어서, 전력 변환기(2)에 의해, AC 전원(1)으로부터 제공된 AC 전력을 원하는 전압 및 주파수의 AC 전력으로 변환함으로써, 유도 전동기(3)는 가변속로 동작한다. 전력 변환기(2)를 제어하는 가변속 제어 장치에 있어서, 전류 검출기(4)에 의해 검출된 전력 변환기의 3상 출력(적어도 2개의 3상 출력)에서의 U-상 전류 실제값 i_U와 W-상 전류 실제값 i_W는 제1 좌표 변환 회로(5)에 의해 M-축 방향에서의 전류(자속 방향에서의 성분)인 M-축 전류 실제값 I_M과, T-축 방향에서의 전류(토크 방향에서의 성분)인 T-축 전류 실제값 I_T로 분해된다. M-축은 T-축에 대해 수직이 된다. 지령값 발생 회로(7)는 M-축 전류 지령값 I_M ^*와, T-축 전류 지령값 I_T ^*를 출력한다. M-축 전류 조절 회로(8)는 M-축 전류 실제값 I_M과 M-축 전류 지령값 I_M ^* 사이의 편차를 제로로 설정하는 신호 V_M ^**를 출력한다. T-축 전류 조절 회로(9)는 T-축 전류 실제값 I_T와 T-축 전류 지령값 I_T ^* 사이의 편차를 제로로 설정하는 신호 V_T ^**를 출력한다. 이러한 축 전류 조절 회로의 출력 V_M ^** 및 V_T ^**가 제2 좌표 변환 회로(6)를 통해 전력 변환기(2)에 대한 전압 지령값으로 제공된다면, 상기 기술된 과도 전압이 발생한다.

이후, 지령값 발생 회로(7)에서 미리 설정된 소정의 누설 인덕턴스값 L^*와, M-축 전류 실제값 I_M과, T-축 전류 실제값 I_T와, M-축 전류 지령값 I_M ^*과, T-축 전류 지령값 I_T ^*는 피드포워드 보상 전압 연산 회로(11)에 입력되어, M-축 피드포워드 보상 전압 지령값 V_MF ^*와, T-축 피드포워드 보상 전압 지령값 V_TF ^*를 연산한다. M-축 보상 전압 가산기(12)는 M-축 피드포워드 보상 전압 지령값 V_MF ^*와 상기 기술된 M-축 전류 조절 회로의 출력 V_M ^**를 가산하여, 그 가산된값 V_M ^*를 제2 좌표 변환 회로(6)에 대한 M-축 전압 지령값으로 제공한다. 이와 유사하게, T-축 보상 전압 가산기(13)는 T-축 보상 전압 지령값 V_TF ^*와, T-축 전류 조절 회로의 출력 V_T ^**를 가산하여, 그 가산된값 V_T ^*를 제2 좌표 변환 회로(6)에 대한 T-축 전압 지령값으로 제공한다. 제2 좌표 변환 회로(6)는 M-축 전압 지령값 V_M ^*과 T-축 전압 지령값 V_T ^*를 3상 전압 지령값 V_U ^*, V_V ^* 및 V_W ^*로 변환시킨다. 전력 변환기(2)는 이러한 3상 전압 지령값 V_U ^*, V_V ^* 및 V_W ^*를 이용하여 제어된다.

상기 기술된 피드포워드 보상 전압 연산 회로(11)와, M-축 보상 전압 가산기(12)와, T-축 보상 전압 가산기(13)에 의해 수행되는 연산은 다음 수학식 1 및 수학식 2로 표현된다.

[수학식 1]

V_M ^* = V_M ^** + V_MF ^* = V_M ^** + P·L^*·I_M ^*

[수학식 2]

V_T ^* = V_T ^** + V_TF ^* = V_T ^** + P·L^*·I_T ^*

여기에서, P는 미분 연산자를 나타내며, L^*는 누설 인덕턴스 설정값을 나타낸다.

하기의 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여, 유도 전동기의 M-축 유도 전압 E_M ^*과 T-축 유도 전압 E_T ^*을 연산하기 위해 실제 전류값과 실제 전압값이 검출된다.

[수학식 3]

E_M ^* = V_M - R1^*·I_M - P·L^*·I_M + ω1^*·L^*·I_T

[수학식 4]

E_T ^* = V_T- R1^*·I_T- P·L^*·I_T+ ω1^*·L^*·I_M

여기에서, I_M은 M-축 전류 실제값을 나타내며, I_T는 T-축 전류 실제값을 나타내고, V_M은 M-축 전압 실제값을 나타내며, V_T는 T-축 전압 실제값을 나타내고, R1^*은 1차 저항 설정값을 나타내며, ω1^*은 주파수 설정값을 나타낸다. 전압 및 전류 실제값으로부터 유도 전압을 획득하기 위한 제어가 "속도-센서리스 벡터 콘트롤"("speed-sensorless vector control")이란 명칭의 일본 특허공보 평성 7-71400호에 개시되어 있다.

M-축 전압 지령값 V_M ^*과, T-축 전압 지령값 V_T ^*와, M-축 유도 전압 E_M ^*과, T-축 유도 전압 E_T ^*은 각각 전술한 수학식 1 내지 4에 의해 연산된다. 각 수학식은 누설 인덕턴스에 의한 전압 강하에 대한 연산을 포함한다. 그러므로, 전압 강하에 대한 연산에 사용되는 전동기의 누설 인덕턴스 설정값 L^*와 실제 누설 인덕턴스값 사이에 편차가 있다면, 유도 전압에 대한 연산과 상기 기술된 도 1의 종래의 가변속 제어 장치에 의한 피드포워드 보상에서 에러가 발생할 것이다. 그 결과로서, 피드포워드 보상으로부터 전동기를 제어하는 데에도 에러가 발생하게 되며, 예컨대, 과도 전압의 감소가 적절하게 이루어지지 않는다는 문제점을 갖게 된다.

본 발명은 정확하게 획득된 전동기의 누설 인덕턴스값을 이용하여 전동기를 적절하게 제어하기 위한 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 가변속 제어 장치는 전력 변환기를 통해 AC 전동기에 제공되는 전류를 조절함으로써 AC 전동기(유도 전동기)의 가변속을 제어한다. 가변속 제어 장치는 AC 전동기에 제공된 전류의 검출값에 기초하여 AC 전동기에 대한 M-축 전류 실제값(자속 방향의 전류) 및 T-축 전류 실제값(M-축 전류와 수직인 토크 방향의 전류)을 획득하는 제1 좌표 변환 회로와; AC 전동기에 대한 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값을 발생시키는 지령값 발생 회로와; AC 신호를 출력하는 AC 신호 발생 회로와; M-축 전류 지령값과 AC 신호를 가산하여 전류 가산 신호를 출력하는 제1 가산기와; 상기 전류 가산 신호 및 M-축 전류 실제값에 기초하여, M-축 전류 지령값과 M-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 제1 M-축 전압 지령값을 출력하는 M-축 전류 조절 회로와; AC 신호 및 M-축 전류 실제값에 기초하여, AC 전동기의 누설 인덕턴스 연산값을 획득하는 누설 인덕턴스 연산 회로와; 누설 인덕턴스 연산값에 의해 AC 신호 또는 전류 가산 신호의 미분값을 승산하여, 이 승산된 신호를 출력하는 승산기와; 상기 제1 M-축 전압 지령값과 승산 신호를 가산하여 제2 M-축 전압 지령값을 출력하는 제2 가산기와; T-축 전류 지령값과 T-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 T-축 전압 지령값을 출력하는 T-축 전류 조절 회로와; 제2 M-축 전압 지령값 및 T-축 전압 지령값에 기초하여, AC 전동기에 대한 전압 지령값[예컨대, 3상(u, v 및 w) 전압 지령값]을 발생시키며, 이 발생된 전압 지령값을 전력 변환기로 출력하는 제2 좌표 변환 회로를 구비한다. 전력 변환기는 전압 지령값을 이용하여 제어되며, AC 전동기의 가변속이 제어되고, 이로써 누설 인덕턴스에 기인한 전압 강하에 대한 피드포워드 보상을 행할 수 있다.

누설 인덕턴스 연산 회로는 AC 신호의 진폭을 획득하여 출력하는 제1 진폭 연산 회로와; M-축 전류 실제값의 진폭을 획득하여 출력하는 제2 진폭 연산 회로와; 제1 진폭 연산 회로의 출력으로부터 제2 진폭 연산 회로의 출력을 감산하여 그 감산된 결과를 출력하는 제3 가산기(감산유닛)와; 제3 가산기의 출력에 대한 적분 연산이나 비례 적분 연산 중 하나를 실행하여, 누설 인덕턴스 연산값을 출력하는 조절 회로를 구비한다.

누설 인덕턴스 연산 회로는 제2 진폭 연산 회로에 입력될 신호로부터 M-축 전류 실제값의 주파수보다 낮은 주파수의 성분을 선택적으로 제거하는 필터를 추가로 구비할 수 있다. 따라서, M-축 전류 실제값에 불필요한 낮은 주파수가 중첩되는 경우에도, 불필요한 성분이 필터에 의해 제거됨으로써, 누설 인덕턴스가 정확하게 연산될 수 있다.

AC 신호 발생 회로는 삼각파를 출력하는 삼각파 발생 회로와, 삼각파를 적분하여 이 적분된 결과를 AC 신호로 출력하는 적분 회로를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 가변속 제어 장치는 누설 인덕턴스 연산 회로에 의해 획득된 누설 인덕턴스 연산값을 저장하는 메모리를 추가로 구비할 수 있으며, 이 경우에, 승산기는 AC 신호 또는 전류 가산 신호의 미분값으로 메모리에 저장된 누설 인덕턴스 연산값을 승산하여 승산 신호를 획득한다. 가변속 제어 장치는 누설 인덕턴스 연산 회로로부터의 출력과 상기 메모리로부터의 출력 중 하나를 승산기로 선택적으로 출력하는 신호 선택기를 추가로 구비할 수 있다. 신호 선택기는 AC 전동기가 동작하지 않을 때는 누설 인덕턴스 연산 회로로부터의 출력을 선택하며, AC 전동기가 동작 중일 때는 메모리로부터의 출력을 선택한다.

본 발명에 따른 제2 가변속 제어 장치는 AC 전동기에 제공되는 전류의 검출값에 기초하여 AC 전동기에 대한 M-축 전류 실제값 및 T-축 전류 실제값을 획득하는 제1 좌표 변환 회로와; AC 전동기에 대한 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값을 발생시키는 지령값 발생 회로와; AC 신호를 출력하는 AC 신호 발생 회로와; T-축 전류 지령값과 AC 신호를 가산하여 전류 가산 신호를 출력하는 제1 가산기와; 전류 가산 신호 및 T-축 전류 실제값에 기초하여, T-축 전류 지령값과 T-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용된 제1 T-축 전압 지령값을 출력하는 M-축 전류 조절 회로와; AC 신호 및 T-축 전류 실제값에 기초하여, AC 전동기의 누설 인덕턴스 연산값을 획득하는 누설 인덕턴스 연산 회로와; 누설 인덕턴스 연산값에 의해 AC 신호 또는 전류 가산 신호의 미분값을 승산하여, 이 승산된 신호를 출력하는 승산기와; 제1 T-축 전압 지령값과 승산 신호를 가산하고, 제2 T-축 전압 지령값을 출력하는 제2 가산기와; M-축 전류 지령값과 M-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용된 M-축 전압 지령값을 출력하는 M-축 전류 조절 회로와; 제2 T-축 전압 지령값 및 M-축 전압 지령값에 기초하여, AC 전동기에 대한 전압 지령값을 발생시키며, 이 발생된 전압 지령값을 전력 변환기로 출력하는 제2 좌표 변환 회로를 구비한다. 전력 변환기는 전압 지령값을 이용하여 제어되며, AC 전동기의 가변속이 제어되고, 이로써 누설 인덕턴스에 기인한 전압 강하에 대한 피드포워드 보상을 행할 수 있다.

누설 인덕턴스 연산 회로는 AC 신호의 진폭을 획득하여 출력하는 제1 진폭 연산 회로와; T-축 전류 실제값의 진폭을 획득하여 출력하는 제2 진폭 연산 회로와; 제1 진폭 연산 회로의 출력으로부터 제2 진폭 연산 회로의 출력을 감산하여 그 감산된 결과를 출력하는 제3 가산기와; 제3 가산기의 출력에 대한 적분 연산 또는 비례 적분 연산 중 하나를 실행하여, 누설 인덕턴스 연산값을 출력하는 조절 회로을 구비한다.

누설 인덕턴스 연산 회로는 제2 진폭 연산 회로에 입력될 신호로부터 T-축 전류 실제값의 주파수보다 낮은 주파수의 성분을 선택적으로 제거하는 필터를 추가로 구비한다. 따라서, M-축 전류 실제값에 불필요한 낮은 주파수가 중첩되는 경우에도, 불필요한 성분이 필터에 의해 제거됨으로써, 누설 인덕턴스가 정확하게 연산될 수 있다.

AC 신호 발생 회로는 삼각파를 출력하는 삼각파 발생 회로와, 상기 삼각파를 적분하여, 이 적분된 결과를 AC 신호로 출력하는 적분 회로를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 가변속 제어 장치는 누설 인덕턴스 연산 회로에 의해 획득된 누설 인덕턴스 연산값을 저장하는 메모리를 추가로 구비한다. 이 경우에 있어서, 승산기는 AC 신호 또는 전류 가산 신호의 미분값으로 상기 메모리에 저장된 누설 인덕턴스 연산값을 승산하여, 승산된 신호를 획득할 수 있다. 가변속 제어 장치는 누설 인덕턴스 연산 회로로부터의 출력과 메모리로부터의 출력 중 하나를 승산기에 선택적으로 출력하는 신호 선택기를 추가로 구비할 수 있다. 신호 선택기는 AC 전동기가 동작하지 않을 때는 누설 인덕턴스 연산 회로로부터의 출력을 선택하며, AC 전동기가 동작 중일 때는 메모리로부터의 출력을 선택한다.

본 발명에 따른 가변속 제어 방법은 AC 전동기에 제공되는 전류의 검출값에 기초하여 AC 전동기에 대한 M-축 전류 실제값 및 T-축 전류 실제값을 획득하는 단계와; AC 전동기에 대한 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값을 발생시키는 단계와; AC 신호를 발생시키는 단계와; M-축 전류 지령값과 AC 신호를 가산하여 전류 가산 신호를 출력하는 단계와; 전류 가산 신호 및 M-축 전류 실제값에 기초하여, M-축 전류 지령값과 M-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용된 제1 M-축 전압 지령값을 출력하는 단계와; AC 신호 및 M-축 전류 실제값에 기초하여, AC 전동기의 누설 인덕턴스 연산값을 획득하는 단계와; 누설 인덕턴스 연산값에 의해 AC 신호 또는 전류 가산 신호의 미분값을 승산하여, 이 승산된 신호를 획득하는 단계와; 제1 M-축 전압 지령값과 승산 신호를 가산하여 제2 M-축 전압 지령값을 획득하는 단계와; T-축 전류 지령값과 T-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 T-축 전압 지령값을 획득하는 단계와; 제2 M-축 전압 지령값 및 T-축 전압 지령값에 기초하여, AC 전동기에 대한 전압 지령값을 발생시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 제2 가변속 제어 방법은 AC 전동기에 제공되는 전류의 검출값에 기초하여 상기 AC 전동기에 대한 M-축 전류 실제값 및 T-축 전류 실제값을 획득하는 단계와; AC 전동기에 대한 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값을 발생시키는 단계와; AC 신호를 출력하는 단계와; T-축 전류 지령값과 AC 신호를 가산하여 전류 가산 신호를 출력하는 단계와; 전류 가산 신호 및 T-축 전류 실제값에 기초하여, T-축 전류 지령값과 T-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 제1 T-축 전압 지령값을 출력하는 단계와; AC 신호 및 T-축 전류 실제값에 기초하여, AC 전동기의 누설 인덕턴스 연산값을 획득하는 단계와; 누설 인덕턴스 연산값에 의해 AC 신호 또는 전류 가산 신호의 미분값을 승산하여, 이 승산된 신호를 획득하는 단계와; 제1 T-축 전압 지령값과 승산 신호를 가산하여 제2 T-축 전압 지령값을 획득하는 단계와; M-축 전류 지령값과 M-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 M-축 전압 지령값을 획득하는 단계와; 제2 T-축 전압 지령값 및 M-축 전압 지령값에 기초하여, AC 전동기에 대한 전압 지령값을 발생시키는 단계를 포함한다. 전력 변환기는 상기 전압 지령값을 이용하여 제어되며, AC 전동기의 가변속이 제어되고, 이로써 누설 인덕턴스에 기인한 전압 강하에 대한 피드포워드 보상을 행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 가변속 제어 장치의 제1 실시예를 나타낸 블록도이다. 가변속 제어 장치는 전류 검출기(4), 제1 좌표 변환 회로(5), 제2 좌표 변환 회로(6), 지령값 발생 회로(7), M-축 전류 조절 회로(8), T-축 전류 조절 회로(9), AC 신호 발생 회로(21), 누설 인덕턴스 연산 회로(22), 메모리 회로(23), 미분 회로(24), 승산기(25), 신호 선택기(26), 제1 가산기(27) 및 제2 가산기(28)를 구비한다. 도 2에 도시된 AC 전원(1), 전력 변환기(2), 유도 전동기(3), 전류 검출기(4), 제1 좌표 변환 회로(5), 제2 좌표 변환 회로(6), 지령값 발생 회로(7), M-축 전류 조절 회로(8) 및 T-축 전류 조절 회로(9)의 기능은 도 1에 도시된 종래의 장치에 따른 동일 부호를 갖는 소자의 기능과 동일하며, 따라서 이들에 대한 설명은 생략한다. 그러나, 누설 인덕턴스 연산값 L#은 지령값 발생 회로(7)가 아닌, 누설 인덕턴스 연산 회로(22)로부터 출력된다. 전력 변환기(2)는 가변속 제어 장치의 성분으로서 고려될 수 있다.

AC 신호 발생 회로(21)는 AC 신호 ΔI_M ^*을 출력한다. M-축 전류 지령값 I_M ^*은 지령값 발생 회로(7)에 의해 출력되며, 이 AC 신호 ΔI_M ^*은 제1 가산기(27)에 입력된다. 제1 가산기(27)에 의해 가산 처리가 수행된 후, AC 신호를 가산함으로써 획득된 M-축 전류 지령값 I_M ^**은 M-축 지령값 I_M ^*을 대체하여, M-축 전류 실제값 I_M과 함께 M-축 전류 조절 회로(8)에 입력된다. M-축 전류 조절 회로(8)는 M-축 전압 지령값(제1 M-축 전압 지령값) V_M ^**을 출력한다. 누설 인덕턴스 연산 회로(22)에는 누설 인덕턴스 연산값 L#를 연산하여 출력하기 위해, AC 신호 ΔI_M ^*과 M-축 전류 실제값 I_M이 입력된다. 누설 인덕턴스 연산값 L#은 메모리 회로(23)에 저장된다. 신호 선택기(26)는 유도 전동기(3)가 동작하기 전에, 누설 인덕턴스 연산 회로(22)에 의해 출력되는 누설 인덕턴스 연산값 L#를 선택하고, 유도 전동기(3)가 동작할 때 메모리 회로(23)에 저장된 누설 인덕턴스 연산값 L#을 선택하여 출력한다. 신호 선택기(26)는 신호가 접촉에 의해 스위칭되는 구성을 가질 수 있으며, 접촉하지 않고 스위칭되도록 설계될 수도 있다.

미분 회로(24)는 AC 신호를 가산한 후의 M-축 전류 지령값 I_M ^**이 입력되고, 입력 지령값 I_M ^**의 미분 연산값, 즉 AC 신호 ΔI_M ^*의 미분 연산값을 출력한다. 승산기(25)는 신호 선택기(26)에 의해 선택된 누설 인덕턴스 연산값 L# 또는 L#'와 미분 연산값의 곱을 나타내는 M-축 전압 지령값 변화분 ΔV_M ^*(누설 인덕턴스에 의한 전압 강하, 수학식 5 참조)을 출력한다. 제2 가산기(28)는 M-축 전류 조절 회로(8)로부터의 출력값 V_M ^**과 M-축 전압 지령값 변화분 ΔV_M ^*을 가산하고, M-축 전압 지령값(제2 M-축 전압 지령값) V_M ^*을 제2 좌표 변환 회로(6)로 출력한다. 제2 좌표 변환 회로(6)는 입력된 T-축 전압 지령값 V_T ^*와 M-축 전압 지령값 V_M ^*을 좌표 변환하여, 3상 전압 지령값(V_U ^*, V_V ^* 및 V_W ^*)을 발생시키며, 이 지령값을 이용하여 전력 변환기(2)를 제어할 수 있다.

AC 신호 발생 회로(21)로부터 출력된 AC 신호 ΔI_M ^*의 진폭 및 주파수는 예컨대, 유도 전동기(3)의 정격 전류(rating current) 및 2차 회로의 차단 주파수에 기초하여 결정될 수 있다. 만일 유도 전동기(3)에 제공된 전류가 30A이면, AC 신호의 진폭은 예컨대 약 10%의 전류(9 내지 10A)로 설정될 것이다. 만일 유도 전동기(3)의 2차 회로의 차단 주파수가 200Hz이면, AC 신호 ΔI_M ^*의 주파수는 200Hz 보다 작은 예컨대, 100Hz로 설정될 것이다.

도 3은 본 발명의 가변속 제어 장치의 제2 실시예에 따른 구성을 나타낸다.

이 가변속 제어 장치는 도 2에 도시된 제1 실시예의 변형이며, AC 신호 ΔI_M ^*가 미분 회로(24)에 입력된다는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 그 외에는 제1 실시예와 동일하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 미분 회로(24)는 AC 신호 ΔI_M ^*를 미분하여, 미분한 결과는 승산기(25)에 의해 누설 인덕턴스 연산값 L# 또는 L#'에 의해 승산된다. 그 결과로서, 다음 수학식 5로 표현된 M-축 전압 지령값 V_M ^*이 획득된다.

도 4는 가산기(27)에 입력되는 신호(M-축 전류 지령값 I_M ^*과 AC 신호 ΔI_M ^*)와 제1 가산기(27)로부터 출력되는 신호(M-축 전류 지령값 I_M ^**)의 파형을 나타낸다. 도 4의 (a)는 제1 가산기(27)에 입력되는 M-축 전류 지령값 I_M ^*의 파형을 나타낸다. 도 4의 (b)는 제1 가산기(27)에 입력되는 AC 신호 ΔI_M ^*의 파형을 나타낸다. 도 4의 (c)는 제1 가산기(27)로부터 출력된 AC 신호의 가산을 행한 후의 M-축 전류 지령값 I_M ^**의 파형을 나타낸다. AC 신호의 가산을 행한 후의 M-축 전류 지령값 I_M ^**은 직류인 M-축 전류 지령값 I_M ^*을 AC 신호 ΔI_M ^*에 가산함으로써 획득된다. 따라서, AC 신호의 가산을 행한 후의 M-축 전류 지령값 I_M ^**의 미분값은 AC 신호 ΔI_M ^*의 미분값과 동일한 결과를 출력한다. 그러므로, (제2 실시예에 따른)AC 신호의 가산을 행한 후의 M-축 지령값 I_M ^**을 미분 회로(24)에 입력하는 것은 (제2 실시예에 따른)AC 신호 ΔI_M ^*을 입력하는 것과 동일한 결과를 출력한다.

누설 인덕턴스 연산 회로(22)의 기능을 이하 설명한다.

승산기(25)로부터 출력된 M-축 전압 지령값 변화분 ΔV_M ^*은 AC 신호 ΔI_M ^*의 미분값과 누설 인덕턴스 연산 회로(22)로부터 출력된 누설 인덕턴스 연산값 L#의 곱이다. 그러므로, M-축 전압 지령값 변화분 ΔV_M ^*은 다음 수학식 5로 표현된다. 여기서 P는 미분 연산자를 나타낸다.

[수학식 5]

ΔV_M ^* = P·L#·ΔI_M ^*

전압 지령값이 전압 종속형 전력 변환기에 의해 AC 전동기를 구동하는 경우 다음 수학식 6이 적용된다.

[수학식 6]

ΔV_M ^* = P·L·ΔI_M

여기에서, ΔI_M은 M-축 전류 실제값의 변화분을 나타내며, L은 누설 인덕턴스 실제값을 나타낸다. 수학식 7은 수학식 5와 수학식 6으로부터 획득된다.

[수학식 7]

P·L#·ΔI_M ^* = P·L·ΔI_M

만일 누설 인덕턴스 연산값 L#을 조절하기 위한 연산 회로가 M-축 전류 실제값 ΔI_M이 AC 신호 ΔI_M ^*과 매칭되는 방식으로 제공된다면, 누설 인덕턴스 연산값 L#은 누설 인덕턴스 실제값 L과 매칭될 수 있다. 다음 수학식 8은 AC 신호 ΔI_M ^*의 절대값 연산에서 획득된 진폭 정보와, M-축 전류 실제값 I_M의 절대 연산에서 획득된 진폭 정보에 따라 획득된다. 수학식 8은 다음 수학식 9와 수학식 10으로 변환될 수 있다.

[수학식 8]

P·L#·│ΔI_M ^*│ = P·L·│ΔI_M│

[수학식 9]

│ΔI_M│= (L#/L)·│ΔI_M ^*│

[수학식 10]

│ΔI_M ^*│-│ΔI_M│ = │ΔI_M ^*│·(1 - L#/L)

만일 L#이 L보다 크다면, 수학식 10은 음의값을 출력한다. 만일 L#이 L보다 작다면, 수학식 10은 양의값을 출력한다. 수학식 10에 표시된 바와 같이, 누설 인덕턴스 연산값 L#은 ΔI_M ^*의 절대값과 ΔI_M의 절대값 사이의 편차를 에러 신호로서 이용하여, 적분 연산 또는 비례 적분 연산을 수행함으로써 획득하고, 누설 인덕턴스 연산값 L#은 합해져서 실제값 L이 된다.

도 5는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 누설 인덕턴스 연산 회로(22)의 구성을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 누설 인덕턴스 연산 회로(22)는 제1 진폭 연산 회로(31), 제2 진폭 연산 회로(32), 제3 가산기(또는 감산기)(33) 및 조절 회로(34)를 구비한다. AC 신호 ΔI_M ^*은 이 AC 신호의 절대값을 획득하는 절대값 연산 회로를 구비한 제1 진폭 연산 회로(31)로 입력된다. 제2 진폭 연산 회로(32)는 M-축 전류 실제값 I_M을 입력받아, 이값의 절대값을 획득한다. 제3 가산기(33)는 AC 신호 ΔI_M ^*의 절대값으로부터 M-축 전류 실제값 I_M의 절대값을 감산(수학식 10을 이용하여 연산을 실행)한다. 감산한 결과는 적분 연산 유닛 또는 비례 적분 연산 유닛을 구비한 조절 회로(34)에 입력된다. 이 조절 회로(34)는 누설 인덕턴스 실제값 L과 동등한 누설 인덕턴스 연산값 L#를 출력한다.

만일 전력 변환기(2)에 의해 펄스폭 변조 제어에 기인하여 지연 시간 t가 존재하거나, 전류가 검출될 때 샘플링 지연이 있다면, 수학식 7은 다음 수학식 11로 표현될 수 있다.

[수학식 11]

P·L·ΔI_M = ε^-st·P·L#·ΔI_M ^*

이 경우에 있어서, M-축 전류 실제값 I_M의 절대값의 평균값이 │I_M│_AV로 표현되고, M-축 전류 지령값 I_M ^*의 절대값의 평균값은 │I_M ^*│_AV로 표현되면, 이러한값들의 상관 관계는 다음 수학식 12로 표현된다.

[수학식 12]

│ΔI_M│_AV = (L#/L)·│ΔI_M ^*│_AV

수학식 12는 지연 시간 t의 영향을 나타내는 ε^-st를 포함하지 않기 때문에, 누설 인덕턴스 연산값 L#을 획득하는 연산은 지연 시간 t의 영향 없이 상기 기술된 절대값을 이용하여 실행될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 누설 인덕턴스 연산 회로(22)의 구성의 제2 예를 나타낸다.

누설 인덕턴스 연산 회로(22)는 도 5에 도시된 누설 인덕턴스 연산 회로에 도 6에 도시된 것과 같은 고역 통과 필터(35)를 가산함으로써 구성된다. 제1 진폭 연산 회로(31), 제2 진폭 연산 회로(32), 제3 가산기(33) 및 조절 회로(34)의 구성은 도 5에 도시된 구성과 동일하다. 직류 성분이나 저주파 성분이 누설 인덕턴스 연산 회로(22)에 입력되는 M-축 전류 실제값 I_M에 포함되고 제2 진폭 연산 회로(32)에 입력되는 경우에는 변화분에 대한 정확한 진폭 정보를 획득할 수 없다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 고역 통과 필터(35)는 상기 기술된 저주파 성분을 제거하기 위해 제2 진폭 연산 회로(32)의 전단(prior stage)에 부가된다.

고역 통과 필터(35)와 동일한 기능을 갖는 필터가 제1 진폭 연산 회로(31)의 전단에 부가될 수 있다. 제1 가산기(27)로부터 AC 신호 출력을 가산한 후의 M-축 전류 지령값 I_M ^**은 AC 신호 ΔI_M ^*으로 교체될 수 있으며, 제1 진폭 연산 회로(31)에 입력될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 AC 신호 발생 회로(21)의 구성의 예를 나타낸다.

AC 신호 발생 회로(21)는 삼각파 발생 회로(36) 및 적분 회로(37)를 구비하며, 삼각파의 적분된 파를 AC 신호 ΔI_M ^*로서 출력한다. 제1 가산기(27)는 AC 신호 ΔI_M ^*와 M-축 전류 지령값 I_M ^*을 가산하기 때문에, M-축 전압 지령값 V_M ^*은 삼각파가 된다. 따라서, 전압 지령값을 삼각파로 설정함으로써 양자화 에러를 감소시킬 수 있다. AC 신호 발생 회로(21)는 AC 신호를 사인파로서 출력할 수 있다.

도 8은 도 7에 도시된 AC 신호 발생 회로(21)의 영향을 나타내는 파형이다. 도 8의 (a)는 AC 신호 ΔI_M ^*의 파형을 나타내며 도 8의 (b)는 M-축 전압 지령값 V_M ^*의 파형을 나타낸다.

도 9는 본 발명에 따른 가변속 제어 장치의 제3 실시예를 나타낸다.

이러한 가변속 제어 장치는 전류 검출기(4), 제1 좌표 변환 회로(5), 제2 좌표 변환 회로(6)와, 지령값 발생 회로(7), M-축 전류 조절 회로(8), T-축 전류 조절 회로(9), AC 신호 발생 회로(41), 메모리 회로(43), 미분 회로(44), 승산기(45), 신호 선택기(46), 제1 가산기(47) 및 제2 가산기(48)를 구비한다. 도 9에 도시된 AC 전원(1), 전력 변환기(2), 유도 전동기(3), 전류 검출기(4), 제1 좌표 변환 회로(5), 제2 좌표 변환 회로(6), 지령값 발생 회로(7), M-축 조절 회로(8) 및 T-축 전류 조절 회로(9)의 기능은 도 1에 도시된 종래 기술과 동일하므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 그러나, 누설 인덕턴스 연산값 L#은 지령값 발생 회로(7)가 아닌 누설 인덕턴스 연산 회로(42)로부터 출력된다.

AC 신호 발생 회로(41)는 AC 신호 ΔI_M ^*을 출력하고, T-축 전류 지령값 I_T ^*은 지령값 발생 회로(7)로부터 출력되며, AC 신호 ΔI_M ^*은 제1 가산기(47)에 입력된다. 제1 가산기(47)에 의한 가산 처리에서 획득된 AC 신호의 가산 후의 T-축 전류 지령값 I_T ^**는 T-축 전류 실제값 I_T와 함께 T-축 전류 조절 회로(9)에 입력되며, T-축 전류 조절 회로(9)는 T-축 전압 지령값 V_T ^**을 출력한다. 누설 인덕턴스 연산 회로(42)는 상기 기술된 AC 신호 ΔI_M ^*와, T-축 전압 지령값 I_T를 수신하여, 누설 인덕턴스 연산값 L#을 연산하여 출력한다. 누설 인덕턴스 연산값 L#은 메모리 회로(43)에 저장된다. 신호 선택기(46)는 유도 전동기(3)가 동작하기 전에, 누설 인덕턴스 연산 회로(42)로부터 출력된 누설 인덕턴스 연산값 L#를 선택하고, 유도 전동기(3)가 동작중이면, 메모리 회로(43)에 저장된 누설 인덕턴스 연산값 L#'를 선택하여 출력한다. 신호 선택기(46)는 신호가 접촉에 의해 스위칭되는 구성을 가질 수 있으며, 접촉하지 않고 스위칭되도록 설계될 수도 있다.

미분 회로(44)는 AC 신호의 가산 후의 T-축 전류 지령값 I_T ^**를 수신하며, 입력된 T-축 전류 지령값 I_T ^**의 미분값, 즉 AC 신호 ΔI_M ^*의 미분 연산값을 출력한다. 승산기(45)는 미분 연산값과 신호 선택기(46)에 의해 선택된 누설 인덕턴스 연산값 L# 또는 L#'의 곱을 나타내는 T-축 전압 지령값 변화분 ΔV_T ^*(누설 인덕턴스에 의한 전압 강하 : 하기 수학식 13 참조)을 연산한다. 제2 가산기(48)는 T-축 전류 조절 회로(9)로부터의 출력값 V_T ^**와 T-축 전압 지령값 변환분 ΔV_T ^*를 가산하고, T-축 전압 지령값 V_T ^*을 제2 좌표 변환 회로(6)에 출력한다.

도 10은 본 발명의 가변속 제어 장치의 제4 실시예에 따른 구성을 나타낸다.

가변속 제어 장치는 도 9에 도시된 제3 실시예의 변형이지만, AC 신호 ΔI_M ^*가 미분 회로(44)에 입력된다는 점에서 상기 제3 실시예와는 상이하다. 그 외에는, 제3 실시예와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 미분 회로(44)는 AC 신호 ΔI_T ^*를 미분하고, 이 미분된 결과는 승산기(45)에 의해 누설 인덕턴스 연산값 L# 또는 L#'으로 승산된다. 그 결과로서, 다음 수학식 13에 표현된 T-축 전압 지령값 V_T ^*가 획득된다.

도 11은 제1 가산기(47)의 입력 및 출력 신호의 파형을 나타낸다. 도 11의 (a)는 제1 가산기(47)에 입력된 T-축 전류 지령값 I_T ^*의 파형을 나탄낸다. 도 11의 (b)는 제1 가산기(47)에 입력된 AC 신호 ΔI_M ^*의 파형을 나타낸다. 도 11의 (c)는 제1 가산기(47)로부터 출력된 AC 신호의 가산 후의 T-축 전류 지령값 I_T ^**의 파형을 나타낸다.

유도 전동기(3)가 동작을 개시하기 전에, 제1 가산기(47)로부터 출력된 T-축 전류 지령값 I_T ^*은 제로(도 11의 (a)참조)가 된다. 그러므로, 제1 가산기(47)로부터 출력된 AC 신호의 가산한 후의 T-축 전류 지령값 I_T ^**은 AC 신호 ΔI_M ^*와 동일하며, AC 신호의 가산한 후의 T-축 전류 지령값 I_T ^**의 미분 결과는 AC 신호 ΔI_T ^*의 미분 결과와 매칭된다. 그러므로, AC 신호를 미분 회로(44)에 가산한 후의 T-축 전류 지령값 I_T ^**을 입력(도 9에 도시된 제3 실시예에 대응)하는 것은 AC 신호 ΔI_T ^*를 입력한 결과(도 10에 도시된 제4 실시예와 대응)와 동일 결과를 출력한다.

AC 신호 ΔI_T ^*의 진폭은 예컨대, 유도 전동기(3)에 제공된 전류값의 80%로 설정될 수 있으며, 이값은 제1 및 제2 실시예에서 설정된 진폭보다 큰값이다. 게다가, 전류 지령값에는 바이어스가 없다. 그러므로, 높은 정확성을 갖는 누설 인덕턴스 보상이 이 실시예에 따라 실현될 수 있다.

이하, 누설 인덕턴스 연산 회로(42)의 기능이 개시된다.

승산기(45)로부터 출력된 T-축 전압 지령값 변화분 ΔV_T ^*은 누설 인덕턴스 연산 회로(42)로부터 출력된 누설 인덕턴스 연산값 L#과 AC 신호 ΔI_T ^*의 미분값의 곱이다. 그러므로, T-축 전압 지령값 변화분 ΔV_T ^*는 다음 수학식 13에 의해 표현되며, 여기에서 P는 미분 연산자를 나타낸다.

[수학식 13]

ΔV_T ^* = P·L#·ΔI_T ^*

전압 종속형 전력 변환기에 의해 AC 전동기를 구동하는 경우 전압 지령값이 실제 전압값과 매칭되면, 다음 수학식 14가 성립된다.

[수학식 14]

ΔV_T ^* = P·L·ΔI_T

여기서, ΔI_T는 T-축 전류 실제값 변화분을 나타내며, L은 누설 인덕턴스 실제값을 나타낸다. 수학식 15는 수학식 13과 수학식 14로부터 획득된다.

[수학식 15]

P·L#·ΔI_T ^* = P·L·ΔI_T

만일 누설 인덕턴스 연산값 L#을 조절하기 위한 연산 회로가 T-축 전류 실제값 ΔI_T가 AC 신호 ΔIT^*와 매칭되는 방식으로 제공된다면, 누설 인덕턴스값 L#은 누설 인덕턴스 실제값 L과 매칭될 수 있다. 다음 수학식 16은 AC 신호 ΔI_T ^*의 절대값 연산에서 획득된 진폭 정보와, T-축 전류 실제값 I_T의 절대값 연산에서 획득된 진폭 정보에 따라 획득된다. 수학식 16은 다음 수학식 17과 수학식 18로 변환될 수 있다.

[수학식 16]

P·L#·│ΔI_T ^*│ = P·L·│ΔI_T│

[수학식 17]

│ΔI_T│ = (L#/L)·│ΔI_T ^*│

[수학식 18]

│ΔI_T ^*│- │ΔI_T│ = │ΔI_T ^*│·(1 - L#/L)

만일 L# 이 L보다 크다면, 수학식 18은 음의값을 출력한다. 만일 L# 이 L보다 작다면, 수학식 18은 양의값을 출력한다. 수학식 18에 나타난 바와 같이, 누설 인덕턴스 연산값 L#은 ΔI_T ^*의 절대값과 ΔI_T의 절대값 사이의 편차를 에러 신호로서 이용하여 적분 연산 또는 비례 적분 연산에 의해 획득되며, 누설 인덕턴스 연산값 L#이 합해져서 실제값 L이 된다.

도 12는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 누설 인덕턴스 연산 회로(42)의 구성을 나타낸다.

도 12에 도시된 바와 같이, 누설 인덕턴스 연산 회로(42)는 제1 진폭 연산 회로(51), 제2 진폭 연산 회로(52), 제3 가산기(또는 감산기)(53) 및 조절 회로(54)를 구비한다. AC 신호 ΔI_T ^*은 이 신호의 절대값을 획득하는 절대값 연산 회로를 구비한 제1 진폭 연산 회로(51)에 입력된다. 제2 진폭 연산 회로(52)는 T-축 전류 실제값 I_T를 수신하여, 이것의 절대값을 획득한다. 제3 가산기(53)는 AC 신호 ΔI_T ^*의 절대값에서 T-축 전류 실제값 I_T를 감산(수학식 18을 이용하여 연산을 실행)한다. 감산된 결과는 적분 연산 유닛 또는 비례 적분 연산 유닛을 구비하는 조절 회로(54)에 입력된다. 조절 회로(54)는 누설 인덕턴스 실제값 L과 동등한 누설 인덕턴스 연산값 L#를 출력한다.

만일 전력 변환기(2)에 의해 펄스폭 변조 제어에 기인하여 지연 시간 t가 존재하거나, 전류가 검출될 때 샘플링 지연이 있다면, 수학식 15은 다음 수학식 19로 표현될 수 있다.

[수학식 19]

P·L·ΔI_T = ε^-st·P·L#·ΔI_T ^*

이 경우에 있어서, T-축 전류 실제값 I_T의 절대값의 평균값이 │I_T│_AV'로 표현되고 T-축 전류 지령값 I_T ^*의 절대값의 평균값은 │I_T ^*│_AV'로 표현되면, 이러한값들의 상관 관계는 다음 수학식 20으로 표현된다.

[수학식 20]

│ΔI_T│_AV = (L#/L)·│ΔI_T ^*│_AV

수학식 20은 지연 시간 t의 영향을 나타내는 ε^-st를 포함하지 않기 때문에, 누설 인덕턴스 연산값 L#을 획득하는 연산은 지연 시간 t의 영향 없이 상기 기술된 절대값을 이용하여 실행될 수 있다.

도 13은 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 누설 인덕턴스 연산 회로(42)의 구성의 제2 예를 나타낸다.

누설 인덕턴스 연산 회로는 도 13에 도시된 고역 통과 필터(55)를 도 12에 도시된 누설 인덕턴스 회로(42)에 부가함으로써 구성된다. 제1 진폭 연산 회로(51), 제2 진폭 연산 회로(52), 제3 가산기(53) 및 조절 회로(54)의 구성은 도 12에 도시된 구성과 동일하다. 만일 직류 성분이나 저주파 성분이 누설 인덕턴스 연산 회로(42)에 입력된 T-축 전류 실제값 I_T에 포함되고, 제2 진폭 연산 회로(52)에 입력된다면, 1변화분에 대한 정확한 진폭 정보를 획득할 수 없다. 그러므로, 이 실시예에 있어서, 상기 기술된 저주파 성분을 제거하기 위해 제2 진폭 연산 회로(52)의 전단에 고역 통과 필터(55)가 부가될 수 있다.

고역 통과 필터(55)와 동일한 기능을 갖는 필터가 제1 진폭 연산 회로(51)의 전단에 부가될 수 있다. 제1 가산기(47)로부터 AC 신호 출력을 가산한 후의 T-축 전류 지령값 I_T ^**은 AC 신호 ΔI_T ^*로 교체될 수 있으며 제1 진폭 연산 회로(51)에 입력될 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 AC 신호 발생 회로(41)의 구성의 예를 나타낸다.

AC 신호 발생 회로(41)는 삼각파 발생 회로(56)와 적분 회로(57)를 구비하며, 삼각파의 적분된 파를 AC 신호 ΔI_T ^*로서 출력한다. 제1 가산기(47)는 AC 신호 ΔI_T ^*와 T-축 전류 지령값 I_T ^*을 가산하기 때문에, T-축 전압 지령값 V_T ^*은 삼각파가 된다. 그러므로, 전압 지령값을 삼각파로서 설정함으로써 양자화 에러를 감소시킬 수 있다. AC 신호 ΔI_T ^*의 파형과 T-축 전압 지령값 V_T ^*은 도 8의 (a) 및 (b)에 각각 도시된 파형과 동일하다. AC 신호 발생 회로(41)는 사인파로서 AC 신호를 출력할 수 있다.

본 발명에 따라, AC 전동기의 동작 개시 전에 취득한 누설 인덕턴스 연산값을 이용하여, 전류 제어의 피드포워드 보상이나 유도 전압의 연산을 실행함으로써, AC 전동기와 접속된 전선의 배선 길이가 변경된 경우나, AC 전동기의 권선 교체 수리 또는 전동기의 교환 등에 의해 누설 인덕턴스의값이 변동되는 경우라도 AC 전동기 토크나 자속의 연산 혹은 제어가 적절하게 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.

AC 신호를 가산한 M-축 또는 T-축 전류 지령값과, M-축 또는 T-축 전류 실제값을 이용하여, 양자의 진폭값의 비교에 의해 누설 인덕턴스의 식별을 실행함으로써, 전류 제어시의 지연 시간의 영향을 받지 않고서 누설 인덕턴스를 획득할 수 있기 때문에 정확한 가변속 제어를 실행할 수 있다.

또한, M-축 또는 T-축 전류 실제값에 예컨대, 오프셋 등의 직류분이 중첩되어 있는 경우라도 고역 통과 필터를 사용하여 그 직류분을 제거하기 때문에, 누설 인덕턴스의 연산을 정확하게 행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 전류 지령값에 가산하는 AC 신호로서 삼각파의 적분파형을 채용하고, 이것을 사용하여 누설 인덕턴스의 식별을 실행함으로써 전압 지령값이 삼각파가 된다. 그 때문에, 양자화 에러를 절감시킬 수 있으며, 전력 변환기에 필요하지 않은 부하를 가하지 않고 누설 인덕턴스를 식별할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, T-축 전류 지령값에는 직류 바이어스분이 없기 때문에, 자기 포화의 영향을 받지 않고 누설 인덕턴스를 식별할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 피드포워드 보상을 통해 과도 전압을 감소시키는 유도 전동기에 사용되는 종래의 가변속 제어 장치의 예를 나타낸 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 가변속 제어 장치의 제1 실시예를 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 가변속 제어 장치의 제2 실시예를 나타낸 블록도.

도 4의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 제1 가산기의 입력 및 출력 신호의 파형을 나타낸 파형도.

도 5는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 누설 인덕턴스 연산 회로의 구성을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 누설 인덕턴스 연산 회로의 제2 구성을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 AC 신호 발생 회로의 구성을 나타낸 도면.

도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 AC 신호 발생 회로의 효과를 나타낸 파형도.

도 9는 본 발명의 가변속 제어 장치의 제3 실시예를 나타낸 블록도.

도 10은 본 발명에 따른 가변속 제어 장치의 제4 실시예를 나타낸 블록도.

도 11의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 제1 가산기의 입력 및 출력 신호의 파형을 나타낸 파형도.

도 12는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 누설 인덕턴스 연산 회로의 구성을 나타낸 도면.

도 13은 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 누설 인덕턴스 연산 회로의 제2 구성을 나타낸 도면.

도 14는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 AC 신호 발생 회로의 구성을 나타낸 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : AC 전원

2 : 전력 변환기

4 : 전류 검출기

5 : 제1 좌표 변환 회로

6 : 제2 좌표 변환 회로

7 : 지령값 발생 회로

8 : M-축 전류 조절 회로

9 : T-축 전류 조절 회로

21 : AC 신호 발생 회로

24 : 미분 회로

25 : 승산기

26 : 신호 선택기

27, 28 : 가산기

Claims

전력 변환기를 통해 AC 전동기에 제공된 전류를 조절함으로써 상기 AC 전동기의 가변속를 제어하는 가변속 제어 장치에 있어서,

상기 AC 전동기에 제공되는 전류의 검출값에 기초하여 상기 AC 전동기에 대한 M-축 전류 실제값 및 T-축 전류 실제값을 획득하는 제1 좌표 변환 수단으로서, 상기 T-축 전류 실제값은 상기 M-축 전류 실제값과 직교하는, 상기 제 1 좌표 변환 수단과;

상기 AC 전동기에 대한 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값을 발생시키는 지령값 발생 수단으로서, 상기 T-축 전류 지령값은 상기 M-축 전류 지령값과 직교하는, 상기 지령값 발생 수단과;

AC 신호를 출력하는 AC 신호 발생 수단과;

상기 M-축 전류 지령값과 상기 AC 신호를 가산하여 전류 가산 신호를 출력하는 제1 가산 수단과;

상기 전류 가산 신호 및 상기 M-축 전류 실제값에 기초하여, 상기 M-축 전류 지령값과 M-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 제1 M-축 전압 지령값을 출력하는 M-축 전류 조절 수단과;

상기 AC 신호 및 상기 M-축 전류 실제값에 기초하여, 상기 AC 전동기의 누설 인덕턴스 연산값을 획득하는 누설 인덕턴스 연산 수단과;

상기 누설 인덕턴스 연산값을 저장하기 위한 메모리 회로와,

상기 누설 인덕턴스 연산 수단에 의해 획득된 상기 누설 인덕턴스 연산값과 상기 메모리 회로 수단에 저장된 상기 누설 인덕턴스 연산값 중 하나를 선택하는 신호 선택 유닛과,

상기 신호 선택 유닛에 의해 선택된 수단과 관련된 상기 누설 인덕턴스 연산값에 의해 상기 AC 신호와 상기 전류 가산 신호 중 하나의 미분값을 승산하여, 이 승산된 신호를 출력하는 승산 수단과;

상기 제1 M-축 전압 지령값과 상기 승산 신호를 가산하여 제2 M-축 전압 지령값을 출력하는 제2 가산 수단과;

상기 T-축 전류 지령값과 T-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용된 T-축 전압 지령값을 출력하는 T-축 전류 조절 수단과;

상기 제2 M-축 전압 지령값 및 상기 T-축 전압 지령값에 기초하여, 상기 AC 전동기에 대한 복수의 전압 지령값들을 발생시키며, 이 발생된 전압 지령값들을 상기 전력 변환기로 출력하는 제2 좌표 변환 수단

을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 누설 인덕턴스 연산 수단은,

상기 AC 신호의 진폭을 획득하여 출력하는 제1 진폭 연산 수단과;

상기 M-축 전류 실제값의 진폭을 획득하여 출력하는 제2 진폭 연산 수단과;

상기 제1 진폭 연산 수단의 출력으로부터 상기 제2 진폭 연산 수단의 출력을 감산하여 그 감산된 결과를 출력하는 제3 가산 수단과;

상기 제3 가산 수단의 출력에 대한 적분 연산 또는 비례 적분 연산 중 하나를 실행하여, 누설 인덕턴스 연산값을 출력하는 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 누설 인덕턴스 연산 수단은 상기 제2 진폭 연산 수단에 입력될 신호로부터 상기 M-축 전류 실제값의 주파수보다 낮은 주파수의 성분을 선택적으로 제거하는 필터 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 AC 신호 발생 수단은,

삼각파를 출력하는 삼각파 발생 수단과;

상기 삼각파를 적분하여, 이 적분된 결과를 AC 신호로서 출력하는 적분 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 선택 수단은 상기 AC 전동기가 동작하지 않을 때는 상기 누설 인덕턴스 연산 수단으로부터의 출력을 선택하며, 상기 AC 전동기가 동작 중일 때는 상기 메모리 수단으로부터의 출력을 선택하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
전력 변환기를 통해 AC 전동기에 제공되는 전류를 조절함으로써 상기 AC 전동기의 가변속을 제어하는 가변속 제어 장치에 있어서,

상기 AC 전동기에 제공되는 전류의 검출값에 기초하여 상기 AC 전동기에 대한 M-축 전류 실제값 및 T-축 전류 실제값을 획득하는 제1 좌표 변환 수단으로서, 상기 T-축 전류 실제값은 상기 M-축 전류 실제값과 직교하는, 상기 제 1 좌표 변환 수단과;

상기 AC 전동기에 대한 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값을 발생시키는 지령값 발생 수단으로서, 상기 T-축 전류 지령값은 상기 M-축 전류 지령값과 직교하는, 상기 지령값 발생 수단과;

AC 신호를 출력하는 AC 신호 발생 수단과;

상기 T-축 전류 지령값과 상기 AC 신호를 가산하여 전류 가산 신호를 출력하는 제1 가산 수단과;

상기 전류 가산 신호 및 상기 T-축 전류 실제값에 기초하여, 상기 T-축 전류 지령값과 T-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 제1 T-축 전압 지령값을 출력하는 T-축 전류 조절 수단과;

상기 AC 신호 및 상기 T-축 전류 실제값에 기초하여, 상기 AC 전동기의 누설 인덕턴스 연산값을 획득하는 누설 인덕턴스 연산 수단과;

상기 누설 인덕턴스 연산값을 저장하기 위한 메모리 회로와,

상기 누설 인덕턴스 연산 수단에 의해 획득된 상기 누설 인덕턴스 연산값과 상기 메모리 회로 수단에 저장된 상기 누설 인덕턴스 연산값 중 하나를 선택하는 신호 선택 유닛과,

상기 신호 선택 유닛에 의해 선택된 수단과 관련된 상기 누설 인덕턴스 연산값에 의해 상기 AC 신호와 상기 전류 가산 신호 중 하나의 미분값을 승산하고, 이 승산된 신호를 출력하는 승산 수단과;

상기 제1 T-축 전압 지령값과 상기 승산 신호를 가산하여 제2 T-축 전압 지령값을 출력하는 제2 가산 수단과;

상기 M-축 전류 지령값과 상기 M-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 M-축 전압 지령값을 출력하는 M-축 전류 조절 수단과;

상기 제2 T-축 전압 지령값 및 상기 M-축 전압 지령값에 기초하여, 상기 AC 전동기에 대한 복수의 전압 지령값들을 발생시키며, 이 발생된 전압 지령값들을 상기 전력 변환기로 출력하는 제2 좌표 변환 수단

을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 누설 인덕턴스 연산 수단은

상기 AC 신호의 진폭을 획득하여 출력하는 제1 진폭 연산 수단과;

상기 T-축 전류 실제값의 진폭을 획득하여 출력하는 제2 진폭 연산 수단과;

상기 제1 진폭 연산 수단의 출력으로부터 상기 제2 진폭 연산 수단의 출력을 감산하여 그 감산된 결과를 출력하는 제3 가산 수단과;

상기 제3 가산 수단의 출력에 대한 적분 연산 및 비례 적분 연산 중 하나를 실행하여, 누설 인덕턴스 연산값을 획득하는 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 누설 인덕턴스 연산 수단은 상기 제2 진폭 연산 수단에 입력될 신호로부터 상기 T-축 전류 실제값의 주파수보다 낮은 주파수의 성분을 선택적으로 제거하는 필터 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 AC 신호 발생 수단은,

삼각파를 출력하는 삼각파 발생 수단과;

상기 삼각파를 적분하여, 이 적분된 결과를 AC 신호로서 출력하는 적분 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 신호 선택 수단은 상기 AC 전동기가 동작하지 않을 때는 상기 누설 인덕턴스 연산 수단으로부터의 출력을 선택하며, 상기 AC 전동기가 동작 중일 때는 상기 메모리 수단으로부터의 출력을 선택하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 장치.
AC 전동기에 제공되는 전류를 조절함으로써 상기 AC 전동기의 가변속를 제어하는 방법에 있어서,

상기 AC 전동기에 제공되는 전류의 검출값에 기초하여 상기 AC 전동기에 대한 M-축 전류 실제값 및 T-축 전류 실제값을 획득하는 단계로서, 상기 T-축 전류 실제값은 상기 M-축 전류 실제값과 직교하는, 상기 획득 단계와;

상기 AC 전동기에 대한 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값을 발생시키는 단계로서, 상기 T-축 전류 지령값은 상기 M-축 전류 지령값과 직교하는, 상기 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값 발생 단계와;

AC 신호를 발생시키는 단계와;

상기 M-축 전류 지령값과 AC 신호를 가산하여 전류 가산 신호를 출력하는 단계와;

상기 전류 가산 신호 및 상기 M-축 전류 실제값에 기초하여, 상기 M-축 전류 지령값과 상기 M-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 제1 M-축 전압 지령값을 출력하는 단계와;

상기 AC 신호 및 상기 M-축 전류 실제값에 기초하여, 상기 AC 전동기의 누설 인덕턴스 연산값을 획득하는 단계와;

상기 누설 인덕턴스 연산값을 메모리 회로에 저장하는 단계와;

상기 획득 단계에서 획득된 상기 누설 인덕턴스 연산값과 상기 메모리 회로 수단에 저장된 상기 누설 인덕턴스 연산값 중 하나를 선택하는 단계와;

상기 선택 단계에 의해 선택된 상기 누설 인덕턴스 연산값에 의해 상기 AC 신호와 상기 전류 가산 신호 중 하나의 미분값을 승산하여, 이 승산된 신호를 획득하는 단계와;

상기 제1 M-축 전압 지령값과 상기 승산 신호를 가산하여 제2 M-축 전압 지령값을 획득하는 단계와;

상기 T-축 전류 지령값과 상기 T-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 T-축 전압 지령값을 획득하는 단계와;

상기 제2 M-축 전압 지령값 및 상기 T-축 전압 지령값에 기초하여, 상기 AC 전동기에 대한 전압 지령값들을 발생시키는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 방법.
AC 전동기에 제공되는 전류를 조절함으로써 상기 AC 전동기의 가변속을 제어하는 방법에 있어서,

상기 AC 전동기에 제공되는 전류의 검출값에 기초하여 상기 AC 전동기에 대한 M-축 전류 실제값 및 T-축 전류 실제값을 획득하는 단계로서, 상기 T-축 전류 실제값은 상기 M-축 전류 실제값과 직교하는, 상기 획득 단계와;

상기 AC 전동기에 대한 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값을 발생시키는 단계로서, 상기 T-축 전류 지령값은 상기 M-축 전류 지령값과 직교하는, 상기 M-축 전류 지령값 및 T-축 전류 지령값 발생 단계와;

AC 신호를 발생시키는 단계와;

상기 T-축 전류 지령값과 상기 AC 신호를 가산하여 전류 가산 신호를 출력하는 단계와;

상기 전류 가산 신호 및 T-축 전류 실제값에 기초하여, 상기 T-축 전류 지령값과 상기 T-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 제1 T-축 전압 지령값을 출력하는 단계와;

상기 AC 신호 및 상기 T-축 전류 실제값에 기초하여, 상기 AC 전동기의 누설 인덕턴스 연산값을 획득하는 단계와;

상기 누설 인덕턴스 연산값을 메모리 회로에 저장하는 단계와;

상기 획득 단계에서 획득된 상기 누설 인덕턴스 연산값과 상기 메모리 회로 수단에 저장된 상기 누설 인덕턴스 연산값 중 하나를 선택하는 단계와;

상기 선택 단계에 의해 선택된 상기 누설 인덕턴스 연산값에 의해 상기 AC 신호와 상기 전류 가산 신호 중 하나의 미분값을 승산하여, 이 승산된 신호를 획득하는 단계와;

상기 제1 T-축 전압 지령값과 상기 승산 신호를 가산하여 제2 T-축 전압 지령값을 획득하는 단계와;

상기 M-축 전류 지령값과 상기 M-축 전류 실제값 사이의 편차를 제거하는데 사용되는 M-축 전압 지령값을 획득하는 단계와;

상기 제2 T-축 전압 지령값 및 상기 M-축 전압 지령값에 기초하여, 상기 AC 전동기에 대한 전압 지령값들을 발생시키는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변속 제어 방법.