KR100608656B1

KR100608656B1 - 모터의 속도제어장치

Info

Publication number: KR100608656B1
Application number: KR1020030065390A
Authority: KR
Inventors: 오재윤; 정달호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-09-20
Filing date: 2003-09-20
Publication date: 2006-08-04
Anticipated expiration: 2023-09-20
Also published as: EP1519046A3; JP4057572B2; JP2005094995A; US7102309B2; EP1519046A2; CN1599232A; CN100424980C; KR20050029068A; US20050062448A1; EP1519046B1

Abstract

본 발명은 모터의 속도제어장치에 관한 것으로, 한 구간을 임의의 등분으로 구분한 속도지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 각 등분 마다 비교하여,부하 특성에 따른 속도오차를 보상함으로써, 부하특성에 의한 진동 및 소음을 감소시키도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 토크리플이 심한 부하특성을 갖는 압축기에 적용되는 모터의 속도제어장치에 있어서, 속도 지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 소정개의 구간으로 구분하여 각 구간별로 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 검출되는 각 구간별 속도오차를 감소시키기 위한 속도보상치를 결정하여 출력하는 속도보상수단과; 상기 속도보상수단에서 출력되는 속도보상치와 속도지령치 및 현재 속도추정치를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 토오크 전류 지령치를 출력하는 비교수단을 포함하여 구성한다.

Description

모터의 속도제어장치{VELOCITY CONTROL APPARATUS FOR MOTOR}

도1은 일반적인 Single Rotary Compressor의 구조를 나타낸 개략도.

도2는 도1에 있어서, 압축부의 동작원리를 보인도.

도3은 도1에 있어서, 부하특성을 보인도.

도4는 일반적인 모터의 속도제어장치에 대한 구성을 보인 실시예의 블록도.

도5는 종래 토크 보상방식을 보인도.

도6은 본 발명에 따른 속도 오차 보상 원리의 일실시예를 보인도.

도7은 본 발명에 따른 속도 오차 보상원리의 일실시예를 보인도.

도8은 본 발명 모터의 속도제어장치에 대한 일실시예의 구성을 보인 블록도.

도9는 본 발명 모터의 속도제어장치에 대한 다른 실시예의 구성을 보인 블록도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

100:속도보상기 200,300:비교수단

본 발명은 모터의 속도제어장치에 관한 것으로, 특히 한 구간을 임의의 등분 으로 구분한 속도지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 각 등분 마다 비교하여,부하 특성에 따른 속도오차를 보상하도록 한 모터의 속도제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 압축기(Compressor)는 그 압축방식에 따라 부하 특성이 매우 다르고, 특히 Single Rotary Compressor의 경우 압축 방식 특성상 기계적인 한 주기 부하의 토크 리플이 매우 크게 나타나며 일반적인 속도 제어기를 사용할 경우에는 속도 리플 역시 심하게 나타날 수 있다.

도1은 일반적인 Single Rotary Compressor의 구조를 나타낸 개략도로서, 압축부는 모터의 회전자와 축으로 연결되어 있고, Vane은 모터의 축과 동심이 어긋나 있다.

이에 따라, 도2와 같이 모터의 회전시 압축부의 Vane이 동시에 회전하지만 압축 행정이 이루어지게 되고, 압축부 Vane의 기계적 1회전에 압축 행정 1회가 이루어지게 되며, 압축 특성상 도3과 같이 모터에 인가되는 부하는 매우 큰 토크 리플을 갖게 된다.

상기 도3에서, 'θ'는 기계적인 회전각을 의미하고, 회전각과 부하 리플간의 관계는 모터 회전자를 압축부와 연결할 때의 위치 선정에 의해 정의된다.

도4는 일반적인 모터의 속도제어장치에 대한 구성을 보인 블록도이다.

압축기는 고온, 고압의 특성상 센서의 사용이 불가능하므로, 가변속용의 인버터 타입의 경우 센서리스 제어가 필수적인데, 사용되는 모터에 따라 세부적인 구성은 다를수 있으나 전체적인 구성은, 상기 도4와 같이, 최외곽에 속도 제어기, 내부에 전류제어기로 이루어지고, 속도추정시 전류나 전압을 검출하여 이용한다.

이때, 상기 도4와 같은 속도제어장치는, 상기 도3의 (a)와 같은 부하특성을 갖게 되므로, 도 3의 (b)와 같이 리플이 발생하는 속도특성을 갖게 된다.

이때, 상기 속도제어시 발생하는 리플은, 압축기의 진동 및 소음, 그리고 성능 저하의 원인이 된다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래기술에서는, 도5와 같이 부하특성을 미리 오프-라인 방식으로 구해놓고 이에 맞추어 토크를 제어할 수 있도록 룩업 테이블(Lookup Table)을 만들어 사용한다..

여기서, 상기 도5는 종래 토크 보상 방식을 보인도로서, 120도 통전 방식을 사용하는 BLDC에서 많이 사용되고, 120도 통전방식에 open phase에서 역기전력 (EMF)를 측정하여 구동하는 센서리스의 경우에는 그 방식상의 특성에 의해 60도 간격으로만 위치의 센싱이 가능하므로, 한 주기에 6개의 보상만이 가능하다.

그러나, 상기 그림 5와 같이, 룩업 테이블 Lookup Table)을 사용하는 방식에서는, 그 룩업 테이블(Lookup Table)을 구할 때 사용된 위치에서만 보상이 가능하므로 기준 위치를 잡을 필요가 있게 되고, 이러한 경우, 상기 기준위치의 오차는 모든 토크 보상에 역효과를 나타내는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같이 룩업 테이블을 사용하는 경우, 부하의 크기에 따른 보상치의 크기를 실험적으로 모두 구해 놓아야 한다는 단점이 있으며, 모델이 바꾸면 매번 새로운 실험치를 구해야만 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 한 구간을 임의의 등분으로 구분한 속도지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 각 등분 마다 비교하여 부하 특성에 따른 각 등분별 속도 오차를 검출하고, 그 검출된 등분별 속도오차를 해당 등분별로 보상함으로써,부하특성에 의한 진동 및 소음을 감소시키도록 한 모터의 속도제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 토크리플이 심한 부하특성을 갖는 압축기에 적용되는 모터의 속도제어장치에 있어서,
속도 지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 소정개의 구간으로 구분하여 각 구간별로 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 검출되는 각 구간별 속도오차를 감소시키기 위한 속도보상치를 결정하여 출력하는 속도보상수단과;
상기 속도보상수단에서 출력되는 속도보상치와 속도지령치 및 현재 속도추정치를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 토오크 전류 지령치를 출력하는 비교수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 토크리플이 심한 부하특성을 갖는 압축기에 적용되는 모터의 속도제어장치에 있어서,
속도 지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 소정개의 구간으로 구분하여 각 구간별로 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 검출되는 각 구간별 속도오차를 감소시키기 위한 속도보상치를 결정하는 속도 보상수단과;
상기 속도보상치를 속도보상용 전류지령치로 생성하는 PI제어수단과;
속도지령치와 현재 속도추정치를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 토오크전류지령치를 출력하는 제1 비교수단과;
상기 토오크 전류 지령치와 속도보상용 전류지령치 및 검출 토오크 전류성분을 비교하고, 그 비교결과에 근거한 토오크 전압지령치를 출력하는 제2 비교수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이하, 본 발명에 의한 모터의 속도제어장치에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명은, 도7과 같이 내부에서 계산되어지는 추정위치는, 소프트웨어적으로 내부에서 구간을 나누면 부하 특성에 대한 상대 위치가 다른 경우에도 모든 위치에 대하여 위치 추정이 가능하다는 점에 착안하였음을 밝혀두는 바이다.

즉,정현파 방식의 센서리스 구동의 경우에는 전 구간에 대하여 위치 추정이 가능하므로 모든 위치에 대해 부하의 보상이 가능한데, 도6은 한주기를 4등분한 보상을 예로 들고 있다.

이와같이 한 주기를 4등분하여 각 구간에서의 평균속도 오차를 구하고, 그 오차를 다음 주기에서 보상에 사용하게 되는데, 도6의 (a)는 싱글 로터리 컴프의 부하특성을 나타내고, 도6의 (b)는 상기 싱글 로터리 컴프의 부하특성으로 인한 속도리플을 나타내며, 도6의 (c)는 상기 속도리플을 정해진 4등분 구간에서 속도 오차의 평균한 것을 나타낸 것이다.

이와 같은 경우, Single Rotary Comp의 부하 특성과 추정위치의 기준 위치를 잡을 필요가 없는데, 즉, 도 7과 같이 내부에서 계산되어지는 추정위치는, 부하 특성에 대한 상대 위치가 다른 경우에도 모든 위치에 대하여 위치 추정이 가능하고 소프트웨어적으로 내부에서 구간을 나누고 있기 때문에, 본 발명에서 제안된 방식으로 부하특성에 따른 속도 오차의 보상이 가능한데, 즉 정현파의 임의의 구간을 다수의 구간으로 분할한 속도 지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 각기 대응되는 구간별로 비교하여,부하 특성에 따른 구간별 속도 오차를 검출하고, 그 검출된 구간별 속도오차를 해당 구간별로 보상한다.
이와 같은 본원발명은 도8 및 도9를 참조하여 설명한다.

도8은 본 발명 모터의 속도제어장치에 대한 일실시예의 구성을보인 블록도이다.

도8에 도시한 바와같이, 본 발명은, 일반적인 구성은 종래 도4와 동일하면, 다만, 속도지령치(

)와 이전 스텝의 속도추정치(

)를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 이전 스텝의 속도오차를 연산한 다음, 그 이전스텝의 속도오차를 보상하기 위한 속도보상치(

)를 결정하여 출력하는 속도보상기(100)와; 상기 속도보상기 (100)에서 출력되는 속도보상치(

)와 속도지령치(

) 및 현재 속도추정치 (

)를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 토오크 전류 지령치(

)를 출력하는 비교수단(200)을 더 포함하여 구성하며, 이와같은 본 발명의 속도 보상 동작을 설명한다.

먼저, 속도보상기(100)는, 속도지령치(

)와 이전 스텝의 속도추정치(

)를 결정하여 출력한다.

즉, 상기 속도보상기(100)는 속도 지령치(

)와 이전 스텝의 속도 추정치(

)를 소정개의 구간으로 구분하여 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 각 구간별로 속도오차를 검출한 다음, 그 검출한 속도오차를 감소 또는 증가시키도록 하는 속도보상치(

)를 결정한다.

이에 따라, 비교수단(100)은, 상기 속도보상기(100)에서 출력되는 속도보상치(

)와 속도지령치(

) 및 현재 속도추정치(

)를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 토오크 전류 지령치(

)를 출력함으로써, 부하를 보상한다.

이때, 상기 속도보상치(

)는, 하기의 수학식에 의해 구현한다.

[수학식]

여기서, 만약, '

'가 '0'보다 크면, 실제속도가 속도지령치 보다 큰것이므로 속도를 줄이도록 보상해야 한다.

따라서, 비교수단(200)에 더해지는 속도보상치(

)가 '0'보다 작도록 정해야 하므로 'k'가 '0'보다 작도록 정해진다.

도9는 본 발명 모터의 속도제어장치에 대한 다른 실시예의 구성을 보인 블록도이다.

도9에 도시한 바와같이, 본 발명은 속도지령치(

)와 이전 스텝의 속도추정치(

)를 결정하여 출력하는 속도보상기(100)와; 상기 속도지령치(

)와 현재 속도추정치(

)를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 토오크 전류지령치(

)를 출력하는 제1 비교수단(200)과; 상기 토오크 전류 지령치(

)와 속도보상용 전류지령치(

) 및 검출 토오크 전류성분(

)을 비교하고, 그 비교결과에 근거한 토오크 전압지령치(

)를 출력하는 제2 비교수단 (300)을 구비하며, 이와같은 본 발명의 속도보상 동작을 설명한다.

먼저, 속도보상기(100)는, 속도지령치(

)와 이전 스텝의 속도추정치(

)를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 이전 스텝의 속도오차를 연산한 다음, 그 이전 스텝의 속도오차를 보상하기 위한 속도보상치(

))를 결정하여 출력한다.

즉, 상기 속도보상기(100)는 속도 지령치(

)와 이전 스텝의 속도 추정치 (

)를 결정한다.

상기 속도보상치(

)는 PI제어기를 통과하여 속도보상용 전류지령치(

)가 된다.

이때, 제1 비교수단(200)은, 속도지령치(

)와 현재 속도추정치(

)를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 토오크 전류 지령치(

)를 제2 비교수단(300)에 인가한다.

이에 따라, 상기 제2 비교수단(300)은, 상기 토오크 전류 지령치(

)와 속도보상용 전류지령치(

) 및 검출 토오크 전류성분(

)을 비교하고, 그 비교결과에 근거한 토오크 전압지령치(

)를 출력함으로써, 부하특성에 따른 속도오차를 보상한다.

다시 말해서, 본 발명은, 한 구간을 임의의 등분으로 구분한 속도지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 각 등분 마다 비교하여,부하 특성에 따른 속도오차를 보상한다.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시 예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 한 구간을 임의의 등분으로 구분한 속도지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 각 등분 마다 비교하여,부하 특성에 따른 속도오차를 보상함으로써, 기존방식과 달리 기준위치를 잡거나 룩업테이블과 같은 실험데이터 없이도, 부하특성에 의한 진동 및 소음을 감소시키는 효과가 있다.

Claims

토크리플이 심한 부하특성을 갖는 압축기에 적용되는 모터의 속도제어장치에 있어서,

속도 지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 소정개의 구간으로 구분하여 각 구간별로 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 검출되는 각 구간별 속도오차를 감소시키기 위한 속도보상치를 결정하여 출력하는 속도보상수단과;

상기 속도보상수단에서 출력되는 속도보상치와 속도지령치 및 현재 속도추정치를 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 토오크 전류 지령치를 출력하는 비교수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 모터의 속도제어장치.
삭제
제1 항에 있어서, 속도 보상치는, 하기의 수학식에 의해 구현하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도제어장치.

[수학식]
제 3항에 있어서, k는 속도오차가 작아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 모터의 속도제어장치.
토크리플이 심한 부하특성을 갖는 압축기에 적용되는 모터의 속도제어장치에 있어서,

속도 지령치와 이전 스텝의 속도 추정치를 소정개의 구간으로 구분하여 각 구간별로 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 검출되는 각 구간별 속도오차를 감소시키기 위한 속도보상치를 결정하는 속도 보상수단과;

상기 속도보상치를 속도보상용 전류지령치로 생성하는 PI제어수단과;

속도지령치와 현재 속도추정치를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 토오크전류지령치를 출력하는 제1 비교수단과;

상기 토오크 전류 지령치와 속도보상용 전류지령치 및 검출 토오크 전류성분을 비교하고, 그 비교결과에 근거한 토오크 전압지령치를 출력하는 제2 비교수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도제어장치.
삭제
제5 항에 있어서, 속도 보상치는, 하기의 수학식에 의해 구현하는 것을 특징으로 하는 모터의 속도제어장치.

[수학식]
제 7항에 있어서, k는 속도오차가 작아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 모터의 속도제어장치.