KR100798511B1

KR100798511B1 - 인버터장치 및 그 전류제한방법

Info

Publication number: KR100798511B1
Application number: KR1020037000031A
Authority: KR
Inventors: 모리모토신야
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2008-01-28
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: WO2002005415A1; EP1306967B1; KR20030027933A; CN1441994A; EP1306967A1; TWI243532B; US6804130B2; JP2002034289A; EP1306967A4; CN1227805C; JP4131079B2; US20040052097A1

Abstract

본 발명의 과제는 순시로 전류를 제한하는 것으로 소자의 파괴를 방지하고, 전동기를 효율적으로 안정되게 운전시킬 수 있는 인버터장치를 제공하는 것이다.

이를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은 주파수 지령치 Fref와, 주파수 지령치로부터 V/f연산(7)에 의해 구한 전압지령치에서 또한 구한 전압지령 벡터를 기초로 PWM변조하여 전압을 출력하는 인버터장치에 있어서, 전류의 크기 I1과 전류위상 θi로 이루어지는 전류벡터를 검출하는 전류검출수단(12a)과, 전류의 크기가 전류제한치 Imax를 넘었을 때 초과분에 비례한 전압제한치 △V를 구하는 전압제한치 연산수단(15)과, 전압제한치를 전류위상을 기초로 전압제한 벡터 △Vq, △Vd로 변환하는 전압제한 벡터 연산수단(16)과, 전압지령 벡터에 전압제한 벡터를 가산하는 전압보정수단(17)과, 전압제한치와 전류위상을 기초로 주파수의 가속도 지령을 수정하는 가속도 수정수단(11)을 구비하였다.

Description

인버터장치 및 그 전류제한방법{INVERTER DEVICE AND CURRENT LIMITING METHOD THEREFOR}

본 발명은 V/f에 의해 유도전동기 등을 구동할 때 과전류의 억제를 강화한 인버터 장치에 관한 것이다.

종래 유도전동기를 V/f제어할 때 급가속이나 부하의 급변이 있으면 전류가 커진다. 그 경우 인버터 장치의 반도체 소자에 허용량을 넘는 전류가 흐르면 소자가 파괴되므로 과전류 레벨을 설정하여 이를 넘는 전류가 흐르면 과전류 보호기능이 작용하여 게이트차단에 의해 소자의 파괴를 억지하도록 하고 있다.

또 과전류 보호기능에 의한 게이트 차단은 재기동의 필요가 요구되므로 먼저의 과전류 레벨보다 낮은 레벨로 자동복귀시키는 기능을 갖는 게이트 차단회로나 또한 저레벨로 0전압패턴을 출력하는 전류제한회로를 이용하여 전류제한과 반도체의 보호를 행하였다.

또 전류의 크기를 검출하여 주파수를 수정하는 방법이나 가속중에 전류가 증가한 경우에 가속을 정지하고, 정상운전중에 전류가 증가한 경우는 주파수를 내리는 등 전류의 크기에만 주목한 제어가 행해졌다.

다음에 종래의 V/f제어의 실제에 대해 구체예를 도시하여 설명한다.

도 5는 종래의 V/f제어의 제어블록도이다. 도 8은 도 5와 같은 V/f제어의 어떤 역행(力行)상태에서의 전압지령 Vq^*과 전류 I 및 전동기의 전압성분의 일예를 도시한 것으로 여기서는 d축을 제어출력의 기준위상으로 취하고, d축에서 90도의 위치에 설정한 q축의 전압을 제어하는 제어형태를 도시하고 있다.

도 5에 도시하는 V/f제어에서는 θ는 어느 기준위치(예를들어 U상)에서 본 d축의 위치를 나타내고 있다. 주파수 지령 연산부(1)는 주파수 지령 Fref를 입력하여 가속지령 연산수단(2)에 의해 설정한 가속시간으로부터 가속주파수를 계산하고, 가속주파수 적분수단(3)에 의해 적분하며, 지령치 제한수단(4)에 의해 설정한 주파수 지령치가 되면 가속을 정지하도록 하여 현시점에서의 주파수 지령을 작성한다.

또 감속시에는 가속주파수 적분수단(3)에 의해 적분한 속도를 지령치 제어수단(4)에 의해 하한치가 주파수 지령치가 되면 감속을 정지하도록 한다. 미끄럼 주파수 수단(5)은 토오크분 전류검출치로부터 전동기의 미끄럼 주파수를 계산하고 출력주파수(6)를 구한다.

V/f연산부(7)는 출력주파수로부터 도 7과 같은 주파수-전압패턴에 의해 전압지령 Vq^*를 구한다. 또 출력주파수로부터 위상연산수단(8)에 의해 적분하여 출력위상 θ을 구하고, 전압지령 Vq^*, Vd^*(값 0)과 θ에서 PWM지령 연산부(9)에 의해 3상(UVW상)의 전압지령을 구하여 PWM패턴으로 변환하고, 게인드라이버 회로(10)로 출력하여 전동기 IM에 전압을 인가한다.

또 종래는 스톨(정지상태) 방지책으로서 전류검출수단(12b)에 의해 전류의 크기 I1을 검출하여, 가속도 보정수단(11b)에 의해 I1의 크기가 커졌을 때 가속중이면 가속을 느리게 하고, 정상운전중이면 마이너스 값으로 가속(감속)하도록 하였다. 그러나 급가속이나 급격한 부하변동이 있는 경우에는 전류의 증가를 억제할 수 없어 하드의 과전류 보호에 걸려 스톨하는 경우가 있다.

이 문제에 대해서는 도 6과 같은 전류제한회로를 작성하여 전류를 억제하면서 스톨을 방지하는 대책이 취해지고 있다.

도 6과 같이 PWM지령 연산부(9)내의 전압변환수단(9a)에 의해 dq축에서 UVW상의 전압으로 변환되고 이를 삼각파 비교기(9b)에 의해 PWM변조를 행하여, 반전회로와 온디레이 회로(26)를 통해 게이트 드라이브신호를 작성한다는 통상의 구성에 전류제한회로를 가하여 반도체 소자의 파괴를 방지하고 있다. 도에서는 과전류 레벨을,

Ioc> Ic1b>Ic1a

의 3단계로 나누어 우선 전류검출치 I1과 과전류 레벨 Ioc를 비교기(21)에 의해 비교하고, I1이 Ioc보다 클 때에는 래치회로(24)에 의해 래치게이트 차단선택회로(27)에 의해 게이트 차단신호를 선택하여 출력한다. 또한 래치회로(24)는 소정의 타이밍으로 콘트롤러로부터의 reset신호에 의해 리셋된다.

전류가 그보다 작은 경우는 전류검출치 I1과 다음의 전류제한 레벨 Ic1b를 비교기(20)에 의해 비교한 결과가 래치회로(23)에 래치되고, 게이트 차단선택회로(27)에 의해 게이트 차단신호가 출력된다. 이 비교기(20)와 래치회로(23)를 CLB회로라 한다.

또한 전류가 작은 경우는 전류검출치 I1과 그 다음의 전류제한 레벨 Ic1a를 비교계(19)에 의해 비교하여, I1쪽이 크면 on신호를 래치회로(22)에 의해 래치하고, 그 신호를 0전압 변환회로(25)에 의해 0전압패턴 발생기(18)로 작성된 0전압 패턴을 출력한다. 이 비교기(19)와 래치회로(22), 0전압 패턴발생회로(18)와 0전압 변환회로(25)를 총칭하여 CLA회로라 한다.

래치회로(22)(23)는 어떤 설정된 타이밍 CLK에 의해 자동적으로 리셋된다. 이에 따라 전류검출치 I1이 과전류 레벨 Ioc보다 낮고, 전류제한 레벨 Icla보다 큰 경우는 고정패턴의 게이트 드라이브 신호가 되지만 게이트 차단은 아니므로 전류를 제한하면서 운전은 계속할 수 있다. 단 이러한 전류의 크기만에 의한 과전류 방지책에서는 전동기의 회생상태일 때 전압을 작게하면 역으로 전류가 증가하거나 또는 CLA, CLB회로가 동작하고 있는 동안은 전동기에 대해 파워가 공급되지 않기 때문에 효율이 떨어지는 점은 부정할 수 없다.

다음에 전류의 크기에 의한 보정이외의 방식으로서는 검출한 전류와 역방향의 전압제한 벡터(vector)을 이용하여 전압의 보정을 행하고, 전압제한 벡터의 크기에 대해 PI제어를 실시하여 속도지령의 보정을 행하도록 하는 방식이 있다.

그러나 도 6의 방식의 경우는 전류의 크기로부터 전압의 크기를 보정하여 전류제한을 행하고 있기 때문에 전동기가 회생상태일 때 전압을 작게하면 역으로 전류를 증가시켜 버리는, 이와같이 전동기의 상태에 의해서는 전류를 제한할 수 없고 역으로 전류가 커져 과전류 보호기능이 작용해 게이트 차단에 의해 스톨하는 경우 가 있다.

또 0전압을 사용하는 방식에서는 전류가 왜곡전동기로의 파워의 공급이 없어지므로 결과적으로 효율이 나빠지게 된다. 이 때문에 전류를 확실하게 떨어뜨리면서 파워효율이 좋은 전류제한방법이 요구됨에도 불구하고 아직 요구가 채워지지 않는다는 문제가 있었다.

또한 검출한 전류와 역방향의 전압제한 벡터를 이용하여 전압의 보정을 행하고, 전압제한 벡터에 대해 PI제어를 실시하여 속도지령을 보정하는 경우는 전류와 역방향의 벡터로 전압을 보상함으로써 전류를 줄일 수 있도록 되어있지만 속도지령에 대해 전류의 크기에만 주목한 PI제어를 실시하기 위해 전동기가 역행상태인 경우는 보정이 작용하지만 회생의 경우에는 주파수 보정이 역으로 악영향을 미쳐 전류를 제한할 수 없게 되는 경우가 있다. 또 속도의 보정방법이 PI제어이므로 순간적으로 큰 부하가 걸린 경우에는 그에 따른 큰 주파수 보정이 들어가 불안정하게 되기 쉽다. 또 불안정한 상태일 때에는 적분이 쌓여 폭주의 위험성이 있다. 거기에 전압의 보정 DVq, DVd의 방향이 전압제어축 방향만이 아닌 그와 직교하는 방향으로 까지 보정을 가하므로 난조(亂調)등의 문제의 발생을 억제하는 것이 어렵고, 안정성을 확보할 수 없다는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 전동기의 상태에 상관없이 확실하게 전류를 제한하여 소자의 파괴와 스톨을 방지하고, 전동기를 효율적으로 안정되게 운전할 수 있는 인버터장치 및 그 전류제한방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1특징은 주파수 지령치와, 상기 주파수 지령치로부터 V/f연산에 의해 구한 전압지령치에서 전압지령 벡터를 구하고, 상기 전압지령 벡터를 기초로 PWM변조하여 전압을 출력하는 인버터 장치에 있어서, 전류의크기와 전류위상으로 이루어지는 전류벡터를 검출하는 전류검출수단과, 상기 전류의 크기가 전류제한치를 넘었을 때 초과분에 비례한 전압제한치를 구하는 전압제한치 연산수단과, 상기 전압제한치를 상기 전압위상을 기초로 전압제한 벡터로 변환하는 전압제한 벡터 연산수단과, 상기 전압지령벡터에 상기 전압제한 벡터를 가산하는 전압보정수단과, 상기 전압제한치와 상기 전류위상을 기초로 주파수의 가속도 지령을 수정하는 가속도 수정수단을 구비하고 있다.

또 본 발명의 제2특징은 상기 전압제한치 연산수단은 상기 전류제한치를 넘었을 때 초과분에 비례한 값에 대해 1차 지연필터에 의해 필터링한 결과를 전압제한치로서 출력하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명의 제3특징은 상기 전압제한 벡터 연산수단은 상기 전압제한치를 상기 전류위상과 역방향의 벡터로 변환하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명의 제4특징은 상기 전압제한 벡터 연산수단은 상기 전압제한치를 상기 전류위상과 역방향의 벡터중 상기 전압지령 벡터방향에 직교하는 성분을 0으로 하여 전압제한 벡터를 구하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명의 제5특징은 전류의 크기가 상기 전류제한치보다 큰 제 2의 전류제한치를 넘는 동안은 강제적으로 0전압의 PWM패턴을 출력하는 제 2전류제한수단과, 전류의 크기가 상기 제 2전류제한치보다 큰 제 3전류 제한치를 넘는 동안은 게이트를 차단하는 제 3전류제한수단을 구비하고 있다.

또 본 발명의 제6특징은 주파수 지령치와, 상기 주파수 지령치로부터 V/f연산에 의해 구한 전압지령치에서 전압지령 벡터를 구하고, 상기 전압지령 벡터를 기초로 PWM변조하여 전압을 출력하여 과전류가 검출된 경우에는 보호동작을 행하는 인버터 장치의 전류제한방법에 있어서, 전류의 크기 I1과 전류위상 θi로 이루어지는 전류벡터를 검출하여 상기 전류의 크기가 전류제한치 Imax를 넘었을 때 초과분에 비례한 전압제한치 △V를 구하고, 상기 전압제한치 △V를 상기 전류위상 θi를 기초로 전압제한 벡터 Vq, △Vd로 변환하여 상기 전압지령 벡터에 가산하고 전압보정을 행하는 순시에 전류를 제한하며, 상기 전압제한치와 상기 전류위상을 기초로 주파수의 가속도 지령을 수정하여 파워효율이 좋은 전류제한을 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명의 제7특징은 상기 전압제한치 △V는 상기 전류의 크기가 전류제한치 Imax를 넘었을 때 초과분에 비례한 값에 대해 1차 지연 필터에 의해 필터링하여 고주파를 제거하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 제8특징은 상기 전압제한 벡터 △Vq, △Vd는 상기 전압제한치 △V를 전류위상 θi와는 역방향인 벡터 △q = -△Vsinθi(또는 △Vq = - △V X Iq/I1) 및 △d = -△Vcosθi (또는 △d= -△V X Id/I1)으로 변환하여 작성하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명의 제9특징은 상기 전압제한 벡터는 상기 전압제한치 △V를 상기 전류위상 θi에 대해 역방향의 벡터 △q, △d중 상기 전압지령 벡터방향에 직교하는 △d성분을 0으로 하여 구하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명은 제10특징은 전류의 크기가 상기 전류제한치 Imax보다 큰 제 2전류 제한치 Ic1a'를 넘고 있는 동안은 강제적으로 0전압의 PWM패턴을 출력하고, 또한 전류의 크기가 상기 제 2전류제한치 Ic1a'보다 큰 제 3의 전류제한치 Ic1b', Ioc'를 넘고 있는 동안은 게이트를 차단하여 보호동작을 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 인버터 장치 및 그 과전류 억제방법에 의하면 도 1에서 과전류 제한치 Imax를 넘은 초과분에 비례한 전압제한치 △V를 구하고, 전압제한치를 전류위상을 기초로 한 전압제한 벡터 △Vq, △Vd로 변환하여 전압지령 벡터에 가산함으로써 순시의 과전류를 억지가능하게 함과 동시에 전압제한치 △V과 전류위상 θi를 기초로 주파수의 가속도 지령을 수정함으로써 전류를 제한하면서 스톨을 피해 효율적으로 운전할 수 있다.

그 때 전압제한치 △V에 대해서는 1차 지연 필터(K/1 + Ts)를 통과한 후 전압제한 벡터를 구하도록 했기 때문에 전류에 포함되는 고주파 성분을 제거한 안정된 보상을 가능하게 하고 있다.

또 전압제한치 △V를 전압제한 벡터 △Vq, △Vd로 변환했을 때 전류방향과 역방향이 되도록 전압제한 벡터를 구하여 보상을 행하므로 저항부하 등의 용도에 대해서는 순시로 전류를 제한하는 것이 가능하게 된다. 또 모터등을 제어할 경우에는 전압제한 벡터의 전류와 역방향의 성분 중 전압지령 벡터과 직교하는 방향성분 △Vd를 0이 되도록 하고 V/f제어되는 전압지령 벡터방향에 대해서만 보상을 행하도록 하는 것으로 안정된 전류제한제어가 가능하게 된다.

이상과 같은 전류제한이 정상적으로 작동하지 않은 경우의 보호대책으로서는 전류의 크기 I1가 과전류 제한치 Imax보다 큰 제 2의 과전류 제한치 Ic1a'를 넘고 있는 동안은 강제적으로 0전압의 PWM패턴을 출력하여 보호동작을 행하고, 전류의 크기가 제 2과전류 제한치 Icla'보다 큰 제 3의 과전류 제한치 Ic1b' 또는 Ioc'를 넘고 있는 동안은 게이트를 차단하여 보호하도록 하고 있기 때문에 전류의 크기 I1이 과전류 제한치 Imax를 크게 넘어도 제 2, 제 3의 과전류 제한치 Ic1a', Ic1b', Ioc'의 3단계의 보호가 행해지므로 확실하고 안전한 과전류 억제가 가능하게 된다. 이 경우의 설정레벨의 대소관계는 Ioc'> Ic1b' > Ic1a'> Imax가 된다.

따라서 본 발명의 경우는 과전류 제한치 Imax에 의한 억제에 의해 거의 억제할 수 있기 때문에 종래 경우의 과전류 레벨이 설정된 CLA, CLB회로의 설정레벨 Ioc, Ic1b, Ic1a의 값을 높일 수 있다.

또 과전류 제한치 Imax의 억제로 대부분 충분하기 때문에 CLA, CLB회로를 무효로 하는 변환수단(29a)(29b)를 배치하여 CLA, CLB회로를 ON/OFF할 수 있도록 하여 폭넓은 제어를 가능하게 하고 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 인버터장치에 의한 V/f제어의 제어블록도이다.

도 2는 도 1에 도시하는 인버터 장치의 제어시의 벡터도.

도 3은 도 2에 있어 Vd를 0으로 한 경우의 벡터도이다.

도 4는 도 1에 도시하는 인버터 장치의 전류제한 회로의 블록도이다.

도 5는 종래의 인버터 장치에 의한 V/f제어의 제어블록도이다.

도 6은 도 5에 도시하는 인버터 장치의 전류제한회로의 블록도.

도 7은 종래의 주파수-전압패턴을 도시하는 도면이다.

도 8은 종래의 인버터장치의 제어시의 벡터도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 주파수 지령연산부 2: 가속지령 연산수단

3: 가속주파수 적분수단 4: 지령치 제한수단

5: 미끄럼 주파수 연산수단 6: 출력주파수

7: V/f연산부 8: 위상연산수단

9: PWM지령 연산부 10: 게이트 드라이버 회로

11a: 전류제한 가속도 보정수단 11a': 주파수 지령 변환수단

12a: 전류검출수단 13: 전류비교수단

14: 리밋회로 15: 전압제한치 연산수단

16: 전압제한 벡터연산수단 17a: q축 가산수단

17b: d축 가산수단 18: 0전압 패턴발생회로

19,20,21: 비교기 22,23,24: 래치회로

25: 0전압 변환회로 26: 온디레이 회로

27: 게이트 차단선택회로 28: 게이트 차단선택회로

29: 무효수단

다음 본 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 인버터 장치에 의한 V/f제어의 제어블록도이다.

도 2는 도 1에 도시하는 인버터 장치의 제어시의 벡터도.

도 3은 도 2에 있어서 Vd를 0으로 한 경우의 벡터도.

도 4는 도 1에 도시하는 인버터장치의 전류제한회로의 블록도.

도 1에 있어서 부호 11a는 가속도를 수정하는 전류제한 가속도 보정수단, 11a'는 주파수 지령과 전류제한시 출력주파수를 변환하는 주파수 지령변환수단, 부호 12a는 전류의 크기 I1과 전류위상 θi를 출력하는 전류검출수단, 부호 13은 검출전류 I1과 과전류 제한치 Imax를 비교하는 전류비교수단, 부호 14는 비교결과를 출력하는 리밋회로, 부호 15는 전압제한치 △V를 연산하는 전압제한치 연산수단, 부호 16은 전압제한 벡터 △Vq, △Vd를 구하는 전압제한 벡터 연산수단, 부호 17a,17b는 전압제한 벡터의 가산수단이다.

또한 그외의 도 5와 동일 구성에는 동일부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.

도 4에 있어서 부호 29a, 부호 29b는 전류제한회로의 무효수단으로 Ic1a'는 제 2의 전류제한치, Ic1b', Ioc'는 제 3의 전류제한치이다.

또한 그 외의 도 6과 동일 구성에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.

다음에 동작에 대해 설명한다.

우선 전류검출수단(12a)에 의해 전류의 크기 I1과, 기준위상 θ에 대한 전류위상 θi을 구하고, 전류비교수단(13)에 의해 설정한 전류제한치 Imax로부터 전류의 크기 I1을 감산하여 리밋회로(14)에 의해 감산결과가 마이너스인 경우는 0으로 하고, 전압제한 연산수단(15)으로 게인 및 필터처리(K/1 + Ts)를 실시하여 전압제한치 △V를 구한다. 전압제한 벡터 연산수단(16)에서는 구한 전압제한치 △V와 전류위상 θi에서 다음식으로,

△Vq = -△Vsinθi

△Vd = -△Vcosθi

dq축 전압제한치 △Vq, △Vd를 구한다.

또한 전류검출치 Id, Iq를 이용하여

△Vq = -△V X Iq /I1

△Vd = -△V X Id /I1

로서 구해도 같은 결과가 얻어진다.

다음에 연산한 △Vq, △Vd를 전압지령 Vq*, Vd*에 가산수단(17a)(17b)에 의해 가산하여 출력전압지령 Vq, Vd를 구해 PWM 지령연산부(9)에 의해 3상(UVW상)의 전압지령을 구해 PWM패턴으로 변환하고, 게이트 드라이버 회로(10)로 출력하여 전동기 IM에 전압을 인가한다. 이에 따라 순시로 전류를 제한하는 것이 가능하게 된다.

이 동안의 전압제한 벡터△V, 전압지령 벡터 V*, 전류벡터 I의 함수는 도 2(a)에 역행상태의 경우를, 도 2(b)에 회생상태의 경우를 도시하고 있다.

도 2(a)에서는 q축상의 전압지령 V*에 대해 전류와 역방향의 전압제한 벡터△V을 가산하고, 인가전압 V를 작게하여 전류벡터 I를 제한하는 모양을 도시하고 있다.

도 2(b)에 도시하는 회생상태에서는 역으로 동방향으로 △V를 가산하여 인가전압 V를 크게하여 전류벡터 I를 제한하는 모양을 도시하고 있다.

이와같이 전동기의 상태에 관계없이 순시로 전류를 제한하는 것이 가능하게 된다.

또 V/f제어에 의해 모터 등을 제어할 경우, 모터나 부하의 상태에 의해 불안정하게 되는 경우가 있다. 이와 같은 상태일 때 도 2와 같이 dq축 각각에 대해 전압보정을 행하면 q축 방향은 제어가능하지만 d축방향은 제어를 행하고 있지 않으므로 불안정 상태를 피할 수 없는 경우가 있다.

따라서 도 3과 같이 △Vd를 0으로 하여 △Vq만을 전압지령 V*에 가산하도록 제어함으로써 이를 피할 수 있도록 하고 있다.

도 3(a)은 역행상태를, 도 3(b)는 회생상태를 도시하여, 도 3(a)에서는 전압지령 V*에 역방향의 전압제한 벡터 △Vq를 가산하여 전압 V를 작게하고, 전류 I를 제한하고 있다. 도 3(b)의 경우는 역으로 전압 V를 크게하여 전류 I를 제한하고 있다. 실제로 전류가 커지는 경우는 제어가 정상으로 회전수가 어느 정도 있으면 q축 방향으로 증가하므로 전류의 억제능력은 △Vq만의 보정으로 충분한다.

이상의 조작에 의해 전류를 순시로 제한하는 것이 가능하게 되지만 정상적으로 전류를 제한하고, 전동기의 효율을 고려할 경우는 주파수를 보정할 필요가 있다. 이에 대응하기 위해 도 1에 도시하는 전류제한 가속도 보정수단(11a)은 전류위상 θi를 이용하여 전동기의 상태가 역행인지 회생인지를 판단하고 가속도의 수정방향을 설정하며, 전압제한치 △V를 이용하여 가속도의 크기를 수정한다. 수정량은 설정치 또는 전압제한치 △V의 부하방향 성분계산치 등을 이용하여 계산한다.

또 전류제한 가속도 보정수단(11a)은 부하의 상태에 의해 회생인 경우는 최대치가 최고주파수, 역행인 경우는 최소치가 0이 되도록 전류제한시의 주파수 지령을 출력하고, 주파수 지령 변환수단(11a')에 의해 주파수 지령과 전류제한시 출력주파수를 변환한다.

또한 역행/회생의 판단은 q축 전류만을 참조하는 방법, 무효전력에서 연산하는 방법 등 여러가지 있지만 여기서는 생략한다.

회전방향과 부하방향에 의해 가속도 보정을 다음과 같이 하여 행한다.

a) 정회전으로 역행의 경우는 정측(正側)으로 보정.

b) 정회전으로 회생의 경우는 부측(負側)으로 보정

c) 역회전으로 역행의 경우는 부측으로 보정

d) 역회전으로 회생의 경우는 정측으로 보정.

가속도 보정의 가장 단순한 방법은 가속중이면 전압제한치 △V가 0이 아닌 경우에 역행부하이면 가속을 정지하고, 정상운전중이면 △V가 0이 아닌 경우에 역행중이면 감속, 회생중이면 가속이 되도록 가감속도 설정치를 가속도에 대입하는 방법이지만 이들 방법으로도 충분히 과전류를 억제할 수 있다.

또 예기하지 않은 전류변동이 있는 경우를 위한 보호대책으로서 도 4에 도시하는 전류제한회로를 이용한다. 도 4의 회로에서는 검출전류 I1이 전류제한치 Imax보다 큰 과전류 레벨 Ioc'보다 큰 경우는 게이트 차단회로(27)에 의해 게이트차단신호를 선택·출력한다.

전류 I1이 그 보다 작은 경우는 또한 전류제한 레벨 Ic1b'과 비교하여 전류 I1쪽이 크면 마찬가지로 게이트 차단신호를 출력한다.

전류 I1이 그보다도 작고 전류제한 레벨 Ic1a'보다도 큰 경우는 0전압 패턴을 출력하게 된다.

이 경우의 각 레벨의 대소관계는 다음과 같이 된다.

Ioc' > Ic1b' > Icla' > Imax

또한 도 1에 도시한 전압제한 벡터 △Vq, △Vd 및 전류제한 가속도 보정 등의 제어에 의해 상당한 부분에서 제한이 가능하게 되므로 각 과전류 레벨 Ioc', Ic1b', Ic1a'는 도 6의 종래예에서 도시한 대응하는 각 과전류 레벨 Ioc, Ic1b, Ic1a를 up한 값(Ioc' > Ioc, Ic1b' > Ic1b, Ic1a'>Ic1a)으로 설정하는 것이 가능하 게 되어 스톨방지를 도모할 수 있다.

또 용도에 따라서는 도 1의 제어로 충분한 경우도 있기 때문에 무효수단(29a)(29b)에 의해 도 4의 전류제한회로를 절리하여 무효로 하고, O전압변환회로(25)와 게이트 차단선택회로(27)의 변환부를 제거할 수 있다.

또한 이 무효수단(29)은 전류제한회로를 원하는 형태(자동/수동도 포함)로 ON/Off할 수 있으면 어떠한 방식이라도 상관없다.

이와같이 본 실시예에 의하면 전류의 위상 θi와 전류의 크기 I1을 검출하여 전류의 크기 I1과 전류제한치 Imax를 비교하고, 전압제한치 △Vq, △Vd를 구하여 전압지령에 가산하고 순시의 전류제한을 가능하게 함과 동시에 전압제한치 △V와 전류위상 θi를 이용하여 가속도를 수정함으로써 스톨을 방지하여 효율적으로 운전하는 것이 가능하게 된다.

이상 설명한 것과 같이 본 발명에 의하면 전압지령에 대해 전류제한치를 초과한 분에 비례하여 전류벡터과 역방향 또는 역방향내의 전압지령축 상의 성분의 전압제한 벡터를 가함으로써 순시로 전류를 제한할 수 있게 되고 또한 3개의 레벨의 전류제한방법을 갖게함으로써 전류에 의한 소자의 파괴와, 스톨을 확실하게 방지할 수 있다.

또 전압제한치와 전류위상으로부터 가속도를 보정함으로써 정상적으로 전류를 제한하고 유도전동기를 효율적으로 운전할 수 있다.

Claims

주파수 지령치와, 상기 주파수 지령치로부터 V/f연산에 의해 구한 전압지령치에서 전압지령 벡터를 구하고, 상기 전압지령 벡터를 기초로 PWM변조하여 전압을 출력하는 인버터 장치에 있어서,

전류의 크기와 전류위상으로 이루어지는 전류벡터를 검출하는 전류검출수단과, 상기 전류의 크기가 전류제한치를 넘었을 때 초과분에 비례한 전압제한치를 구하는 전압제한치 연산수단과, 상기 전압제한치를 상기 전류위상과 역방향의 벡터 중 상기 전압지령 토오크 방향에 직교하는 성분을 0으로 하여 전압제한 벡터를 구하는 전압제한 벡터 연산수단과, 상기 전압지령 벡터에 상기 전압제한 벡터를 가산하는 전압보정수단과, 상기 전압제한치와 상기 전류위상을 기초로 주파수의 가속도 지령을 수정하는 가속도 수정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
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주파수 지령치와, 상기 주파수 지령치로부터 V/f연산에 의해 구한 전압지령치에서 전압지령 벡터를 구하고, 상기 전압지령 벡터를 기초로 PWM변조하여 전압을 출력하는 인버터장치에 있어서,

전류의 크기와 전류위상으로 이루어지는 전류벡터를 검출하는 전류검출수단과, 상기 전류의 크기가 전류제한치를 넘었을 때 초과분에 비례한 전압제한치를 구하는 전압제한치 연산수단과, 상기 전압제한치를 상기 전류위상과 역방향의 전압제한 벡터로 변환하는 전압제한 벡터 연산수단과, 상기 전압지령 벡터에 상기 전압제한 벡터를 가산하는 전압보정수단과, 상기 전류의 크기가 상기 전류제한치보다 큰 제 2전류제한치를 넘는 동안은 강제적으로 0전압의 PWM패턴을 출력하는 제 2전류제한수단과, 상기 전류의 크기가 상기 제2 전류제한치보다 큰 제 3전류제한치를 넘는 동안은 게이트를 차단하는 제 3전류제한수단을 구비한 것을 특징으로 하는 인버터장치.
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주파수 지령치와, 상기 주파수 지령치로부터 V/f연산에 의해 구한 전압지령치에서 전압지령 벡터를 구하고, 상기 전압지령 벡터를 기초로 PWM변조하여 전압을 출력하여, 과전류가 검출된 경우에는 보호동작을 행하는 인버터 장치의 전류제한방법에 있어서,

전류의 크기 I1과 전류위상 θi로 이루어지는 전류벡터를 검출하여 상기 전류의 크기가 전류제한치 Imax를 넘었을 때 초과분에 비례한 전압제한치 △V를 구하고, 상기 전압제한치 △V를 상기 전류위상 θi를 기초로 전압제한 벡터 △Vq = - △Vsinθi(또는 △Vq = -△V X Iq/I1) 및 △Vd=0으로 변환하여 상기 전압지령 벡터에 가산하고 전압보정을 행하여 순시로 전류를 제한하며, 상기 전압제한치 △V와 상기 전류위상 θi를 기초로 주파수의 가속도 지령을 수정하여 파워효율이 좋은 전류제한을 행하는 것을 특징으로 하는 인버터 장치의 전류제한방법.
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주파수 지령치와, 상기주파수 지령치로부터 V/f연산에 의해 구한 전압지령치에서 전압지령 벡터를 구하고, 상기 전압지령 벡터를 기초로 PWM변조하여 전압을 출력하여, 과전류가 검출된 경우에는 보호동작을 행하는 인버터 장치의 전류제한방법에 있어서,

전류의 크기 I1과 전류위상 θi로 이루어지는 전류벡터를 검출하고, 상기 전류의 크기가 전류제한치 Imax를 넘었을 때 초과분에 비례한 전압제한치 △V를 구하며, 상기 전압제한치 △V를 상기 전류위상 θi에 대해 역방향인 벡터△Vq= -△Vsinθi, (또는 △Vq = -△V X Iq/I1) 및 △Vd= -Vcosθi(또는 △Vd = -△V X Id/I1)으로 변환하여 상기 전압지령 벡터에 가산하고 전압보정을 행함으로써 전류를 제한하며, 상기 전류의 크기 I1이 상기 전류제한치 Imax보다 큰 제 2전류제한치 Icla'를 넘는 동안은 강제적으로 0전압의 PWM패턴을 출력하고, 또한 상기 전류의 크기 I1이 상기 제 2전류제한치 Icla'보다 크고 회로보호 레벨 Ioc'보다도 작은 제 3전류제한치 Iclb'를 넘는 동안은 게이트를 차단하여 순시로 전류제한을 행하는 것을 특징으로 하는 인버터장치의 전류제한방법.
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제 5항에 있어서,

상기 전압제한치와 상기 전류위상을 기초로 주파수의 가속도 지령을 수정하는 가속도 수정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 인버터장치.
제 11항에 있어서,

상기 전압제한치 △V와 상기 전류위상 θi를 기초로 주파수의 가속도 지령을 수정하여 파워효율이 좋은 전류제한을 행하는 것을 특징으로 하는 인버터장치의 전류제한방법.