KR102421851B1 - Motor assembly and method for controlling same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 삼상 이중권선을 포함하는 모터 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명은, 복수 개의 슬롯을 구비한 고정자; 상기 고정자의 복수 개의 슬롯에 각각 삼상 교류가 인가되도록 감기는 제1코일 및 상기 제1코일과 분리되고 상기 제1코일과 일정 위상차를 가지는 제2코일; 상기 제1코일과 상기 제2코일에 의해 생성된 회전자계에 의해 회전하는 회전자; 상기 제1코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제1인버터부; 상기 제2코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제2인버터부; 및 상기 제1코일을 기준 위상으로 설정하고 상기 제2코일을 상기 기준 위상 대비 상기 일정 위상차로 설정하여 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부를 구동하는 제어부를 포함할 수 있다.The present invention relates to a motor assembly comprising a three-phase double winding. The present invention, a stator having a plurality of slots; a first coil wound so that a three-phase alternating current is applied to each of the plurality of slots of the stator, and a second coil separated from the first coil and having a predetermined phase difference from the first coil; a rotor rotating by a rotating magnetic field generated by the first coil and the second coil; a first inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the first coil to generate a rotating magnetic field; a second inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the second coil to generate a rotating magnetic field; and a control unit configured to drive the first inverter unit and the second inverter unit by setting the first coil as a reference phase and setting the second coil as the predetermined phase difference from the reference phase.
Description
본 발명은 삼상 이중권선을 포함하는 모터 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a motor assembly comprising a three-phase double winding.
세 개의 코일과 삼상교류를 이용하여 만들어낸 회전자계를 사용하는 것을 삼상회전자계라고 하며, 삼상유도 모터와 삼상동기 모터에 이용하고 있다. 권수나 크기등 성능이 전부 균등한 세 개의 코일을 중심위치로부터 120도 간격으로 배치하여 각각의 코일에 삼상교류의 각 상을 흐르게 하면 삼상 회전자계가 형성된다. The use of a rotating magnetic field created by using three coils and three-phase alternating current is called a three-phase rotating field, and it is used in three-phase induction motors and three-phase synchronous motors. A three-phase rotating magnetic field is formed by arranging three coils with equal performance, such as number of turns and size, at an interval of 120 degrees from the central position and allowing each phase of three-phase alternating current to flow through each coil.
이와 유사하게 육상 권선을 통해 육상모터를 이용할 수도 있으나, 일반적으로는 이중 인버터 시스템을 이용하여 하나의 인버터가 하나의 삼상을 제어하는 이중권선 방식의 삼상 교류를 이용하는 삼상 이중권선(Dual Three Phase) 방식의 모터가 사용된다. Similarly, a land motor can be used through a land winding, but in general, a dual-winding system using a dual-inverter system to control one three-phase three-phase alternating current using a dual-winding system. of the motor is used.
이는 높은 안정적 구동을 요구하는 고속 엘리베이터, 잠수함, 항공기 및 자동차 등에 이용되고 있다. 한 개의 인버터가 고장이 나면 다른 한 개의 인버터로 구동이 가능하기 때문에, 고장 등의 비상상황 등에서도 구동이 가능하기 때문이다. 즉, 안정적으로 운전해야 하는 필요성이 있는 곳에 삼상 이중권선 방식의 모터가 이용된다. It is used in high-speed elevators, submarines, aircraft, and automobiles that require high stable operation. This is because if one inverter fails, it can be driven by the other inverter, so it can be driven even in an emergency such as a failure. That is, a three-phase double-winding type motor is used where there is a need for stable operation.
이러한 삼상 이중권선 방식의 모터는 두 개의 권선, 즉, 제1코일과 제2코일을 포함할 수 있다. 모터의 구동 관점에서, 제1코일에 삼상 전류를 흘려주게 되면 내부에 제1합성토크가 형성된다. 그런데 다른 삼상 권선, 즉, 제2코일에 삼상 전류를 흘려주게 되면 이로 인한 제2합성토크가 형성된다.The three-phase double winding type motor may include two windings, that is, a first coil and a second coil. In terms of driving the motor, when a three-phase current flows through the first coil, a first combined torque is formed therein. However, when a three-phase current flows through the other three-phase winding, that is, the second coil, the resulting second combined torque is formed.
따라서, 삼상 이중권선 동기모터의 합성 토크는 제1합성토크와 제2합성토크의 벡터 합(최종 합성토크)으로 결정될 수 있다.Accordingly, the combined torque of the three-phase double winding synchronous motor may be determined as the vector sum (final combined torque) of the first combined torque and the second combined torque.
이러한 합성토크는 삼상 전류 두 쌍을 모터의 물리적인 형상과 매칭되도록 흘려주어야 최대 합성 토크를 낼 수 있게 된다.In order to generate the maximum combined torque, two pairs of three-phase currents must flow to match the physical shape of the motor for this combined torque.
그런데, 제1코일과 제2코일에 인가되는 전류와 제1코일과 제2코일의 물리적인 형상이 서로 매칭이 되지 않아(특히, 위상차), 제1합성토크와 제2합성토크의 벡터가, 일례로, 크기는 동일하고 방향이 반대인 경우에는 모터의 순시 토크가 계속 '0'이 될 수 있다.However, the current applied to the first coil and the second coil and the physical shape of the first coil and the second coil do not match each other (especially the phase difference), so the vector of the first combined torque and the second combined torque is For example, when the magnitude is the same and the direction is opposite, the instantaneous torque of the motor may be continuously '0'.
이와 같이, 합성토크가 최대 합성 토크가 되지 않으면 동일 부하에서 더 많은 전류를 흘려주어야 한다. 이러한 경우가 오결선에 해당할 수 있다.As such, if the combined torque does not become the maximum combined torque, more current must flow in the same load. Such a case may correspond to a misconnection.
따라서, 이러한 오결선을 검출하고, 또한 경우에 따라, 이러한 오결선을 정상 결선으로 보정할 필요성이 대두된다.
이와 같은 오결선을 검출하는 기술은 일례로 하기의 선행기술문헌에 게재되어 있다.Accordingly, there is a need to detect such misconnection and, in some cases, correct such misconnection to normal wiring.
A technique for detecting such a misconnection is disclosed in the following prior art document as an example.
본 발명은 삼상 이중권선 방식의 모터를 구동함에 있어서, 이중권선의 오결선을 검출할 수 있는 이중 권선 모터 어셈블리 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a dual winding motor assembly capable of detecting miswiring of a double winding when driving a three-phase double winding type motor, and a method for controlling the same.
또한, 본 발명은, 이중권선의 오결선을 검출하여, 정상 결선된 상태로 모터를 구동할 수 있는 이중 권선 모터 어셈블리 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a dual winding motor assembly and a control method thereof, capable of driving a motor in a normally connected state by detecting an erroneous wiring of the double windings.
상술한 과제를 해결하기 위해, 삼상 이중권선 방식의 모터에 있어서, 두 권선 간의 물리적인 위상과 두 인버터부 출력 간의 위상 차이를 검출하여 오결선 여부를 판단하고, 이후 두 권선 간의 물리적인 위상과 두 인버터부 출력 간의 위상 차이 매칭시켜서 원하는 인버터 출력을 확보할 수 있다.In order to solve the above problem, in the three-phase double winding type motor, the physical phase between the two windings and the phase difference between the output of the two inverter units are detected to determine whether there is an erroneous connection, and then the physical phase between the two windings and the two windings are detected. A desired inverter output can be secured by matching the phase difference between the inverter outputs.
일례로, 삼상 교류가 인가되도록 감기는 제1코일 및 상기 제1코일과 분리되고 상기 제1코일과 일정 위상차를 가지는 제2코일을 포함하는 모터에 있어서, 상기 제1코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제1인버터부 및 상기 제2코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제2인버터부가 연결될 수 있다.For example, in a motor including a first coil wound so that a three-phase alternating current is applied and a second coil separated from the first coil and having a predetermined phase difference with the first coil, generating a rotating magnetic field with the first coil A first inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the second coil and a second inverter unit generating a three-phase alternating current applied to generate a rotating magnetic field to the second coil may be connected.
이때, 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값을 비교하여 상기 제1코일과 상기 제1인버터부의 연결 및 상기 제2코일과 상기 제2인버터부의 연결 중 적어도 어느 하나의 오결선을 판단할 수 있다.At this time, the first coil and the first inverter are connected and the second coil and the second inverter are connected by comparing calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first and second inverters. At least one misconnection may be determined.
구체적인 일례로서, 본 발명은, 복수 개의 슬롯을 구비한 고정자; 상기 고정자의 복수 개의 슬롯에 각각 삼상 교류가 인가되도록 감기는 제1코일 및 상기 제1코일과 분리되고 상기 제1코일과 일정 위상차를 가지는 제2코일; 상기 제1코일과 상기 제2코일에 의해 생성된 회전자계에 의해 회전하는 회전자; 상기 제1코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제1인버터부; 상기 제2코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제2인버터부; 및 상기 제1코일을 기준 위상으로 설정하고 상기 제2코일을 상기 기준 위상 대비 상기 일정 위상차로 설정하여 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부를 구동하는 제어부를 포함할 수 있다.As a specific example, the present invention, a stator having a plurality of slots; a first coil wound so that a three-phase alternating current is applied to each of the plurality of slots of the stator, and a second coil separated from the first coil and having a predetermined phase difference from the first coil; a rotor rotating by a rotating magnetic field generated by the first coil and the second coil; a first inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the first coil to generate a rotating magnetic field; a second inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the second coil to generate a rotating magnetic field; and a control unit configured to drive the first inverter unit and the second inverter unit by setting the first coil as a reference phase and setting the second coil as the predetermined phase difference from the reference phase.
이때, 상기 제어부는 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값을 비교하여 상기 제1코일과 상기 제1인버터부의 연결 및 상기 제2코일과 상기 제2인버터부의 연결 중 적어도 어느 하나의 오결선을 판단할 수 있다.In this case, the control unit compares the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit to connect the first coil and the first inverter unit, and to connect the second coil and the second inverter unit. At least one misconnection of the inverter unit may be determined.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값이 일정 범위 내에서 일치하면 정상으로 판단할 수 있다.In addition, the control unit may determine that the calculated value including the maximum value of each of the output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit is normal within a predetermined range.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값이 일정 범위 내에서 일치하지 않으면, 오결선을 보정할 수 있다.In addition, the control unit may correct the misconnection when the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit do not match within a predetermined range.
또한, 상기 오결선을 보정하는 동작은, 상기 제2코일의 위상차를 재설정할 수 있다.In addition, the operation of correcting the misconnection may reset the phase difference of the second coil.
또한, 상기 재설정된 위상차는 상기 일정 위상차의 ±정수배 중 하나일 수 있다.Also, the reset phase difference may be one of ±integer multiples of the predetermined phase difference.
또한, 상기 일정 위상차는 30도 또는 -30도이고, 상기 재설정된 위상차는 ±30, ±150, ±270 중 어느 하나일 수 있다.In addition, the predetermined phase difference may be 30 degrees or -30 degrees, and the reset phase difference may be any one of ±30, ±150, and ±270.
또한, 상기 재설정된 위상차는 상기 제1코일 및 상기 제2코일에 의한 합성 토크가 최대값을 나타내도록 하는 값을 포함할 수 있다.In addition, the reset phase difference may include a value such that the combined torque by the first coil and the second coil represents a maximum value.
또한, 상기 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값은 상기 출력 전압의 최대치 대비 토크 성분 전압의 출력비일 수 있다.In addition, the calculated value including the maximum value of the output voltage may be an output ratio of the maximum value of the output voltage to the torque component voltage.
또한, 상기 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값은 상기 출력 전압의 최대치 대비, 삼상 교류 성분을 d축 및 q축을 포함하는 2상 교류 성분으로 변환했을 때의 q축 전압의 출력비일 수 있다.In addition, the calculated value including the maximum value of the output voltage may be an output ratio of the q-axis voltage when the three-phase AC component is converted into a two-phase AC component including the d-axis and the q-axis compared to the maximum value of the output voltage.
또한, 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부는 상기 제1코일과 상기 제2코일에 인가되는 각 삼상 교류를 온/오프(On/Off) 하는 제어신호를 기설정된 스위칭주기 동안 좌우대칭으로 발생시킬 수 있다.In addition, the first inverter unit and the second inverter unit generate a control signal for turning on/off each three-phase alternating current applied to the first coil and the second coil symmetrically during a preset switching period. can do it
구체적인 다른 예로서, 본 발명은, 복수 개의 슬롯을 구비한 고정자; 상기 고정자의 복수 개의 슬롯에 각각 삼상 교류가 인가되도록 감기는 제1코일 및 상기 제1코일과 분리되고 상기 제1코일과 일정 위상차를 가지는 제2코일; 상기 제1코일과 상기 제2코일에 의해 생성된 회전자계에 의해 회전하는 회전자; 상기 제1코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제1인버터부; 및 상기 제2코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제2인버터부를 포함하는 모터 어셈블리를 제어하는 방법에 있어서, 상기 제1코일을 기준 위상으로 설정하고 상기 제2코일을 상기 기준 위상 대비 상기 일정 위상차로 설정하여 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부를 구동하는 단계; 및 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값을 비교하여 상기 제1코일과 상기 제1인버터부의 연결 및 상기 제2코일과 상기 제2인버터부의 연결 중 적어도 어느 하나의 오결선을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.As another specific example, the present invention provides a stator having a plurality of slots; a first coil wound so that a three-phase alternating current is applied to each of the plurality of slots of the stator, and a second coil separated from the first coil and having a predetermined phase difference from the first coil; a rotor rotating by a rotating magnetic field generated by the first coil and the second coil; a first inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the first coil to generate a rotating magnetic field; and a second inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the second coil to generate a rotating magnetic field, wherein the first coil is set as a reference phase and the second coil is set to the second coil. driving the first inverter unit and the second inverter unit by setting the predetermined phase difference from a reference phase; and comparing the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit, among the connection of the first coil and the first inverter unit and the connection of the second coil and the second inverter unit. The method may include determining at least one misconnection.
또한, 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값이 일정 범위 내에서 일치하면 정상으로 판단할 수 있다.In addition, when the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit coincide within a predetermined range, it may be determined that the operation is normal.
또한, 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값이 일정 범위 내에서 일치하지 않으면, 오결선을 보정할 수 있다.In addition, when the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit do not match within a predetermined range, the misconnection may be corrected.
또한, 상기 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값은 상기 출력 전압의 최대치 대비, 삼상 교류 성분을 d축 및 q축을 포함하는 2상 교류 성분으로 변환했을 때의 q축 전압의 출력비일 수 있다.In addition, the calculated value including the maximum value of the output voltage may be an output ratio of the q-axis voltage when the three-phase AC component is converted into a two-phase AC component including the d-axis and the q-axis compared to the maximum value of the output voltage.
또한, 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부는 상기 제1코일과 상기 제2코일에 인가되는 각 삼상 교류를 온/오프(On/Off) 하는 제어신호를 기설정된 스위칭주기 동안 좌우대칭으로 발생시킬 수 있다.In addition, the first inverter unit and the second inverter unit generate a control signal for turning on/off each three-phase alternating current applied to the first coil and the second coil symmetrically during a preset switching period. can do it
한편 본 발명의 제어방법의 일 실시예는 공간벡터를 이용한 펄스폭 변조제어에 따른 지령전압벡터를 인가하는 단계; d-q 평면상에서 상기 지령전압벡터의 크기 및 각도를 판별하는 단계; d-q 평면상에서 상기 제1인버터부에 의한 제1공간전압벡터 및 상기 제2인버터부에 의한 제2공간전압벡터에 의해 구분되는 12개의 섹터 중, 상기 지령전압벡터의 각도에 따라 상기 지령전압벡터가 위치를 판별하는 단계; 상기 지령전압벡터의 위치한 섹터에 따라, 제1공간전압벡터 및 제2공간전압벡터중 상기 로터의 회전을 위해 필요한 유효전압벡터와 영전압벡터의 인가시간을 계산하는 단계; 및 계산된 인가시간만큼 필요한 공간전압벡터 생성을 위해 상기 제1인버터부의 스위칭부와 상기 제2인버터부의 스위칭부를 온/오프(on/off) 시키는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, an embodiment of the control method of the present invention includes the steps of applying a command voltage vector according to the pulse width modulation control using a space vector; determining the magnitude and angle of the command voltage vector on a d-q plane; Among the 12 sectors divided by the first space voltage vector by the first inverter unit and the second space voltage vector by the second inverter unit on the d-q plane, the command voltage vector is determined according to the angle of the command voltage vector. determining a location; calculating an application time of an effective voltage vector and a zero voltage vector necessary for rotation of the rotor among a first space voltage vector and a second space voltage vector according to a sector in which the command voltage vector is located; and turning on/off a switching unit of the first inverter unit and a switching unit of the second inverter unit to generate a space voltage vector required for the calculated application time.
이 때, 상기 지령전압벡터가 제 3n-1 섹터(n=1,2,3,4)에 해당하는 곳에 위치한 경우, 하기의 수학식 1을 통해 필요한 제1공간전압벡터 중 유효전압벡터 및 상기 제2공간전압벡터 중 유효전압벡터의 인가시간을 계산할 수 있다. In this case, when the command voltage vector is located in the 3n-1 th sector (n=1,2,3,4), the effective voltage vector and the necessary first space voltage vector through
상기 지령전압벡터가 제 3n-2 섹터(n=1,2,3,4)에 해당하는 곳에 위치한 경우, 하기의 수학식 2를 통해 필요한 제1공간전압벡터 중 유효전압벡터 및 상기 제2공간전압벡터 중 유효전압벡터의 인가시간을 계산할 수 있다.When the command voltage vector is located at a location corresponding to the 3n-2th sector (n=1,2,3,4), the effective voltage vector and the second space among the first space voltage vectors required through
또한, 상기 지령전압벡터가 제 3n 섹터(n=1,2,3,4)에 해당하는 곳에 위치한 경우, 하기의 수학식 3을 통해 필요한 공간전압벡터 중 유효전압벡터의 인가시간을 계산할 수 있다.In addition, when the command voltage vector is located at a location corresponding to the 3n-th sector (n=1,2,3,4), the application time of the effective voltage vector among the space voltage vectors required can be calculated through
[수학식1][Equation 1]
[수학식2][Equation 2]
[수학식3][Equation 3]
본 발명에 의하면 아래와 같은 효과가 있다.According to the present invention, there are the following effects.
먼저, 본 발명에 의하면, 삼상 이중권선 방식의 모터에 있어서, 두 권선 간의 물리적인 위상과 두 인버터부 출력 간의 위상 차이를 검출하여 오결선 여부를 판단할 수 있다.First, according to the present invention, in a three-phase dual winding type motor, it is possible to determine whether a erroneous connection is made by detecting a phase difference between the physical phase between the two windings and the output of the two inverter units.
따라서, 오결선에 의한 인버터부 손실 증가로 인한 구동 효율 감소 및 모터의 효율 감소를 방지할 수 있다.Accordingly, it is possible to prevent a decrease in driving efficiency and a decrease in the efficiency of the motor due to an increase in the loss of the inverter unit due to miswiring.
또한, 두 권선 간의 물리적인 위상과 두 인버터부 출력 간의 위상 차이 매칭시켜서 원하는 인버터 출력을 확보할 수 있다.In addition, a desired inverter output can be secured by matching the physical phase between the two windings and the phase difference between the outputs of the two inverters.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 삼상 이중권선 모터를 구동하는 전력변환장치를 나타내는 개략적인 회로도이다.
도 2는 모터에 권선된 2개의 코일과 이에 각각 연결되는 터미널의 모습을 나타내는 도이다.
도 3은 삼상 이중권선 모터의 권선 배치를 모델링한 도이다.
도 4는 모터의 제1코일과 제2코일이 분포권 방식으로 감긴 상태의 일부분을 나타내는 개략도이다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 전압지령벡터(Voltage Reference Vector)를 5개의 인버터 벡터를 이용해 분해하는 방식을 나타내는 도이다.
도 5(d) 내지 도 5(f)는 전압지령벡터를 4개의 인버터 벡터를 이용해 분해하는 방식을 나타내는 도이다.
도 6은 전압지령벡터가 속한 섹터에 인접한 합성벡터 4개를 이용하는 경우의 스위칭 패턴을 나타는 도이다.
도 7(a)과 도 7(b)은 3상 교류에서 공간벡터 펄스폭변조방식(SVPWM)을 이용하여 인가시간을 계산하는 방법을 설명하는 도이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)은 전체 12개의 섹터를 모두 3개의 케이스 나누어 전압벡터의 인가시간을 계산하는 방식을 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 어셈블리의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 모터 어셈블리의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 어셈블리 제어 방법에 의하여 재설정된 위상 관계를 나타내는 개략도이다.
도 12 내지 도 14는 각각 다른 위상차에 의한 제1코일과 제2코일의 전류 파형을 나타내는 도이다.1 is a schematic circuit diagram showing a power conversion device for driving a three-phase double-winding motor that can be applied to the present invention.
2 is a view showing the appearance of two coils wound on the motor and terminals respectively connected thereto.
3 is a diagram illustrating a modeling of the winding arrangement of a three-phase double-winding motor.
4 is a schematic diagram illustrating a part of a state in which the first coil and the second coil of the motor are wound in a distributed winding manner.
5(a) to 5(c) are diagrams illustrating a method of decomposing a voltage reference vector using five inverter vectors.
5(d) to 5(f) are diagrams illustrating a method of decomposing a voltage command vector using four inverter vectors.
6 is a diagram illustrating a switching pattern in the case of using four composite vectors adjacent to a sector to which a voltage command vector belongs.
7(a) and 7(b) are diagrams for explaining a method of calculating an application time using a space vector pulse width modulation (SVPWM) in a three-phase alternating current.
8(a) to 8(c) are diagrams illustrating a method of calculating a voltage vector application time by dividing all 12 sectors into three cases.
9 is a flowchart illustrating a method for controlling a motor assembly according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of controlling a motor assembly according to another embodiment of the present invention.
11 is a schematic diagram illustrating a phase relationship reset by a motor assembly control method according to an embodiment of the present invention.
12 to 14 are diagrams illustrating current waveforms of the first coil and the second coil due to different phase differences, respectively.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" for components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the technical spirit disclosed in the present specification by the accompanying drawings.
나아가, 설명의 편의를 위해 각각의 도면에 대해 설명하고 있으나, 당업자가 적어도 2개 이상의 도면을 결합하여 다른 실시예를 구현하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.Furthermore, although each drawing is described for convenience of description, it is also within the scope of the present invention that those skilled in the art implement other embodiments by combining at least two or more drawings.
또한, 층, 영역 또는 모듈과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It is also understood that when an element, such as a layer, region, or module, is referred to as being “on” another element, it may be directly on the other element or intervening elements in between. There will be.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 삼상 이중권선 모터를 구동하는 전력변환장치를 나타내는 개략적인 회로도이다. 도 2는 모터에 권선된 2개의 코일과 이에 각각 연결되는 터미널의 모습을 나타내는 도이다. 도 3은 삼상 이중권선 모터의 권선 배치를 모델링한 도이다. 1 is a schematic circuit diagram showing a power conversion device for driving a three-phase double-winding motor that can be applied to the present invention. 2 is a view showing the appearance of two coils wound on the motor and terminals respectively connected thereto. 3 is a diagram illustrating a modeling of the winding arrangement of a three-phase double-winding motor.
여기서, 도 1은 삼상 이중권선 모터에 두 개의 인버터가 연결된 회로도를 개략적으로 나타내고 있다.Here, FIG. 1 schematically shows a circuit diagram in which two inverters are connected to a three-phase double-winding motor.
통상적인 교류모터에는 유도모터와 동기모터가 있으며, 양 모터 모두 고정자(Stator)가 자계를 회전시킴으로써 회전자(Rotor)에 영향을 주어 회전시키는 원리이다. 이 회전하는 자계를 회전자계라고 한다. 회전자계를 이용하는 모터에는 유도모터와 동기모터가 있다. 유도모터는 고정자의 회전자계에 의해 회전자에 유도전류를 발생시켜 그 유도 전류의 전자력에 의해 회전하는 모터를 말한다. 반면, 동기모터는 고정자의 회전자계에 의한 자기의 흡인력과 반발력으로 회전자가 회전하게 된다. Conventional AC motors include an induction motor and a synchronous motor, and both motors are based on the principle that the stator rotates a magnetic field to influence the rotor to rotate. This rotating magnetic field is called a rotating magnetic field. There are two types of motors using a rotating magnetic field: induction motors and synchronous motors. An induction motor is a motor that generates an induced current in the rotor by the rotating magnetic field of the stator and rotates by the electromagnetic force of the induced current. On the other hand, in the synchronous motor, the rotor rotates by magnetic attraction and repulsion by the rotating magnetic field of the stator.
교류모터는 전원으로 삼상(3상) 교류를 이용하는 것과 단상 교류를 이용하는 것이 있다. 일반적으로 회전원리까지 포함하여, 삼상 유도모터, 삼상 동기모터 등의 표현을 사용한다. AC motors use three-phase (three-phase) AC as a power source, and there are those that use single-phase AC. In general, expressions such as three-phase induction motor and three-phase synchronous motor are used, including the principle of rotation.
특히 삼상 교류를 이용하여 만들어낸 회전자계를 삼상 회전자계라고 한다. 교류 모터의 경우, 고정된 전자석에 의해 회전자계를 만들어 낸다. 이때, 세 개의 코일과 삼상 교류를 사용하는 것을 삼상 회전자계라고 하며, 삼상 유도모터, 삼상 동기모터에 이용된다. In particular, a rotating magnetic field created using three-phase alternating current is called a three-phase rotating magnetic field. In the case of an AC motor, a rotating magnetic field is generated by a fixed electromagnet. At this time, using three coils and three-phase alternating current is called a three-phase rotating magnetic field, and is used in three-phase induction motors and three-phase synchronous motors.
권수나 크기 등 성능이 전부 균등한 세 개의 코일을 중심위치로부터 120° 간격으로 배치하여 각각의 코일에 삼상 교류의 각 상을 흐르게 하면 삼상 회전자계가 생긴다. 개개의 코일의 자계는 단상 교류와 같은 상이 되고 사인 곡선(정현곡선)을 그린다. A three-phase rotating magnetic field is generated when three coils with equal performance, such as number of turns and size, are arranged at intervals of 120° from the central position and each phase of three-phase alternating current flows through each coil. The magnetic field of each coil becomes the same phase as a single-phase alternating current and draws a sinusoidal curve.
각각의 코일은 강약과 자극의 반전을 반복할 뿐 이지만 각각의 코일의 배치는 120°씩 위상이 어긋나고 흐르는 삼상교류도 120°씩 위상이 어긋나 있기 때문에 시간이 변화에 따라서 각각의 코일의 자계에서 만들어진 합성자계는 순차적으로 방향을 바꿀 수 있다. Each coil only repeats the reversal of strength and weakness, but the arrangement of each coil is out of phase by 120°, and the flowing three-phase alternating current is also out of phase by 120°. The composite magnetic field can change direction sequentially.
유도전동기에서 교류 전원은 삼상 고정자 권선에만 공급된다. 절연된 구리선으로 구성된 삼상 권선은 고정자 철심의 여러 슬롯(slot)에 120°(전기각, electrical degrees) 간격으로 배치되어 있다. 통상 삼상 권선은 고압에서는 Y-결선(Y-Connection)으로 전압에서는 Δ-결선(Delta-Connection)으로 연결된다. 그러나 이는 일례일 뿐, 반드시 이에 따르는 것은 아니다.In an induction motor, AC power is supplied only to the three-phase stator windings. Three-phase windings made of insulated copper wire are placed at intervals of 120 degrees (electrical degrees) in several slots of the stator core. In general, the three-phase winding is connected by Y-Connection at high voltage and Δ-Connection at voltage. However, this is only an example and is not necessarily followed.
도 1은 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 육상(6상) 모터에 공급하는 인버터부(15, 25, Inverter Unit) 및 육상 모터의 회로도를 일부 도시한 것이다. 구체적으로 육상 모터는 삼상 교류를 각각 공급하는 제1인버터부(15)와 제2인버터부(25)에 의해 제어되는 삼상 이중권선 모터 어셈블리(30, 이하 모터라 칭함)를 나타낸다. 즉, 이는 두 개의 삼상 권선 코일을 각각 제어하는 두 개의 삼상 인버터를 포함하는 인버터부(15, 25)가 연결된 형태이다.FIG. 1 is a partial circuit diagram of
제1인버터부(15)와 제2인버터부(25)는 일정 또는 가변 직류 전원부(10)로부터 임의의 크기의 전압 및 주파수의 교류 전원을 만드는 전력변환장치인 삼상 인버터(Inverter)를 포함한다. 각각의 삼상 인버터 배치는 삼상 이중권선 모터(30) 또는 총 6상을 갖는 모터를 제어할 수 있으면 어떻게 배치되어도 무방하다. 즉, 제1인버터부(15)와 제2인버터부(25)가 독립적, 개별적으로 연결되어도 무방하고, 제1인버터부(15)와 제2인버터부(25)가 서로 통합되어 연결되어도 무방하다. The
또한 모터(30)에 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)가 내장된 형태일 수도 있으나, 이와 달리 모터(30)의 외부에서 이 모터(30)를 제어하는 형태일 수도 있다. 따라서, 이를 통칭해서 본 명세서에서는 모터 어셈블리라 칭한다. 즉, 모터 어셈블리는 코일, 고정자 및 회전자로 구성된 모터와 이를 제어하는 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)를 포함하는 개념이다. 따라서, 만약 모터에 인버터부가 내장되어 있는 경우에도 이를 모터 어셈블리라 칭할 뿐이다. In addition, the
도 1에서는 제1인버터부(15)와 제2인버터부(25)(이하, 이 둘 인버터(15, 25)를 합하여 인버터부라고 통칭하기로 한다)에는 직류 전원 전압을 일정하게 유지하기 위해 직류 전원부(10)와 제1인버터부(15)와 제2인버터부(25)의 입력 사이에 캐패시터(capacitor, 7)가 병렬로 연결된 것을 도시하고 있다. 제1인 버터부(15)와 제2인버터부(25)에 입력되는 전원부(10)는 정류기(Rectifier, 미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 전원부(10)는 상용 교류 전원과 연결되는 연결부, 정류기, 및 직류 전압을 변환하고 역률 개선 작용을 하는 직류-직류 컨버터 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로, 전원부(10)는 배터리 등의 분산 전원을 이용할 수도 있다.In FIG. 1 , the
또한, 인버터부에는 MCU(Motor Control Unit)라 불리는 제어부(100)가 연결될 수 있다. 이 경우, 제어부는 모터(30)의 전류나 위치를 감지하거나, 펄스폭변조(Pulse Width Modulation; PWM) 방식(일례로, 공간벡터 펄스폭변조(SVPWM)방식)에 필요한 계산을 한 후, 이를 통해 인버터부의 스위칭 소자(Q101 내지 Q106, Q201 내지 Q206)를 온/오프(On/Off) 할 수 있다. In addition, a
이러한 제어부(100)는 인버터부에 내장될 수 있다. 한편, 이와 달리 제어부는 인버터부 외부에 위치하여 마이컴(Micro-controller) 등을 통해 모터(30)를 제어할 수도 있다. 한편, 제어부(100)는 스위칭 소자(Q101 내지 Q106, Q201 내지 Q206)를 구동하는 구동부(드라이버)를 포함한 개념일 수 있다.Such a
또한, 본 발명인 제어방법은 모터의 속도나 위치를 감지하는 전류센서, 속도센서 혹은 위치센서를 구비하든 구비하지 않든 관계없이 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 동기모터이든 비동기모터이든 관계없이 적용될 수 있다. In addition, the control method of the present invention can be applied regardless of whether it has a current sensor, a speed sensor, or a position sensor for detecting the speed or position of the motor. In addition, the present invention can be applied regardless of whether it is a synchronous motor or an asynchronous motor.
인버터부(15, 25)에 대해 구체적으로 살펴보면, 도 1에 도시되어 있듯이 하나의 단상 교류를 생성하고 제어하기 위해 각 단상마다 두 개의 스위칭 소자(Switching Device)를 필요로 한다. 삼상 교류이므로 세 개의 단상이 있고 이를 각각 제1상 교류, 제2상 교류, 제3상 교류라 하면, 각 단상은 120도의 위상차를 가질 수 있다. Looking specifically at the
제1인버터부(15)의 제1상 교류, 예컨대 제1인버터부(15)의 삼상 교류(U, V, W 상) 중 U상은 두 개의 스위칭 소자로 구성된 제1인버터부(15)의 제1스위칭부(또는 소자)(Q101, Q104)에 의해 생성될 수 있다. 제1인버터부(15)의 제2상 교류, 예컨대 제1인버터부(15)의 삼상 교류(U, V, W 상) 중 V상은 두 개의 스위칭 소자로 구성된 제1인버터부(15)의 제2스위칭부(또는 소자)(Q103, Q106)에 의해 생성될 수 있다. 제1인버터부(15)의 제3상 교류, 예컨대 제1인버터부(15)의 삼상 교류(U, V, W 상) 중 W상은 두 개의 스위칭 소자로 구성된 제1인버터부(15)의 제3스위칭부(또는 소자)(Q105, Q102)에 의해 생성될 수 있다. The first phase AC of the
또한, 제2인버터부(25)의 제1상 교류, 예컨대 제2인버터부(25)의 삼상 교류(X, Y, Z 상) 중 X상은 두 개의 스위칭 소자로 구성된 제2인버터부(25)의 제1스위칭부(또는 소자)(Q201, Q204)에 의해 생성될 수 있다. 제2인버터부(25)의 제2상 교류, 예컨대 제2인버터부(25)의 삼상 교류(X, Y, Z 상) 중 Y상은 두 개의 스위칭 소자로 구성된 제2인버터부(25)의 제2스위칭부(또는 소자)(Q203, Q206)에 의해 생성될 수 있다. 제2인버터부(25)의 제3상 교류, 예컨대 제2인버터부(25)의 삼상 교류(X, Y, Z 상) 중 Z상은 두 개의 스위칭 소자로 구성된 제2인버터부(25)의 제3스위칭부(또는 소자)(Q205, Q202)에 의해 생성될 수 있다. In addition, the X phase of the first phase alternating current of the
예컨대, 제1스위칭부(Q101, Q104)는 두 개의 스위칭 소자 (Q101, Q104)가 직렬로 연결되어 있는 구조인데, 이를 통상 극(Pole), 레그 (Leg) 또는 암(Arm)이라고 한다. 스위칭 소자는 서로 번갈아 온/오프라는 상보 스위칭(Complementary Switching)을 한다. 직류 전원은 제1스위칭부(Q101, Q104)의 양단에 입력되며, 교류 전압은 이 두 스위칭 사이에서 출력된다. 이러한 교류출력전압을 극전압이라 한다. 이렇게 두 개의 스위칭 소자가 하나의 상을 제어하므로, 삼상 교류를 제어하기 위해서는 모두 세 개의 스위칭 부 또는 여섯 개의 스위칭 소자를 필요로 한다.For example, the first switching units Q101 and Q104 have a structure in which two switching elements Q101 and Q104 are connected in series, which is generally referred to as a pole, a leg, or an arm. The switching elements perform complementary switching of on/off alternately with each other. A DC power is input to both ends of the first switching units Q101 and Q104, and an AC voltage is output between the two switching units. This AC output voltage is called pole voltage. Since these two switching elements control one phase, all three switching units or six switching elements are required to control the three-phase alternating current.
도 1에는 제1인버터부(15)에 6개의 스위칭 소자(Q101 내지 Q106) 그리고, 제2인버터부(25)에 다른 6개의 스위칭 소자(Q201 내지 Q206)가 도시되어 있다. 1 shows six switching elements Q101 to Q106 in the
이러한 기본 회로에 사용되는 스위칭 소자로는 전력용 반도체 소자인 GTO(Gate Turn-off) 사이리스터(Thyristor), IGCT(Insulated Gate Commutated Transistor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)등이 대표적으로 사용되는데, 적용 분야에 필요한 전력용량과 스위칭 주파수에 따라 선택될 수 있다. Switching devices used in such basic circuits include a gate turn-off (GTO) thyristor, an insulated gate commutated transistor (IGCT), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and a metal oxide semiconductor field effect (MOSFET), which are semiconductor devices for power. Transistor) is typically used, and may be selected according to the power capacity and switching frequency required for the application field.
예컨대, GTO 사이리스터와 IGBT는 가장 대용량을 처리할 수 있는 소자로서 10MVA 이상의 인버터에서 사용되지만, 가능한 스위칭 주파수는 1kHz 이하로 낮다. IGBT는 가장 널리 사용되는 소자로 10 MVA 이하의 중용량급에 사용되며 수십 kHz까지의 스위칭 주파수를 얻을 수 있다. MOSFET은 소용량급으로 600V 이하의 저전압 인버터에서 사용되나 가장 스위칭 주파수를 높게 할 수 있어 수백 KHz까지의 동작이 가능하다. For example, GTO thyristors and IGBTs are the devices that can handle the largest capacity and are used in inverters of 10MVA or higher, but the possible switching frequencies are as low as 1kHz or less. The IGBT is the most widely used device and is used in the medium-capacity class of 10 MVA or less, and it can achieve a switching frequency of up to several tens of kHz. MOSFET is a small-capacity class and is used in low-voltage inverters of 600V or less.
또한, 각 스위칭 소자에는 스위칭 소자의 보호를 위해 스위치에 역병렬로 다이오드(D101 내지 D106, D201 내지 Q206)가 연결될 수 있다. In addition, diodes D101 to D106 and D201 to Q206 may be connected to each switching element in anti-parallel to the switch to protect the switching element.
일반적으로는 교류를 사용하는 모터에는 삼상 교류모터가 많이 사용된다. 삼상 모터(Three Phase motor) 혹은 삼상 유도 전동기는 서로 다른 위상을 가지는 세 개의 단상 교류를 이용하여 회전자계를 만들어 동력을 얻는 장치를 뜻한다. 다시 말해, 120°간격으로 배치되어 있는 권선에 연결하여 교류를 흘리면 인가 전원의 각 주파수로 회전하는 모터를 뜻한다. In general, three-phase AC motors are widely used in motors using AC. A three-phase motor or three-phase induction motor refers to a device that obtains power by generating a rotating magnetic field using three single-phase alternating currents having different phases. In other words, it refers to a motor that rotates at each frequency of the applied power when AC is passed by connecting it to the windings arranged at 120° intervals.
삼상 모터를 제어하는 삼상 인버터 회로는 세 개의 극으로 이루어진다. 각각의 극은 서로 독립적으로 스위칭하며, 각각 한 상 전압의 출력을 담당한다. A three-phase inverter circuit that controls a three-phase motor consists of three poles. Each pole switches independently of each other, each responsible for the output of one phase voltage.
본 발명은 삼상 이중권선 모터에 관한 것이다. 따라서, 삼상 이중권선 모터란 도 1에서 도시하는 바와 같이, 두 개의 삼상 코일이 각기 제1인버터부(15)와 제2인버터부(25)에 의해 제어되는 모터를 뜻한다. The present invention relates to a three-phase double winding motor. Accordingly, the three-phase double winding motor refers to a motor in which two three-phase coils are controlled by the
즉, 각각 삼상을 스위칭하는 제1인버터부(15)와 제2인버터부(25)는 각각 6개의 스위칭 소자를 갖게 된다. 제1인버터부(15)에는 6개의 스위칭소자(Q101 내지 Q106)를 포함할 수 있고 각각의 스위칭 소자에 연결된 6개의 다이오드(D101 내지 D106)를 포함할 수 있다. 제2인버터부(25)도 6개의 스위칭소자(Q201 내지 Q206)를 포함할 수 있고 각각의 스위칭 소자에 연결된 6개의 다이오드(D201 내지 D206)를 포함할 수 있다. That is, each of the
본 발명은 삼상 이중권선 모터와 두 개의 인버터부를 포함하는 모터 어셈블리 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다. 삼상 이중권선 방식 (Dual Three Phase)의 모터를 사용하는 이유는 보다 안정적인 구동을 요구하는 시스템에서는 이중 인버터 시스템을 이용하여 각 인버터가 하나의 삼상을 제어하는 이중 권선 방식의 삼상 교류를 이용하기 위함일 수 있다.The present invention relates to a motor assembly including a three-phase double winding motor and two inverter units and a method for controlling the same. The reason for using a dual three-phase motor is to use a dual-winding three-phase AC in which each inverter controls one three-phase using a dual inverter system in a system requiring more stable driving. can
이는 한 개의 인버터부가 고장이 나더라도 나머지 다른 한 개의 인버터부로 구동이 가능하기 때문에, 고장 등의 비상상황 등에서도 구동이 가능하기 때문이다. This is because, even if one inverter part fails, the other inverter part can be driven, so that it can be driven even in an emergency such as a failure.
도 2는 두 개의 삼상 교류를 공급하는 코일을 구비한 교류모터의 일례를 도시하고 있다. 제1인버터부(15)에 의해 제어되는 삼상의 권선을 한 세트로 하는 제1코일(321)을 연결하는 제1터미널(311), 제2인버터부(25)에 의해 제어되는 삼상의 권선을 한 세트로 하는 제2코일(322)을 연결하는 제2터미널(312)을 도시하고 있다.2 shows an example of an AC motor having a coil for supplying two three-phase AC. The first terminal 311 for connecting the
제1터미널(311)은 각각 삼상인 U상, V상, W상의 교류가 인가되는 제1권선(321a, 도 4(a) 참조), 제2권선(321b, 도 4(a) 참조), 제3권선(321c, 도 4(a) 참조)과 연결된다. 제2터미널(312)은 각각 삼상인 X상, Y상, Z상의 교류가 인가되는 제1권선(322a, 도 4(a) 참조), 제2권선(322b, 도 4(a) 참조), 제3권선(322c, 도 4(a) 참조)과 연결된다. 여기서는 각기 서로 다른 금속막대로 연결된 것 같이 도시되어 있으나, 이와 달리 각기 버스바(bus bar)의 형태 등 어떠한 형태든 각각의 상에 연결될 수 있는 것이면 무방하다. The first terminal 311 includes a first winding 321a (see FIG. 4(a)), a second winding 321b (see FIG. 4(a)) to which an alternating current of three phases U-phase, V-phase, and W-phase is applied, respectively; It is connected to the third winding 321c (refer to FIG. 4(a)). The
도 3은 모터의 제1코일(321)과 제2코일(322)의 권선배치를 간략히 표시한 도이다. 제1코일(321)은 120°간격으로 배치된 권선에 각기 120°의 위상차를 갖는 U, V, W상 교류가 흐르고, 제2코일(322)은 120°간격으로 배치된 권선에 각기 120°의 위상차를 갖는 X, Y, Z상 교류가 흐를 수 있다. 3 is a diagram schematically illustrating the arrangement of windings of the
도 4는 모터의 제1코일과 제2코일이 분포권 방식으로 감긴 상태의 일부분을 나타내는 개략도이다.4 is a schematic diagram illustrating a part of a state in which the first coil and the second coil of the motor are wound in a distributed winding manner.
도 4의 (a)는 제1코일(321)과 제2코일(322)이 분포권 방식으로 감긴 모터(30)의 일부분을 나타내고 있고, 도 4의 (b)는 이러한 제1코일(321)과 제2코일(322)의 배치에 의한 각 상의 위상차를 나타내고 있다.Figure 4 (a) shows a part of the
모터(30)도 일반적인 모터와 동일하게 원통형 구조의 고정자(stator, 330)와 회전축을 포함하는 회전자(rotor, 350) 및 고정자와 회전자 사이에 공극(air gap)을 포함하고 있다. 고정자와 회전자는 큰 자속밀도를 얻을 수 있도록, 강자성체(Ferromagnetic Material)의 철심(Iron core)으로 만들어 질 수 있다. 이러한 철심으로는 철손(Core Loss) 즉, 시변 자속으로 인해 발생하는 히스테리시스 손실과 와전류손실을 감소시키기 위해 얇은 두께의 규소강판(Silicon-alloy Sheet Steel)들을 적층(Lamination)하고 그 사이를 절연하여 사용할 수 있다. The
절연된 구리선 혹은 도체로 구성된 삼상 권선인 제1코일(321)과 제2코일(322)은 고정자(330)의 철심(316)에 의해 형성되는 여러 슬롯(315)에 120 도(°)간격으로 집중적으로 배치될 수 있다. The
그러나, 이와 달리 도 4에 보이듯이 각 상의 구리선 혹은 도체들을 여러 슬롯에 분포시킬 수 있다. 즉, 제1코일(321) 또는 제2코일(322)에 전류가 흘렀을 때 발생한 공극 자속이 정현적인 파형이 되도록 각 상의 도체들을 여러 슬롯에 정현적 개수로 분포시킬 수 있다. 이러한 권선 배치방식을 분포권(Distributed Winding) 방식이라 하는데, 한 쌍의 슬롯에 모든 도체를 배치하는 집중권(Concentrated Winding) 방식보다 철심구조의 이용률이 증가되며, 공극 자속의 고조파(Harmonics)가 감소되어 토크 리플(Torque Ripple)을 줄일 수 있어 분포권을 더 많이 사용하고 있다.However, alternatively, as shown in FIG. 4 , copper wires or conductors of each phase may be distributed in several slots. That is, the conductors of each phase may be distributed in a sinusoidal number in several slots so that the air gap magnetic flux generated when a current flows in the
도 4(a)를 참조하면 분포권 방식으로 제1코일(321)의 삼상 즉, U상, V상, W상 교류가 흐르는 권선(321a, 321b, 321c)이 순차적으로 배치되며, 각 사이에는 마찬가지로 분포권 방식으로 제2코일(322)의 삼상 즉, X상, Y상, Z상 교류가 흐르는 권선(322a, 322b, 322c)이 순차적으로 배치된다. Referring to FIG. 4A , windings 321a, 321b, and 321c through which three-phase, that is, U-phase, V-phase, and W-phase alternating current of the
도 4(a)는 총 36개의 슬롯을 갖는 고정자의 일례를 도시하고 있다. 따라서 이중 4분의 1에 해당하는 9개의 slot이 도시되어 있다. 즉 슬롯에 따라 U상 권선(321a), X상 권선(322a), V상 권선(321b), Y상 권선(322b), W상 권선(321c), Z상 권선(322c)이 6개의 슬롯에 들어가고 교대로 배열된 모습을 도시하고 있다. Fig. 4(a) shows an example of a stator having a total of 36 slots. Therefore, 9 slots corresponding to a quarter of them are shown. That is, according to the slot, the U-phase winding 321a, the X-phase winding 322a, the V-phase winding 321b, the Y-phase winding 322b, the W-phase winding 321c, and the Z-phase winding 322c are in six slots. It shows how they enter and are arranged alternately.
제1코일(321)과 제2코일(322)은 물리적으로 30 도(°) 또는 -30도의 위상차를 갖도록 배치되어 있다. 이하에서는 -30° 위상차는 30° 위상차를 갖는 것과 설명에 있어서 차이가 없으므로 여기서는 -30°위상차를 갖는 것으로 기술하였다. 또한, U상 교류와 W상 교류와 달리 V상에는 -V로 표시되어 있는데 이는 감는 방식에 따라 전류의 흐르는 방향이 달라져 표시한 것일 뿐이다. 마찬가지 이유로 Y상 교류에는 -Y로 도시하고 있다. The
회전자(350) 역시 고정자(330)와 비슷하게 얇게 적층된 강자성체 철심의 도체가 삽입된 구조를 가질 수 있다. 회전자(350)는 유도모터 혹은 동기모터에 따라 다양한 형태의 회전자를 가질 수 있는데, 도 4(a)에서는 일례로 영구자석(317)이 포함된 회전자(350)를 도시하고 있다.The
도 4(b)는 U상과 X상 교류, V상과 Y상 교류, W상과 Z상은 30° 위상차를 가지고 있음을 도시하고 있다. 삼상 모터 또는 삼상 교류전동기와 같은 삼상 시스템을 다룰 때는 통상적으로 사용하는 120°의 위상차를 갖는 a, b, c 상(phase) 변수들을 도 4(b)와 같이 회전 벡터로 표현할 수 있다. 이때, 제1코일(321)과 제2코일(322)은 30°의 위상차를 가지므로, U, V, W 상과 30° 위상차를 갖는 X, Y, Z상을 회전벡터를 이용하여 표시할 수 있다. Figure 4(b) shows that the U-phase and X-phase AC, V-phase and Y-phase AC, and the W-phase and Z-phase have a phase difference of 30°. When dealing with a three-phase system such as a three-phase motor or a three-phase AC motor, a, b, and c phase variables having a phase difference of 120°, which are commonly used, can be expressed as rotation vectors as shown in FIG. 4(b) . At this time, since the
또한, 이러한 모터(30)의 구조와 일치하도록 제1인버터(15) 및 제2인버터(25)에서 전류를 흘려주어야 원하는 출력을 얻을 수 있다. 만약, 이러한 제1코일(321)과 제2코일(322)의 각 권선이 잘못 배치되는 경우에는 물리적인 위상과 매칭되지 않아 제1인버터(15) 및 제2인버터(25)의 역률(Power factor)이 저하되어 원하는 출력을 얻을 수 없기 때문이다. In addition, in order to match the structure of the
한편, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 삼상 교류를 이용하는 모터 구조의 가장 큰 특징은 고정자(stator)와 회전자(rotor) 사이의 간격, 즉 공극(air gap)이 작다는 것이다. 공극이 작으면 여자전류 (exciting current)를 작게 해서 역률(Power factor)이 좋아질 수 있다. 반면, 공극이 작으면 자계의 고조파 영향이 강하게 나타나 손실이 늘어나 성능이 저하될 수 있다. On the other hand, as shown in Fig. 4(a), the biggest characteristic of the motor structure using the three-phase alternating current is that the gap between the stator and the rotor, that is, the air gap is small. If the gap is small, the power factor can be improved by reducing the exciting current. On the other hand, when the gap is small, the harmonic effect of the magnetic field is strongly influenced, and the loss increases and the performance may be deteriorated.
고조파가 발생하면, 기동시 모터가 기동하지 않거나, 가속되지 않거나, 이상음이 발생할 수 있다. 따라서, 고조파 발생을 예측하고 줄이는 방향으로 모터를 제어하는 것이 필요하다. 고조파(Harmonics)는 기본파에 대하여 그의 정수배의 주파수를 말하는 것으로, 고조파로 인해 운전중에 기계적인 진동, 노이즈와 고조파 전류 증가에 따른 효율 저하등을 초래하고, 궁극적으로는 절연파괴에 따른 전동기 수명 단축, 변형 및 파괴를 일으킬 우려가 있기 때문이다. If harmonics are generated, the motor may not start, not accelerate, or an abnormal sound may be generated during startup. Therefore, it is necessary to control the motor in the direction of predicting and reducing the occurrence of harmonics. Harmonics refers to a frequency that is an integer multiple of the fundamental wave. Harmonics cause mechanical vibration during operation, noise and reduced efficiency due to the increase in harmonic current, and ultimately shorten the life of the motor due to insulation breakdown. , because there is a risk of causing deformation and destruction.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 전압지령벡터(Voltage Reference Vector)를 종래방식으로 5개의 인버터 벡터를 이용해 분해하는 방식에 관한 것이다. 도 5(d) 내지 도 5(f)는 전압지령벡터를 4개의 인버터 벡터를 이용해 분해하는 방식에 관한 것이다. 5(a) to 5(c) relate to a method of decomposing a voltage reference vector using five inverter vectors in a conventional manner. 5(d) to 5(f) relate to a method of decomposing a voltage command vector using four inverter vectors.
도 5(a) 내지 도 5(f)를 설명하기 위해 우선, d-q축 좌표변환과 벡터공간분해기법(Vector Space Decomposition)을 이용한 공간벡터 펄스폭변조 (Space Vector Pulse Width Modulation, 이하 SVPWM) 방식에 대해 설명하기로 한다. 이는 통상의 기술자에게는 주지된 이론이므로 이에 대해서는 필요한 범위내에서 간략히 서술하기로 한다. 다시 말해, 본 명세서에서는 하나의 삼상교류를 가지고 공간벡터 펄스폭변조방식에 대해 간단히 설명한 후 이를 다시 두 개의 삼상 교류를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 대해 설명하였다. In order to explain FIGS. 5(a) to 5(f), first, a space vector pulse width modulation (SVPWM) method using d-q-axis coordinate transformation and vector space decomposition. to explain about Since this is a well-known theory to those skilled in the art, it will be briefly described within the necessary scope. In other words, in the present specification, the space vector pulse width modulation method is briefly described with one three-phase alternating current, and then an embodiment of the present invention has been described using two three-phase alternating currents.
삼상 모터와 같은 삼상 시스템을 다룰 때 통상적으로는 도 4(b)와 같이 a, b, c 상 변수들을 이용하여 다루는 것보다 d축, q축, z축으로 이루어진 직교좌표계(Orthogonal Coordinates)상의 변수로 변환하는 좌표변환(Reference Frame Transformation)을 통해 직교좌표계로 변환한 후 이용한다. 이를 통해 좀더 효율적으로 제어할 수 있기 때문이다. When dealing with a three-phase system such as a three-phase motor, variables on the Orthogonal Coordinates consisting of the d-axis, q-axis, and z-axis rather than using a, b, c phase variables as shown in Fig. 4(b). It is used after being transformed into a Cartesian coordinate system through Reference Frame Transformation. This is because it can be controlled more efficiently.
변환된 직교좌표계의 d축(Direct axis) 또는 직축은 통상 전동기의 계자 자속(Field Flux)이 발생하는 축이다. d축은 교류전동기의 벡터 제어에서 기준이 되는 축이다. The d-axis (Direct axis) or the orthogonal axis of the converted Cartesian coordinate system is an axis in which the field flux of an electric motor is generated. The d-axis is a reference axis in vector control of an AC motor.
변환된 직교좌표계의 q축(Quadrature Axis) 또는 횡축은 기준축인 d축과 직각을 이루는 축으로, 계자 자속과 같은 전동기의 물리량이 시간에 따라 반시계방향으로 회전할 때 d축에 비해 앞서서 위치한다. q축은 벡터 제어에서 토크를 발생하는 전류 또는 역기전력의 축이 된다.The q-axis (Quadrature Axis) or the abscissa axis of the converted Cartesian coordinate system is an axis that is perpendicular to the d-axis, which is the reference axis. do. The q-axis is the axis of current or counter electromotive force that generates torque in vector control.
변환된 직교좌표계의 z축(Neutral Axis, 또는 n 축) 또는 중성축(또는 영상분 축)은 d와 q축이 3차원 공간상에서 서로 직교하는 축이다. 이는 손실성분을 나타낸다. 전동기에서 기계적 출력 발생에 기여하는 항은 d와 q축 성분이다. The z-axis (Neutral Axis, or n-axis) or the neutral axis (or the image segment axis) of the transformed Cartesian coordinate system is an axis in which the d and q axes are orthogonal to each other in a three-dimensional space. This represents a loss component. The terms contributing to the generation of mechanical output in the motor are the d and q-axis components.
통상적으로 삼상 구형파 인버터(Six step inverter 또는 Three-phase square wave inverters)의 경우 출력전압의 크기는 최대로 고정되며, 단지 그 주파수만이 제어가능하였다. 교류전동기를 구동하는 인버터에서는 출력 전압의 주파수뿐만 아니라 그 크기까지도 변조(Modulation) 할 필요가 있다. 이를 위해 PWM(Pulse Width Modulation) 기법이 사용된다. In general, in the case of a three-phase square wave inverter (Six step inverter or three-phase square wave inverters), the magnitude of the output voltage is fixed to the maximum, and only the frequency is controllable. In an inverter that drives an AC motor, it is necessary to modulate not only the frequency of the output voltage but also its magnitude. For this purpose, PWM (Pulse Width Modulation) technique is used.
이러한 PWM 기법에는 최적변조방식(Optimal/Programmed PWM), 삼각파 비교변조방식(Carrier Based PWM), 공간벡터 펄스폭변조방식(Space Vector PWM)이 있다.These PWM methods include an optimal modulation method (Optimal/Programmed PWM), a triangular wave comparison modulation method (Carrier Based PWM), and a space vector pulse width modulation method (Space Vector PWM).
이중에서 공간벡터 펄스폭변조방식(SVPWM)은 다른 PWM기법과 달리 3상 전압 레퍼런스(Three-phase voltage references)를 앞서 설명한 d축과 q축으로 이루어진 d-q 평면상의 복소수공간에서 하나의 공간 벡터(Space Vector)로 표현하여 이를 변조하는 기법이다. 이 기법으로 변조된 전압을 인버터를 통해 전동기에 인가한 경우 전류와 토크에 포함된 고조파가 다른 기법보다 적다는 장법으로 인해 현재 가장 널리 사용되고 있다.Among them, the space vector pulse width modulation method (SVPWM), unlike other PWM methods, uses three-phase voltage references as one space vector (Space It is a technique to modulate it by expressing it as a vector). This technique is currently the most widely used due to the fact that when a voltage modulated by this technique is applied to a motor through an inverter, there are fewer harmonics included in current and torque than other techniques.
공간벡터 펄스폭변조방식(SVPWM)은 기법에서는 상전압에 관한 전압지령(Voltage Reference)이 공간벡터로 주어지므로 이를 생성시켜줄 인버터부(15, 25)의 인버터의 출력 가능한 전압도 마찬가지로 공간전압벡터로 표현된다. 여기서, 상전압은 해당 극의 스위칭 상태뿐만 아니라, 다른 두 극의 스위치 상태에도 의존하기 때문이다. 따라서, 상전압은 인버터의 모든 스위치들의 상태에 의해 결정되는 전압을 말한다. In the space vector pulse width modulation (SVPWM) technique, since the voltage reference for the phase voltage is given as a space vector, the output voltage of the inverter of the
이를 통해 삼상, 예컨대 a, b, c 상, 의 스위칭 함수를 각각 Sa, Sb, Sc 라 하고, 스위칭 함수는 위 스위치가 켜져 있는 경우에는 1이면 꺼져 있는 경우에는 0으로 표현될 수 있다. 이렇게 스위칭 함수의, 각 인버터부의 3개의 스위칭부에 의해 출력가능한 8개의 서로 다른 스위칭 상태를 6개의 유효전압벡터(Active Voltage Vector)와 2개의 영전압벡터(Zero Voltage Vector)를 활용하여 표현한다. 각 상의 스위칭부는 0 또는 1을 가지므로 3상의 경우 총 8개의 스위칭 상태가 존재할 수 있다. Through this, the switching functions of three phases, for example, a, b, and c phases, are called S a , S b , and S c , respectively, and the switching function can be expressed as 1 when the above switch is on, and 0 when it is off. . In this way, the eight different switching states that can be output by the three switching parts of each inverter part of the switching function are expressed using six active voltage vectors and two zero voltage vectors. Since the switching unit of each phase has 0 or 1, a total of 8 switching states may exist in the case of 3 phases.
이를 d-q 평면의 복소수 공간에서 표현하면 도 7(a)과 같이 표현할 수 있다. 윗 첨자 #1은 제1인버터부(15)를 뜻하고, 아래 첨자는 6개의 유효전압벡터를 뜻한다. 2개의 영전압벡터는 원점에 표시된다. 각 유효전압벡터에 의해 구분되는 평면을 섹터라 하며, 그림에서 보듯이 모두 6개의 섹터(sector)로 나누어질 수 있다. If this is expressed in the complex space of the d-q plane, it can be expressed as shown in Fig. 7(a). The
삼상 상전압 지령(Three-phase Voltage References)이 시간에 따라 변하면, 지령전압벡터(Voltage Reference Vector, V*)는 위와 같은 복소수공간에서 반시계방향으로 회전하게 된다. 이때, 지령전압벡터는 인접한 두 유효전압벡터, Vn, Vn +1 (n=1 내지 5)와 영전압벡터(V0, V7)를 이용하여 일정한 전압변조주기 Ts 동안 지령전압벡터와 평균적으로 동일한 전압을 만들 수 있다. 삼상에서는 전압을 합성하는 과정은 스위칭 주파수에 의해 결정된 전압변조주기 Ts 마다 반복된다. 전압변조주기랑 지령전압벡터를 표시하기 위해 스위칭 한 주기 내에서 공간전압벡터를 변조시키는 주기를 뜻할 수 있다. 이는 각 스위칭부를 켜는 온시퀀스 전압변조주기 와 각 스위칭부를 다시 끄는 오프시퀀스 전압변조주기가 있으며 스위칭 함수를 스위칭 한 주기 내에서 좌우 대칭형태로 만들면 온시퀀스 전압변조주기와 오프시퀀스 전압변조주기가 같아지므로 여기서는 두 경우 모두 전압변조주기(Ts )라 칭한다. When the three-phase voltage reference changes with time, the voltage reference vector (V*) rotates counterclockwise in the complex space as above. At this time, the command voltage vector is a command voltage vector during a constant voltage modulation period T s using two adjacent effective voltage vectors, V n , V n +1 (n=1 to 5) and a zero voltage vector (V 0 , V 7 ). can produce the same voltage on average as In three-phase, the process of synthesizing voltage is repeated every voltage modulation period T s determined by the switching frequency. In order to display the voltage modulation period and the command voltage vector, it may refer to the period in which the space voltage vector is modulated within one switching period. This is because there is an on-sequence voltage modulation cycle to turn on each switching unit and an off-sequence voltage modulation cycle to turn off each switching unit again. Here, both cases are referred to as a voltage modulation period (T s ).
도 7(b)을 활용하여 설명하면, 지령전압벡터 V*의 인접한 유효전압벡터 중에 하나의 벡터인 V1을 먼저 Ta 시간 동안 인가한다. 그러면 V1의 방향으로 V1·(Ta/Ts) 크기의 전압이 발생한다. 다음 단계는 지령전압벡터 V*의 위상과 크기를 맞추어 주기 위해 나머지 인접벡터 V2를 Tb시간동안 인가하여 준다. 그리고 T0 = Ts-(T1+T2) 시간동안 영전압벡터를 인가하여 더 이상의 전압이 발생되지 않도록 한다.Referring to FIG. 7(b), one vector V 1 among the effective voltage vectors adjacent to the command voltage vector V* is first applied for a time T a . Then, a voltage with a magnitude of V 1 ·(T a /T s ) is generated in the direction of V 1 . The next step is to apply the remaining adjacent vector V 2 for T b time to match the phase and magnitude of the command voltage vector V*. Then, the zero voltage vector is applied for the time T 0 = T s -(T 1 +T 2 ) so that no more voltage is generated.
한편, 전압변조주기 Ts내에서 유효 전압과 영전압 벡터를 어떠한 순서로 인가하더라도 동일한 크기의 평균 출력전압을 얻을 수 있다. 그러나, 인가 순서에 따라 고조파 특성, 스위칭 주파수, 전압 이용률 등의 여러 전압 변조 성능이 달라질 수 있다. 특히 유효 전압 벡터의 인가 위치에 따른 부하 전류의 리플 크기와 리플 주파수가 달라질 수 있다. 따라서, 일반적으로 전압변조주기 Ts내에서 유효전압벡터가 정 중앙에 위치하는 것이 고조파 특성이 가장 좋다고 알려져 있다. 이때 스위칭 횟수(Switching Frequency)도 감소시킬 수 있다. 이를 대칭 공간벡터 펄스폭변조방식 (Symmetrical SVPWM)이라 한다. On the other hand, no matter what order the effective voltage and the zero voltage vector are applied within the voltage modulation period T s , the average output voltage of the same magnitude can be obtained. However, various voltage modulation performance such as harmonic characteristics, switching frequency, and voltage utilization ratio may vary according to the application order. In particular, the magnitude of the ripple and the ripple frequency of the load current may vary according to the application position of the effective voltage vector. Therefore, in general, it is known that harmonic characteristics are best when the effective voltage vector is located at the center within the voltage modulation period T s . In this case, the switching frequency may also be reduced. This is called Symmetrical Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM).
이때, 인버터의 스위치를 켜는(On sequence) 전압변조주기와 인버터의 스위치를 끄는(Off sequence) 전압변조주기의 합을 스위칭 주기라 한다. 그런데, 일반적으로 전압변조주기 Ts 내에서 유효전압벡터를 정 중앙에 위치시키면, 좌우가 대칭인 패턴이 되므로, 스위칭 한 주기는 두 전압변조주기의 두 배가 된다. 즉, Tsw= 2·Ts가 된다. 또한 이 때 스위칭 횟수도 최소화 되며 고조파에 의한 영향도 최소화 될 수 있다. 또한, 통상 전압변조주기는 전류제어주기와 동일하게 사용된다. At this time, the sum of the voltage modulation period for turning on the inverter (On sequence) and the voltage modulation period for turning off the switch of the inverter (Off sequence) is referred to as a switching period. However, in general, if the effective voltage vector is placed in the center within the voltage modulation period T s , the left and right patterns become symmetrical, so that one switching period is twice the two voltage modulation periods. That is, T sw = 2·T s . In addition, the number of switching is also minimized at this time, and the influence by harmonics can be minimized. In addition, the normal voltage modulation period is used the same as the current control period.
정리하면, 즉, 하나의 인버터에서 출력가능한 6개의 유효 전압 벡터(6 active voltage vectors) 와 2개의 영전압 벡터(zero vectors)를 이용해 일정한 전압변조주기 Ts(modulation interval) 동안의 지령 전압 벡터(Reference voltage vector)를 생성할 수 있고, 이를 통해 각 스위칭 소자의 온/오프(on/off) 되는 시간을 정할 수 있다. 즉, 스위칭 함수를 정할 수 있다. In other words, using 6 active voltage vectors and 2 zero vectors that can be output from one inverter, the command voltage vector ( Reference voltage vector) can be generated, and through this, the on/off time of each switching element can be determined. That is, the switching function can be determined.
삼상에서는 계산을 통해 유효전압벡터 및 영전압벡터의 인가시간을 하기의 수학식 4를 이용하여 계산할 수 있다(수학식 1 내지 수학식 3은 도 8에 표시되어 있으며, 하기에서 도 8을 참조하여 설명한다). In the three-phase, the application time of the effective voltage vector and the zero voltage vector can be calculated by using
또한, 이렇게 정해진 스위칭 함수, Sa, Sb, Sc 는 스위칭 주기 (Tsw) 동안 온 퀀스(On sequence)와 오프 시퀀스(Off sequence)가 대칭적인 패턴으로 만들어지게 된다. 즉, 스위칭 한 주기 동안의 온 퀀스(On sequence)와 오프 시퀀스(Off sequence)에 따른 각 상의 스위칭 함수를 도식화 한 것을 스위칭 패턴이라 할 수 있는데, 삼상 교류에서는 위에서 설명한 바와 같이 대칭적인 패턴을 나타내도록 만들 수 있다. In addition, the switching functions S a , S b , and S c determined in this way have an on sequence and an off sequence in a symmetrical pattern during the switching period T sw . In other words, a switching pattern can be referred to as a schematic diagram of the switching function of each phase according to the on sequence and the off sequence during one switching cycle. can make
즉, 스위칭 패턴이란, 인가된 전압지령벡터에 따라, 각 인버터부의 3개의 스위칭 상태를 인가시간에 따라 스위칭 한 주기내에 나타낸 그림을 뜻한다. 또는 인가된 전압지령벡터에 따라, 해당 공간전압벡터 (전압지령벡터에 인접한 2개의 유효전압벡터 와 영전압벡터)를 스위칭 한 주기내에서 인가시간에 따라 나타낸 그림을 뜻할 수 있다. That is, the switching pattern refers to a picture showing the three switching states of each inverter unit within one switching cycle according to the applied time according to the applied voltage command vector. Alternatively, according to the applied voltage command vector, it may refer to a picture showing the space voltage vector (two effective voltage vectors and zero voltage vector adjacent to the voltage command vector) according to the application time within one period of switching.
삼상 교류에서는 항상 스위칭 패턴이 대칭적인 패턴이 되도록 할 수 있는데, 이는 결극 스위칭 한 주기 내에서 2개의 전압변조주기에서 각각 2개의 유효전압벡터와 영전압벡터를 온(On)시키는 순서와 오프(Off) 시키는 순서가 반대로 적용되기 때문이다. 이는 스위칭 주기 동안 인버터에 의해 삼상을 온/오프하는 제어신호가 좌우대칭임을 뜻한다. In three-phase AC, the switching pattern can always be a symmetrical pattern, which is the order of turning on and off the two effective voltage vectors and zero voltage vectors, respectively, in two voltage modulation cycles within one switching cycle. ) because the order is applied in reverse. This means that the control signal that turns on/off the three-phase by the inverter during the switching period is symmetrical.
구체적으로는 제1스위칭부(Q101, Q104/Q201, Q104), 제2스위칭부(Q102, Q105/Q202, Q205) 및 제3스위칭부(Q103, Q106/Q203, Q206)를 온/오프하는 신호가 스위칭 주기 내에서 좌우대칭적으로 표현될 수 있다. 이는 또한, 제1스위칭부(Q101, Q104/Q201, Q104), 제2스위칭부(Q102, Q105/Q202, Q205) 및 제3스위칭부(Q103, Q106/Q203, Q206)의 온/오프에 따른 상기 제1코일과 상기 제2코일의 각 상 권선에 인가되는 전압은 상기 스위칭주기 동안 좌우대칭인 것을 뜻한다.Specifically, a signal for turning on/off the first switching unit Q101, Q104/Q201, Q104, the second switching unit Q102, Q105/Q202, Q205, and the third switching unit Q103, Q106/Q203, Q206 may be expressed symmetrically within the switching period. In addition, according to the on/off of the first switching unit Q101, Q104/Q201, Q104, the second switching unit Q102, Q105/Q202, Q205, and the third switching unit Q103, Q106/Q203, Q206 The voltages applied to the respective phase windings of the first coil and the second coil are symmetrical during the switching period.
예컨대 도 7(c)의 스위칭 패턴 중, 윗부분 3개만을 보면, 스위칭 함수 3개(Sa #1 , Sa # 2 , Sa # 3)의 패턴이 Tsw의 절반을 중심으로 모두 좌우 대칭임을 알 수 있다. 또한 이는 파형분석기, 예컨대 오실로스코프나 스펙트럼분석기 등, 으로 인버터 단자의 출력을 체크해보면 알 수 있다. 물론 파형분석기의 샘플링 시간, 노이즈의 영향이 있을 수 있으나 수학적으로는 좌우 대칭임을 알 수 있다. For example, if you look at only the upper three of the switching patterns of FIG. 7(c), the patterns of three switching functions (S a #1 , S a # 2 , S a # 3 ) are all symmetrical about half of T sw . it can be seen that Also, this can be known by checking the output of the inverter terminal with a waveform analyzer, for example, an oscilloscope or a spectrum analyzer. Of course, the sampling time of the waveform analyzer may be affected by noise, but it can be seen that it is mathematically symmetrical.
지금까지는 삼상 교류에서 공간벡터 펄스폭변조(SVPWM) 방식에 관한 것이었다. 이를 육상 모터 또는 삼상 이중권선 모터에 적용하면 육상을 동시에 제어할 수 인버터 한 개를 사용할 수도 있으나, 이보다는 안정적인 제어를 위해 통상적인 삼상 인버터 두 개를 사용한다. 이 경우, 두 개의 인버터부(15, 25)의 인버터에 의해 각각 6개의 섹터가 생기며, 각각은 30도의 위상차를 가지게 된다. So far, it has been about space vector pulse width modulation (SVPWM) in three-phase alternating current. If this is applied to a land motor or a three-phase double winding motor, one inverter that can control the land at the same time can be used, but two conventional three-phase inverters are used for more stable control. In this case, six sectors are generated by the inverters of the two
도 5(b)는 제1인버터부(15)에 의한 인버터 출력전압벡터를 도시하고 있으며, 도 5(c)는 제2인버터부(25)에 의해 30도의 위상차를 갖는 인버터 출력전압벡터(Output Voltage Vectors)를 d-q 평면의 복소수공간에 도시하고 있다. 이 2개를 합한 그림을 도 5(a)에 도시하고 있다. 따라서, 도 5(b)에는 제1인버터부(15)의 제1유효전압벡터(V1 #1 내지 V6 # 1)가 표시되어 있고, 도 5(c)에는 제2인버터부(25)의 제2유효전압벡터(V1 #2 내지 V6 # 2)가 표시되어 있다. 또한, 제2인버터부(15)의 제2유효전압벡터(V1 #2 내지 V6 #2)는 위상차를 고려하여 30도 회전하여 표시되었다. FIG. 5(b) shows an inverter output voltage vector by the
도 5(a)는 이 2개를 합해서 하나의 평면에 나타낸 2개의 육각형이 합해진 그림을 나타내고 있다. 또한, 제1유효전압벡터(V1 #1 내지 V6 #1)와 제2유효전압벡터(V1 #2 내지 V6 #2)를 인접하는 벡터끼리 합해서 12개의 합성벡터(V1 내지 V12) 를 표현하고 있다. Fig. 5(a) shows a picture in which two hexagons are combined and shown on one plane. In addition, the first effective voltage vectors (V 1 #1 to V 6 #1 ) and the second effective voltage vectors (V 1 #2 to V 6 #2 ) are added to adjacent vectors to form 12 composite vectors (V 1 to V). 12 ) is expressed.
구체적으로는, 제1유효전압벡터(V1 #1 내지 V6 #1)와 이를 30도 회전시킨 제2유효전압벡터(V1 #2 내지 V6 #2)에서 인접하는 유효전압벡터끼리 합성을 할 수 있다. 예를 들어, 제2인버터부(25)의 1번 유효전압벡터인 V1 #2는 제1인버터부(15)의 1번 유효전압벡터인 V1 #1 와 2번 유효전압벡터인 V2 #1의 사이에 위치하므로, V1 #2의 인접하는 벡터는 V1 #1 과 V2 #1이 된다. 이 둘과 각각 합성하게 되면, V2와 V3을 합성할 수 있다. 마찬가지로 나머지들을 합성하게 되면 모두 12개의 합성벡터(V1 내지 V12) 를 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 12개의 합성벡터로 d-q평면에서 구분되는 영역을 섹터라 하며 모두 12개의 섹터를 얻을 수 있다. Specifically, the first effective voltage vectors (V 1 #1 to V 6 #1 ) and the second effective voltage vectors (V 1 #2 to V 6 #2 ) rotated by 30 degrees are synthesized between adjacent effective voltage vectors. can do. For example,
이렇게 얻어진 합성벡터를 V1 내지 V12로 표시하였으면, 합성벡터 V2와 V3 사이의 영역을 섹터1로 하여 반시계방향으로 총 12개의 섹터를 표시하였다. When the synthesized vector thus obtained is expressed as V 1 to V 12 , a total of 12 sectors are displayed in a counterclockwise direction using the area between the synthesis vectors V 2 and V 3 as
이때, z1-z2 평면은 아래의 표 1의 종래방법에서 z1-z2 평면으로 도시된 것과 같이 나타낼 수 있다. In this case, the z1-z2 plane may be represented as shown as the z1-z2 plane in the conventional method of Table 1 below.
한편, 종래 기술은 이렇게 육상의 권선을 통해 모델링하여 벡터 간섭성분이 제거된 독립된 2개의 평면을 생성한다. 세 개의 서브공간(sub-space) 또는 평면은 d-q 평면, z1-z2 평면 그리고 o1-o2 평면으로 분해된다. 다만, 여기서 o1-o2 평면은 제1코일(321)과 제2코일(322)이 중립적(neutral)으로 권선되므로 항상 원점으로 매핑(mapping)되어 d-q 평면, z1-z2 평면만 고려하면 된다. 즉, 실질적으로 에너지 변환이 이루어지는 평면을 d-q 평면, 고조파 성분 또는 에너지 손실을 뜻하는 서브공간을 z1-z2 평면이라고 한다. d-q 평면은 앞서 설명한 바와 같이 12개의 합성벡터로 나타내게 되고, 3상씩 총 2개의 z1, z2를 통해 마찬가지로 z 평면을 얻을 수 있다. 이를 벡터공간분해기법(Vector Space Decomposition)이라 한다. On the other hand, the prior art generates two independent planes from which the vector interference component is removed by modeling through the winding of the land in this way. The three sub-spaces or planes are decomposed into the d-q plane, the z1-z2 plane and the o1-o2 plane. However, in the o1-o2 plane, since the
이때, 종래 기술은 각 평면상의 좌표축으로부터 네 개의 독립된 값을 계산하기 위해 네 개의 합성벡터를 필요로 한다. 그리고 해당 네 개의 합성벡터가 인가되는 시간(Turn on 시간)을 각각의 좌표축 크기를 계산하여 역행렬을 통해 계산해야만 한다. In this case, the prior art requires four composite vectors to calculate four independent values from the coordinate axes on each plane. And the time (turn on time) for which the corresponding four composite vectors are applied must be calculated through the inverse matrix by calculating the size of each coordinate axis.
이 경우, 합성벡터 네 개는 총 5개의 유효전압벡터를 사용하게 되므로 한 인버터에서는 두 개의 유효전압벡터를 사용하나, 다른 인버터에서는 세 개의 유효전압벡터를 사용해야 하므로 대칭적인 패턴을 만들 수 없게 된다. 또한, 매번 선택된 합성벡터를 통해 역행렬을 계산해야하므로 연산량이 커지고, 늘어난 연산량만큼 연산시간확보를 위해서는 스위칭 주기가 커지는 문제점이 발생하게 된다.In this case, since the four composite vectors use a total of five effective voltage vectors, one inverter uses two effective voltage vectors, but the other inverter uses three effective voltage vectors, making it impossible to create a symmetrical pattern. In addition, since it is necessary to calculate the inverse matrix through the selected synthesis vector each time, the amount of computation increases, and the switching period increases to secure the computation time by the increased amount of computation.
예를 들어, 도 5(a)에서 전압지령벡터 A(Ref. A)로 표시된 전압을 표시하기 위해서는 총 4개의 합성벡터 V1, V2, V3 및 V4를 필요로 한다(도 5(a)에 V1, V2, V3 및 V4를 사각형 안에 표시). 왜냐하면, d-q 평면과 z1-z2 평면에서 모두 4개의 변수가 있기 때문이다(표 1의 첫 행 참조). 또한, d-q 평면은 전기기계적 에너지에 관한 것인 반면, z1-z2 평면은 에너지 손실에 관한 것이므로 매 샘플링 시간 동안 평균전압 값이 0을 만족하도록 해야 한다. 각각의 합성벡터를 다시 유효전압벡터로 표시하기 위해서는 V6 #2, V1 #1, V1 #2, V2 #1 및 V2 # 2 로 표시되는 5개의 유효전압벡터를 필요로 한다(도 5(a)에 V6 #2, V1 #1, V1 #2, V2 #1 및 V2 #2를 사각형안에 표시). 이 중 하나의 인버터부에서는 도 5(b)에서와 마찬가지로, 사각형으로 표시된 V1 #1 및 V2 # 1를 사용하게 되는 반면, 다른 하나의 인버터부에서는 도 5(c)에서와 마찬가지로, 사각형으로 표시된 V6 #2, V1 #2 및 V2 # 2 3개를 사용하게 되므로 스위칭 패턴을 대칭적으로 만들 수 없게 된다.For example, in order to display the voltage indicated by the voltage command vector A (Ref. A) in Fig. 5(a), a total of four synthesis vectors V 1 , V 2 , V 3 and V 4 are required (Fig. 5( In a), mark V 1 , V 2 , V 3 and V 4 in squares). This is because there are 4 variables in both the dq plane and the z1-z2 plane (see the first row of Table 1). Also, since the dq plane relates to the electromechanical energy, while the z1-z2 plane relates to the energy loss, the average voltage value for every sampling time should satisfy zero. In order to display each composite vector as an effective voltage vector again, five effective voltage vectors represented by V 6 #2 , V 1 #1 , V 1 #2 , V 2 #1 and V 2 # 2 are required ( In Fig. 5(a), V 6 #2 , V 1 #1 , V 1 #2 , V 2 #1 and V 2 #2 are indicated in a rectangle). In one inverter unit, V 1 #1 and V 2 # 1 indicated by a rectangle are used as in FIG. 5(b), whereas in the other inverter unit, a rectangle is used as in FIG. 5(c). Since we will use three V 6 #2 , V 1 #2 and V 2 # 2 marked with , it is impossible to make the switching pattern symmetrical.
도 6은 종래 기술, 즉, 전압지령벡터가 속한 섹터에 인접한 합성벡터 4개를 이용하는 경우의 스위칭 패턴을 나타내고 있다. 4개의 인접합성벡터에 전압을 인가하는 시간은 표 1에 도시된 종래방법과 마찬가지로 d-q 평면, z1-z2 평면에서 합성벡터 4개를 이용하여 계산되며, 하기의 수학식 5와 같은 5행 5열의 역행렬을 구해야만 연산이 가능하다. 6 shows a switching pattern in the case of using the prior art, that is, four composite vectors adjacent to the sector to which the voltage command vector belongs. The time for applying a voltage to the four adjacent synthesis vectors is calculated using four synthesis vectors in the d-q plane and the z1-z2 plane as in the conventional method shown in Table 1, It can be calculated only by finding the inverse matrix.
단, 수학식 5에서 Vd k 는 k번째 유효전압벡터의 d축 상의 크기를 뜻하고, Vq k 는 k번째 유효전압벡터의 q축 상의 크기를 뜻한다. Vz1 k 는 k번째 유효전압벡터의 z1축상의 크기를 뜻하고, Vz2 k 는 k번째 유효전압벡터의 z2축 상의 크기를 뜻한다. 그리고, Vd * 및 Vq *는 전압지령벡터의 d축과 q축 크기를 뜻한다. Ts는 전압변조주기, Tk는 해당 벡터의 인가시간(dwell time)을 뜻한다. 다만, T5는 d-q평면상의 영전압벡터에서 선택된 합성벡터의 인가시간이다. However, in
유효한 합성벡터의 인가시간인 T1 내지 T4를 계산하여, 도 6에 도시된 바와 같이 12의 각 섹터별로 (R1) 내지 (R12)의 스위칭 패턴의 일례를 나타낼 수 있다. 이중 1섹터에 전압지령벡터가 있는 (R1)의 경우를 살펴보면, 제1인버터부의 3상의 스위칭 함수를 Sa #1 , Sb #1, Sc #1로 표시하고, 제2인버터부의 3상의 스위칭 함수를 Sa #2 , Sb #2, Sc #2로 표시하였다. 이때 스위칭 한 주기당 스위칭 함수의 패턴은 가운데 T0를 중심으로 대칭으로 형성되지 않는다. 마찬가지로 모든 섹터에서 비대칭으로 형성됨을 알 수 있다. 여기서, 각 시간을 동일한 간격으로 표시하였으나 이는 표시상의 표현일 뿐 실제로는 그 간격이 인가식간에 따라 다를 수 있다. By calculating T 1 to T 4 , which are effective synthesis vector application times, an example of a switching pattern of (R1) to (R12) for each sector of 12 can be represented as shown in FIG. 6 . Looking at the case of (R1), where the voltage command vector is in one sector, the switching functions of the three phases of the first inverter part are expressed as S a #1 , S b #1 , S c #1 , and the three phases of the second inverter part are shown. The switching functions are denoted as S a #2 , S b #2 , and S c #2 . At this time, the pattern of the switching function per switching period is not formed symmetrically with respect to the center T 0 . Similarly, it can be seen that all sectors are asymmetrically formed. Here, each time is displayed at the same interval, but this is only a display expression, and in reality, the interval may be different depending on the time of application.
이러한 각 상의 스위치 함수의 패턴을 관측하기 위해서는 각 인버터의 출력단자를 파형분석기, 예컨대 오실로스코프나 스펙트럼분석기를 통해 파악할 수 있다. In order to observe the pattern of the switch function of each phase, the output terminal of each inverter can be grasped through a waveform analyzer, for example, an oscilloscope or a spectrum analyzer.
이와 달리 본 발명의 제어방법은 4개의 합성벡터 대신 각 인버터부(15, 25)마다 2개의 인접한 유효전압벡터를 사용하여 앞서 설명한 삼상 인버터에서의 공간벡터 펄스폭변조(SVPWM) 방식과 같이 스위칭 패턴을 대칭되게 만드는 것이다.In contrast, the control method of the present invention uses two adjacent effective voltage vectors for each
도 5(d) 내지 도 5(f)는 전압지령벡터(Ref. B)를 본 발명에 따른 2개의 인버터부(15, 25)에서 2개의 인접한 유효전압벡터씩 총 4개의 인버터 유효전압벡터를 이용해 스위칭 패턴을 대칭되게 만드는 일례를 나타내고 있다. 5(d) to 5(f) show the voltage command vector (Ref. B) in the two
도 8(a)을 참조하면, 제1유효전압벡터(V1 #1 내지 V6 #1)와 제2인버터부(25)의 제2유효전압벡터(V1 #2 내지 V6 # 2)는 위와 같이 반시계방향으로 표시되는 반면, 고조파를 나타내는 z1-z2 평면은 유효전압벡터가 그림과 같이 표시될 수 있다. d-q 평면과 달리, V1 # 1 과 V1 # 2 가 인접하지 않게 되는데, 이는 d-q 평면이 기본파 및 12m ± 1 (단, m=1,2,3……)의 고조파 성분을 나타내는 반면, z1-z2는 6m ± 1(단, m=1, 3, 5……)의 고조파 성분을 나타내기 때문이다. Referring to FIG. 8A , the first effective voltage vectors V 1 #1 to V 6 #1 and the second effective voltage vectors V 1 #2 to V 6 # 2 of the
도 5(e)는 제1인버터부(15)에 의한 인버터 출력전압벡터를 도시하고 있으며, 도 5(f)는 제2인버터부(25)에 의해 30도의 위상차를 갖는 인버터 출력전압벡터(Output Voltage Vectors)를 d-q 평면의 복소수공간에 도시하고 있다. 이 2개를 합한 그림을 도 5(d)에 도시하고 있다. 따라서, 도 5(e)에는 제1인버터부(15)의 제1유효전압벡터(V1 #1 내지 V6 # 1)가 표시되어 있고, 도 5(f)에는 제2인버터부(25)의 제2유효전압벡터(V1 #2 내지 V6 # 2)가 표시되어 있다. 또한, 제2인버터부(15)의 제2유효전압벡터(V1 #2 내지 V6 # 2)는 위상차를 고려하여 반시계방향으로 30도 회전하여 표시되었다. FIG. 5(e) shows an inverter output voltage vector by the
구체적으로는, 제1유효전압벡터(V1 #1 내지 V6 #1)와 이를 반시계방향으로 30도 회전시킨 제2유효전압벡터(V1 #2 내지 V6 #2)를 도 5(d)와 같이 합치면 총 12개의 섹터로 구별할 수 있다. 도 5(a)에서는 각 합성벡터의 사이를 섹터로 구별한 반면, 도 5(d)에서는 각 인버터의 유효전압벡터가 교대로 배열될 그 사이의 영역을 섹터로 구별한다. 즉 V1 #1과 V1 #2 사이의 영역이나 공간을 제12섹터로, V1 #2과 V2 #1 사이의 영역이나 공간을 제1섹터로 구별할 수 있다. 이때, 각 유효전압벡터는 z1-z2 공간에서는 표 1의 제1케이스와 같이 나타낼 수 있다. Specifically, the first effective voltage vectors (V 1 #1 to V 6 #1 ) and the second effective voltage vectors (V 1 #2 to V 6 #2 ) rotated counterclockwise by 30 degrees are shown in FIG. 5 ( When combined as in d), a total of 12 sectors can be distinguished. In FIG. 5(a), a sector is divided between each composite vector, whereas in FIG. 5(d), a region between which effective voltage vectors of each inverter are alternately arranged is divided into sectors. That is, the region or space between V 1 #1 and V 1 #2 may be distinguished as the twelfth sector, and the region or space between V 1 #2 and V 2 #1 may be distinguished as the first sector. In this case, each effective voltage vector can be expressed as in the first case of Table 1 in the z1-z2 space.
도 5(d)는 이 2개를 합해서 하나의 평면에 나타낸 2개의 육각형이 합해진 그림을 나타내고 있다. 다만, 도 5(a)와 달리, 각 인버터의 유효전압벡터를 합한 합성벡터를 사용하는 게 아니라, 각 인버터의 유효전압벡터를 그대로 사용한다. 그러므로 각 인버터에서 선정된 2개의 유효전압벡터를 이용하여 삼상 SVPWM 방식과 같이 스위칭 패턴을 대칭형태로 만들 수 있다. Fig. 5(d) shows a picture in which two hexagons are combined on a single plane by adding these two. However, unlike FIG. 5( a ), the effective voltage vector of each inverter is used as it is, rather than using a composite vector obtained by adding the effective voltage vectors of each inverter. Therefore, it is possible to make the switching pattern symmetrical like the three-phase SVPWM method by using the two effective voltage vectors selected in each inverter.
도 7(a)과 도 7(b)은 3상 교류에서 공간벡터 펄스폭변조방식(SVPWM)을 이용하여 인가시간을 계산하는 방법을 설명하고 있다. 이는 삼상 이중 권선모터에서 2개의 인버터부(15, 25) 중 하나의 인버터에서 각각 수행되는 인가시간을 구하는 것과 동일한 방식이다. 왜냐하면, 각 인버터에서 선정된 2개의 유효전압벡터를 이용하기 때문이다. 따라서 아서 설명한 3상 교류방법과 동일하다. 7(a) and 7(b) illustrate a method of calculating an application time using a space vector pulse width modulation (SVPWM) in a three-phase alternating current. This is the same method as obtaining the application time respectively performed in one inverter among the two
도 7(c)은 각 인버터부(15, 25)에서 인버터부의 삼상의 스위칭 함수인 Sa #1 , Sb #1, Sc # 1를 로 표시하고, 제2인버터부(25)의 삼상의 스위칭 함수를 Sa #2 , Sb #2, Sc #2로 표시한 경우, 스위칭 한 주기(Tsw) 동안 나올 수 있는 패턴의 일례를 나타내고 있다. 그 패턴은 각각 이는 영전압벡터를 인가하는 To #1 또는 To #2시간을 중심으로 대칭됨을 알 수 있다. 7( c ) shows the three-phase switching functions of the inverter unit S a #1 , S b #1 and S c # 1 in each
또한, 전술한 바와 같이 스위칭 한 주기(Tsw)는 앞서 말한 전압변조주기(Ts)의 2배가 되며, 한 Tsw 동안 각 전압벡터를 인가하는 스위칭 함수는 Ts 만큼의 시간이 경과한 후 즉, Tsw /2를 중심으로 대칭됨을 알 수 있다. In addition, as described above, one switching period (T sw ) is twice the aforementioned voltage modulation period (T s ), and the switching function for applying each voltage vector during one T sw is calculated after the time Ts elapses, i.e. , it can be seen that it is symmetrical about T sw /2.
또한, 이는 유효전압벡터를 스위칭 한 주기(Tsw) 동안 중앙에 위치하도록 함으로써 스위칭 패턴이 좌우대칭이 되게 할 수 있다. In addition, this may make the switching pattern symmetrical by placing the effective voltage vector at the center during one switching period (T sw ).
제1인버터부(15)에서 인가된 지령전압벡터에 인접한 2개의 유효전압벡터와 2개의 영전압벡터를 인가하는 시간을 제1인가시간 Ta, 제2인가시간 Tb, 제3인가시간 To #1 로 표시하고, 제2인버터부(25)에서 인가된 지령전압벡터에 인접한 2개의 유효전압벡터와 2개의 영전압벡터를 인가하는 시간을 제4인가시간 Tc, 제5인가시간 Td, 제6인가시간 To # 2 로 표시하면, 스위칭 주기(Tsw) 동안 각 인버터부의 3개의 스위칭부를 켜는 전압변조주기와 끄는 전압변조주기를 반복하게 되며, 이는 곧 도 7(c)처럼 대칭적인 패턴으로 나타나게 된다. 즉, 각 인버터에서 2개의 유효전압벡터를 사용해서 독립적으로 제어하므로 항상 그 패턴은 삼상교류가 대칭적인 패턴을 갖는 것처럼 마찬가지로 Tsw/2 가운데를 기준으로 대칭적인 패턴을 가지고 있을 수 있다. The time for applying two effective voltage vectors and two zero voltage vectors adjacent to the command voltage vector applied by the
여기서, 제3인가시간 To # 1는 편의상 스위칭 한 주기(Tsw)에서 제1인가시간 Ta, 제2인가시간 Tb를 뺀 나머지 시간을 나타내도록 표시하였다. 제3인가시간 To #1 는 제1인버터부(15)의 스위칭 한 주기(Tsw) 내에서 양 말단과 가운데에 나타나나 지령전압벡터에 따라 임의로 나누어질 수 있다. 즉, 양 말단과 가운데의 시간크기가 절반씩 나누어지지 않아도 무방하다. 그렇다 하더라도 전압변조주기는 스위칭 한 주기의 절반이므로, 제3인가시간, 2배의 제1인가시간과 2배의 제2인가시간의 합은 스위칭 주기 또는 전압변조주기의 2배와 같다. Here, the third application time T o # 1 is indicated to represent the remaining time obtained by subtracting the first application time T a and the second application time T b from one switching cycle (T sw ) for convenience. The third application time T o #1 appears at both ends and in the middle within one switching period T sw of the
마찬가지로, 제6인가시간 To #2는 편의상 스위칭 한 주기(Tsw)에서 제4인가시간 Tc, 제5인가시간 Td를 뺀 나머지 시간을 나타내도록 표시하였다. 제6인가시간 To #2 는 제2인버터부(25)의 스위칭 한 주기(Tsw) 내에서 양 말단과 가운데에 나타나나 지령전압벡터에 따라 임의로 나누어질 수 있다. 즉, 양 말단과 가운데의 시간크기가 절반씩 나누어지지 않아도 무방하다. 그렇다 하더라도 전압변조주기는 스위칭 한 주기의 절반이므로, 제6인가시간, 2배의 제4인가시간과 2배의 제5인가시간의 합은 스위칭 주기 또는 전압변조주기의 2배와 같다.Similarly, the sixth application time T o #2 is displayed to represent the remaining time after subtracting the fourth application time T c and the fifth application time T d from one switching cycle (T sw ) for convenience. The sixth application time T o #2 appears at both ends and in the middle within one switching period T sw of the
여기서 밑금 친 부분은 각 상의 스위칭부가 켜지는 1을 뜻하고, 밑금 치지 않은 부분은 켜지지 않는 0을 뜻한다. 따라서, 각각을 도 5(c)에서 제1인버터부(15)의 공간전압벡터를 확인하면, 최초 To #1 동안 (0, 0, 0) → Ta 동안 (1, 0, 0) → Tb 동안 (1, 1 ,0) → 가운데 To #1 절반 동안 (1, 1, 1 )로 스위치를 켜는 전압변조주기를 거치고, 다시 가운데 To # 1 의 나머지 절반 동안 (1, 1, 1) → Tb 동안 (1, 1, 0) → Ta 동안 (1, 0 ,0) → To #1 동안 (0, 0, 0 )으로 스위치를 끄는 전압변조주기를 거친다. 즉, 이러한 순서대로 전압벡터들을 인가하게 되면 스위칭 한 주기 동안 좌우가 대칭인 스위칭 패턴을 얻을 수 있다. Here, the squared part means a 1 that the switching part of each phase is turned on, and the unscaled part means a 0 that is not turned on. Therefore, when the space voltage vector of the
따라서, 스위칭 패턴이 좌우대칭이란, 스위칭 주기(Tsw) 동안 인가하는 전압벡터의 순서가 대칭적으로 나타나는 것을 뜻하게 된다. 또는, 스위칭 주기(Tsw) 동안 각 스위칭 부의 스위칭 함수가 좌우대칭인 것을 뜻할 수 있다. 또는, 스위칭 함수에 따라 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)에 의해 제1코일(321)과 제2코일(322)에 인가되는 각 단상 교류가 스위칭 주기(Tsw) 동안 좌우대칭인 것을 뜻할 수 있다. Therefore, when the switching pattern is symmetrical, it means that the order of voltage vectors applied during the switching period T sw appears symmetrically. Alternatively, it may mean that the switching function of each switching unit is symmetrical during the switching period T sw . Alternatively, each single-phase alternating current applied to the
상기 공간전압벡터의 인가시간에 따라 스위칭 주기(Tsw) 동안 각 상의 스위칭부를 켜거나 끄게 되는데 이를 스위칭 함수라 하고, 이를 Sa #2 , Sb #2, Sc #2로 표현하였다. 도 5(c)에서 보듯이 각 스위칭함수들도 각각 좌우 대칭임을 알 수 있다. Depending on the application time of the space voltage vector , the switching unit of each phase is turned on or off during the switching period ( T sw ) . As shown in FIG. 5( c ), it can be seen that each of the switching functions is also symmetrical.
여기서, To #1 또는 To #2 는 스위칭 한 주기 (Tsw)에 2번의 Ts 가 있으므로 각각 2번씩 나오게 되므로, 그 시간의 크기는 To #1 = Tsw-2(Ta+Tb) 또는 To #2=T sw-2(Tc+Td)를 만족한다. 여기서는 대칭적으로 패턴으로 나오는 것을 강조하기 위해, 영전압을 인가하는 시간인 To #1 또는 To #2가 스위칭 함수의 맨 앞, 가운데 그리고 맨 뒤에 나타나게 표시하였을 뿐 전체 크기를 나타내지는 않는다. 맨 앞과 맨 뒤의 크기는 대칭적이므로 같고, 가운데와 맨 앞의 비율은 계산에 따라 달라질 수 있다. Here, T o #1 or T o #2 is T s twice in one switching cycle (T sw ) Since there is , it comes out twice each, so the amount of time is T o #1 = T sw -2(T a +T b ) or T o #2 =T sw -2(T c +T d ) is satisfied. Here, in order to emphasize that the pattern appears symmetrically, T o #1 or T o #2 , which is the time for applying the zero voltage, is indicated to appear at the front, center, and rear of the switching function, but not the overall size. The size of the front and the back is the same because it is symmetrical, and the ratio of the center and the front can be different depending on the calculation.
도 7(d)은 12개의 섹터별로 나올 수 있는 패턴 형태를 도시하고 있다. 즉, 제1섹터(P1) 내지 제12섹터(P12)에서의 스위칭 주기당 각 스위칭 함수의 패턴을 도시하고 있다. 인가시간의 크기에 따라, Ta 와 Tb 또는 Tc 와 Td 가 바뀔 수 있으나, 그 패턴은 모두 가운데 To #1 또는 To #2를 중심으로 대칭이다. 또한, 이는 Tsw/2를 기준으로 대칭이다. 각 섹터에서의, Ta와 Tb 또는 Tc 와 Td는 제1섹터(P1) 내지 제3섹터(P3) 에 표시된 것을 바탕으로 유추적용이 가능하므로 반복되는 표현은 생략한다. FIG. 7( d ) shows a pattern form that can be produced for each of 12 sectors. That is, the pattern of each switching function per switching period in the first sector P1 to the twelfth sector P12 is shown. Depending on the magnitude of the application time, T a and T b or T c and T d may be changed, but the patterns are all symmetric about the center T o #1 or T o #2 . Also, it is symmetric with respect to T sw /2. In each sector, T a and T b or T c and T d can be applied by analogy based on those indicated in the first sector P1 to the third sector P3 , and thus repeated expressions are omitted.
이와 같이 공간벡터 혹은 스위칭 함수의 대칭된 패턴을 이용하는 경우, 각 인버터부(15, 25)에서 지령전압벡터를 분해하여 각 2개의 인접한 유효전압벡터로 표시하기 위해 필요한 인가시간인 Ta와 Tb 또는 Tc와 Td를 계산하는 방법에 대해 살펴보면 아래와 같은 장점이 있다. 즉, 종래방법으로 합성벡터를 이용하는 경우 비대칭 패턴이 생겨 모두 5행 5열의 역행렬을 매번 계산하는 대신, 각 인버터부(15, 25)의 유효전압벡터를 회전시켜 사용하는 경우 z1-z2 평면에서의 분포에 따라 총 3가지 케이스로 분류가 가능하다. 따라서 이렇게 3개의 케이스에 대한 역행렬을 미리 계산하여 저장해 놓고, 3가지 케이스에 따라 대응되게 사용하면, 그 만큼 인버터부(15, 25)에서의 연산량이 줄어들 수 있다. 즉, 매 연산마다 계산해야 할 역행렬 대신 3개의 패턴으로 미리 입력된 테이블대로 계산하므로 계산량이 저감된다. In the case of using the space vector or the symmetrical pattern of the switching function as described above, T a and T b , which are the application times required to decompose the command voltage vector in each
또한, 종래 기술과 달리 대칭패턴을 위한 z1-z2 평면의 제어를 포기할 필요도 없게 될 수 있다. 3가지 케이스를 모두 z1-z2 평면에서 어떻게 나타내느냐에 따라 3가지 케이스로 분류하고 이에 따라 다른 수학식을 이용하여 인가시간을 계산할 수 있기 때문이다. In addition, unlike the prior art, it may not be necessary to give up control of the z1-z2 plane for a symmetric pattern. This is because all three cases are classified into three cases according to how they are represented on the z1-z2 plane, and the application time can be calculated using different equations accordingly.
도 8(a) 내지 도 8(c)은 전체 12개의 섹터를 모두 3개의 케이스 나누어 전압벡터의 인가시간을 계산하는 수학식을 도시한 것이다. 또한, 표 1에는 종래기술에서의 d-q 평면과 z1-z2 평면 그리고 역행렬식을 정리하였고, 이와 비교를 위해 본원 발명에서 분류된 3가지 케이스도 함께 나타내었다. 8(a) to 8(c) show equations for calculating the application time of the voltage vector by dividing all 12 sectors into three cases. In addition, Table 1 summarizes the d-q plane, z1-z2 plane, and inverse matrix equations in the prior art, and three cases classified in the present invention are also shown for comparison.
전술한 바와 같이 스위칭 주기 내 스위칭 함수가 대칭형이 되는 경우, 고조파가 저감되고 스위칭 횟수를 최소화시킬 수 있다. 스위칭 함수를 위한 인가시간인 Ta와 Tb 또는 Tc와 Td를 구하고 이를 통해, To #1 = Ts-(Ta+Tb) 또는 To #2 = Ts-(Tc+Td)를 계산하여 영전압벡터의 인가시간을 계산할 수 있다. 또한, 여기서 Ts = Tsw/2, 즉 전압변조주기는 스위칭 한주기의 절반과 동일하다. As described above, when the switching function within the switching period becomes symmetrical, harmonics are reduced and the number of switching can be minimized. Find the application times T a and T b or T c and T d for the switching function, and through this, T o #1 = T s -(T a +T b ) or T o #2 = By calculating T s -(T c +T d ), the application time of the zero voltage vector can be calculated. Also, here T s = T sw /2, that is, the voltage modulation period is equal to half of one switching period.
그런데, 만약 d-q 평면과 z1-z2 평면에서의 전체 좌표계를 고정시킨 후 전압지령벡터를 이동시키면 전압지령벡터가 섹터를 넘어갈 때마다 매번 역행렬을 계산해야 한다. 이 대신 전압지령벡터가 섹터를 넘어가는 경우, 좌표계 전체를 회전이동시켜서 d-q 평면상에서 전압지령벡터를 나타내기 위한 유효전압벡터 4개를 항상 1사분면에 위치시킬 수 있다. 이때 z1-z2 평면상에서 해당 유효전압벡터의 분포 패턴에 따라, 도 8(a) 내지 도 8(c)와 같이 총 3개로 나눌 수 있게 된다. However, if the voltage command vector is moved after fixing the entire coordinate system in the d-q plane and the z1-z2 plane, the inverse matrix must be calculated every time the voltage command vector crosses a sector. Instead, when the voltage command vector crosses a sector, the entire coordinate system is rotated and four effective voltage vectors representing the voltage command vector can always be positioned in the first quadrant on the d-q plane. At this time, according to the distribution pattern of the corresponding effective voltage vector on the z1-z2 plane, it can be divided into three as shown in FIGS. 8(a) to 8(c).
도 8(a)은 전압지령벡터가 현재 위치한 섹터가 3n-2(단, n=1,2,3,4)일 경우이다. 즉, 섹터가 제1섹터, 제4섹터, 제7섹터 및 제10섹터인 경우이다. 도 8(b)은 전압지령벡터가 현재 위치한 섹터가 3n-1 (단, n=1,2,3,4)일 경우이다. 즉, 섹터가 제2섹터, 제5섹터, 제8섹터 및 제11섹터인 경우이다. 도 8(c)은 전압지령벡터가 현재 위치한 섹터가 3n(단, n=1,2,3,4)일 경우이다. 즉, 섹터가 제3섹터, 제6섹터, 제9섹터 및 제12섹터인 경우이다. 이는 표 1에도 동일하게 정리되어 있다. 8( a ) is a case in which the sector in which the voltage command vector is currently located is 3n-2 (where n=1,2,3,4). That is, the sector is the first sector, the fourth sector, the seventh sector, and the tenth sector. 8(b) is a case in which the sector in which the voltage command vector is currently located is 3n-1 (where n=1,2,3,4). That is, the sector is the second sector, the fifth sector, the eighth sector, and the eleventh sector. 8( c ) is a case in which the sector in which the voltage command vector is currently located is 3n (where n=1,2,3,4). That is, the sector is the third sector, the sixth sector, the ninth sector, and the twelfth sector. This is also summarized in Table 1.
표 1의 제1케이스, 즉, 전압지령벡터가 현재 위치한 섹터가 3n-2(단, n=1, 2, 3, 4)인 경우에는 d-q 평면에서 제1섹터에 위치한 전압지령벡터를 표시하기 위해 V1 #1, V2 #1, V1 #2, V2 #2를 포함하는 총 4개의 유효전압벡터를 필요로 한다. 제4섹터, 제7섹터, 제10섹터는 90도, 180도 270도 회전하면 모두 제1섹터에 위치하는 것과 동일하므로 제1섹터와 같은 경우에 해당한다. 이때, z1-z2 평면에서 위해 V1 #1, V2 #1, V1 #2, V2 # 2 총 4개의 유효전압벡터의 분포도 도시하고 있다. (표 1 또는 도 8(a) 참조) 이때 V1 #1, V2 #1, V1 #2, V2 #2의 인가시간인 Ta 와 Tb 또는 Tc 와 Td를 구하는 수학식은 수학식1과 같이 표시할 수 있다. 여기서, Vmi는 전압지령벡터의 크기를 뜻하고 θ는 전압지령벡터와 d축에서 반시계방향으로 이루는 각도를 뜻한다.In the first case of Table 1, that is, when the sector where the voltage command vector is currently located is 3n-2 (however, n=1, 2, 3, 4), display the voltage command vector located in the first sector on the dq plane For this, a total of 4 effective voltage vectors including V 1 #1 , V 2 #1 , V 1 #2 , and V 2 #2 are required. The fourth sector, the seventh sector, and the tenth sector correspond to the case of the first sector since they are all positioned in the first sector when rotated by 90 degrees, 180 degrees and 270 degrees. At this time, the distribution of four effective voltage vectors for V 1 #1 , V 2 #1 , V 1 #2 , and V 2 # 2 in the z1-z2 plane is also shown. (See Table 1 or FIG. 8(a)) At this time, the formula to obtain T a and T b or T c and T d that are the application times of V 1 #1 , V 2 #1 , V 1 #2 , and V 2 #2 is It can be expressed as
표 1의 제2케이스, 즉, 전압지령벡터가 현재 위치한 섹터가 3n-2(단, n=1, 2, 3, 4)인 경우에는 d-q 평면에서 제4섹터에 전압지령벡터를 표시하기 위해 V2 #1, V3 #1, V1 #2, V2 #2를 포함하는 총 4개의 유효전압벡터를 필요로 한다. 제4섹터, 제7섹터, 제10섹터는 90도, 180도 270도 회전하면 모두 제2섹터에 위치하는 것과 동일하게 되므로 제2섹터와 같은 경우에 해당한다. 이때, 유효전압벡터를 모두 30도 회전시키면, 유효전압벡터 V2 #1, V3 #1, V1 #2, V2 # 2이 모두 1사분면에 위치하게 표시할 수 있고, 이는 곧 제1케이스와 동일해진다. 다만, z1-z2 평면에서 위해 V2 #1, V3 #1, V1 #2, V2 #2를 포함하는 총 4개의 유효전압벡터의 분포만이 달라질 뿐이다(표 1 또는 도 8(b) 참조). 이에 따라, V2 #1, V3 #1, V1 #2, V2 #2의 인가시간인 Ta 와 Tb 또는 Tc 와 Td를 구하는 수학식은 수학식 2와 같이 표시할 수 있다. In the second case of Table 1, that is, when the sector where the voltage command vector is currently located is 3n-2 (however, n=1, 2, 3, 4), in order to display the voltage command vector in the fourth sector on the dq plane A total of 4 effective voltage vectors including V 2 #1 , V 3 #1 , V 1 #2 , and V 2 #2 are required. The fourth sector, the seventh sector, and the tenth sector correspond to the case of the second sector since they are all positioned in the second sector when rotated by 90 degrees, 180 degrees and 270 degrees. At this time, if all of the effective voltage vectors are rotated by 30 degrees, the effective voltage vectors V 2 #1 , V 3 #1 , V 1 #2 , and V 2 # 2 can all be displayed to be located in the first quadrant, which is the first same as case However, only the distribution of a total of four effective voltage vectors including V 2 #1 , V 3 #1 , V 1 #2 , and V 2 #2 is different in the z1-z2 plane (Table 1 or FIG. 8(b) ) Reference). Accordingly, the equations for obtaining T a and T b or T c and T d which are the application times of V 2 #1 , V 3 #1 , V 1 #2 , and V 2 #2 can be expressed as
표 1의 제3케이스, 즉, 전압지령벡터가 현재 위치한 섹터가 3n(단, n=1, 2, 3, 4)인 경우에는 d-q 평면에서 제3섹터에 전압지령벡터를 표시하기 위해 V2 #1, V3 #1, V2 #2, V3 #2를 포함하는 총 4개의 유효전압벡터를 필요로 한다. 제6섹터, 제9섹터, 제12섹터는 90도, 180도 270도 회전하면 모두 제3섹터에 위치하는 것과 동일하게 되므로 제3섹터와 같은 경우에 해당한다. 이때, 유효전압벡터를 모두 60도 회전시키면, 유효전압벡터 V2 #1, V3 #1, V2 #2, V3 #이 모두 1사분면에 위치하게 표시할 수 있다. 다만, z1-z2 평면에서 위해 V2 #1, V3 #1, V2 #2, V3 # 총 4개의 유효전압벡터의 분포만이 달라질 뿐이다(표 1 또는 도 6(c) 참조). 그리고, V2 #1, V3 #1, V2 #2, V3 # 2 의 인가시간인 Ta 와 Tb 또는 Tc 와 Td를 구하는 수학식은 수학식 3과 같이 표시할 수 있다. In the third case of Table 1, that is, when the sector where the voltage command vector is currently located is 3n (however, n=1, 2, 3, 4), V 2 to display the voltage command vector in the third sector on the dq plane A total of 4 effective voltage vectors including #1 , V 3 #1 , V 2 #2 , and V 3 #2 are required. When the 6th, 9th, and 12th sectors are rotated by 90 degrees, 180 degrees and 270 degrees, they are all the same as they are located in the third sector, so it corresponds to the case of the third sector. At this time, if all of the effective voltage vectors are rotated by 60 degrees, the effective voltage vectors V 2 #1 , V 3 #1 , V 2 #2 , and V 3 # can all be displayed to be located in the first quadrant. However, only the distribution of a total of four effective voltage vectors is different for V 2 #1 , V 3 #1 , V 2 #2 , and V 3 # in the z1-z2 plane (see Table 1 or FIG. 6(c)). In addition, an equation for obtaining T a and T b or T c and T d , which are the application times of V 2 #1 , V 3 #1 , V 2 #2 , and V 3 # 2 , can be expressed as in
제2케이스와 제3케이스는 결국 회전을 통해 d-q 평면상에서는 동일한 위치에 있게 되므로 수학식 1 내지 수학식 3에 나타난 행렬중 결국 1열과 2열은 모두 같게 되며, 오직 z1-z2 평면의 값만 다르게 되므로 3열과 4열의 값만 변함을 알 수 있다. Since the second case and the third case are eventually at the same position on the d-q plane through rotation,
이렇게 12섹터의 전압지령벡터를 3가지 케이스로 분류하여 나타낼 수 있으므로 간단히 3개의 행렬식만 인버터부의 저장부(미도시), 예컨대 롬(ROM)에 미리 저장해 놓으면 역행렬을 매번 계산해야 하는 번거로움 없이 바로 인가시간을 계산할 수 있는 장점이 갖는다. 이는 곧 연산량 감소를 가져오므로, 계산시간을 감소시킬 수 있다.Since voltage command vectors of 12 sectors can be represented by classifying them into three cases, simply store three determinants in the inverter unit's storage unit (not shown), e.g., ROM, in advance, without the hassle of calculating the inverse matrix every time. It has the advantage of being able to calculate the application time. This leads to a reduction in the amount of computation, and thus the computation time can be reduced.
한편, 위에서 언급한 바와 같이, 모터(30)의 권선구조에서, U상과 X상 교류, V상과 Y상 교류, W상과 Z상은 30° 위상차를 가질 수 있다. 삼상 모터 또는 삼상 교류전동기와 같은 삼상 시스템을 다룰 때는 통상적으로 사용하는 120°의 위상차를 갖는 a, b, c 상(phase) 변수들을 도 2(b)와 같이 회전 벡터로 표현할 수 있다. 이때, 제1코일(321)과 제2코일(322)은 30°의 위상차를 가지므로, U, V, W 상과 30° 위상차를 갖는 X, Y, Z상을 회전벡터를 이용하여 표시할 수 있다. On the other hand, as mentioned above, in the winding structure of the
또한, 이러한 모터(30)의 구조와 일치하도록 제1인버터(15) 및 제2인버터(25)에서 전류를 흘려주어야 원하는 출력을 얻을 수 있다. 만약, 이러한 제1코일(321)과 제2코일(322)의 각 권선이 잘못 배치되는 경우에는 물리적인 위상과 매칭되지 않아 제1인버터(15) 및 제2인버터(25)의 역률(Power factor)이 저하되어 원하는 출력을 얻을 수 없기 때문이다. In addition, in order to match the structure of the
일반적으로 삼상 모터에서 U상, V상, W상 및 이들 상의 순서는 결정되어 있지 않지만, 인버터가 모터를 제어하기 위하여 모터의 회전 방향 및 인버터와 모터 연결 기준으로 각각의 U상, V상 및 W상을 설정한다. In general, U-phase, V-phase, W-phase and the order of these phases in a three-phase motor are not determined, but each U-phase, V-phase, and W-phase set the award
이때, 원하는 모터의 회전 방향 기준으로 모터에 임의로 설정한 U상, V상 및 W상 기준하에 인버터와 모터 연결을 U상, V상 및 W상, 또는 V상 W상 및 U상, 또는 W상, U상 및 V상의 순서로 각각 연결하는 경우에도 입력받는 전류 값만 정확히 매칭된다면 제어하는 데 문제가 없다.At this time, according to the U-phase, V-phase, and W-phase standards arbitrarily set on the motor based on the rotation direction of the desired motor, connect the inverter and the motor to U-phase, V-phase and W-phase, or V-phase, W-phase and U-phase, or W-phase. , U-phase, and V-phase are connected in order, and there is no problem in controlling if only the input current value is exactly matched.
그러나 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 삼상 이중권선을 포함하는 모터(30)의 경우 물리적으로 제1코일(321; 도 2 참조)(U상, V상 및 W상) 대비 제2코일(322; 도 2 참조)(X상, Y상 및 Z상)의 위상은 일정 위상차를 가지고 결정될 수 있다.However, as described above, in the case of the
예를 들어, 제1코일(321)이 기준 위상을 가지고 권선되고, 제2코일(322)은 이 기준 위상으로부터 30도 또는 -30도와 같은 일정 위상차를 가지고 권선될 수 있다. 이하, 제2코일(322)은 제1코일(321) 대비 -30도의 위상을 가지는 경우를 예로 설명한다.For example, the
이와 같은 경우, 제1코일(321)에서 임의로 U상, V상 및 W상을 설정하면 제2코일(322)에는 -30도 위상 차이를 가지는 X상, Y상 및 Z상이 결정될 수 있다.In this case, if the U-phase, V-phase, and W-phase are arbitrarily set in the
이와 같이, 제1코일(321)과 제2코일(322)이 권선된 상태에서, 위에서 설명한 바와 같이, 인버터와 모터 사이 연결 시 제1코일(321)과 제1인버터(15)가 연결되고, 제2코일(322)과 제2인버터(25)가 연결될 수 있다.In this way, in the state in which the
이때, 제1코일(321)과 제1인버터(15)의 연결 및 제2코일(322)과 제2인버터(25)의 연결은 위에서 설정된 U상, V상 및 W상 그리고 X상, Y상 및 Z상의 순서대로 제1터미널(311) 및 제2터미널(312)을 통하여 정상적으로 이루어질 수 있다.At this time, the connection between the
이와 같은 상태에서 제1인버터(15) 및 제2인버터(25)에서 삼상의 전류를 흘려주게 되면 삼상 전류의 순서에 따라 회전 방향과 상의 순서가 정해질 수 있다.In such a state, when three-phase current flows from the
그렇게 되면 이러한 삼상 전류에 의하여 모터(30) 내부에는 회전 방향과 동일한 방향으로 삼상 합성 토크가 순시적으로 변경될 수 있다.Then, the three-phase combined torque may be instantaneously changed in the same direction as the rotation direction inside the
이와 같이, 이러한 모터(30)의 권선 구조와 일치하도록 제1인버터(15) 및 제2인버터(25)에서 전류를 흘려주어야 원하는 출력을 얻을 수 있다. As such, a desired output can be obtained only when current flows from the
그런데 이러한 제1코일(321)과 제2코일(322)의 각 권선이 잘못 배치되는 경우에는 제1인버터(15) 및 제2인버터(25)에서 출력되는 구동 전류가 제1코일(321)과 제2코일(322)의 물리적인 위상과 매칭되지 않아 제1인버터(15) 및 제2인버터(25)의 역률(Power factor)이 저하되어 원하는 출력되는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 경우를 보통 '오결선'이라고 부른다.However, when the respective windings of the
이와 같은 오결선은 모터 어셈블리의 제작시 또는 유지 보수시에 발생할 수 있다. 즉, 최초에 모터 어셈블리를 제작하는 때에 발생할 수 있고, 이후, 모터 어셈블리의 유지 보수시에도 발생할 수 있다.Such miswiring may occur during manufacturing or maintenance of the motor assembly. That is, it may occur when the motor assembly is initially manufactured, and may also occur during maintenance of the motor assembly thereafter.
이와 같이 오결선이 발생하면, 본 발명의 실시예에 의하면, 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값을 이용하여 오결선 여부를 판단할 수 있다.When misconnection occurs in this way, according to the embodiment of the present invention, whether or not misconnection is determined using a calculated value including the maximum value of each output voltage of the
즉, 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값을 비교함으로써, 제1코일(321)과 제1인버터(15)의 연결 및 제2코일(322)과 제2인버터(25)의 연결 중 적어도 어느 하나의 오결선을 판단할 수 있다.That is, by comparing the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the
모터(30)의 구동 관점에서, 제1코일(321)에 삼상 전류를 흘려주게 되면 내부에 제1합성토크가 형성된다. 그런데 다른 삼상 권선, 즉, 제2코일(322)에 삼상 전류를 흘려주게 되면 이로 인한 제2합성토크가 형성된다.In terms of driving the
따라서, 삼상 이중권선 동기모터의 합성 토크는 제1합성토크와 제2합성토크의 벡터 합(최종 합성토크)으로 결정될 수 있다.Accordingly, the combined torque of the three-phase double winding synchronous motor may be determined as the vector sum (final combined torque) of the first combined torque and the second combined torque.
이러한 합성토크는 삼상 전류 두 쌍을 모터(30)의 물리적인 형상과 매칭되도록 흘려주어야 최대 합성 토크를 낼 수 있게 된다.In this combined torque, two pairs of three-phase currents must flow to match the physical shape of the
그런데, 제1코일(321)과 제2코일(322)에 인가되는 전류와 제1코일(321)과 제2코일(322)의 물리적인 형상이 서로 매칭이 되지 않아(특히, 위상차), 제1합성토크와 제2합성토크의 벡터가, 일례로, 크기는 동일하고 방향이 반대인 경우에는 모터(30)의 순시 토크가 계속 '0'이 될 수 있다.However, the current applied to the
따라서, 이 합성토크가 최대 합성 토크가 되지 않으면 동일 부하에서 더 많은 전류를 흘려주어야 한다. 이러한 경우가 오결선에 해당할 수 있다.Therefore, if this combined torque does not become the maximum combined torque, more current must flow in the same load. Such a case may correspond to a misconnection.
이러한 오결선의 판단은 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 구동을 제어하는 제어부(100; 도 1 참조)에서 이루어질 수 있다. 이러한 제어부(100)에 대한 구체적인 사항은 위에서 설명한 바와 같다. 이하, 오결선 판단 및 그로 인한 동작 등은 제어부(100)에서 이루어지는 상황을 예를 들어 설명한다.The determination of such a misconnection may be made by the control unit 100 (refer to FIG. 1 ) that controls the driving of the
이와 같이, 제어부(100)는 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값이 일정 범위 내에서 일치하면 정상으로 판단할 수 있다.As such, the
이러한 일정 범위는 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스 오차 등을 고려한 것일 수 있다. 따라서 이 범위는 모터(30)에 따라 실험적으로 정해질 수 있다. 일례로, 이러한 계산값의 일정 범위는 90% 이상일 수 있다. 즉, 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값이 서로 90% 정도 또는 그 이상 일치한다면 정상 결선으로 판단할 수 있다.The predetermined range may be in consideration of impedance errors of the
한편, 제어부(100)는, 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값이 위에서 설명한 일정 범위 내에서 일치하지 않으면, 오결선을 보정하여 모터(30)를 구동할 수 있다.On the other hand, the
이와 같은 오결선을 보정하는 동작은 제2인버터(25)에 인가되는 제2코일(322)의 위상차를 재설정하는 과정을 포함할 수 있다.Correcting such a misconnection may include resetting the phase difference of the
이러한 재설정된 제2코일(322)의 위상차는 위에서 설명한 일정 위상차(-30도)의 ±정수배 중 하나일 수 있다. 즉, 일정 위상차가 -30도(또는 +30도)인 경우, 재설정된 위상차는 ±30, ±150, ±270 중 어느 하나일 수 있다.The reset phase difference of the
즉, 제2인버터(25)에 인가되는 제2코일(322)의 위상차를 ±30, ±150, ±270와 같이 변경하면서 오결선 여부를 다시 판단할 수 있다.That is, while changing the phase difference of the
이와 같은 과정을 통하여 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값이 위에서 설명한 일정 범위 내로 판단된다면 해당 경우를 정상 결선으로 판단하여, 해당 결선에 따라 모터(30)를 구동할 수 있다.Through this process, if the calculated value including the maximum value of each output voltage of the
이때, 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값은 구체적으로 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치 대비 토크 성분 전압의 출력비일 수 있다.At this time, the calculated value including the maximum value of each output voltage of the
보다 구체적으로, 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값은 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치 대비, 삼상 교류 성분을 d축 및 q축을 포함하는 2상 교류 성분으로 변환했을 때의 q축 전압의 출력비일 수 있다.More specifically, the calculated value including the maximum value of each output voltage of the
제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값을 이용하여 오결선을 판단하는 구체적인 예는 자세히 후술한다.A specific example of determining the misconnection using a calculated value including the maximum value of each output voltage of the
이와 같이, 정상 결선이 판단된 경우, 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)는 제1코일(321) 및 제2코일(322)에 인가되는 각 삼상 교류를 온/오프(On/Off) 하는 제어신호를 기설정된 스위칭주기 동안 좌우대칭으로 발생시켜서 모터(30)를 구동할 수 있다.In this way, when the normal connection is determined, the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 어셈블리의 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 또한, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 모터 어셈블리의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.9 is a flowchart illustrating a method for controlling a motor assembly according to an embodiment of the present invention. Also, FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of controlling a motor assembly according to another exemplary embodiment of the present invention.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 어셈블리의 제어 방법을 설명한다. 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 모터 어셈블리의 제어 방법은 위에서 설명한 제어부(100)에서 이루어질 수도 있다.Hereinafter, a method of controlling a motor assembly according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 . As described above, this method of controlling the motor assembly may be performed by the
먼저, 제1코일(321; 권선 1) 및 제2코일(322; 권선 2) 사이에 서로 다른 위상 각도(위상차)를 설정할 수 있다(S10).First, different phase angles (phase differences) may be set between the first coil 321 (winding 1) and the second coil 322 (winding 2) ( S10 ).
위에서 설명한 바와 같이, 이러한 위상차는 -30도일 수 있다. 즉, 물리적으로 제2코일(322)은 제1코일(321) 대비 -30도의 위상차를 가지고 권선된 상태일 수 있다. 이에 따라, 모터(30)를 구동하기 위하여 제1코일(321) 및 제2코일(322) 사이에 -30도의 위상 각도를 설정할 수 있다.As described above, this phase difference may be -30 degrees. That is, physically, the
이후, 제1코일(321; 권선 1) 및 제2코일(322; 권선 2)에 전류 지령을 인가할 수 있다(S20).Thereafter, a current command may be applied to the first coil 321 (winding 1) and the second coil 322 (winding 2) (S20).
즉, 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 두 권선의 전류 지령에 따라, 모터 기동 시 필요한 전류를 인가할 수 있다.That is, according to the current command of the two windings of the
이때, 제1코일(321) 및 제2코일(322)에 동일한 기동 전류 및 속도 지령 중 적어도 어느 하나를 설정하여 인가할 수 있다.At this time, at least one of the same starting current and speed command may be set and applied to the
모터(30)의 구동을 위하여 제어부(100) 내외에 속도 지령치를 입력받아 이에 해당하는 전류를 출력하는 속도제어부, 속도제어부의 전류를 이용하여 전압을 생성하는 전류제어부 및 모터의 출력전류를 이용하여 모터의 위치/속도를 추정하는 센서리스 추정부 등이 구비될 수 있다. 이러한 사항은 일반적인 사항이므로 구체적인 설명은 생략한다.For driving the
한편, 제1코일(321) 및 제2코일(322)에 전류 인가를 위하여 위에서 언급한 구성 중에서 전류제어부만 이용할 수 있다. 즉, 전류 지령만이 설정될 수 있다. 또는, 경우에 따라 속도 및 전류 지령이 모두 설정될 수도 있다.On the other hand, in order to apply a current to the
이후, 제1코일(321; 권선 1) 및 제2코일(322; 권선 2)에 전류 지령에 따라 모터(30)를 구동하고, 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값을 계산할 수 있다.Thereafter, the
제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 출력 전압은 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스 차이에 따라 오차가 발생할 수 있다. 그러나 삼상의 권선 중, 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스가 유사하다면 인버터 출력 전압의 최대치와 q축 전압의 비는 유사하다.An error may occur in the output voltage of the
또한, 위에서 설명한 바와 같이, 삼상의 교류 성분을 2상의 DC 성분(d축과 q축)으로 수식적으로 벡터 변환하여 제어할 수 있다. 이때, 모터(30)의 위상 정보를 이용할 수 있다. 일반적으로 d축은 자속 성분, q축은 토크 성분을 의미하게 된다.In addition, as described above, it can be controlled by mathematically vector-converting the three-phase AC component into the two-phase DC component (d-axis and q-axis). In this case, the phase information of the
이러한 위상 정보는 모터(30)에 설치되는 엔코더, 레졸버, 홀센서 등의 측정 장치를 이용하거나 센서리스 추정부 등을 이용하여 추정할 수 있다.Such phase information may be estimated by using a measuring device such as an encoder, a resolver, a hall sensor, etc. installed in the
보통, q축 전압을 이용하여 모터(30)의 토크 성분으로 제어 시 q축 전압 성분이 d축 전압에 비하여 상대적으로 클 수 있다.In general, when controlling the torque component of the
따라서, 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스가 유사하다면 인버터 출력 전압의 최대치와 q축 전압의 비를 각각 구할 수 있다(S30).Therefore, if the impedances of the
여기서, 인버터 출력 전압의 최대치는 와 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 위에서 설명한 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값은 를 포함할 수 있다.Here, the maximum value of the inverter output voltage is can be expressed as Therefore, the calculated value including the maximum value of each output voltage of the
구체적으로, 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스가 유사하다면 인버터 출력 전압의 최대치와 q축 전압의 비는 각각 (#1) 및 (#2)와 같이 나타낼 수 있다. 이하, 제1인버터부(15) 및 제2인버터부(25)의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값은 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스가 유사하다면 인버터 출력 전압의 최대치와 q축 전압의 비를 의미하는 것으로 설명한다.Specifically, if the impedances of the
따라서, 이러한 두 값(#1, #2)을 이용하여 오결선 여부를 판단할 수 있다.Therefore, it is possible to determine whether a misconnection is made using these two values (#1 and #2).
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스가 유사하다면 인버터 출력 전압의 최대치와 q축 전압의 비가 일정 범위 내에서 일치하면 정상으로 판단할 수 있다.At this time, as described above, if the impedances of the
이러한 일정 범위는 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스 오차 등을 고려한 것일 수 있다. 따라서 이 범위는 모터(30)에 따라 실험적으로 정해질 수 있다. 일례로, 이러한 계산값의 일정 범위는 90% 이상일 수 있다. 즉, 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스가 유사하다면 인버터 출력 전압의 최대치와 q축 전압의 비가 서로 90% 정도 또는 그 이상 일치한다면 정상 결선으로 판단할 수 있다.The predetermined range may be in consideration of impedance errors of the
즉, 두 값(#1, #2)이 90% 이상(또는 초과) 일치한다면 정상 결선으로 판단할 수 있다(S40).That is, if the two values (#1, #2) match 90% or more (or more), it can be determined as a normal connection (S40).
이때, 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 임피던스가 유사하다면 인버터 출력 전압의 최대치와 q축 전압의 비가 90%보다 작다면 오결선으로 판단할 수 있다(S40).At this time, if the impedance of the
이에 따라 오결선을 보정(보상)하여 모터(30)를 구동할 수 있다(S50).Accordingly, the
이러한 오결선을 보정하는 동작은, 위에서 설명한 바와 같이, 제2코일(322)의 위상을 ±30, ±150 및 ±270과 같이 재설정하여 위의 계산값을 구할 수 있다(S30). In the operation of correcting such a misconnection, as described above, the above calculated value may be obtained by resetting the phase of the
이후, 이러한 재설정된 위상을 이용하여 구한 계산값을 비교하여 오결선 여부를 반복적으로 판단할 수 있다.Thereafter, by comparing the calculated values obtained using the reset phase, it is possible to repeatedly determine whether there is a misconnection.
한편, 모터(30) 및 인버터부(15, 25)를 포함한 시스템의 요구 조건에 따라 오결선으로 판단된 경우, 시스템을 정지 후에 위상을 재설정하고 다시 모터(30)를 구동할 수 있다.On the other hand, when it is determined that the wiring is erroneous according to the requirements of the system including the
또한, 오결선으로 판단된 경우에도 모터(30)를 중지하지 않고 위상을 재설정하여 연속 운전이 가능할 수 있다. In addition, even when it is determined that the wiring is erroneous, continuous operation may be possible by resetting the phase without stopping the
도 9의 경우는 오결선으로 판단된 경우에도 모터(30)를 중지하지 않고 위상을 재설정하여 연속 운전을 수행하면서 오결선 여부를 판단하는 과정에 해당할 수 있다. In the case of FIG. 9 , even when it is determined that the wiring is erroneous, the phase may be reset without stopping the
한편, 도 10의 경우는 오결선으로 판단되는 경우, 제1코일(321) 및 제2코일(322)에 인가되는 전류 지령을 정지할 수 있다(S45). 이후, 위에서 설명한 바와 같이, 위상을 재설정(S50)한 후에 다시 제1코일(321) 및 제2코일(322)에 전류 지령을 인가(S20)하고, 이후의 과정을 수행할 수 있다.On the other hand, in the case of FIG. 10 , when it is determined that the wiring is erroneous, the current command applied to the
도 10의 경우, 오결선으로 판단되는 경우, 제1코일(321) 및 제2코일(322)에 인가되는 전류 지령을 정지(S45)하는 과정 이외에는 도 9의 실시예와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.In the case of FIG. 10, when it is determined that the wiring is erroneous, it is the same as the embodiment of FIG. 9 except for the process of stopping (S45) the current command applied to the
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 어셈블리 제어 방법에 의하여 재설정된 위상 관계를 나타내는 개략도이다.11 is a schematic diagram illustrating a phase relationship reset by a motor assembly control method according to an embodiment of the present invention.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 어셈블리 제어 방법에 의한 동작은, 제2코일(322)의 위상을 ±30, ±150 및 ±270과 같이 재설정하여 위의 계산값을 구할 수 있다(S30). As described above, the operation by the motor assembly control method according to an embodiment of the present invention resets the phase of the
현재의 결선이 정상 결선인 경우에는 제1코일(312)의 U상, V상 및 W상과 제2코일(322)의 X상, Y상 및 Z상이 -30도 차이로 설정된 경우에 인버터 출력 전압의 최대치와 q축 전압의 비가 최대값으로 계산될 것이다. 즉, 위의 예에서 90% 이내의 범위로 일치할 것이다.If the current connection is a normal connection, the inverter output when the U phase, V phase, and W phase of the
그러나 오결선으로 판단되어 제2코일(322)의 위상을 ±30, ±150 및 ±270과 같이 재설정하여 위의 계산값을 구하여 계산값을 비교하는 과정 중에서, 도 10에서 도시하는 바와 같이, ±30, ±150 및 ±270 중 어느 하나의 위상차에 의한 계산값이 최대값으로 계산될 것이다. 즉, 위의 예에서 90% 이내의 범위로 일치할 수 있고, 이때의 위상차에 의한 결선이 정상 결선으로 판단될 수 있다.However, in the process of comparing the calculated values by obtaining the above calculated values by resetting the phase of the
그러면, 이후에는 이와 같이 정상 결선으로 설정된 위상차에 의하여 모터(30)를 구동할 수 있다.Then, thereafter, the
도 12 내지 도 14는 각각 다른 위상차에 의한 제1코일과 제2코일의 전류 파형을 나타내는 도이다.12 to 14 are diagrams illustrating current waveforms of the first coil and the second coil due to different phase differences, respectively.
위에서 설명한 바와 같이, 위상 변경(재설정)은 모터(30)의 운전 중에 가능하고(도 9의 경우), 또한, 모터(30)의 정지 및 위상 변경 후 재기동하여 검출할 수도 있다(도 10의 경우).As described above, the phase change (reset) is possible during operation of the motor 30 (in the case of FIG. 9 ), and may also be detected by restarting the
도 12 내지 도 14는 위상을 -30도에서 +30도로 변경(재설정)하는 파형을 나타내고 있다. 즉, 도 12에서는 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 위상차가 -30도인 경우, 도 13에서는 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 위상이 동일한 경우, 그리고 도 14에서는 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 위상차가 +30도인 경우를 나타내고 있다.12 to 14 show waveforms for changing (resetting) the phase from -30 degrees to +30 degrees. That is, in FIG. 12, when the phase difference between the
도 9에서 도시하는 실시예와 같이, 제1코일(321) 및 제2코일(322)의 위상을 모터(30)의 운전 중에 변경하는 경우에는, 시스템의 불안정을 피하기 위하여 서서히 변경하는 것이 바람직할 수 있다.As in the embodiment shown in FIG. 9 , when changing the phases of the
이때, 서서히 변경하는 변경의 기울기는 전류제어부의 게인(gain) 및 시스템의 부하 등에 따라 실험적으로 구해질 수 있다.At this time, the gradient of the change gradually changing may be experimentally obtained according to the gain of the current controller and the load of the system.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 삼상 이중권선 방식의 모터에 있어서, 두 권선 간의 물리적인 위상과 두 인버터부 출력 간의 위상 차이를 검출하여 오결선 여부를 판단할 수 있다.As described above, according to the present invention, in a three-phase double winding type motor, it is possible to determine whether a erroneous connection is made by detecting a physical phase between the two windings and a phase difference between the outputs of the two inverter units.
따라서, 오결선에 의한 인버터부 손실 증가로 인한 구동 효율 감소 및 모터의 효율 감소를 방지할 수 있다.Accordingly, it is possible to prevent a decrease in driving efficiency and a decrease in the efficiency of the motor due to an increase in the loss of the inverter unit due to miswiring.
또한, 두 권선 간의 물리적인 위상과 두 인버터부 출력 간의 위상 차이 매칭시켜서 원하는 인버터 출력을 확보할 수 있다.In addition, a desired inverter output can be secured by matching the physical phase between the two windings and the phase difference between the outputs of the two inverters.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
15: 제1인버터부 25: 제2인버터부
7: 캐패시터 30: 모터
100: 제어부
311: 제1터미널 312: 제2터미널
321: 제1코일 322: 제2코일
330: 고정자 350: 회전자
15: first inverter unit 25: second inverter unit
7: capacitor 30: motor
100: control unit
311:
321: first coil 322: second coil
330: stator 350: rotor
Claims (20)
상기 고정자의 복수 개의 슬롯에 각각 삼상 교류가 인가되도록 감기는 제1코일 및 상기 제1코일과 분리되고 상기 제1코일과 일정 위상차를 가지는 제2코일;
상기 제1코일과 상기 제2코일에 의해 생성된 회전자계에 의해 회전하는 회전자;
상기 제1코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제1인버터부;
상기 제2코일로 회전자계를 생성하기 위해 인가되는 삼상 교류를 발생시키는 제2인버터부; 및
상기 제1코일을 기준 위상으로 설정하고 상기 제2코일을 상기 기준 위상 대비 상기 일정 위상차로 설정하여 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부를 구동하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값을 비교하여 상기 제1코일과 상기 제1인버터부의 연결 및 상기 제2코일과 상기 제2인버터부의 연결 중 적어도 어느 하나의 오결선을 판단하고,
상기 제어부는,
정상 결선으로 판단된 경우, 상기 정상 결선으로 설정된 상기 위상차에 의하여 상기 모터를 구동하고,
오결선으로 판단된 경우, 상기 제1코일과 상기 제2코일의 실제 배치에 일치하도록 상기 제2인버터에 인가되는 상기 기준 위상 대비 상기 제2코일의 위상차를 재설정하여 오결선을 보정하는 것을 특징으로 하는 모터 어셈블리.a stator having a plurality of slots;
a first coil wound so that a three-phase alternating current is applied to each of the plurality of slots of the stator, and a second coil separated from the first coil and having a predetermined phase difference from the first coil;
a rotor rotating by a rotating magnetic field generated by the first coil and the second coil;
a first inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the first coil to generate a rotating magnetic field;
a second inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the second coil to generate a rotating magnetic field; and
a control unit configured to drive the first inverter unit and the second inverter unit by setting the first coil as a reference phase and setting the second coil to the predetermined phase difference from the reference phase;
The control unit compares a calculated value including the maximum value of each output voltage of the first inverter unit and the second inverter unit, and connects the first coil and the first inverter unit, and the second coil and the second inverter unit. Determining a misconnection of at least one of the connections,
The control unit is
When it is determined that the normal connection is made, the motor is driven by the phase difference set in the normal connection,
When it is determined as a misconnection, the misconnection is corrected by resetting the phase difference of the second coil with respect to the reference phase applied to the second inverter to match the actual arrangement of the first coil and the second coil. motor assembly.
상기 일정 범위는 상기 제1코일 및 상기 제2코일의 임피던스 오차를 고려하여 설정된 것을 특징으로 하는 모터 어셈블리.The method according to claim 1, wherein the control unit determines that it is normal if the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit match within a predetermined range,
The predetermined range is set in consideration of impedance errors of the first coil and the second coil.
상기 일정 범위는 상기 제1코일 및 상기 제2코일의 임피던스 오차를 고려하여 설정된 것을 특징으로 하는 모터 어셈블리.The method of claim 1, wherein the control unit corrects the misconnection when the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit do not match within a certain range,
The predetermined range is set in consideration of impedance errors of the first coil and the second coil.
상기 제1코일을 기준 위상으로 설정하고 상기 제2코일을 상기 기준 위상 대비 상기 일정 위상차로 설정하여 상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부를 구동하는 단계;
상기 제1인버터부 및 상기 제2인버터부의 각각의 출력 전압의 최대치를 포함하는 계산값을 비교하여 상기 제1코일과 상기 제1인버터부의 연결 및 상기 제2코일과 상기 제2인버터부의 연결 중 적어도 어느 하나의 오결선을 판단하는 단계;
정상 결선으로 판단된 경우, 상기 정상 결선으로 설정된 상기 위상차에 의하여 상기 모터를 구동하는 단계; 및
오결선으로 판단된 경우, 상기 제1코일과 상기 제2코일의 실제 배치에 일치하도록 상기 제2인버터에 인가되는 상기 기준 위상 대비 상기 제2코일의 위상차를 재설정하여 오결선을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 어셈블리의 제어 방법.a stator having a plurality of slots; a first coil wound so that a three-phase alternating current is applied to each of the plurality of slots of the stator, and a second coil separated from the first coil and having a predetermined phase difference from the first coil; a rotor rotating by a rotating magnetic field generated by the first coil and the second coil; a first inverter unit generating a three-phase alternating current applied to the first coil to generate a rotating magnetic field; and a second inverter unit for generating a three-phase alternating current applied to generate a rotating magnetic field with the second coil,
driving the first inverter unit and the second inverter unit by setting the first coil as a reference phase and setting the second coil as the predetermined phase difference from the reference phase;
At least among the connection of the first coil and the first inverter part and the connection of the second coil and the second inverter part by comparing a calculated value including the maximum value of each output voltage of the first inverter part and the second inverter part determining any one of the misconnections;
driving the motor according to the phase difference set in the normal connection when it is determined that the normal connection is made; and
If it is determined that the wiring is misconnected, correcting the misconnection by resetting the phase difference of the second coil with respect to the reference phase applied to the second inverter to match the actual arrangement of the first coil and the second coil. Control method of the motor assembly, characterized in that.
상기 일정 범위는 상기 제1코일 및 상기 제2코일의 임피던스 오차를 고려하여 설정된 것을 특징으로 하는 모터 어셈블리의 제어 방법.The method according to claim 11, wherein if the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit coincide within a predetermined range, it is determined as normal,
The control method of the motor assembly, characterized in that the predetermined range is set in consideration of the impedance error of the first coil and the second coil.
상기 일정 범위는 상기 제1코일 및 상기 제2코일의 임피던스 오차를 고려하여 설정된 것을 특징으로 하는 모터 어셈블리의 제어 방법.The method according to claim 11, wherein if the calculated values including the maximum values of the respective output voltages of the first inverter unit and the second inverter unit do not match within a certain range, the misconnection is corrected,
The control method of the motor assembly, characterized in that the predetermined range is set in consideration of the impedance error of the first coil and the second coil.
The method of claim 11 , wherein the first inverter unit and the second inverter unit apply a control signal for turning on/off each three-phase alternating current applied to the first coil and the second coil during a preset switching period. A control method of a motor assembly, characterized in that it is generated symmetrically.
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