KR20070072088A - 인버터 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 단일전류센서를 이용한 상전류 측정에 있어서, 유효전압 벡터의 인가시간이 정상 영역뿐만 아니라 저변조(LOW MODULATION) 영역에 있는 경우에도 상전류의 측정에 신뢰성을 높이기 위하여 인버터를 제어하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 본 발명은 부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어부와; 상기 전압 지령치에 근거한 유효전압 벡터를 생성하여 출력하는 공간전압 변조부와; 상기 유효전압 벡터와 최소 유효전압 벡터를 비교하여, 그 비교결과에 기초하여 유효벡터가 저변조 영역에 있는지를 판단하고, 그 판단결과에 근거한 스위칭 제어신호를 출력하는 저변조 판단부와; 상기 스위칭 제어신호에 기초하여 스위칭 신호를 출력하는 스위칭신호 생성부와; 상기 스위칭 신호에 따라 상전압과 상전류를 출력하는 인버터와; 상기 상전류를 검출하고, 이를 기초로 실제 전류를 복원하여 출력하는 전류 복원부로 구성된다.

Description

인버터 제어장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONROLLING INVERTER}

도 1은 종래기술에서 유효벡터가 저변조 영역에 있는 경우 상전류를 측정하는 방법을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어장치의 저변조 스위칭 신호를 보여주는 파형도 이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어장치를 이용하는 경우 전류를 측정할 수 있는 영역 나타내는 공간전압 벡터도이다.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어장치를 이용하는 경우 상전압의 파형도 이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

210 : 전류 제어부 230 : 저변조 판단부

241 : 저변조 스위칭 신호 생성부 242 : 정상 변조 스위칭신호 생성부

250 : 전류 복원부

본 발명은 신뢰성 있는 상전류를 측정하기 위한 인버터의 제어장치 및 그 방법 관한 것으로써, 특히 단일전류 센서를 이용한 전동기의 상전류를 측정하는 경우 유효전압 벡터가 저변조 영역에 있는 경우에도 상전류를 측정하기 위한 인버터의 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 전력 반도체 기술 및 제어 기술이 발달함에 따라, 연속적으로 주파수 및 전압을 가변할 수 있어 교류 시스템의 가변속 제어에 PWM 기술이 많이 사용되고 있다.

특히, 공간전압벡터 PWM 방식을 이용한 인버터 제어 방법에 많은 관심이 모이고 있다. 또한, 공간전압 벡터를 변조하는 PWM 방식은 일반적으로 널리 사용되는 삼각파 비교 PWM 방식에 비해 정상상태에서의 전류 고조파 성분을 크게 억제할 수 있다.

따라서, 공간 전압 벡터를 구현하기 위해서는 기준 전압벡터 위치에 따른 유효전압 벡터의 인가시간 및 그 기준 전압벡터의 위치에 따라 역으로 환산된 실제 스위칭 시간이 계산되어야 섹터에 따른 적절한 게이팅 신호(gating signal)가 발생된다.

그리고 단일전류센서를 이용한 인버터 시스템에 있어서, DC- Link 전류 센서 로부터 상전류를 재구축하는 것은 두 개의 유효벡터가 적어도 신뢰성 있는 샘플링 되기에 충분한 시간이 존재할 때만이 가능하다.

즉, 하나의 유효전압 벡터는 하나의 상전류를 재구축하기 위하여 사용되고 또 다른 유효전압벡터는 다른 상전류를 구축하기 위하여 사용된다. 따라서 이 방식의 문제점은 신뢰할 수 있는 상전류를 얻기 위해서는 유효전압벡터가 어떤 최소한의 시간동안 인가되어야 한다는 것이다.

일반적으로, 최소한의 필요한 유효전압벡터의 시간은 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.

식(1)

여기서 T _dead 는 데드타임, T _sett 는 스위칭에 의해 생기는 DC Link 링깅(Ringing) 전류의 안정화 시간, T _AD 는 A/D 변환 시간이다.

도 1은 종래기술에서 유효벡터가 저변조 영역에 있는 경우 상전류를 측정하는 방법을 나타낸 것이다.

도 1에서 나타난 바와 같이, 종래기술은 공간벡터전압을 통해 나온 T1/2, T2/2값이 전류를 복원하기 위한 최소시간 T_min 보다 작으면 강제로 유효전압 벡터의 인가시간을 늘리는 방법을 사용한다.

특히, 기동시나 저속 운전시에는 T1/2, T2/2의 값이 Tmin 보다 작게 나오는 저변조( Low-Modulation) 영역이 빈번하게 나오므로 전류를 측정하기 위해서 상기 종래기술에 의한 강제로 시간을 늘리는 방법이 사용된다.

따라서, 종래기술처럼 공간전압벡터의 인가시간을 강제로 늘이게 되면, 공간전압 벡터의 오차로 인해 공간전압 벡터에 왜곡이 발생하므로, 정상적인 저속 운전이나 기동이 이루어지기 힘드는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상전류와 유효전압 벡터의 크기에 따라, 3상 전류를 검출하기 위한 최적의 유효전압 벡터의 인가시간을 확보하여, 안정되고 신뢰성 있는 3상 전류를 복원하기 위하여 신뢰성 있는 상전류를 측정하기 위한 인버터의 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 신뢰성 있는 상전류 측정을 위하여 인버터를 제어하는 장치는, 부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어부와; 상기 전압 지령치에 근거한 유효전압 벡터를 생성하여 출력하는 공간전압 변조부와; 상기 유효전압 벡터를 최소 유효전압 벡터와 비교하여, 그 비교결과에 기초하여 유효벡터가 저변조 영역에 있는지를 판단하고, 그 판단결과에 근거한 스위칭 제어신호를 출력하는 저변조 판단부와; 상기 스위칭 제어신호에 기초하여 스위칭 신호를 출력하는 스위칭신호 생성부와; 상기 스위칭 신호에 따라 상전압과 상전류를 출력하는 인버터와; 상기 상전류를 검출하고, 이를 기초로 실제 전류를 복원하여 출력하는 전류 복원부로 구성된다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 신뢰성 있는 상전류 측정을 위하여 인버터를 제어하는 방법은, 부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어 과정과; 유효전압 벡터를 생성하여 출력하는 공간전압변조 과정과; 상기 유효전압 벡터를 최소 유효전압 벡터와 비교하여, 그 비교결과에 기초하여 유효벡터가 저변조 영역에 있는지를 판단하고, 그 판단결과에 근거한 스위칭 제어신호를 출력하는 저변조 판단 과정과; 상기 스위칭 제어신호에 기초하여 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 스위칭신호 생성 과정과; 상기 스위칭 신호에 따라 상전압과 상전류를 출력하는 과정과; 상기 상전류를 검출하고, 이를 기초로 실제 전류를 복원하여 출력하는 전류 복원 과정으로 이루어진다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신뢰성 있는 상전류를 측정하기 위하여 인버터를 제어하는 장치의 구성을 나타낸 블록도 이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 신뢰성 있는 상전류를 측정하기 위한 인버터 제어장치는 외부로부터 입력되는 전류 지령치와 전류 복원부(250)로부터 복원된 실제전류의 차이에 근거한 전압 지령치를 생성하여 출력하는 전류 제어부(210)와; 상기 전압 지령치에 따라 인버터(260)의 스위칭 시간을 결정하는 유효전압 벡터(T1, T2)를 생성하여 출력하는 공간전압 변조부(220); 상기 유효전압 벡터(T1, T2)가 저변조(Low-Modulation) 영역에 있는지를 판단하고, 그 판단결과에 기초한 스위칭 제어신호를 출력하는 저변조 판단부(230)와; 상기 스위칭 제어신호 따라 저변조 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 저변조 스위칭 신호 생성부(241)와 정상 변조 스위칭 신 호를 생성하여 출력하는 정상 변조 스위칭 신호 생성부(242)로 구성된 스위칭 신호 생성부(250)와; 상기 스위칭 신호에 따라 부하에 상전압과 상전류의 출력를 제어하는 인버터(260)와; 부하(270)의 상전류를 검출하여 실제 전류를 복원하여 상기 전류 제어부(210)로 출력하는 전류 복원부(250)로 구성된다.

이하에서는, 상기 본 발명의 실시예에 따른 신뢰성 있는 상전류를 측정하기 위하여 인버터를 제어하는 장치 및 그 방법의 동작을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 전류 복원부(250)가 부하(270)의 상전류를 검출하여 실제 전류로 복원된 상전류를 출력하면(S36), 전류제어부(310)는 상기 전류 복원부(360)에서 복원된 실제 전류치와 부하에 연동하여 생성된 전류 지령치를 비교하여, 그 비교 차이에 기초한 전압지령치를 생성하여 출력한다(S31).

이후, 상기 공간전압 변조부(220)는 상기 전압 지령치에 기초하여 상기 인버터(260)의 스위칭 시간을 결정하는 유효전압 벡터(T1, T2)를 생성하여 출력한다(S32).

그리고, 상기 저변조 판단부(230)는 상기 유효전압 벡터(T1, T2)가 저변조(Low-Modulation) 영역에 있는 것으로 판단된 경우에는 상기 부하(270)가 정상적인 운전을 할 수 있도록 저변조 스위칭 제어신호를 출력하지만, 정상영역에 있는 경우에는 정상 변조 스위칭 제어신호를 출력한다(S33).

여기서, 상기 저변조 영역이란 상기 유효전압 벡터(T1, T2)가 신뢰성있는 상전류 검출을 가능케 하는 최소 유효전압 벡터 Tmin 보다 작아 종래기술로 정상적인 모터의 운전이 어려운 경우를 말한다.

다음으로, 상기 정상 변조 스위칭 생성부(242)는 상기 정상 변조 스위칭 제어신호에 따라 부하의 정상 운전을 위하여 정상 스위칭 신호를 생성하여 출력하며(S35), 상기 저변조 스위칭 신호 생성부(241)는 저변조 스위칭 제어신호에 따라 부하의 기동이나 저속 운전을 제어하기 위한 저변조 스위칭 신호를 생성하여 출력한다(S34).

이하에서는, 상기 본 발명의 실시예에 따른 상전류 측정을한 저변조 스위칭 신호를 생성하는 방법을 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신뢰성 있는 상전류를 측정하기 위하여 저변조 스위칭신호를 생성하는 방법을 나타낸 실시예이다.

상기 유효전압 벡터가 저변조 영역에 있는 경우, 상기 저변조 스위칭 신호 생성부(241)는 유효전압 벡터의 절반인 T1/2, T2/2를 이용하는 것이 아니라, 도 4에 도시한 바와 같이 상호 동기된 각 스위칭 신호를 유효전압 벡터(T1, T2)를 스위칭 반주기에만 모두 이용하고 나머지 반주기에는 영 전압을 인가함으로서 새로운 스위칭 신호를 생성한 후, 다른 반주기의 일정 시간까지 쉬프트시킨 저변조 스위칭 신호를 출력한다.

따라서, 상기 본 발명은 종래기술에 의하여 전류를 측정할 수 없는 저변조(Low-Modulation) 영역을 반으로 줄임으로서, 저변조(Low-Modulation) 영역에서도 신뢰성있는 상전류를 복원할 수 있으며, 또한 유효전압 벡터가 스위칭 신호 주기의 가운데로 쉬프트함으로서 전동기의 스위칭 소음을 줄일 수 있다.

구체적인 예를 들면, 최소 유효전압 벡터 Tmin이 100이고, 유효전압 벡터 T1, T2가 각각 100씩 나왔다면, 종래기술은 전류를 측정할 수 있는 시간인 T1/2, T2/2는 각각 50이 되어, 전류측정에 필요한 시간인 100보다 작아서 전류를 측정할 수 없다.

그러나, 제안된 본 발명은 유효전압 벡터 T1, T2가 반주기에만 사용됨으로써, 전류를 측정할 수 있는 시간은 유효전압 벡터의 절반 T1/2, T2/2가 아닌 유효전압 벡터 T1, T2가 된다. 따라서, 본 발명은 전류를 측정할 수 있는 시간이 100이 인가되어 정상적인 상전류를 측정할 수가 있다.

즉, 도 5에서 예시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 신뢰성 있는 상전류 측정을 위한 인버터 제어장치를 이용하는 경우, 종래기술보다 유효벡터가 크므로 전류를 측정할 수 있는 영역이 증가함을 나타내고 있다.

또한, 도 6(b)에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어장치를 이용하는 경우, 저속에서 부하에 출력되는 각각 D축 및 Q축의 상전압의 파형은 도 6(a)의 종래기술에 의한 상전압 파형에 비하여 이상적인 인버터 제어에 의한 상전압 파형인 정현파에 더욱 유사함을 보여주고 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명은 기동이나 저속 운전시 유효전압 벡터가 저변조 영역에 있는 경우에도 저변조 스위칭 신호를 출력하게 함으로서 상전류를 검출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 저변조 스위칭 신호 생성부에 의하여 유효전압 벡터가 스 위칭 신호 주기의 가운데로 쉬프트되는 경우에는 전동기의 스위칭 소음을 줄이는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어부와;

   상기 전압 지령치에 근거한 유효전압 벡터를 생성하여 출력하는 공간전압 변조부와;

   상기 유효전압 벡터와 최소 유효전압 벡터를 비교하여, 그 비교결과에 기초하여 유효벡터가 저변조 영역에 있는지를 판단하고, 그 판단결과에 근거한 스위칭 제어신호를 출력하는 저변조 판단부와;

   상기 스위칭 제어신호에 기초하여 스위칭 신호를 출력하는 스위칭신호 생성부와;

   상기 스위칭 신호에 따라 상전압과 상전류를 출력하는 인버터와;

   상기 상전류를 검출하고, 이를 기초로 실제 전류를 복원하여 출력하는 전류 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 저변조 판단부는,

   상기 유효전압 벡터가 저변조 영역에 있는 경우, 저변조 스위칭 제어신호를 출력하고;

   상기 유효전압 벡터가 정상 영역에 있는 경우, 정상변조 스위칭 제어신호를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭신호 생성부는,

   상기 저변조 스위칭 제어신호에 따라, 기동 및 저속운전을 제어하기 위한 스위칭 신호를 출력하는 저변조 스위칭신호 생성부와;

   상기 정상변조 스위칭 제어신호에 따라, 정상운전을 제어하기 위한 스위칭 신호를 출력하는 정상변조 스위칭신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어장치.
4. 부하와 연동된 전류 지령치와 복원된 실제 전류치의 오차에 기초한 전압 지령치를 출력하는 전류 제어 과정과;

   유효전압 벡터를 생성하여 출력하는 공간전압변조 과정과;

   상기 유효전압 벡터와 최소 유효전압 벡터를 비교하여, 그 비교결과에 기초하여 유효벡터가 저변조 영역에 있는지를 판단하고, 그 판단결과에 근거한 스위칭 제어신호를 출력하는 저변조 판단 과정과;

   상기 스위칭 제어신호에 기초하여 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 스위칭신호 생성 과정과;

   상기 스위칭 신호에 따라 상전압과 상전류를 출력하는 과정과;

   상기 상전류를 검출하고, 이를 기초로 실제 전류를 복원하여 출력하는 전류 복원 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 저변조 판단 과정은,

   상기 유효전압 벡터가 저변조 영역에 있는 경우, 저변조 스위칭 제어신호를 생성하여 출력하는 단계와;

   상기 유효전압 벡터가 정상 영역에 있는 경우, 정상 변조 스위칭 제어신호를 생성하여 출력하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 스위칭 신호 생성 과정은,

   상기 정상 변조 스위칭 제어신호에 따라 부하의 정상운전을 제어하기 위한 인버터 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 정상 변조 스위칭 신호 생성 단계와;

   상기 저변조 스위칭 제어신호에 따라 부하의 기동 및 저속 운전을 제어하기 위한 인버터 스위칭 신호를 생성하는 출력하는 저변조 스위칭 신호 생성 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어방법.
7. 제 4항에 있어서, 상기 저변조 스위칭 신호 생성 과정은,

   일정시간(Ts)의 반주기에만 상호 동기된 각 스위칭 신호를 생성한 후, 타 반주기의 일정 시간까지 쉬프트하여 출력하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어방법.

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