KR20080019131A

KR20080019131A - Induction motor using voltage controller and its control method

Info

Publication number: KR20080019131A
Application number: KR1020060081000A
Authority: KR
Inventors: 김홍주
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-03-03

Abstract

본 발명은 약계자 영역에서 유도전동기의 고정자 자속을 기준으로 하여 최대 토크 운전이 가능한 전압제어기를 이용한 유도전동기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 전압제어기가 유도전동기의 q축 전압과 d축 전압을 인가받고 약계자 영역에서 최대 토크 발생을 위한 기준전압(V_s _- _ref)을 생성한다. 상기 생성된 기준전압(V_s _- _ref)은 유도전동기의 자속 제어부로 제공된다. 상기 자속 제어부는 상기 기준전압(V_s _- _ref)과 배터리 전압을 비교하고 고정자 자속 제어에서 최대 토크운전이 가능하도록 d축 자속 정보를 d축/q축 전류(i_dq)로 보상하여 고정자 자속 기준 제어의 오차를 보상한다. 상기 보상된 고정자 자속 기준제어에 의해 상기 배터리 전압을 기준전압(V_s _- _ref)에 추종하도록 제어하면서 상기 유도전동기에 인가한다. 이에 따라 배터리 전압이 가변하는 장치/시스템에서도 유도전동기는 고정자 자속을 기준으로 하여 약계자 영역에서 최대 토크로 운전할 수 있는 잇점이 있다.The present invention relates to an induction motor using a voltage controller capable of maximum torque operation on the basis of the stator flux of the induction motor in the field weakening region and a control method thereof. In the present invention, the voltage controller receives the q-axis voltage and the d-axis voltage of the induction motor and generates a reference voltage (V _s _- _ref ) for generating the maximum torque in the field weakening region. The generated reference voltage V _s _- _ref is provided to the magnetic flux controller of the induction motor. The magnetic flux controller compares the reference voltage (V _s _- _ref ) with the battery voltage and compensates the d-axis magnetic flux information with the d-axis / q-axis current (i _dq ) to enable maximum torque operation in stator flux control. Compensate for control errors. The battery voltage is applied to the induction motor while the battery voltage is controlled to follow the reference voltage V _s _- _ref by the compensated stator flux reference control. As a result, even in a device / system having a variable battery voltage, an induction motor has an advantage of operating at maximum torque in the field weakening region based on the stator flux.

Description

Induction motor using voltage controller and its control method {ELECTRIC MOTOR USING A VOLTAGE CONTROL DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고정자 자속 기준 유도 전동기의 전체 블록 구성도.1 is an overall block diagram of a stator flux reference induction motor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 일정 토오크 영역에서 유도 전동기의 최대 전압이 변경되더라도 실제속도는 정상적으로 구동되고 있음을 나타내는 전압제어기의 전압 파형도.2 is a voltage waveform diagram of a voltage controller showing that the actual speed is normally driven even when the maximum voltage of the induction motor is changed in a certain torque region according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings

100 : 전류 생성부 110 : 자속 제어부100: current generating unit 110: magnetic flux control unit

130 : 전압 제어기 140 : 2상/3상 변환부130: voltage controller 140: two-phase / three-phase conversion unit

150 : PWM 인버터 160 : 유도전동기150: PWM inverter 160: induction motor

170 : 엔코더170: encoder

본 발명은 유도전동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도전동기가 약계 자 영역(Field Weakening Region)에서 기준 전압(V_s _- _ref)을 추종하여 고정자 자속을 기준으로 하여 최대 토크 발생이 가능하도록 하는 전압제어기를 이용한 유도전동기 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an induction motor, and more particularly, an induction motor that follows a reference voltage (V _s _- _ref ) in a field weakening region so that maximum torque can be generated based on a stator flux. An induction motor using a controller and a control method thereof.

주지된 바와 같이, 약계자 영역에서의 유도전동기 제어는 전압과 전류가 제한된 환경에서 최대 토크 운전점을 따라 운전하면서 전동기의 운전 속도 범위를 확장하는 것을 말한다. As is well known, induction motor control in the field weakening region refers to extending the operating speed range of the motor while driving along the maximum torque operating point in a voltage and current limited environment.

종래 유도전동기의 약계자 영역에서 최대 토크를 얻기 위해서는 기준 자속의 선정이 중요하였다. 상기 최대 토크를 얻기 위해서 기존의 고정자 자속 기준 제어방식은 먼저 기준 속도를 계산하고 약계자 영역에서 회전자 속도에 반비례하도록 기준 자속을 저감시키는 방법(1/ωr)이 사용되었다. 이는 상기 고정자 자속이 고정자 저항의 정확도에 따라 변화하나 일반적으로 고정자 저항은 비교적 정확하게 구할 수 있고 온도에 따른 변화가 적었기 때문이었다. 즉 상기 고정자 자속 기준 제어는 고정자 자속을 기준축으로 하여 모든 변수를 편리하게 표현할 수 있는 잇점이 있었다. In order to obtain the maximum torque in the field weakening area of the conventional induction motor, it is important to select a reference magnetic flux. In order to obtain the maximum torque, the conventional stator flux reference control method first calculates the reference speed and uses a method of reducing the reference flux (1 / ωr) so as to be inversely proportional to the rotor speed in the field weakening area. This is because the stator flux changes depending on the accuracy of the stator resistance, but in general, the stator resistance can be obtained relatively accurately and has little change with temperature. That is, the stator flux reference control has an advantage in that all variables can be conveniently expressed using the stator flux as a reference axis.

상기 고정자 자속 기준 제어에 따라 자속을 추정하는 방법으로 회전자 자속 기준제어 및 공극 자속 기준 제어방법이 있다. 그러나, 상기 회전자 자속 기준제어 및 공극 자속 기준 제어 방법은, 누설 인덕턴스로 인하여 상기 고정자 자속 기준제어방식에 비하여 정확도가 떨어지며, 특히 회전자 저항은 온도와 표피효과 등에 따라 변화폭이 크기 때문에 회전자 자속과 전류 벡터 사이의 직교성을 상실하게 되어 유도 전동기의 제어 성능에 손실이 발생되는 문제가 있다. 이에 따라, 상기 고정자 자속 기준 제어는 상기 회전자 자속 기준제어 및 공극 자속 기준 제어에 비하여 전동기의 제어 성능을 효과적으로 제어할 수 있었다.As a method of estimating magnetic flux according to the stator flux reference control, there are a rotor flux reference control and a void flux reference control method. However, the rotor flux reference control method and the void flux reference control method are less accurate than the stator flux reference control method due to leakage inductance. In particular, the rotor resistance has a large variation in temperature and skin effect. There is a problem in that the loss of orthogonality between the overcurrent vector and the loss of control performance of the induction motor. Accordingly, the stator flux reference control was able to effectively control the control performance of the motor compared to the rotor flux reference control and the air gap flux reference control.

하지만, 상기한 고정자 자속 기준 제어방법도 단순히 기준 자속만을 저감시키고 있고, 유도 전동기의 전압 제한조건과 토크 제어조건을 고려하지 않는 기준 자속을 사용하고 있기 때문에 최대 토크를 얻지 못하는 문제가 발생하였다. However, the stator flux reference control method simply reduces the reference magnetic flux only, and uses a reference flux that does not consider the voltage limiting condition and the torque control condition of the induction motor.

이를 해결하기 위하여, 상기 전압 제한조건과 토크 제한조건을 고려한 새로운 기준 자속 추정기를 제안하여 최대 토크 발생을 가능하도록 하고 있다. 상기 방법은 '약계자영역에서 유도전동기의 고정자자속 기준 제어를 위한 최적 기준자속 선정방법(전력전자학술대회 논문집. 2000.7.19~22. 신명호/현동석/조순봉/한양대학교 전기공학과, 두원공과대학 전기과)'에 발표된바 있다.In order to solve this problem, a new reference flux estimator considering the voltage and torque constraints is proposed to enable maximum torque generation. The method is based on the method of selecting the optimal reference flux for stator flux reference control of induction motors in the field weakening area. (July, 2000.7.19 ~ 22. Has been announced.

그러나, 상기 기준 자속 추정기는 전동지게차와 같이 배터리(Vdc) 전원을 이용하는 장비에서는 비효율적이었다. 상기 전동 지게차와 같은 장비는 배터리 전원의 충전율이 저하되는 경우, 또는 순간적으로 가속해야 하거나 감속하는 경우에도 일정 시간 동안에는 최적의 기준 전압을 인가하여 정상적으로 운전이 되도록 해야 한다. 하지만, 상기 기준 자속 추정기에 따르면 배터리 전압이 계속 변동하는 장비에서는 부하 변동에 맞는 최적의 기준전압을 인가할 수 없었던 것이다. However, the reference flux estimator was inefficient in equipment using a battery (Vdc) power source such as an electric forklift. Equipment such as the electric forklift should be operated normally by applying the optimal reference voltage for a certain time even when the charging rate of the battery power is reduced, or even if it is to accelerate or decelerate momentarily. However, according to the reference flux estimator, the equipment which continuously changes the battery voltage could not apply the optimal reference voltage for the load variation.

이와 같이 상기 제안된 기준 자속 추정기는 순간적으로 큰 토크가 필요하거나 주행속도가 가감 변동하는 전동지게차와 같이 전원이 일정하게 유지되지 못하는 장비에서는 약계자 영역에서 최대 토크를 얻을 수 없었다.In this way, the proposed reference flux estimator could not obtain the maximum torque in the field weakening area in the equipment where power is not kept constant, such as an electric forklift truck that requires a large torque at a moment or changes the driving speed.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전동기 상수에 관한 정보가 제공되지 않는 환경에서 약계자 영역에서 최적의 기준전압에 의하여 최대 토크 운전이 가능하도록 제어하는 전압제어기를 이용한 유도전동기 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, induction motor using a voltage controller for controlling the maximum torque operation by the optimum reference voltage in the field weakening field in the environment where information on the motor constant is not provided And a control method thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 유도 전동기의 q축 전류를 생성하는 전류 생성부, 유도 전동기의 d축 전류를 생성하며 고정자 자속 기준 제어를 위한 자속 보상부, 상기 q축 전류 및 d축 전류와 대응되는 q축 전압과 d축 전압을 각각 인가받고 상기 유도 전동기의 최대 토크 발생을 위한 기준 전압(V_s _- _ref)을 출력하는 전압 제어기를 포함하며, 상기 자속 보상부는 상기 기준 전압(V_s _- _ref)을 추종하도록 배터리 전압을 제어하여 유도 전동기에 인가하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, a current generating unit for generating a q-axis current of the induction motor, a magnetic flux compensation unit for generating a d-axis current of the induction motor and stator flux reference control, the q-axis current and and a voltage controller configured to receive a q-axis voltage and a d-axis voltage corresponding to a d-axis current, respectively, and output a reference voltage (V _s _- _ref ) for generating the maximum torque of the induction motor, wherein the magnetic flux compensating unit includes the reference voltage Its technical feature is to control the battery voltage to follow (V _s _- _ref ) and apply it to the induction motor.

상기 전류 생성부는, 지령속도(ωr*)와 실제 유도전동기의 회전속도(ωr)를 감산하여 속도 에러값을 출력하는 제 1 감산기와, 상기 속도 에러값을 보상하기 위해 비례적분하여 q축 동기좌표전류(i^eqs)를 출력하는 제 1 비례적분(PI) 제어기와, 상기 q축 동기좌표전류(i^eqs) 및 미리 설정된 조건값에 의하여 q축 동기좌표기준전류(i^eqs*)를 출력하는 토크 제한기와, 상기 q축 동기좌표기준전류(i^eqs*)와 q축 동기좌표 전류(i^eqs)를 감산하여 속도 에러값을 출력하는 제 2 감산기와, 상기 속도 에러값을 보상하기 위해 비례적분하는 제 2 PI 제어기와, 상기 제 2 PI 제어기의 출력값에 식(1)값을 가산하여 q축 전류를 출력하는 가산기를 포함하여 구성된다.The current generator includes a first subtractor for outputting a speed error value by subtracting the command speed ωr * and the rotational speed ωr of the actual induction motor, and performing a proportional integration to compensate for the speed error value, thereby performing q-axis synchronization coordinates. a first proportional-integral (PI) controller and the q-axis synchronous coordinate current (i ^e qs) and preset condition value q-axis synchronous coordinate reference current (i ^e qs *) by outputting a current (i ^e qs) A torque limiter for outputting, a second subtractor for outputting a speed error value by subtracting the q-axis synchronous coordinate reference current i ^e qs * and the q-axis synchronous coordinate current i ^e qs, and compensating for the speed error value And a adder for outputting the q-axis current by adding the value of equation (1) to the output value of the second PI controller.

ω_eλ^eds --- 식(1)(ω_e :동기 각 주파수, λ^eds: 자속)ω _e λ ^e ds --- Equation (1) (ω _e : synchronous angular frequency, λ ^e ds: magnetic flux)

그리고, 상기 조건값은 최대전류값(Is_max), d축 동기좌표자속정보(λ^eds), q축 동기좌표전류(i^eq), 슬립주파수(ω_sl)를 포함한다.The condition value includes a maximum current value Is_max, d-axis synchronous coordinate flux information λ ^e ds, a q-axis synchronous coordinate current i ^e q, and a slip frequency ω _sl .

상기 자속 제어부는, d축 전류를 생성하며, 상기 전압 제어기로부터 기준 전압(V_s-ref)을 제공받고 그 기준 전압(V_s _- _ref)을 추종하도록 유도전동기에 인가되는 전압을 제어한다. 그와 같은 자속 제어부는, 배터리 전압과 기준 전압(V_s _- _ref)을 감산하여 전압 오차값을 출력하는 제 3 감산기와, 상기 전압 오차값을 보정하여 d축 동기좌표기준자속(λ^e*ds)을 출력하는 제 3 PI 제어기와, 상기 d축 동기좌표기준자속(λ^e*ds)과 d축 동기좌표자속(λ^eds)을 감산하여 전압 오차값을 출력하는 제 4 감산기와, 상기 제 4 감산기의 전압 오차값을 보정하기 위해 그 전압 에러값을 비례적분하는 제 4 PI 제어기와, 상기 제 4 PI 제어기의 출력값에 대해 고정자 자속 기준 제어의 오차를 보상하기 위하여 d축/q축 전류(i_dq)를 보상하고 d축 동기좌표기준전류(i^e*d)를 출력하는 제 5 감산기와, 상기 d축 동기좌표기준전류(i^e ^*d)와 d축 동기좌표전류(i^ed)를 감산하는 제 6 감산기와, 상기 제 6 감산기의 출력을 제어하는 제 5 PI 제어기와, 상기 제 5 PI 제어기의 출력정보를 참조하여 d축 전류를 생성하는 제 7 감산기를 포함하여 구성된다.The flux controller may generate the d-axis current, and been provided with the reference voltage _{(V-s ref)} from the voltage controller and the reference _{voltage-controls} the voltage applied to the induction motor so as to follow the (V _s _ref). Such a magnetic flux control section includes a third subtractor for outputting a voltage error value by subtracting the battery voltage and the reference voltage (V _s _- _ref ), and correcting the voltage error value to generate the d-axis synchronous coordinate reference flux (λ ^{e *} ds). And a fourth subtractor for outputting a voltage error value by subtracting the d-axis synchronous coordinate reference flux λ ^{e *} ds and the d-axis synchronous coordinate flux λ ^e ds. A fourth PI controller that proportionally integrates the voltage error value to correct the voltage error value of the subtractor, and d / q-axis currents to compensate for the error of the stator flux reference control with respect to the output value of the fourth PI controller. i _dq) for compensation and the d-axis synchronous coordinate reference current (i ^{e *} d) the fifth subtracter and the d-axis synchronous coordinate reference current (i ^e ^* d) and the d-axis synchronous coordinate current and outputting a (i ^e d) A sixth subtractor for subtracting?, A fifth PI controller for controlling the output of the sixth subtractor, and a fifth PI controller And a seventh subtractor which generates the d-axis current with reference to the output information.

상기 기준 전압(V_s _- _ref)은

(V^*2 _d:d축 전압, V^*2 _q: q축 전압)이다.The reference voltage (V _s _- _ref ) is

(V ^* _2d : d-axis voltage, V ^* _2q : q-axis voltage).

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 유도전동기의 q축전압과 d축전압을 인가받고 최대 토크 발생을 위한 기준 전압(V_s _- _ref)을 생성하는 제 1단계, 상기 기준전압(V_s _- _ref)과 배터리 전압을 비교하는 제 2단계, 상기 배터리 전압이 상기 기준전압(V_s _- _ref)을 추종하도록 고정자 자속 제어의 오차를 보상하는 제 3단계, 상기 오차 보상된 배터리 전압을 상기 유도전동기에 공급하는 제 4단계를 포함하여 이루어진다.In addition, according to another feature of the present invention for achieving the above object, the first step of receiving the q-axis voltage and the d-axis voltage of the induction motor to generate a reference voltage (V _s _- _ref ) for generating the maximum torque, the A second step of comparing a reference voltage (V _s _- _ref ) with a battery voltage, a third step of compensating an error of stator flux control such that the battery voltage follows the reference voltage (V _s _- _ref ), and the error compensated And a fourth step of supplying a battery voltage to the induction motor.

상기 q축 전류는, 지령속도(ωr*)와 실제 유도전동기의 회전속도(ωr)를 감산하는 단계, 상기 감산단계에서 출력되는 속도 에러값을 비례적분하여 q축 동기좌표전류(i^eqs)를 출력하는 단계, 상기 q축 동기좌표전류(i^eqs) 및 미리 설정된 조건값에 의하여 q축 동기좌표기준전류(i^eqs*)를 출력하는 단계, 상기 q축 동기좌표기준 전류(i^eqs*)와 q축 동기좌표 전류(i^eqs)를 감산하여 속도 에러값을 출력하는 단계, 상기 속도 에러값을 비례적분한 다음 ω_eλ^eds(ω_e :동기 각 주파수, λ^eds: 자속)을 가산하여 출력하는 단계로 이루어진다. 그리고 상기 조건값은 최대전류값(Is_max), d축 동기좌표자속정보(λ^eds), q축 동기좌표전류(i^eq), 슬립주파수(ω_sl)가 인가된다.The q-axis current, the reference speed (ωr *) and the actual induction rotation speed (ωr) step, proportionally integrating the speed error value that is output from the subtraction step the q-axis synchronous coordinate current (i ^e qs) for subtracting the electric motor Outputting the q-axis synchronous coordinate reference current i ^e qs * according to the q-axis synchronous coordinate current i ^e qs and a preset condition value, and outputting the q-axis synchronous coordinate reference current i ^e qs *) and subtracting the q-axis synchronous coordinate current (i ^e qs) to output a speed error value, proportionally integrate the speed error value, and then omega _e λ ^e ds (ω _e : synchronous angular frequency, λ ^e ds : Magnetic flux) is added and output. As the condition value, the maximum current value Is_max, the d-axis synchronous coordinate flux information λ ^e ds, the q-axis synchronous coordinate current i ^e q, and the slip frequency ω _sl are applied.

상기 오차 보상 단계는, 상기 기준전압(V_s _- _ref)과 배터리 전압의 오차를 비교하는 단계, 상기 비교 결과 d축 자속 성분을 생성하는 단계, 상기 d축 자속성분을 d축/q축 전류(i_dq)로 보상하는 단계를 포함하여 이루어진다.The error compensating step may include comparing an error between the reference voltage V _s _- _ref and a battery voltage, generating a d-axis magnetic flux component as a result of the comparison, and converting the d-axis magnetic flux component to a d-axis / q-axis current ( i _dq ).

여기서, 상기 오차 보상 단계는 배터리 전압과 기준 전압(V_s _- _ref)을 감산하여 전압 오차값을 출력하는 단계, 상기 전압 오차값을 보정하여 d축 동기좌표기준자속(λ^e*ds)을 출력한 후 d축 동기좌표자속(λ^eds)과 감산하여 자속 오차값을 출력하는 단계, 상기 자속 오차값을 비례적분한 후 고정자 자속 기준 제어의 오차를 보상하기 위하여 d축/q축 전류(i_dq)를 보상하고 d축 동기좌표기준전류(i^e ^*d)를 출력하는 단계, 상기 d축 동기좌표기준전류(i^e ^*d)와 d축 동기좌표전류(i^ed)를 감산하고 그 감산결과 출력되는 오차값을 제어하여 배터리 전압을 상기 기준전압(V_s _- _ref)에 추종하도록 제어하는 단계를 포함하여 이루어진다.The error compensating step may include outputting a voltage error value by subtracting a battery voltage and a reference voltage (V _s _- _ref ), and correcting the voltage error value to output a d-axis synchronous coordinate reference flux (λ ^{e *} ds). After subtracting the d-axis synchronous coordinate flux (λ ^e ds) and outputting the magnetic flux error value, the d-axis / q-axis current (i to compensate for the error in the stator flux reference control after proportionally integrating the magnetic flux error value compensating the _dq) and subtracting the d-axis synchronous coordinate reference current (i ^e ^* d) step, the d-axis synchronous coordinate reference current (i ^e ^* d) and the d-axis synchronous coordinate current (i ^e d) for outputting and that And controlling the error value outputted as a result of the subtraction to follow the battery voltage to the reference voltage V _s _- _ref .

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 최대 토크 발생을 위한 최적의 기준전압을 추종하도록 제어되는 인가전압이 유도전동기에 공급되기 때문에 약계자 영역에서 최대 토크 운전이 가능함을 알 수 있다. 또한 기준전압을 추종하여 인가전압이 공급됨으로써 운전 제어에 따라 가변되는 배터리 전압을 이용하는 장치/시스템의 제어를 정상적으로 수행할 수 있다.According to the present invention having such a configuration, it can be seen that the maximum torque operation is possible in the field weakening region because the applied voltage controlled to follow the optimal reference voltage for generating the maximum torque is supplied to the induction motor. In addition, since the applied voltage is supplied following the reference voltage, the control of the device / system using the battery voltage which varies according to the operation control can be normally performed.

이하, 본 발명에 의한 전압제어기를 이용한 유도전동기 및 그 제어방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an induction motor and a method of controlling the same using a voltage controller according to the present invention will be described in detail with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 고정자 자속 기준 유도 전동기의 전체 블록 구성도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a block diagram illustrating an entire stator flux reference induction motor according to a preferred embodiment of the present invention.

본 실시 예는 최대 토크 발생을 위한 최적의 기준전압을 추종하도록 전동기의 인가전압을 제어하기 위한 전압제어기가 구비되고 있음을 유의해야 한다. 그리고, 정격속도가 1,500rpm 인 7.5㎾급 스핀들 유도전동기를 대상으로 최대 속도 3,000rpm 까지 구동하여 제어함을 실험하였다.It should be noted that the present embodiment is provided with a voltage controller for controlling the applied voltage of the motor to follow the optimal reference voltage for generating the maximum torque. In addition, the experiment was conducted to drive the maximum speed of 3,000rpm for the 7.5 ㎾ spindle induction motor with a rated speed of 1,500rpm.

도면을 참조하면, 지령속도(ωr*)를 인가받고 유도전동기의 q축 전류(속도/토크와 관계됨)를 생성하는 전류 생성부(100)가 구비된다. 상기 전류 생성부(100)에는 지령속도(ωr*)와 실제 유도전동기의 회전속도(ωr)를 감산하여 속도 에러값을 출력하는 제 1 감산기(101)가 구비된다. 상기 속도 에러값을 보상하기 위해 비례적분하여 q축 동기좌표전류(i^eqs)를 출력하는 제 1 비례적분(PI) 제어기(102)가 구비된다. 상기 q축 동기좌표전류(i^eqs) 및 미리 설정된 조건값에 의하여 q축 동기 좌표기준전류(i^eqs*)를 출력하는 토크 제한기(Torque limitter)(104)가 구비된다. 상기 토크 제한기(104)에 인가되는 조건값은, 최대전류값(Is_max), d축 동기좌표자속정보(λ^eds), q축 동기좌표전류(i^eq), 슬립주파수(ω_sl)를 포함하고 있다. 그리고, 상기 q축 동기좌표기준전류(i^eqs*)와 q축 동기좌표 전류(i^eqs)를 감산하여 속도 에러값을 출력하는 제 2 감산기(106)와, 상기 속도 에러값을 보상하기 위해 비례적분하는 제 2 PI 제어기(108)가 구비된다. 상기 제 2 PI 제어기(108)의 출력값에 ω_eλ^eds(ω_e :동기 각 주파수, λ^eds: 자속) 가산하여 q축 전류를 출력하는 제 1가산기(109)가 구비된다.Referring to the drawings, a current generator 100 is provided which receives the command speed ωr * and generates q-axis current (related to speed / torque) of the induction motor. The current generator 100 includes a first subtractor 101 for outputting a speed error value by subtracting the command speed ωr * and the actual rotation speed ωr of the induction motor. A first proportional integral (PI) controller 102 for proportionally integrating and outputting the q-axis synchronous coordinate current i ^e qs to compensate for the speed error value is provided. A torque limiter 104 for outputting the q-axis synchronous coordinate reference current i ^e qs * based on the q-axis synchronous coordinate current i ^e qs and a preset condition value is provided. The condition value applied to the torque limiter 104 includes a maximum current value Is_max, d-axis synchronous coordinate flux information λ ^e ds, q-axis synchronous coordinate current i ^e q, and slip frequency ω _sl . It includes. And a second subtractor 106 for outputting a speed error value by subtracting the q-axis synchronous coordinate reference current i ^e qs * and the q-axis synchronous coordinate current i ^e qs, and compensating for the speed error value. A second PI controller 108 that is proportionally integrated. A first adder 109 is added to output the q-axis current by adding ω _e λ ^e ds (ω _e : synchronous angular frequency, λ ^e ds: magnetic flux) to the output value of the second PI controller 108.

상기 유도전동기의 d축 전류(자속과 관계됨)를 생성하며, 후술하는 전압제어기(130)로부터 기준 전압을 인가받고 유도전동기(160)에 인가되는 전압을 제어하기 위하여 자속 성분을 보상하는 자속 제어부(110)가 구비된다. 상기 자속 제어부(110)에는 전압제어기(130)로부터 인가되는 기준 전압(V_s _- _ref)에 배터리 전압이 추종되어 유도 전동기에 공급되도록 제어하기 위한 하나 이상의 감산기 및 PI 제어기들이 구비된다.A magnetic flux controller for generating a d-axis current (related to magnetic flux) of the induction motor and compensating a magnetic flux component to receive a reference voltage from the voltage controller 130 to be described later and control the voltage applied to the induction motor 160. 110 is provided. The magnetic flux controller 110 includes one or more subtractors and PI controllers for controlling the battery voltage to be supplied to the induction motor by following the reference voltage V _s _- _ref applied from the voltage controller 130.

구체적으로 보면, 배터리 전압과 기준 전압(V_s _- _ref)을 감산하여 전압 오차값을 출력하는 제 3 감산기(111)가 구비된다. 상기 제 3 감산기(111)로부터 출력되는 상 기 전압 오차값을 보정하여 d축 동기좌표기준자속(λ^e*ds)을 출력하는 제 3 PI 제어기(112)와, 상기 제 3 PI 제어기(112)의 상기 d축 동기좌표기준자속(λ^e*ds)과 d축 동기좌표자속(λ^eds)을 감산하여 전압 오차값을 출력하는 제 4 감산기(113)가 구비된다. 그리고, 상기 제 4 감산기(113)의 전압 오차값을 보정하기 위해 그 전압 에러값을 비례적분하는 제 4 PI 제어기(114)와, 상기 제 4 PI 제어기(114)의 출력값에 대해 고정자 자속 기준 제어의 오차를 보상하기 위하여 d축/q축 전류(i_dq)를 보상하고 d축 동기좌표기준전류(i^e ^*d)를 출력하는 제 5 감산기(115)가 구비된다. 상기 d축/q축 전류(i_dq)는

이다(τr :회전자시정수, ω_sl:슬립각속도, i^eqs*:q축 동기좌표기준전류). 즉, 종래 고정자 자속 기준 제어로 사용된 디커플링(decoupling) 성분을 보상 전류로 보상하는 것이다. 계속해서, 상기 d축 동기좌표기준전류(i^e ^*d)와 d축 동기좌표전류(i^ed)를 감산하는 제 6 감산기(116)와, 상기 제 6 감산기(116) 제어하는 제 5 PI 제어기(117)가 구비된다. 그리고 상기 제 5 PI 제어기(117)의 출력정보를 참조하여 d축 전류를 생성하는 제 7 감산기(118)를 포함하여 구성된다. 이때 상기 제 7 감산기(118)에는 상기 제 5 PI 제어기(117)의 출력정보에 '(λ^eds/τr) +σL_sω_sli^eqs'정보가 가산된다. 여기서, τr :회전자시정수, σ:누설계수, Ls:고정자자기인덕턴스, ω_sl:슬립각속도를 나타낸다.Specifically, a third subtractor 111 for outputting a voltage error value by subtracting the battery voltage and the reference voltage V _s _- _ref is provided. A third PI controller 112 for correcting the voltage error value output from the third subtractor 111 and outputting a d-axis synchronous coordinate reference flux λ ^{e *} ds, and the third PI controller 112. And a fourth subtractor 113 for outputting a voltage error value by subtracting the d-axis synchronous coordinate reference flux λ ^{e *} ds and the d-axis synchronous coordinate flux λ ^e ds. In order to correct the voltage error value of the fourth subtractor 113, the stator flux reference control is performed on the fourth PI controller 114 which proportionally integrates the voltage error value and the output value of the fourth PI controller 114. A fifth subtractor 115 is provided to compensate the d-axis / q-axis current (i _dq ) and output the d-axis synchronous coordinate reference current (i ^e ^* d) to compensate for the error. The d-axis / q-axis current (i _dq ) is

(Τr: rotor time constant, ω _sl : slip angular velocity, i ^e qs *: q-axis synchronous coordinate reference current) That is, the decoupling component used in the stator flux reference control is compensated by the compensation current. Subsequently, a sixth subtractor 116 subtracts the d-axis synchronous coordinate reference current i ^e ^* d and the d-axis synchronous coordinate current i ^e d, and a fifth PI to control the sixth subtractor 116. The controller 117 is provided. And a seventh subtractor 118 that generates a d-axis current with reference to the output information of the fifth PI controller 117. In this case, '(λ ^e ds / τr) + σL _s ω _sl i ^e qs' information is added to the seventh subtractor 118 to the output information of the fifth PI controller 117. Where τr is the rotor time constant, sigma is the design factor, Ls is the fixed magnetic inductance, and _{sl is the} slip angular velocity.

상기 전압제어기(130)는 q축 전류와 d축 전류에 대응되는 q축 전압과 d축 전압을 인가받아 기준전압(V_s _- _ref)을 생성하고, 그 기준전압(V_s _- _ref)을 상기 자속제어부(110)로 제공하여 배터리 전압이 기준전압을 추종하면서 유도전동기(160)에 공급되도록 하는 역할을 한다. 상기 기준전압(V_s _- _ref)은

(V^*2 _d:d축 전압, V^*2 _q: q축 전압)이다.The voltage controller 130 receives the q-axis voltage and the d-axis voltage corresponding to the q-axis current and the d-axis current to generate a reference voltage (V _s _- _ref ), and generates the reference voltage (V _s _- _ref ). Provided to the flux control unit 110 serves to supply the battery voltage to the induction motor 160 while following the reference voltage. The reference voltage (V _s _- _ref ) is

(V ^* _2d : d-axis voltage, V ^* _2q : q-axis voltage).

한편, 상기 전류 생성부(100)에 의해 출력된 q축 토크 성분 전류와 상기 전압제어기(130)의 기준전압(V_s _- _ref)을 추종하여 발생된 d축 자속 성분 전류에 대한 전압을 각각 인가받고 3상 전압으로 변환하는 2상/3상 전압 변환부(140)와, 상기 2상/3상 전압 변환부(140)로부터 출력되는 3상의 전압을 입력받아 상기 유도전동기(160)를 구동시키기 위한 펄스폭 변조신호로 변환하는 PWM인버터(150)가 구비된다. On the other hand, the voltage applied to the d-axis magnetic flux component current generated by following the q-axis torque component current output by the current generator 100 and the reference voltage (V _s _- _ref ) of the voltage controller 130, respectively. Receiving and converting the two-phase / three-phase voltage converter 140 and the three-phase voltage output from the two-phase / three-phase voltage converter 140 to drive the induction motor 160. PWM inverter 150 for converting the pulse width modulation signal is provided for.

그리고, 상기 유도전동기(160)의 회전속도를 연산하는 엔코더(170)가 구비된다. 상기 엔코더(170)에 의해 연산된 회전속도와 슬립주파수(ω_sl)를 가산하여 동기 각 주파수(ω_e)를 출력하는 제 2가산기(172)와, 상기 제 2가산기(172)에서 출력되는 각 주파수(ω_e)를 적분하여 자속 위상(θe)을 출력하는 적분기(174)가 구비된다. 또한 상기 전류생성부(100)와 자속 제어부(110)에서 생성된 q축 전류와 d축 전류, 및 상기 q축 동기좌표 전류(i^eqs)와 d축 동기좌표 전류(i^eds)를 인가받고 d축 동기좌표 자속(λ^eds)을 출력하는 고정자 자속 측정부(Stator flux estimatior)(180)가 구비된다. 여기서 상기 제 2가산기(172), 적분기(174), 고정자 자속 측정부(180)는 본 실시 예의 동작 설명과 관계가 없기 때문에 그 상세 설명은 생략하기로 한다.And, the encoder 170 for calculating the rotational speed of the induction motor 160 is provided. A second adder 172 for outputting a synchronous angular frequency ω _e by adding the rotational speed calculated by the encoder 170 and a slip frequency ω _sl , and an angle output from the second adder 172. An integrator 174 is provided which integrates the frequency ω _e to output the magnetic flux phase θ _e . In addition, the q-axis current and d-axis current generated by the current generation unit 100 and the magnetic flux control unit 110, the q-axis synchronous coordinate current (i ^e qs) and the d-axis synchronous coordinate current (i ^e ds) is applied And a stator flux estimator 180 for outputting the d-axis synchronous coordinate magnetic flux lambda ^e ds. Here, since the second adder 172, the integrator 174, and the stator flux measuring unit 180 are not related to the operation description of the present embodiment, detailed description thereof will be omitted.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 제어기를 이용한 유도전동기 제어방법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, an induction motor control method using a voltage controller according to an embodiment of the present invention having the configuration as described above will be described in detail.

본 실시 예는 전압 제어기를 이용하여 최대 토크 발생을 위한 최적의 기준 전압을 제어하는 것으로서, 배터리 전압이 상기 기준전압을 추종하여 유도전동기에 인가되도록 하는 것이다.The present embodiment is to control the optimal reference voltage for generating the maximum torque by using a voltage controller, so that the battery voltage is applied to the induction motor following the reference voltage.

유도전동기(160)는 외부로부터 구동신호가 인가되면 미도시하고 있는 제어부(CPU)의 제어동작에 의해 구동되는데, 이때 상기 유도전동기(160)로부터 피드백(feedback)된 속도를 참조하여 발생되는 q축 및 d축 전류에 대한 전압을 인가받고 구동속도가 가변되면서 구동된다. 상기 q축 전류는 유도전동기의 토크(Torque)와 관계되며 상기 d축 전류는 유도전동기의 자속과 관계된다. 상기 토크와 자속은 본 실시 예의 전류생성부(100) 및 자속제어부(110)에 의해 제어되며 이를 구분하여 설명한다.Induction motor 160 is driven by a control operation of a control unit (CPU) (not shown) when a drive signal is applied from the outside, wherein the q-axis generated by referring to the speed feedback from the induction motor 160 And a driving speed is changed by receiving a voltage for the d-axis current. The q-axis current is related to the torque of the induction motor and the d-axis current is related to the magnetic flux of the induction motor. The torque and the magnetic flux are controlled by the current generation unit 100 and the magnetic flux control unit 110 of the present embodiment and will be described separately.

먼저, 유도전동기(160)가 동작하면 엔코더(170)는 상기 유도전동기(160)의 실제 회전속도(ωr)를 검출한다. 상기 검출된 회전속도(ωr)를 참조하여 전류 생성부(100)는 생성한 q축 전류에 대한 q축 전압을 유도전동기(160) 및 전압제어 기(130)로 제공하게 된다.First, when the induction motor 160 operates, the encoder 170 detects the actual rotational speed ωr of the induction motor 160. The current generator 100 provides the q-axis voltage for the generated q-axis current to the induction motor 160 and the voltage controller 130 with reference to the detected rotational speed ωr.

구체적으로 설명하면 다음과 같다. 상기 엔코더(170)에 의해 검출된 유도전동기(160)의 회전속도(ωr)가 제 1 감산기(101)로 제공된다. 그러면, 제 1 감산기(101)는 외부에서 인가되는 지령속도(ωr*)에서 상기 회전속도(ωr)를 감산하여 속도 오차를 출력한 후 제 1 PI 제어기(102)로 제공한다. 상기 제 1 PI 제어기(102)는 상기 제 1 감산기(101)에서 출력되는 속도 오차를 보상하기 위해 비례 적분하여 q축 동기좌표전류(i^eqs)를 출력하여 토크 제한기(104)로 제공한다.Specifically, it is as follows. The rotational speed ωr of the induction motor 160 detected by the encoder 170 is provided to the first subtractor 101. Then, the first subtractor 101 subtracts the rotation speed ωr from the command speed ωr * applied from the outside to output a speed error and then provides the speed error to the first PI controller 102. The first PI controller 102 proportionally integrates and outputs the q-axis synchronous coordinate current i ^e qs to the torque limiter 104 to compensate for the speed error output from the first subtractor 101. .

그러면, 상기 토크 제한기(104)는 q축 동기좌표전류(i^eqs)와 함께 미리 설정된 조건값을 참조하여 q축 동기좌표기준전류(i^eqs*)를 출력한다. 상기 조건값은 최대전류값(Is_max), d축 동기좌표자속정보(λ^eds), q축 동기좌표전류(i^eq), 슬립주파수(ω_sl)을 말한다.Then, the torque limiter 104 outputs the q-axis current synchronous coordinates (i qs ^e) and with a preset reference condition value and the q-axis synchronous coordinate reference current (i qs ^e *) a. The condition value refers to the maximum current value Is_max, the d-axis synchronous coordinate flux information λ ^e ds, the q-axis synchronous coordinate current i ^e q, and the slip frequency ω _sl .

상기 조건값 등에 의해 상기 토크 제한기(104)에서 출력된 q축 동기좌표기준전류(i^eqs*)가 제 2 감산기(106)로 입력된다. 상기 제 2 감산기(106)는 상기 q축 동기좌표기준전류(i^eqs*)에서 q축 동기좌표전류(i^eqs)를 감산하여 전류 에러값을 출력한다. The q-axis synchronous coordinate reference current i ^e qs * output from the torque limiter 104 is input to the second subtractor 106 by the condition value. The second subtracter 106 outputs a current error value by subtracting the q-axis current synchronous coordinates (i qs ^e) from the q-axis synchronous coordinate reference current (i qs ^e *).

상기 출력된 전류 에러값은 제 2 PI 제어기(108)로 입력된다. 상기 제 2 PI 제어기(108)는 상기 전류 에러값을 보상하기 위해 비례 적분한 후 제 1가산기(109) 로 전달한다. 상기 제 1가산기(109)는 상기 비례 적분된 값에 "ω_e(동기 각 주파수)* λ^eds(자속)"값을 가산한다.The output current error value is input to the second PI controller 108. The second PI controller 108 forwards the proportional integration to the first adder 109 to compensate for the current error value. The first adder 109 adds " ω _e (synchronous angular frequency) * lambda ^e ds (magnetic flux) " to the proportionally integrated value.

이와 같은 과정에 따라 전류 생성부(100)는 토크/속도와 관계있는 q축 전류를 생성한다.In this manner, the current generator 100 generates a q-axis current related to torque / speed.

다음, 상기 q축 전류와 함께 고정자 자속 기준 제어방식에 따라 약계자 영역에서 최대 토크 운전이 가능하도록 하기 위한 인가 전압을 제어하는 과정을 자속 제어부(110)를 참조하여 설명한다. Next, a process of controlling an applied voltage for enabling maximum torque operation in the field weakening region according to the stator flux reference control method together with the q-axis current will be described with reference to the magnetic flux controller 110.

유도 전동기(160)의 q축 전류와 d축 전류에 대한 q축 전압과 d축 전압을 전압 제어기(130)가 인가받고 기준 전압(V_s _- _ref)을 상기 제 3 감산기(111)에 제공한다. 상기 기준전압(V_s _- _ref)은 유도전동기(160)가 약계자 영역에서 최대 토크로 운전할 수 있도록 하는 전압이다.Provides _- _(ref V _s) to the third subtractor 111 is guided under the q-axis current and the q-voltage axis voltage and the d-axis voltage controller 130 for the d-axis current of the motor 160 is applied to a reference voltage . The reference voltage V _s _- _ref is a voltage that allows the induction motor 160 to operate at the maximum torque in the field weakening area.

상기 제 3 감산기(111)에는 배터리 전압이 인가되고 있다. 따라서 상기 제 3 감산기(111)는 상기 배터리 전압과 기준 전압(V_s _- _ref)을 비교하여, 그 비교 결과에 따른 전압 오차값을 제 3 PI 제어기(112)로 제공한다.The battery voltage is applied to the third subtractor 111. Therefore, the third subtractor 111 is the battery voltage and the reference voltage _- as compared to the (V _ref _s), it provides a voltage error value according to the comparison result to the third PI controller 112.

상기 제 3 PI 제어기(112)는 상기 제 1전압 오차값을 보상하기 위하여 비례 적분한 후, d축 동기좌표기준 자속(λ^eds*)을 생성한다. 상기 d축 동기좌표기준 자속(λ^eds*)은 제 4 감산기(113)로 제공된다. 상기 제 4 감산기(113)는 상기 출력된 d축 동기좌표기준자속(λ^eds*)에서 d축 동기좌표자속(λ^eds)을 감산하고, 자속 오차를 보상하기 위해 출력값을 제 4 PI 제어기(114)로 제공한다. The third PI controller 112 generates a d-axis synchronous coordinate reference magnetic flux lambda ^e ds * after proportional integration to compensate for the first voltage error value. The d-axis synchronous coordinate reference magnetic flux λ ^e ds * is provided to the fourth subtractor 113. The fourth subtracter 113 is the output the d-axis synchronous coordinates based on magnetic flux (λ ^e ds *), the d-axis synchronous coordinate flux (λ ^e ds) is subtracted, and the fourth PI controller the output values to compensate for the magnetic flux error a in Provided at 114.

상기 제 4 PI 제어기(114)는 비례 적분을 통해 보상된 상기 자속 오차값을 출력하여 제 5 감산기(115)로 제공하면, 상기 제 5 감산기(115)는 상기 자속 오차값에서 d축/q축 전류(i_dq)를 보상하여 고정자 자속기준 제어의 오차를 보상하도록 한다. 이에 상기 제 5 감산기(115)는 d축 동기좌표기준전류(i^ed*)를 출력하고 제 6 감산기(116)로 제공한다. When the fourth PI controller 114 outputs the magnetic flux error value compensated through proportional integration and provides it to the fifth subtractor 115, the fifth subtractor 115 d / q axis in the magnetic flux error value. The current i _dq is compensated to compensate for the error in the stator flux reference control. Accordingly, the fifth subtractor 115 outputs the d-axis synchronous coordinate reference current i ^e d * and provides it to the sixth subtractor 116.

그러면, 상기 제 6 감산기(116)는 상기 d축 동기좌표기준전류(i^ed*)에서 d축 동기좌표전류(i^ed)를 감산한다. 상기 제 6 감산기(116)에서 출력되는 전류 오차를 보상하기 위해 제 5 PI 제어기(117)는 비례 적분하여 전류 오차를 보상한 다음, 제 7 감산기(118)로 전달한다. 상기 제 7 감산기(118)는 상기 제 5 PI 제어기(117)의 출력값에서 "(λ^eds/τr) +σL_sω_sli^eqs"값을 감산하여, 상기 기준전압(V_s _- _ref)에 추종되는 d축 전류를 출력한다. Then, the sixth subtracter 116 subtracts the d-axis current synchronous coordinates (i ^e d) in the d-axis synchronous coordinate reference current (i d * ^e). In order to compensate for the current error output from the sixth subtractor 116, the fifth PI controller 117 compensates the current error by proportional integration and then transfers the current error to the seventh subtractor 118. The seventh subtractor 118 subtracts a value of "(λ ^e ds / τr) + σL _s ω _sl i ^e qs" from the output value of the fifth PI controller 117, thereby reducing the reference voltage (V _s _- _ref ). Outputs the d-axis current following.

이와 같이 상기 유도전동기가 구동되기 시작하면 전압제어기(130)는 상기 전류 생성부(100) 및 자속 제어부(110)에서 생성된 q축 전류 및 d축 전류에 대한 q축 및 d축 전압을 참조하여 기준전압(V_s _- _ref)을 생성하고, 상기 기준전압(V_s _- _ref)에 추종되도록 배터리 전압을 제어하게 된다. When the induction motor starts to be driven as described above, the voltage controller 130 refers to the q-axis and d-axis voltages for the q-axis current and the d-axis current generated by the current generator 100 and the magnetic flux controller 110. The reference voltage V _s _- _ref is generated and the battery voltage is controlled to follow the reference voltage V _s _- _ref .

그리고, 상기 기준전압(V_s _- _ref)에 의해 추종되어 제어된 d축 전압과 상기 전류생성부(100)에 의한 q축 전압은 2상/3상 변환부(140)로 제공되어 3상의 전압으로 변환 출력되고, PWM 인버터(150)로 제공된다. 상기 PWM 인버터(150)는 상기 3상 전압을 펄스폭 변조신호로 변환한 후 유도전동기(160)에 인가하여 구동시킨다.The d-axis voltage followed and controlled by the reference voltage V _s _- _ref and the q-axis voltage by the current generation unit 100 are provided to the two-phase / three-phase conversion unit 140 to provide three-phase voltage. Is converted into output and provided to the PWM inverter 150. The PWM inverter 150 converts the three-phase voltage into a pulse width modulated signal and then applies the driving to the induction motor 160.

이와 같은 제어 방식에 따라 약계자 영역에서 배터리 충전 전압이 충분하지 않더라도 기준전압을 추총하여 제어된 인가 전압을 유도전동기로 공급할 수 있다. 이에 따라 도 2와 같이 배터리 충전 전압이 불충분한 경우에도 구동이 가능하다. 도 2는 시뮬레이션 결과에 따라 나타난 일정 토오크 영역에서 속도 및 최대전압, 전압제어기 전압파형이다. 상기 시뮬레이션 결과에 따르면 최대전압(V_s)과 전압제어기 전압(V^* _s)이 감소하더라도 유도전동기의 회전속도(ωr)는 지령속도(ωr*)에 근접하여 구동되고 있음을 알 수 있다. 즉 종래에는 배터리 전압이 충분하지 못한 경우에는 유도전동기 제어가 안정적으로 수행될 수 없었기 때문에, 특히 배터리 전압을 사용하는 전동지게차와 같은 장비는 정상적인 운전이 불가능하였다.According to such a control scheme, even if the battery charging voltage is not sufficient in the field weakening region, the reference voltage may be added and the controlled applied voltage may be supplied to the induction motor. Accordingly, even when the battery charging voltage is insufficient as shown in FIG. 2 can be driven. 2 is a diagram showing speed, maximum voltage, and voltage controller voltage waveforms in a constant torque region according to simulation results. According to the simulation result, it can be seen that the rotational speed ωr of the induction motor is driven close to the command speed ωr * even when the maximum voltage V _s and the voltage controller voltage V ^* _s decrease. That is, in the prior art, since the induction motor control could not be stably performed when the battery voltage was not sufficient, equipment such as an electric forklift using the battery voltage was not able to operate normally.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although described with reference to the illustrated embodiment of the present invention as described above, this is merely exemplary, those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. It will be apparent that other embodiments may be modified and equivalent. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 유도전동기 구동시 발생되는 q축 전압과 d축 전압을 인가받아 최대 토크 발생을 위한 기준전압을 생성하고, 그 기준전압과 배터리 전압과 비교하면서 배터리 전압이 기준전압을 추종하면서 유도전동기에 인가되도록 하기 때문에, 배터리 전원이 사용되는 장치/시스템에 장착된 유도전동기는 약계자 영역에서 최대 토크 운전이 가능한 효과가 있다.As described above, the present invention generates a reference voltage for generating the maximum torque by receiving the q-axis voltage and the d-axis voltage generated when the induction motor is driven, and compares the reference voltage with the battery voltage while the battery voltage Since the induction motor is applied while being followed, the induction motor mounted in the battery / powered device / system has the effect of enabling maximum torque operation in the field weakening area.

이에, 전동지게차와 같이 배터리 전압이 가변하는 장치/시스템도 약계자 영역에서 고정자 자속 기준제어방식에 따라 최대 토크 운전이 가능하기 때문에, 순간적으로 큰 토크가 필요하거나 주행속도가 가감 변동하는 상황에서도 안정적인 운전 제어가 가능한 효과가 있다.Therefore, even in the case of an electric forklift, a device / system with a variable battery voltage can operate at maximum torque according to the stator flux reference control method in the field weakening area. Operation control is possible.

Claims

A current generator for generating q-axis current of the induction motor,

Magnetic flux compensation unit for generating stator flux reference and generating d-axis current of induction motor,

And a voltage controller configured to receive the q-axis voltage and the d-axis voltage corresponding to the q-axis current and the d-axis current, respectively, and output a reference voltage (V _s _- _ref ) for generating the maximum torque of the induction motor.

The magnetic flux compensating unit controls the battery voltage to follow the reference voltage (V _s _- _ref ) and applies the induction motor to the induction motor.

The method of claim 1,

The current generator,

A first subtractor for outputting a speed error value by subtracting the command speed ωr * and the actual rotation speed ωr of the induction motor,

A first proportional integral (PI) controller that outputs q-axis synchronous coordinate current i ^e qs by proportionally integrating to compensate for the speed error value,

A torque limiter for outputting the q-axis synchronous coordinate reference current i ^e qs * based on the q-axis synchronous coordinate current i ^e qs and a preset condition value;

A second subtractor configured to subtract the q-axis synchronous coordinate reference current i ^e qs * and q-axis synchronous coordinate current i ^e qs to output a speed error value;

A second PI controller proportionally integrated to compensate for the speed error value;

An induction motor using a voltage controller comprising an adder for outputting the q-axis current by adding the value of equation (1) to the output value of the second PI controller.

ω _e λ ^e ds --- Equation (1) (ω _e : synchronous angular frequency, λ ^e ds: magnetic flux)

The method of claim 2,

The condition value includes a maximum current value Is_max, d-axis synchronous coordinate flux information λ ^e ds, q-axis synchronous coordinate current i ^e q, and a slip frequency ω _sl . Induction motor used.

The method of claim 1,

The magnetic flux control unit,

a voltage controller for generating a d-axis current and receiving a reference voltage (V _s _- _ref ) from the voltage controller and controlling the battery voltage such that the battery voltage follows the reference voltage (V _s _- _ref ). Induction motor used.

The method of claim 4, wherein

The magnetic flux control unit,

A third subtractor for outputting a voltage error value by subtracting the battery voltage and the reference voltage V _s _- _ref ,

A third PI controller for correcting the voltage error value and outputting a d-axis synchronous reference magnetic flux lambda ^{e *} ds;

A fourth subtractor for outputting a voltage error value by subtracting the d-axis synchronous coordinate reference flux λ ^{e *} ds and the d-axis synchronous coordinate flux λ ^e ds;

A fourth PI controller which proportionally integrates the voltage error value to correct the voltage error value of the fourth subtractor,

A fifth subtractor which compensates the d-axis / q-axis current i _dq and outputs the d-axis synchronous coordinate reference current i ^e ^* d to compensate for the error in the stator flux reference control with respect to the output value of the fourth PI controller. ,

A sixth subtractor which subtracts the d-axis synchronous coordinate reference current i ^e ^* d from the d-axis synchronous coordinate current i ^e d;

A fifth PI controller for controlling the output of the sixth subtractor,

And a seventh subtractor configured to generate a d-axis current with reference to the output information of the fifth PI controller.

The method of claim 5,

The d-axis / q-axis current (i _dq ) is

Induction motor using a voltage controller, characterized in that.

The method according to claim 1 or 4,

The reference voltage (V _s _- _ref ) is

Induction motor using a voltage controller, characterized in that (V ^* _2d : d-axis voltage, V ^{* 2} _q : q-axis voltage).

A first step of receiving a q-axis voltage and a d-axis voltage for the q-axis current and the d-axis current of the induction motor, respectively, and generating a reference voltage (V _s _- _ref ) for maximum torque generation;

A second step of comparing the reference voltage V _s _- _ref with a battery voltage;

A third step of compensating for an error in stator flux control such that the battery voltage follows the reference voltage V _s _- _ref ,

And a fourth step of supplying the error compensated battery voltage to the induction motor.

The method of claim 8,

The q-axis current is,

Subtracting the command speed (ωr *) and the actual rotation speed (ωr) of the induction motor,

Outputting the q-axis synchronous coordinate current i ^e qs by proportionally integrating the speed error value output in the subtraction step,

Outputting the q-axis synchronous coordinate reference current i ^e qs * based on the q-axis synchronous coordinate current i ^e qs and a preset condition value;

Outputting a speed error value by subtracting the q-axis synchronous coordinate reference current (i ^e qs *) and the q-axis synchronous coordinate current (i ^e qs);

And proportionally integrating the speed error value and adding and outputting ω _e λ ^e ds (ω _e : synchronous angular frequency, λ ^e ds: magnetic flux).

The method of claim 9,

The condition value is a maximum current value Is_max, d-axis synchronous coordinate flux information (λ ^e ds), q-axis synchronous coordinate current (i ^e q), induction using a voltage controller, characterized in that the slip frequency (ω _sl ) Motor control method.

The method of claim 8,

The error compensation step,

Comparing the error between the reference voltage (V _s _- _ref ) and a battery voltage,

Generating a d-axis magnetic flux component as a result of the comparison;

Compensating the d-axis magnetic flux component with a d-axis / q-axis current (i _dq ) comprising the step of controlling the induction motor using a voltage controller.

The method of claim 8,

The error compensation step,

Outputting a voltage error value by subtracting the battery voltage and the reference voltage (V _s _- _ref ),

Correcting the voltage error value to output a d-axis synchronous coordinate reference flux λ ^{e *} ds and subtracting the d-axis synchronous coordinate flux λ ^e ds to output a magnetic flux error value;

Compensating for d-axis / q-axis current (i _dq ) and outputting d-axis synchronous coordinate reference current (i ^e ^* d) to compensate the error of stator flux reference control after proportionally integrating the magnetic flux error value;

Subtract the d-axis synchronous coordinate reference current (i ^e ^* d) and the d-axis synchronous coordinate current (i ^e d) and control the error value that is output as a result of subtracting the battery voltage to the reference voltage (V _s _- _ref ). Induction motor control method using a voltage controller, characterized in that comprising the step of controlling to follow.

The method of claim 11 or 12,

The d-axis / q-axis current (i _dq ) is

Induction motor control method using a voltage controller, characterized in that.

The method according to any one of claims 8 or 11 or 12,

The reference voltage Vs_ref is

Induction motor control method using a voltage controller, characterized in that (V ^{* 2} _d : d-axis voltage, V ^{* 2} _q : q-axis voltage).