KR0162044B1 - Circuit for detecting speed in a 3-phase synchronous motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3상동기모우터의 속도검출회로에 관한 것으로, 모우터(SM) 회전시 역기전력에 의해 발생되는 3상의 전압들(Vu, Vv, Vw)을 각각 제곱한 후 가산하여 주게 된 회전속도검출부(10)와; 상기 3상의 전압들(Vu, Vv, Vw) 중 어느 한 상을 적분한 후 그 적분값의 양 또는 음의 값을 가지는 구간 각각에서 다른 2상의 전압의 크기를 비교하게 된 회전방향 검출부(20) 및; 상기 회전속도검출부(10)의 출력값을 입력받아 모우터(SM)의 회전속도를 계산하는 한편 상기 회전방향 검출부(20)의 출력값을 입력받아 모우터(SM)의 회전방향을 계산해 주게 된 CPU(30)로 구성된 것이다.The present invention relates to a speed detection circuit of a three-phase synchronizing motor, wherein the rotation speed detection unit is added by multiplying the three-phase voltages Vu, Vv, and Vw generated by the counter electromotive force when the motor SM rotates. 10; The rotation direction detection unit 20 which integrates one of the voltages of the three phases Vu, Vv, and Vw and compares the magnitudes of the voltages of the other two phases in each section having a positive or negative value of the integrated value. And; CPU which receives the output value of the rotation speed detector 10 to calculate the rotation speed of the motor SM and calculates the rotation direction of the motor SM by receiving the output value of the rotation direction detector 20 ( 30).
Description
제1도(a)는 모우터가 시계회전방향으로 회전시 발생되는 역기전력에 의한 3상의 전압 파형도.Figure 1 (a) is a three-phase voltage waveform diagram generated by the back electromotive force generated when the motor rotates in the clockwise direction.
(b)는 모우터의 역기전력에 의해 발생되는 전압의 3상중 V상 전압을 적분한 파형도.(b) is a waveform diagram integrating the three-phase V-phase voltage of the voltage generated by the counter electromotive force of the motor.
제2도는 본 발명에 따른 3상 동기모우터의 속도검출회로의 구성을 도시한 블럭도이다.2 is a block diagram showing the configuration of the speed detection circuit of the three-phase synchronous motor according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 회전속도 검출부 12,14,16 : 제곱회로10: rotational speed detection unit 12,14,16: squared circuit
18 : 가산기 20 : 회전방향검출부18: adder 20: rotation direction detection unit
22 : 적분기 24,26 : 제1, 2비교기22: Integrator 24,26: 1st, 2nd comparator
28 : XOR게이트 30 : CPU28: XOR gate 30: CPU
40 : 인버터40: inverter
본 발명은 3상 동기모우터의 속도검출회로에 관한 것으로, 특히 모우터회전시 발생되는 회전자회로에 발생되는 역기전력(counter electromotive force)을 이용하여 회전속도와 회전방향을 검출하므로써 별도의 속도검출장치나 센서가 필요치 않은 속도검출회로에 관한 것이다.The present invention relates to a speed detection circuit of a three-phase synchronous motor, and in particular, by detecting a rotation speed and a direction of rotation by using a counter electromotive force generated in a rotor circuit generated when the motor rotates, a separate speed detection is performed. It relates to a speed detection circuit that does not require a device or a sensor.
일반적으로 AC서어보 모우터의 형식으로서는 유도전동기(1M)와 동기전동기(SM)가 있는 데, 유도전동기는 모우터의 구조가 간단하고, 검출기도 특수한 것을 필요로 하지 않는 등의 잇점이 있으나 정지시에도 항상 여자전류를 흘려둘 필요가 있기때문에 그것에 의한 발열의 문제가 있고, 크기를 대형으로 하고 에어갭을 아주 작게 하지 않는 한 역률, 효율이 나빠지는 문제가 있기 때문에 소용량의 모우터에는 사용되지 않는 것이다.In general, there are two types of AC servo motors: induction motor (1M) and synchronous motor (SM). Induction motor has simple advantages such as simple motor structure and no need for special detector. It is necessary to keep the excitation current flowing at all times, and there is a problem of heat generation due to it, and it is not used for small capacity motors because the power factor and efficiency are deteriorated unless the size is large and the air gap is very small. It is not.
동기전동기는 회전자에 영구자석을 짜 넣고 고정자에 전기자코일을 설치한 회전계자형 동기기로서 전기자 전류와 토오크의 관계가 선형이고, 제어가 용이하며, 비상정지시는 다이내믹 브레이크를 사용할 수 있는 등의 장점이 있어 현재 AC서어보 모우터의 주류로 되어 있다.Synchronous motor is a rotating field type synchronous machine in which a permanent magnet is woven into the rotor and an armature coil is installed on the stator. The synchronous motor has a linear relationship between the armature current and torque, and can be easily controlled. It is now the mainstream of AC servo motors.
그러나 이러한 동기전동기로 제어를 위해 회전자의 위상 및 회전속도를 별도의 장치 즉, 엔코더나 리졸버 등과 같은 고가의 속도검출장치를 모우터에 별도로 부착하여 사용하므로써 별도의 배선이 요구되어져 구조가 복잡해지고, 모우터의 제조원가가 상승되는 한편, 제품의 크기도 증가하는 문제점이 있었다.However, as the synchronous motor controls the phase and rotation speed of the rotor separately, that is, an expensive speed detection device such as an encoder or resolver is separately attached to the motor, so a separate wiring is required, resulting in complicated structure. In addition, while the manufacturing cost of the motor is increased, the size of the product also increases.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 장치없이 간단한 회로를 구성하여 모우터의 회전시 발생되는 역기전력을 이용하여 모우터의 회전속도와 회전방향을 검출할 수 있는 3상동기모우터 속도검출회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, a three-phase synchronous motor that can detect the rotational speed and the rotation direction of the motor by using a back EMF generated when the motor rotates by configuring a simple circuit without a separate device The purpose is to provide a speed detection circuit.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3상동기모우터 속도검출회로는, 모우터 회전시 발생되는 역기전력에 의해 발생되는 3상의 전압들(Vu, Vv, Vw)을 각각 제곱한 후 가산하여 주게 된 회전속도검출부와; 상기 3상의 전압들(Vu, Vv, Vw)중 어느 한 상을 적분한 후 그 적분값의 양 또는 음의 값을 가지는 구간 각각에서 다른 2상의 전압의 크기를 비교하게 된 회전방향 검출부 및; 상기 회전속도검출부의 출력값을 입력받아 모우터의 회전속도를 계산하는 한편 상기 회전방향 검출부의 출력값을 입력받아 모우터의 회전방향을 계산해 주게 된 CPU로 구성된 것이다.The three-phase synchronous motor speed detection circuit of the present invention for achieving the above object, the square of the three-phase voltages (Vu, Vv, Vw) generated by the back electromotive force generated when the motor rotates and added to each other. A rotational speed detection unit; A rotation direction detection unit for integrating any one of the voltages of the three phases (Vu, Vv, Vw) and comparing the magnitudes of the voltages of the other two phases in each section having a positive or negative value of the integrated value; The CPU is configured to calculate the motor's rotational speed by receiving the output value of the rotational speed detector and calculate the rotational direction of the motor by receiving the output value of the rotational direction detector.
상술한 구성으로 된 본 발명은 별도의 속도검출장치가 없이 단지 모우터의 회전시 발생되는 역기전력에 의해 여기된 전압으로 부터 모우터의 회전속도와 회전방향을 검출하게 되므로써, 배선이 간단해지고 모우터를 소형화할 수 있음은 물론 모우터의 제조비용도 줄여주는 효과가 있다.According to the present invention having the above-described configuration, since the rotation speed and the rotation direction of the motor are detected from the voltage excited by the back electromotive force generated when the motor rotates without a separate speed detection device, the wiring is simplified and the motor It can reduce the size of the motor as well as reduce the manufacturing cost of the motor.
이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도(가)는 3상 동기모우터의 회전시 발생되는 역기전력에 의한 전압의 파형을 도시한 것으로, 3상의 전압(Vu, Vv, Vw)은 서로 120℃의 위상차를 가지는 정현파를 이루게 되는 바, 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.1 (a) shows the waveform of the voltage due to the back electromotive force generated when the three-phase synchronous motor is rotated, the three-phase voltage (Vu, Vv, Vw) to form a sine wave having a phase difference of 120 ℃ If this is expressed as an expression, it is as follows.
(여기서 Em은 전압의 전폭이고, ω는 전기각속도이다)Where Em is the full width of the voltage and ω is the electrical angular velocity
이때, 식 (1), (2), (3)을 각각 제곱하여 가산하면 아래와 같은 식을 얻을 수 있다.At this time, the equations (1), (2) and (3) may be squared and added to obtain the following equation.
또한, 역기전력에 의해 발생되는 전압의 진폭은 회전수에 비례하여 다음과 같은 관계를 갖는다.In addition, the amplitude of the voltage generated by the counter electromotive force has the following relationship in proportion to the number of revolutions.
(여기서 KF는 기 측정된 역기전력상수, N은 회전수이다.)Where K F is the measured back EMF constant and N is the rotational speed.
따라서 식(4)와 식(5)로 부터 다음과 같은 역기전력에 발생된 전압과 회전수와의 관계를 얻을 수 있다.Therefore, from equations (4) and (5), the relationship between the voltage generated in the counter electromotive force and the number of revolutions can be obtained.
제1도(나)는 V상 전압(Vv)을 적분한 파형으로 V상 전압의 적분값이 '+'인 구간과 '-'인 구간 각각에서의 U상 전압값(Vu)과 W상 전압값(Vw)의 크기를 서로 비교하므로써 아래의 표(1)에서와 같이 회전방향을 얻을 수 있다.FIG. 1B is a waveform obtained by integrating the V-phase voltage Vv, and the U-phase voltage value Vu and the W-phase voltage in each of the sections where the integral value of the V phase voltage is '+' and the '-' section. By comparing the magnitudes of the values Vw with each other, the rotation direction can be obtained as shown in Table 1 below.
이상에서 서술한 바와 같이 모우터의 회전시 발생되는 회전자회로의 역기전력에 의해 발생되는 전압값을 이용하여 모우터의 회전속도 및 회전방향을 계산할 수 있는 바, 이를 간단한 회로로 구현하여 주므로써 3상동기모우터의 제어를 용이하게 할 수 있게 해줄 수 있는 것이다.As described above, the rotation speed and the rotation direction of the motor can be calculated by using the voltage value generated by the counter electromotive force of the rotor circuit generated when the motor rotates. It is possible to facilitate the control of the homolog motor.
제2도는 본 발명에 따른 3상 동기모우터의 속도검출회로를 도시한 것으로, 모우터(SM) 회전시 역기전력에 의해 발생되는 3상의 전압들(Vu, Vv, Vw)을 각각 제곱한 후 가산하여 주게 된 회전속도검출부(10)와; 상기 3상의 전압들(Vu, Vv, Vw)중 어느 한 상을 적분한 후 그 적분값의 양 또는 음의 값을 가지는 구간 각각에서 다른 2상의 전압 크기를 비교하게 된 회전방향 검출부(20) 및; 상기 회전속도검출부(10)의 출력값을 입력받아 모우터(SM)의 회전속도를 계산하는 한편 상기 회전방향 검출부(20)의 출력값을 입력받아 모우터(SM)의 회전방향을 계산해 주게 된 CPU(30)로 구성된 것이다.2 is a diagram illustrating a speed detection circuit of a three-phase synchronous motor according to the present invention. The three-phase voltages Vu, Vv, and Vw generated by back EMF during motor SM rotation are squared and added. Rotational speed detection unit 10 and given; A rotation direction detection unit 20 for integrating any one of the voltages Vu, Vv, and Vw of the three phases, and comparing voltage magnitudes of the other two phases in sections each having a positive or negative value of the integral value; ; CPU which receives the output value of the rotation speed detector 10 to calculate the rotation speed of the motor SM and calculates the rotation direction of the motor SM by receiving the output value of the rotation direction detector 20 ( 30).
여기서 상기 회전속도검출부(10)는 모우터(SM) 회전시 발생되는 3상의 전압(Vu, Vv, Vw)들을 각각 제곱하여 출력하게 된 제1 내지 제3제곱회로(12, 14, 16)와, 상기 각 제곱회로(12, 14, 16)의 출력값들을 가산하여 출력하게 된 가산기(18)로 구성된 것으로, 각 전압의 제곱합 즉 Vu +Vv +Vw 을 얻을 수 있게 된다.Here, the rotational speed detection unit 10 and the first to third square circuits (12, 14, 16) to output the squared three-phase voltage (Vu, Vv, Vw) generated when the motor (SM) rotates, respectively; And an adder 18 which adds and outputs output values of the square circuits 12, 14, and 16, and sums the squares of the voltages, that is, Vu. + Vv + Vw You will get
여기서 가산기(18)는 다수개의 아날로그 신호를 가산하여 하나의 출력신호를 얻는 것으로, OP앰프를 이용한 반전차동증폭에 의해 구성되어, 입력값인 각 전압의 제곱값들을(Vu , Vv , Vw )이 반전입력단자로 흘러들어가서 이들 값들이 가산되어 극성만 반전된 출력이 얻어지게 되는 것이다.Here, the adder 18 adds a plurality of analog signals to obtain one output signal. The adder 18 is configured by an inverted differential amplification using an OP amplifier, and calculates square values of the input voltages (Vu). , Vv , Vw ) Flows into the inverting input terminal, and these values are added to obtain an inverted output of polarity only.
또한, 회전방향검출부(20)는 모우터(SM) 회전시 역기전력에 의해 발생되는 역기전력 전압(Vu, Vv, Vw)중 어느 한 상을 입력받아 적분하여 출력하게 된 적분기(22)와, 상기 적분기(22)의 출력값의 극성을 판별하여 주게 된 제1비교기(24), 3상의 전압(Vu, Vv, Vw)중 상기 적분기(22)에 입력되지 않은 나머지 2상의 전압값을 비교하여 그 결과를 출력하게 된 제2비교기(26) 및, 상기 제1,2비교기(24,26)의 결과값을 입력받아 소정의 논리값을 출력하게 된 XOR게이트(28)로 구성되어, 모우터의 회전방향을 검출하게 해주는 것이다.In addition, the rotation direction detection unit 20 receives the integrator 22, the integrator 22 and the integrator outputs any one phase of the back electromotive voltage (Vu, Vv, Vw) generated by the back electromotive force when the motor (SM) rotates, the integrator Among the first comparator 24 and the three-phase voltages Vu, Vv, and Vw that determine the polarity of the output value of (22), the voltage values of the remaining two phases which are not input to the integrator 22 are compared. The second comparator 26 to be output and the XOR gate 28 to receive a result value of the first and second comparators 24, 26 to output a predetermined logic value, the rotation direction of the motor Will be detected.
여기서 적분기(22)는 반전입력단자로 입력된 전압을 입력받는 순간부터 증가하기 시작하여 반전적분파형을 출력하는 회로이다.Here, the integrator 22 is a circuit that starts to increase from the moment of receiving the voltage input to the inverting input terminal and outputs an inverted integral waveform.
제1비교기(24)는 비반전입력단자로 상기 적분기(22)의 출력파형을 입력받고, 반전입력단자는 접지되어 기준전압을 '0'으로 하는 것으로, 적분기(22)의 출력파형이 기준전압과 비교하여 출력값의 극성을 출력하게 된 것이다.The first comparator 24 receives the output waveform of the integrator 22 as a non-inverting input terminal, and the inverting input terminal is grounded so that the reference voltage is '0'. The output waveform of the integrator 22 is the reference voltage. Compared with, it outputs polarity of output value.
그리고 제2비교기(26)는 반전 및 비반전입력단자에 각각 다른 상의 역기전력 전압을 입력받아, 두개의 입력된 역기전력의 전압의 차동전압을 출력하게 된 것이다.The second comparator 26 receives the reverse electromotive force voltages of different phases to the inverting and non-inverting input terminals, respectively, and outputs the differential voltages of the two input reverse electromotive force voltages.
또한, XOR게이트(28)는 상기 제1비교기의 출력값의 극성과 상기 제2비교기의 출력값의 극성을 XOR하여 출력하게 된 것으로, 이 XOR게이트의 출력신호에 의해 모우터의 회전방향을 알 수 있게 된다.In addition, the XOR gate 28 outputs the XOR of the polarity of the output value of the first comparator and the polarity of the output value of the second comparator, so that the rotation direction of the motor can be known by the output signal of the XOR gate. do.
CPU(30)는 상기 가산기(18)의 출력값을 입력받아 모우터의 회전속도를 계산하는 한편 상기 XOR게이트(28)의 출력값을 입력받아 모우터의 회전방향을 계산해 주게 된 것이다.The CPU 30 receives the output value of the adder 18 to calculate the rotational speed of the motor and the output value of the XOR gate 28 to calculate the rotation direction of the motor.
인버터(40)는 제어유닛(미도시)의 신호에 의해 모우터의 전기자 코일에 전원을 공급하게 된 것이다.Inverter 40 is to supply power to the armature coil of the motor by the signal of the control unit (not shown).
상기한 구성으로 된 본 발명의 동작을 이하에서 상세히 설명한다.The operation of the present invention having the above configuration will be described in detail below.
모우터(SM)가 회전하면서 역기전력에 의해 발생되는 3상의 전압(Vu, Vv, Vw)들이 각각 회전속도검출부(10)와 회전방향검출부(20)로 입력되면, 회전속도검출부(10)의 각 제곱회로(12, 14, 16)는 상기 입력된 전압(Vu, Vv, Vw)을 각각 제곱값으로 변환시켜 주게 되고, 가산기(18)는 상기 제곱회로 (12, 14, 16)로 부터 입력된 제곱값들을 가산하여 CPU(30)로 출력하여 주게 된다.When the motor SM rotates and the three-phase voltages Vu, Vv, and Vw generated by the counter electromotive force are input to the rotational speed detection unit 10 and the rotational direction detection unit 20, respectively, each of the rotational speed detection unit 10 is rotated. Square circuits 12, 14 and 16 convert the input voltages Vu, Vv and Vw into square values, respectively, and an adder 18 is inputted from the square circuits 12, 14 and 16. The square values are added and output to the CPU 30.
이때 CPU(30)에서는 상기 가산기(18)의 출력값 즉, 각 전압의 제곱합(Vu , Vv , Vw )과 기 측정된 역기전력 상수(K)를 입력받아 식(6)을 이용하여 회전속도를 계산한다.At this time, the CPU 30 outputs the value of the adder 18, that is, the sum of squares of the voltages (Vu). , Vv , Vw ) And the measured back EMF constant (K) are input to calculate the rotation speed using Equation (6).
한편, 적분기(22)는 V상 전압(Vv)을 반전단자로 입력받아 반전적분하여 출력하게 되고, 이 출력값이 제1비교기(24)의 비반전입력단자에 입력되어 기준전압 '0'과 비교되어 그 극성을 출력하게 되는 바, V상의 전압값이 +인 구간에서는 -극성값을 출력하게 되고, V상의 전압값이 -인 구간에서는 +극성값을 출력하게 된다.On the other hand, the integrator 22 receives the V-phase voltage Vv as the inverting terminal and inverts and outputs the output value, which is input to the non-inverting input terminal of the first comparator 24 and compared with the reference voltage '0'. As a result, the polarity is outputted, and the negative polarity value is output in the section where the voltage value of the V phase is +, and the positive polarity value is output in the period where the voltage value of the V phase is-.
또한 제2비교기(24)는 U상 전압(Vu)을 반전입력단자에 입력받고, W상 전압(Vw)을 비반전입력단자에 입력받아 이들 2값을 비교하여 차동증폭파형을 출력하게 되는 것이다.In addition, the second comparator 24 receives the U-phase voltage Vu from the inverting input terminal, receives the W-phase voltage Vw from the non-inverting input terminal, and compares these two values to output a differential amplifier waveform. .
이때 XOR게이트(28)는 상기 제1비교기(24)로 부터 출력되는 V상의 반전증폭파형의 극성에 따른 출력과 상기 제2비교기(26)로 부터 출력되는 U, W상의 차동증폭에 따른 출력을 XOR하여 출력하게 되어 모우터의 회전방향을 알 수 있게 되는 것이다.At this time, the XOR gate 28 outputs the output according to the polarity of the inverted amplification waveform of the V phase output from the first comparator 24 and the differential amplification of the U and W phases output from the second comparator 26. It outputs by XOR to know the rotation direction of the motor.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 3상동기모우터의 속도검출회로는 모우터의 회전시 역기전력에 의해 발생되는 전압으로 부터 모우터의 회전속도와 회전방향을 검출하도록 간단한 회로로 구성할 수 있어, 종래의 엔코더 내지는 리졸버와 같은 별도의 속도검출장치를 장착하지 않게 되어 모우터의 구조를 간단히 할 수 있어 모우터를 소형화할 수 있음은 물론 모우터의 제조비용도 줄여주는 효과가 있다.As described above, the speed detection circuit of the three-phase synchronous motor of the present invention can be configured as a simple circuit to detect the rotational speed and the rotational direction of the motor from the voltage generated by the counter electromotive force when the motor rotates. It is possible to simplify the structure of the motor by not installing a separate speed detection device such as an encoder or a resolver, and it is possible to miniaturize the motor and reduce the manufacturing cost of the motor.
Claims (1)
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