KR0186048B1 - 3상인버터의 출력전압 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3상인버터의 출력전압 제어장치에 관한 것으로, 종래에는 부하가 선형적일 경우에 두개의 변환기(3상/2상변환기와 고정축/회전축변환기)에 의해 변환된 값이 직류 즉, 일정한 값으로 변환되지만 비선형적일 경우엔 변환된 값은 직류에 교류가 더해진 맥동하는 값으로 되어 마이크로프로세서에서 디지탈적으로 비례-적분제어를 행하게 되므로 이 맥동성분에 따르는 오차를 전적으로 보상하지 못해 결국 정상상태 에러가 되어 시스템이 요구하는 전압을 제대로 발생시키지 못하게 되는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 두개의 변환기(3상/2상변환기와 고정축/회전축변환기)를 통해 직류값으로 변환시키는 점에 주안하여 비선형적인 부하에서 발생하는 맥동성분만을 따로이 검출하고 이 검출된 값을 제어기상에서 다시 더해 비선형부하로 인한 에러를 보상할 수 있도록 한다.

Description

3상인버터의 출력전압 제어장치
제1도는 종래 3상인버터의 출력전압 제어장치 구성도.
제2도는 본 발명 3상인버터의 출력전압 제어장치 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 5, 17 : 3상/2상변환기 2, 6, 18 : 고정축/회전축변환기
3, 4, 9, 10, 21, 22 : 비교부 7, 8 : 전압용 비례-적분제어기
11, 12 : 전류용 비례-적분제어기 13 : 회전축/고정축변환기
14 : 2상/3상변환기 15 : 게이트구동부
16 : 인버터부 19, 20 : 로우패스필터
23, 24 : 곱셈기 25, 26 : 가산기
본 발명은 3상인버터의 출력전압 제어장치에 관한 것으로, 특히 다이오드브릿지와 같은 비선형 부하에서의 마이크로프로세서에 의한 전압제어에 적당하도록 한 3상인버터의 출력전압 제어장치에 관한 것이다.
종래 3상인버터의 출력전압 제어장치 구성은 제1도에 도시된 바와 같이 필터캐패시터에서 검출된 3상전압(Vcu, Vcv, Vcw)을 2상전압으로 변환시키는 3상/2상변환기(1)와, 상기 3상/2상변환기(1)를 통해 변환된 2상전압을 회전좌표축상의 전압값(Vdf)(Vqf)으로 변환시켜 출력시키는 제1고정축/회전축변환기(2)와, 상기 제1고정축/회전축변환기(2)에서 변환된 출력전압(Vdf)(Vqf)과 기준전압(Edref,Eqref)을 비교하여 그에 따른 오차를 발생시키는 제1,2비교부(3)(4)와, 상기 마이크로프로세서로 전원을 공급하는 인버터부(16)로 흐르는 3상전류를 검출하여 2상전류로 변환시키는 3상/2상변환기(5)와, 상기 3상/2상변환기(5)를 통해 변환된 2상전류에 대하여 회전좌표축상의 직류값(idf)(iqf)으로 변환시켜 출력하는 제2고정축/회전축변환기(6)와, 상기 제1,2비교부(3)(4)를 통해 출력된 오차에 대해 비례-적분제어를 행하여 기준전류값(idref,iqref)을 출력시키는 제1,2전압용 비례-적분제어기(7)(8)와, 상기 제2고정축/회전축변환기(6)를 통해 출력된 직류전류치(idf)(iqf)와 제1,2전압용 비례-적분제어기(7)(8)를 통해 출력된 기준전류치(idref,iqref)를 비교하고 이에 따른 오차를 발생시키는 제3,4비교부(9)(10)와, 상기 제3,4비교부(9)(10)를 통한 오차에 대해 비례-적분제어를 행하여 출력시키는 제3,4전류용 비례-적분제어기(11)(22)와, 상기 제3,4전류용 비례-적분제어기(11)(22)를 통해 비례-제어를 행한 결과값에 대해 고정 좌표축상의 값으로 변환시키는 회전축/고정축변환기(13)와, 상기 회전축/고정축변환기(13)를 통한 값을 다시 3상값으로 변환시키는 2상/3상변환기(10)와, 상기 2상/3상변환기(10)로부터 출력되는 3상변환값을 기준으로 게이트신호를 인버터부(16)에 보내어 전원공급을 제어하는 게이트구동부(15)로 구성된다.
이와 같이 구성된 종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
필터캐패시터에서 검출된 3상전압(Vcu,Vcv,Vcw)을 3상/2상변환기(1)에서 입력받아 2상전압으로 변환시키고 이를 다시 제1고정축/회전축변환기(2)에서 전원전압의 위상과 일치되는 회전 좌표축상의 전압값 즉, 일정한 상수의 값으로 변환시켜 출력한다. 또한 상기 필터캐피시터에서 검출된 3상전류(iu,iv,iw)에 대하여도 3상전압의 경우에서와 마찬가지로 3상/2상변환기(5)와 제2고정축/회전축변환기(6)를 통해 전원전압의 위상과 일치하는 회전좌표축상의 직류값으로 변환시켜 출력한다.
상기 제1고정축/회전축변환기(2)에서 변환된 2상전압(Vdf,Vdf)은 각각 제1비교부(3)와 제2비교부(4)에 입력되어 그 비교부의 기준전압(Edref,Eqref)과 각각 비교되고 그에 대한 오차를 출력시킨다. 따라서 상기 제1비교부(3)와 제2비교부(4)에서 비교된 오차에 대하여는 제1전압용 비례-적분기(7)와 제2전압용 비례-적분기(8)에서 각각 비례-적분제어를 행한 결과값을 전류기준값(idref,iqref)으로 삼아 제3,4비교부(9)(10)에서 상기 제2고정축/회전축변환기(6)에서 변환된 직류전류값(idf,idf)을 비교하여 그 비교된 오차를 다시 제3,4전류용 비례-적분제어기(11)(12)로 각각 출력시킨다.
따라서 상기 제3,4전류용 비례-적분제어기(11)(12)에서 각각 비례-적분제어되어 나온 전류값에 대하여 회전축/고정축변환기(13)와 2상/3상변환기(14)를 통해 고정축상의 전류값으로 변환시키고 다시 3상 전류값으로 변환시켜 게이트구동부(15)로 출력시킨다.
이에 따라 상기 게이트구동부(15)는 상기 2상/3상변환기(14)로부터 출력된 3상전류에 따라 초기의 기준전압에 근사하도록 인버터부(16)에 게이트구동신호를 출력하여 상기 인버터부(16)에서 마이크프로세서의 파워를 제어하도록 한다.
그러나 이와 같은 종래의 기술에 있어서, 부하가 선형적일 경우에 두개의 변환기(3상/2상변환기와 고정축/회전축변환기)에 의해 변환된 값이 직류 즉, 일정한 값으로 변환되지만 비선형적일 경우엔 변환된 값은 직류에 교류가 더해진 맥동하는 값으로 되어 마이크로프로세서에서 디지탈적으로 비례-적분제어를 행하게 되므로 이 맥동성분에 따르는 오차를 전적으로 보상하지 못해 결국 정상상태 에러가 되어 시스템이 요구하는 전압을 제대로 발생시키지 못하게 되는 문제점이 있었다.
따라서 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 두개의 변환기(3상/2상변환기와 고정축/회전축변환기)를 통해 직류값으로 변환시키는 점에 주안하여 비선형적인 부하에서 발생하는 맥동성분만을 따로이 검출하고 이 검출된 값을 제어기상에서 다시 더해 비선형 부하로 인한 에러를 보상할 수 있도록 한 3상인버터의 출력전압 제어장치를 창안한 것으로, 이하 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명 3상인버터의 출력전압 제어장치 구성도로서 이에 도시한 바와 같이 필터캐패시터에서 검출된 3상전압(Vcu,Vcv,Vcw)을 2상전압으로 변환시키는 3상/2상변환기(1)와, 상기 3상/2상변환기(1)에서 변환된 2상전압을 회전축상의 값으로 변환시키는 제1고정축/회전축변환기(2)와, 상기 제1고정축/회전축변환기(2)에서 변환된 출력전압과 기준전압(Vdref,Vqref)을 비교하여 그에 따른 오차를 발생시키는 제1,2비교부(3)(4)와, 상기 필터캐패시터에서 검출된 부하전류(iLU,iLV,iLW)를 2상전류로 변환시켜 출력하는 3상/2상변환기(17)와, 상기 3상/2상변환기(17)를 통해 변환된 2상전류에 대하여 회전좌표축상의 직류값으로 변환시켜 출력하는 제3고정축/회전축변환기(18)와, 상기 제3고정축/회전축변환기(18)에서 변환된 두개의 직류값에 대하여 각각 필터링하는 제1,2로우패스필터(19)(20)와, 상기 제3고정축/회전축변환기(18)로부터 출력된 전류의 직류값과 제1,2로우패스필터(19)(20)를 통해 필터링된 전류의 직류값에 대하여 비교하고 그에 따른 오차를 출력하는 제5,6비교부(21)(22)와, 상기 제5,6비교부(21)(22)의 출력전압에 대해 일정한 이득을 곱하는 제1,2곱셈기(23)(24)와, 상기 제1,2비교부(3)(4)를 통해 출력된 오차에 대해 비례-적분제어를 행하여 기준전류값(idLf,iqLf)을 출력하는 제1,2전압용 비례-적분제어기(7)(8)와, 상기 제1,2전압용 비례-적분제어기(7)(8)와 제1,2곱셈기(23)(24)의 출력값을 각각 입력받아 가산하는 제1,2가산기(25)(26)와, 인버터부(16)로 흐르는 3상전류(iu,iv,iw)를 입력받아 2상전류로 변환시켜 제2고정축/회전축변환기(6)로 출력하는 3상/2상변환기(5)와, 상기 제1,2가산기(25)(26)로부터 출력되는 값과 제2고정축/회전축변환기(6)으로부터 각각 출력되는 전류값(idf)(iqf)을 비교하고 그에 따른 오차를 비례-적분제어를 행하는 제3,4전류용 비례-적분제어기(11)(12)를 통해 비례-제어를 행한 결과값에 대해 고정 좌표축상의 값으로 변환시키는 회전축/고정축변환기(13)와, 상기 회전축/고정축변환기(13)를 통해 변환된 직류값을 3상전류값으로 변환시켜 출력하는 2상/3상변환기(14)와, 상기 2상/3상변환기(14)로부터 출력되는 3상변환값을 기준으로 게이트신호를 인버터부(16)에 보내어 전원공급을 제어하는 게이트구동부(15)로 구성한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
필터캐패시터에서 검출되는 3상전압(Vcu,Vcv,Vcw)을 입력받은 3상/2상변환기(1)는 2상전압으로 변환하여 출력하고 이를 제1고정축/회전축변환기(2)에서 입력받아 회전축상의 변환값으로 다시 변환한 일정한 전압값(Vdf,Vqf)을 각각 제1,2비교부(3)(4)의 반전단자(-)로 출력한다. 이에 상기 제1,2비교부(3)(4)는 그의 비반전단자(+)로 각각 입력되는 기준전압(Vdref)(Vqref)을 비교하고 그에 따른 오차를 제1,2전압용 비례-적분제어기(7)(8)로 출력하여 비례-적분제어를 각각 행한값에 대하여 부하전류기준값(idLf,iqLf)으로 삼도록 하고 이를 제1,2가산기(25)(26)로 각각 출력한다.
또한 필터캐패시터에서 검출되는 부하전류(iLU,iLV,iLW)을 입력받은 3상/2상변환기(17)는 전압검출에서와 마찬가지로 2상전류로 변환하여 출력하고 이를 제3고정축/회전축변환기(18)에서 입력받아 회전축상의 변환값으로 다시 변환한 일정한 직류값으로 변환시키고 이 직류값중 비선형 부하로 인해 맥동하게 되는 교류성분을 제1,2로우 패스필터(19)(20)를 각각 통과시켜 필터링하게 되면 맥동성분만 남게된다. 이 맥동성분을 제5,6비교부(21)(22)에서 직류값과 비교하고 그 차이에 대하여 일정한 이득으로 곱하는 제1,2곱셈기(23)(24)를 통해 제1,2가산기(25)(26)로 출력하면, 상기 제1,2가산기(25)(26)는 제1,2곱셈기(25)(26)의 출력과 제1,2전압용 비례-적분기(7)(8)의 출력을 가산하여 출력한다.
즉, 상기 제1,2로우패스필터(19)(20)를 통해 필터링하면 맥동성분이 남게되는데 이 맥동성분이 부하전류에서 비선형부하로 인해 발생되는 고조파성분이 되므로 제1,2전압용 비례-적분제어기(7)(8)의 결과값과 더하여 상기 제1,2전압용 비례-적분제어기(7)(8)에서 비선형 부하때문에 보상되지 않는 맥동성분을 보상하게 된다.
그리고 이 보상값을 인버터부(16)의 3상전류(iu,iv,iw)를 검출하여 3상/2상변환기(5)와 제2고정축/회전축변환기(6)를 통해 변환된 값(idf.)(iqf)을 제3,4비교부(21)(22)에서 비교하고 제1,2전류용 비례-적분제어기(11)(12)를 통해 그 차이를 최소화시키는 방향으로 제어한다. 이 값은 회전축상의 2상값이므로 이를 다시 회전축/고정축변환기(13)와 2상/3상변환기(14)를 통해 변환시켜 게이트구동부(15)에 보내게 되고 이를 받은 인버터부(16)에서 마이크로프로세서의 파워를 제어하게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 3상/2상변환기와 고정축/회전축변환기를 통해 직류값으로 변환시 비선형적인 부하에서 발생하는 맥동성분만을 따로이 검출하고 이 검출된 값을 제어기상에서 다시 더래 비선형 부하로 인한 에러를 보상하도록 한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 필터캐패시터에서 검출된 3상전압을 2상전압으로 변환하는 3상/2상변환기(1)와, 상기 필터캐패시터에서 검출된 3상부하전류 및 인버터부(16)로 흐르는 3상전류를 2상전류로 변환시키는 3상/2상변환기(5)(17)와, 상기 3상/2상변환기(1,5,17)에서 변환된 2상전압 및 전류를 회전축상의 값으로 변환시키는 제1내지 제3 고정축/회전축변환기(2,6,18)와, 상기 제1고정축/회전축변환기(2)에서 변환된 출력전압과 기준전압(Vdref,Vqref)을 비교하여 그에 따른 오차를 발생시키는 제1,2비교부(3)(4)와, 상기 제3고정축/회전축변환기(18)에서 변환된 두개의 직류값에 대하여 각각 필터링하는 제1,2로우패스필터(19)(20)와, 상기 제3고정축/회전축변환기(18)로부터 출력된 전류의 직류값과 제1,2로우패스필터(19)(20)를 통해 필터링된 전류의 직류값에 대하여 비교하고 그에 따른 오차를 출력하는 제5,6비교부(21)(22)와, 상기 제5,6비교부(21)(22)의 출력전압에 대해 일정한 이득을 곱하는 제1,2곱셈기(23)(24)와, 상기 제1,2비교부(3)(4)를 통해 출력된 오차에 대해 비례-적분제어를 행하여 기준전류값(idLf,iqLf)을 출력하는 제1,2전압용 비례-적분제어기(7)(8)와, 상기 제1,2전압용 비례-적분제어기(7)(8)와 제1,2곱셈기(23)(24)의 출력값을 각각 입력받아 가산하는 제1,2가산기(25)(26)와, 상기 제1,2가산기(25)(26)로부터 출력되는 값과 제2고정축/회전축변환기(6)로부터 각각 출력되는 전류값(idf)(iqf)을 비교하고 그에 따른 오차를 비례-적분제어를 행하는 제3,4전류용 비례-적분제어기(11)(12)로 출력하는 제3,4비교부(9)(10)와, 상기 제3,4전류용 비례-적분제어기(11)(12)로 출력하는 제3,4비교부(9)(10)와, 상기 제3,4전류용 비례-적분제어기(11)(22)를 통해 비례-제어를 행한 결과값에 대해 고정 좌표축상의 값으로 변환시켜 2상/3상변환기(14)로 출력하는 회전축/고정축변환기(13)와, 상기 2상/3상변환기(14)로부터 출력되는 3상변환값을 기준으로 게이트신호를 인버터부(16)에 보내어 전원공급을 제어하는 게이트구동부(15)로 구성됨을 특징으로 하는 3상인버터의 출력전압 제어장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101026281B1 (ko) * 2008-10-20 2011-03-31 엘에스산전 주식회사 능동형 전력필터의 전류제어 장치
KR101527446B1 (ko) * 2013-11-27 2015-06-10 서울과학기술대학교 산학협력단 모델예측제어 기법을 이용한 출력제어방식을 적용한 무정전 전원장치 및 그 제어방법

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KR101527446B1 (ko) * 2013-11-27 2015-06-10 서울과학기술대학교 산학협력단 모델예측제어 기법을 이용한 출력제어방식을 적용한 무정전 전원장치 및 그 제어방법

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