KR100314723B1 - Off-line parameter estimation method of induction motors for vector control - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도전동기의 오프라인 파라미터 측정 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 인버터가 장착된 상태에서 별도의 측정 장비없이 전동기의 파라미터를 측정할 수 있도록 된 유도전동기의 오프 라인 파라미터 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for off-line parameter measurement of an induction motor, and more particularly, to an off-line parameter measurement method for an induction motor that can measure a parameter of an electric motor without an additional measuring device when an inverter is mounted. .
이를 위하여 본 발명은 우선 인버터의 출력전압과 전류센서를 사용하여 측정한 인버터의 출력 전류로부터 전동기의 고정자 저항을 구할 수 있다. 또한, 데드 타임 보상 시간을 조정함으로써 제어부의 출력전압을 실제 인버터의 출력전압과 동일하게 유지할 수 있다. 다음 d축 여자분 전류를 일정하게 유지하고 전동기의 속도가 속도제한치에 도달할때까지 q축 토오크 전류를 정격으로 인가한다. 이때 q축 회전자 자속 성분에 의해 왜곡되는 인버터의 출력전압을 관찰함으로써 전동기의 회전자 시정수를 측정할 수 있다. 또한, 회전수 시정수 측정시와 같은 운전 방법으로 전동기를 구동할 때 인버터의 출력전압과 속도와 출력토오크와의 관계에서 고정자 인덕턴스, 과도 인덕턴스 및 관성 모멘트를 각각 구할 수 있다.To this end, the present invention can first obtain the stator resistance of the motor from the output voltage of the inverter measured using the output voltage and the current sensor of the inverter. In addition, by adjusting the dead time compensation time, the output voltage of the controller can be kept equal to the output voltage of the actual inverter. Next, keep the d-axis excitation current constant and apply the q-axis torque current at rated speed until the motor speed reaches the speed limit. At this time, the rotor time constant of the motor can be measured by observing the output voltage of the inverter distorted by the q-axis rotor magnetic flux component. In addition, stator inductance, transient inductance, and moment of inertia can be obtained from the relationship between the output voltage, speed, and output torque of the inverter when the motor is driven by the same operation method as the rotation time constant measurement.
Description
본 발명은 유도전동기의 오프라인 파라미터 측정 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 인버터가 장착된 상태에서 별도의 측정 장비없이 전동기의 파라미터를 측정할 수 있도록 된 유도전동기의 오프 라인 파라미터 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for off-line parameter measurement of an induction motor, and more particularly, to an off-line parameter measurement method for an induction motor that can measure a parameter of an electric motor without an additional measuring device when an inverter is mounted. .
일반적으로 오늘날 산업 현장에서 벡터(vector) 제어 알고리즘을 적용한 유도 전동기(Induction Motor)는 고성능의 토오크(torque) 제어가 요구되는 영역으로 그 이용 범위가 점차 확대되고 있다. 이러한 고성능의 구현은 벡터 제어가 제대로 될 때 가능하며, 이를 위해서는 전동기의 파라미터를 정확히 구하는 것이 매우 중요하다.In general, induction motors employing a vector control algorithm in an industrial field are in an area where high performance torque control is required. This high-performance implementation is possible when vector control is in place, and it is very important to accurately determine the parameters of the motor.
따라서, 종래의 유도 전동기의 파라미터를 산출하는 방법이 다수 제안되었는 데, 이러한 방법 중 가장 간단한 방법으로는 모터에 부착된 명판이나 제조업체에서 제공하는 데이터들로부터 전동기의 파라미터를 얻는 것이고, 다른 방법으로는 무부하 시험이나 구속시험과 같은 고전적인 방법으로도 전동기의 파라미터를 구할 수 있다. 그러나, 이렇게 구한 값들은 실제 운전시의 값들과 많은 오차가 발생되게 되어 고성능의 토오크 제어가 요구되는 분야에는 적용하기가 쉽지 않다.Therefore, a number of methods for calculating the parameters of conventional induction motors have been proposed. The simplest of these methods is to obtain the parameters of the motor from the nameplate attached to the motor or data provided by the manufacturer. Motor parameters can also be obtained by classical methods such as no-load tests and restraint tests. However, the values obtained are not easy to be applied to the field requiring high performance torque control because a lot of errors occur with the values in actual operation.
또한, 이러한 종래 파라미터 산출 방법에서는 유도 전동기를 산업 현장 라인에서 분리한 오프라인 상태에서 해당 파라미터를 측정하기 위한 별도의 장비를 장착하여 파라미터를 측정하였다. 따라서, 산업 현장에 적용된 유도 전동기를 타 장비로부터 분리하고, 별도의 측정 장비를 설치하는 작업으로 인해 파라미터 측정에 소요되는 시간이 길어질 뿐만 아니라 작업이 번거로워지는 문제점이 있었다.In addition, the conventional parameter calculation method was equipped with a separate equipment for measuring the corresponding parameter in the offline state in which the induction motor is separated from the industrial field line to measure the parameter. Therefore, the induction motor applied to the industrial site is separated from other equipment, and the installation of a separate measuring equipment not only increases the time required for parameter measurement, but also has a problem of cumbersome work.
따라서, 본 발명에 따른 유도 전동기의 오프라인 파라미터 측정 방법은 실제로 고성능의 토오크 제어가 요구되는 산업 현장에서는 전동기 단독 시험과 같은 별도의 파라미터 설정 기간이 주어지므로 산업 현장의 조건을 고려하여, 구현이 간단하고 오차에 대한 민감도가 높으며 인버터가 장착된 상태에서 별도의 측정장치나 센서들을 필요로 하지 않는 파라미터 추정 방법을 제공하고자 하는 것을 그 목적으로한다.Therefore, since the offline parameter measurement method of the induction motor according to the present invention is actually provided with a separate parameter setting period such as a motor alone test in an industrial site where high-performance torque control is required, it is simple to implement in consideration of industrial conditions. The object of the present invention is to provide a parameter estimation method that is highly sensitive to errors and does not require a separate measuring device or sensors when an inverter is mounted.
도 1은 본 발명을 구현하기 위한 유도 전동기의 구동 시스템의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a drive system of an induction motor for implementing the present invention.
도 2는 본 발명을 구현하기 위한 유도 전동기의 등가 회로도를 도시한 것이다.2 shows an equivalent circuit diagram of an induction motor for implementing the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 유도 전동기의 파라미터 추정 방법을 설명하기 위한 플로우차트를 도시한 것이다.3 is a flowchart illustrating a parameter estimation method of an induction motor according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 회전자 시정수 산출을 위한 유도 전동기의 운전 방법을 보인 파형도이다.4 is a waveform diagram illustrating a method of operating an induction motor for calculating a rotor time constant according to the present invention.
도 5는 회전자 시정수의 변화에 따른 d축 전압의 추이를 나타내는 전압 파형도이다.5 is a voltage waveform diagram showing the transition of the d-axis voltage according to the change of the rotor time constant.
도 6은 회전자 시정수의 수렴 곡선을 나타낸 것이다.6 shows the convergence curve of the rotor time constant.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10...유도전동기 20...전류 센서10 ... induction motor 20 ... current sensor
30...인버터부 40...제어부30 Inverter 40
50...게이트구동부50 ... gate drive
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유도전동기의 오프라인 파라미터 추정 방법은 (a)인버터의 출력 전류 및 출력 전압과의 관계로부터 데드 타임 보상 시간을 산출하고, 산출된 데드 타임 보상 시간을 조정하여 인버터의 스위칭 손실이 포함된 고정자 저항을 추정하는 단계,In order to achieve the above object, the offline parameter estimation method of an induction motor according to the present invention includes (a) calculating a dead time compensation time from a relationship between an output current and an output voltage of an inverter, and adjusting the calculated dead time compensation time. Estimating the stator resistance including the switching losses of the inverter,
(b)상기 고정자 저항이 추정되면, d축 여자분 전류를 일정하게 유지하고, 전동기의 속도가 기설정된 속도 제한값에 도달할 때까지 q축 토오크분 전류를 일정한 값으로 인가하는 단계,(b) if the stator resistance is estimated, maintaining the d-axis excitation current constant and applying the q-axis torque current at a constant value until the speed of the motor reaches a preset speed limit value,
(c)상기 단계(b)에서 전동기의 속도가 속도 제한값에 도달하면, 토오크 전류가 0이 되는 구간에서의 d축 전압으로부터 회전자 시정수를 추정하는 단계,(c) estimating the rotor time constant from the d-axis voltage in the section where the torque current becomes zero when the speed of the motor reaches the speed limit in step (b);
(d)상기 회전자 시정수의 추정이 완료되면, q축 토오크 전류가 정격으로 인가되는 구간에서의 d-q축 고정자 전압식으로부터 고정자 전압과 모터 속도사이의 기울기를 구하여 과도 인덕턴스 및 고정자 인덕턴스를 각각 추정하는 단계,(d) When the estimation of the rotor time constant is completed, the slope between the stator voltage and the motor speed is calculated from the dq-axis stator voltage in the section where the q-axis torque current is applied as a rating, and the transient inductance and stator inductance are estimated, respectively. Steps,
(e)무부하 상태에서 전동기의 고정자 각속도 및 토오크와의 관계식으로부터 관성 모멘트를 추정하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.(e) estimating the moment of inertia from the relationship between the stator angular velocity and torque of the motor in the no-load state.
이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 유도 전동기의 오프라인 파라미터 추정 방법의 구성 및 작용 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation effects of the offline parameter estimation method of the induction motor according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명을 구현하기 위한 유도 전동기의 구동 시스템의 개략적인 구성을 보인 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 유도 전동기의 구동 시스템은 유도 전동기(10)와, 다수의 스위칭 소자에 의해 직류 전압 신호를 스위칭하여 유도 전동기(10)의 각 상에 구동 전원으로 교류 신호를 인가하는 인버터부(30)와, 상기 인버터부(30)의 각 스위칭 소자의 게이트 구동을 제어하는 게이트 구동부(50)와, 상기 인버터부(30)로부터 출력되는 유도 전동기(10)의 구동 전류의 변화를 검출하는 전류 센서(20)와, 상기 유도 전동기(10)의 회전 속도를 검출하는 회전수 검출 센서(미도시)와, 상기 전류 센서(20) 및 회전수 검출 센서의 검출 결과에 따라 상기 인버터부(30)의 스위칭 속도를 제어하도록 상기 게이트 구동부(50)에 소정 제어신호를 출력하는 제어부(controller)(40)를 구비하여 이루어진다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a drive system of an induction motor for implementing the present invention. As shown in FIG. 1, a driving system of an induction motor according to an embodiment switches an DC voltage signal by an induction motor 10 and a plurality of switching elements to drive power on each of the induction motors 10. Of the inverter unit 30 for applying an AC signal, the gate driver 50 for controlling the gate driving of each switching element of the inverter unit 30, and the induction motor 10 output from the inverter unit 30. The detection result of the current sensor 20 which detects the change of a drive current, the rotation speed detection sensor (not shown) which detects the rotation speed of the induction motor 10, and the said current sensor 20 and the rotation speed detection sensor. The controller 40 is provided with a controller 40 for outputting a predetermined control signal to the gate driver 50 to control the switching speed of the inverter unit 30.
전술한 구성에 있어서, 일실시예로서 상기 게이트 구동부(세미크론사SKHI22)(50)는 약 2.7[㎲]의 데드 타임을 발생하도록 설정되어 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서의 유도 전동기는 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이 정격 및 제어 상수값이 설정된다.In the above-described configuration, as one embodiment, the gate driver (semiconductor SKHI22) 50 is set to generate a dead time of about 2.7 [ms]. In addition, the induction motor in the system according to an embodiment of the present invention is set to the rating and control constant value as shown in Table 1 below.
도 2는 본 발명을 구현하기 위한 유도 전동기의 등가 회로도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유도 전동기(10)는 크게 전기계의 파라미터 및 기계계의 파라미터로 구성되어 있으며 본 발명에서 추정하고자 하는 유도 전동기의 파라미터는 다음과 같다.2 shows an equivalent circuit diagram of an induction motor for implementing the present invention. As shown in FIG. 2, the induction motor 10 is largely composed of parameters of an electric system and parameters of a mechanical system, and the parameters of the induction motor to be estimated in the present invention are as follows.
rS: 고정자 저항r S : Stator resistance
τr: 회전자 시정수(Lr/rr)τ r : Rotor time constant (L r / r r )
Lσ: 과도 인덕턴스()L σ : transient inductance ( )
LS: 고정자 인덕턴스L S : Stator Inductance
Jm: 관성 모멘트J m : Moment of Inertia
도 3은 본 발명에 따른 유도 전동기의 파라미터 추정 방법을 설명하기 위한 플로우차트를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유도 전동기의 파라미터 측정 방법에서는 먼저, 고정자 저항 및 데드 타임 보상 시간의 보정을 수행하게 된다.3 is a flowchart illustrating a parameter estimation method of an induction motor according to the present invention. As shown in FIG. 3, in the parameter measuring method of the induction motor according to the present invention, first, correction of the stator resistance and the dead time compensation time is performed.
단계(s10)에서 본 발명에 따른 유도 전동기의 파라미터 추정 방법에 의한 고정자 저항(rS)의 측정은 제어부(40)의 출력 전류(iout)를 일정한 간격으로 정격 전류까지 증가시킬 때 각 시점에서의 제어부(40)의 출력 전압(Vout)을 측정하여 출력 전압(Vout)과 출력 전류(iout)와의 관계에서 기울기(slope)와 Y절편을 측정함으로써 전동기의 고정자 저항(rS)과 데드 타임(dead time) 보상 시간을 측정할 수 있다.In step s10, the measurement of the stator resistance r S by the parameter estimation method of the induction motor according to the present invention is performed at each time point when the output current iout of the controller 40 is increased to the rated current at regular intervals. by measuring the output voltage (V out) of the controller 40, the output voltage (V out) and the output current (i out), the stator resistance of the motor by measuring the gradient (slope) and the Y-intercept in the relationship with (r S) and dead Dead time compensation time can be measured.
또한, 단계(s12)에서 인버터(30)의 출력 전압(Vout)에는 다음의 수학식 1에서 보는 바와 같이, 유도기의 고정자 저항에 의한 전압 강하 성분(rstator)과 인버터(30)의 스위칭 소자나 환류 다이오드에 의한 전압 강하 성분(rswitch)등이 포함되어 있을 뿐 아니라 데드 타임(Vdead)이나 전류 센서의 오프셋(Voffset)등에 의해 나타나는 비선형적인 성분도 함께 포함되어 있다.In addition, in step S12, the output voltage V out of the inverter 30 includes the voltage drop component r stator and the switching element of the inverter 30 due to the stator resistance of the inductor, as shown in Equation 1 below. In addition to the voltage drop component (r switch ) caused by the freewheeling diode, the non-linear component represented by dead time (V dead ) or the current sensor offset (V offset ) is also included.
따라서, 유도 전동기(10)의 고정자 저항(rstator)과 스위칭 손실 저항(rSW)의 합에 해당하는 선형 성분 즉, 측정하고자 하는 고정자 저항(rS)은 상기 단계(s10)에서 측정한 전압과 전류사이의 기울기(slope)에서 추정할 수 있다.Therefore, the linear component corresponding to the sum of the stator resistance (r stator ) and the switching loss resistance (r SW ) of the induction motor 10, that is, the stator resistance (r S ) to be measured is the voltage measured in the step (s10). It can be estimated from the slope between and current.
또한, 스위칭 소자에 의한 데드 타임이나 전류 센서(20)의 오프셋과 같은 비선형 전압 성분(vdead)(voffset)은 전압과 전류사이의 Y 절편, ycept(Vout,iout)에서 구할 수 있다. 이때 전류 센서(20)의 오프셋에 의한 전압 성분(voffset)은 초기 루틴에서 오프셋을 계산한 후 전류 측정시마다 이를 보상하여 그 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 제어부(40)의 출력 전압에 존재하는 비선형 성분은 주로 데드 타임 보상 오차에 해당하는 값이 된다. 그러므로 출력 전압에서 비선형 성분은 데드 타임 보상 시간(Tdead-time)을 조절함으로써 제거할 수 있고, 이 경우에 제어부(40)의 출력 전압과 실제 전압은 동일하다고 볼 수 있다. 이때, 데드 타임 보상 시간을 조절하기 위한 관계식은 다음의 수학식 2에 표시된 바와 같다.In addition, the nonlinear voltage component v dead (v offset ), such as dead time by the switching element or the offset of the current sensor 20, can be obtained from the Y intercept between the voltage and the current, ycept (V out , i out ). . In this case, the voltage component (v offset ) due to the offset of the current sensor 20 may be compensated for each current measurement after calculating the offset in the initial routine to minimize the effect. Accordingly, the nonlinear component present in the output voltage of the controller 40 is mainly a value corresponding to the dead time compensation error. Therefore, the nonlinear component in the output voltage can be removed by adjusting the dead time compensation time T dead-time , in which case the output voltage of the controller 40 and the actual voltage can be considered to be the same. In this case, the relation for adjusting the dead time compensation time is as shown in Equation 2 below.
따라서, 단계(s14)에서는 상기 단계(s12)에서 산출된 데드 타임 보상 오차에 의한 비선형 성분인 y절편의 값 즉, ycept(Vout,iout)이 허용치로 기설정된 일정값(ε)이하인가를 비교하고, y절편값이 허용치(ε)보다 큰 경우에는 단계(s20)으로 진행하여 상기 수학식 2에 의한 데드 타임 보상을 수행하고, 다시 상기 단계(s10)이하를 반복하여 제어부(40)의 출력전압의 데드 타임을 허용치이하로 보상하게 된다.Therefore, in step s14, the value of the y-intercept, i.e., ycept (Vout, iout), which is a nonlinear component due to the dead time compensation error calculated in step s12, is compared with a predetermined value (ε) or less as a predetermined value is compared. If the y-intercept value is larger than the allowable value ε, the process proceeds to step S20 to perform the dead time compensation according to Equation 2 above, and the step S10 or less is repeated to output the control unit 40. The dead time of the voltage is compensated below the allowable value.
이러한 반복 과정에 의해 비선형 성분이 허용치이하로 조정된 경우에 단계(s16)으로 진행하여 상기 단계(S12)의 전압,전류 관계에 따라 산출된 기울기를 추정하고자 하는 고정자 저항(rS)으로 설정한다. 또한, 단계(s18)에서는 y절편값이 허용치(ε)이하로 된 시점에서 조정된 데드 타임 보상 시간(Tdead_comp(n))을 유도 전동기의 데드 타임 보상 시간(Tdead)으로 설정하게 된다.When the non-linear component is adjusted to the allowable value or less by this iterative process, the process proceeds to step s16 and sets the stator resistance r S to be estimated in accordance with the voltage and current relationship of the step S12. . Further, in step s18, the dead time compensation time T dead_comp (n) adjusted at the time when the y-intercept value becomes equal to or less than the tolerance ε is set as the dead time compensation time T dead of the induction motor.
도 4는 본 발명에 따른 회전자 시정수 산출을 위한 유도 전동기의 운전 방법을 보인 파형도이다. 단계(s30)에서는 추정하고자 하는 유도 전동기의 파라미터중에서 회전자 시정수(τr=Lr/rr)를 측정하기 위하여 유도 전동기를 도 4에 도시된 동작 조건 즉, d축 여자분 전류()를 정격 여자 전류()로 일정하게 유지하고, 단계(s32) 및 단계(s34)에서 전동기의 구동 속도(ωrpm)가 제한속도(ωlimit)에 도달할 때까지 q축 토오크 전류()를 정격 토오크 전류()로 인가한다.4 is a waveform diagram illustrating a method of operating an induction motor for calculating a rotor time constant according to the present invention. In step S30, in order to measure the rotor time constant (τ r = Lr / r r ) among the parameters of the induction motor to be estimated, the operating condition shown in FIG. 4, that is, the d-axis excitation current ( Rated excitation current ), And the q-axis torque current () until the drive speed (ω rpm ) of the motor reaches the speed limit (ω limit ) in steps s32 and s34. Rated torque current ( Is applied.
또한, 단계(s34)에서 유도 전동기(10)의 구동 속도가 제한속도에 도달하게 되면,단계(s36)에서는 q축 토오크분 전류를 '0'으로 인가한다. 이때, 토오크분 전류가 '0'이 되는 영역에서의 d축 고정자 전압()을 시간축상으로 표현하면, 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있으며, 이때, d축 고정자 전압()을 고찰함으로써 회전자 시정수(τr)를 추정할 수 있다.In addition, when the driving speed of the induction motor 10 reaches the speed limit in step S34, the q-axis torque current is applied as '0' in step S36. At this time, the d-axis stator voltage in the region where the torque current becomes '0' ( ) On the time axis, can be expressed as Equation 3 below, where the d-axis stator voltage ( ), The rotor time constant τ r can be estimated.
이때,은 d축 회전자 자속의 초기치이고,은 q축 회전자 자속의 초기치를 나타낸 것이다.At this time, Is the initial value of the d-axis rotor flux, Is the initial value of the q-axis rotor magnetic flux.
한편, 동기 좌표축으로 표현한 d축 전압은 벡터 제어가 완벽하게 수행되어 d축 자속 성분만 존재하고, q축 차속성분은 없을 때 즉,일 때, 시간에 관계없이 고정자 저항과 d축 전류의 곱()에 해당하는 크기만을 갖게 된다.On the other hand, the d-axis voltage expressed in the synchronous coordinate axis is when the vector control is completely performed so that only the d-axis magnetic flux component is present, there is no q-axis vehicle speed component, Is the product of the stator resistance and the d-axis current, regardless of time. Will only have a size equivalent to
또한, 수학식 3의 d축 고정자 전압의 시변항()과 회전자 시정수의 역수(1/τr)는 아래에 도시한 표 2과 같은 관계를 가지므로 벡터 제어에서 자속의 위상을 계산하는 데 중요한 파라미터인 회전자 시정수(τr)는 시변항을 관찰하여 측정할 수 있다.In addition, the time-varying term of the d-axis stator voltage ) And the inverse of the rotor time constant (1 / τ r ) have the relationship as shown in Table 2 below, so the rotor time constant (τ r ), which is an important parameter for calculating the phase of magnetic flux in vector control, is Can be measured by observing the term.
한편, 도 5는 회전자 시정수의 변화에 따른 d축 전압의 추이를 나타내는 전압 파형도로써,(a)는 토오크분 전류, (b)는 회전자시정수의 역수의 추정치가 실제치와 같을 때의 전압 파형이고, (c)는 추정치가 실제치보타 10%작을때,(d)는 추정치가실제치보다 10% 클때의 d축 전압의 추이를 보인 것이다. 또한, 도 6은 회전자 시정수의 수렴 곡선을 나타낸 것이다.On the other hand, Figure 5 is a voltage waveform diagram showing the trend of the d-axis voltage according to the change of the rotor time constant, (a) is the torque-minute current, (b) is when the estimated value of the inverse of the rotor time constant is equal to the actual value (C) shows the trend of the d-axis voltage when the estimate is 10% smaller than the actual value and (d) is 10% larger than the actual value. 6 illustrates a convergence curve of the rotor time constant.
따라서, 단계(s38)에서는 d축 전압의 시변항()이 회전자 시정수(τr)의 3~5배 정도의 시간이 경과하면 거의 소멸되므로 그 시간동안의 시변항을 합산한 후 atan()함수의 입력으로 하고, 단계(s40) 및 단계(s42)에서 상기 atan()의 출력값이 기설정된 허용값(ε)에 수렴할 때까지 회전자 시정수의 역수(1/τr= Invτr)를 반복하여 튜닝한다. 이때, 회전자 시정수의 역수의 튜닝은 다음의 수학식 4에 의해 수행된다.Therefore, in step s38, the time-varying term of the d-axis voltage ( ) Is almost disappeared after 3 ~ 5 times the rotor time constant (τ r ). In s42), the inverse of the rotor time constant (1 / τ r = Invτ r ) is repeatedly tuned until the output value of the atan () converges to a predetermined allowable value ε. At this time, the tuning of the reciprocal of the rotor time constant is performed by the following equation (4).
여기서, K1은 파라미터의 변동폭을 결정하는 상수이고, K2는 atan()의 입력값이 제어범위에 포함되도록 하는 상수이며,는 회전자 시정수의 3~5 배 시간동안의 시변항의 합을 나타낸 것이다.Here, K 1 is a constant that determines the fluctuation range of the parameter, K 2 is a constant such that the input value of atan () is included in the control range, Is the sum of the time-varying terms over three to five times the rotor time constant.
따라서, 단계(s44)에서는 상기 단계(s40)의 비교결과 시변항의 합이 기설정된 허용 범위(ε)이하인 경우의 회전자 시정수의 역수로부터 추정하고자 하는 회전자 시정수(τr)를 얻을 수 있다.Therefore, in step s44, the rotor time constant τ r to be estimated can be obtained from the inverse of the rotor time constant when the sum of the time-varying terms is less than or equal to the predetermined allowable range ε in the comparison result of step s40. have.
한편, 과도 인덕턴스(Lσ)와 고정자 인덕턴스(LS) 및 관성 모멘트(Jm)는 앞에서 회전자 시정수(τr)를 추정할 때 사용한 방법과 동일하게 단계(s60)에서 q축토오크전류를 정격 토오크분 전류로 인가하여 유도 전동기(10)를 구동시키게 된다. 이때, 회전자 시정수의 추정은 토오크분 전류가 '0'으로 되는 구간에서 d축 고정자 전압을 고찰함으로써 구현된 반면, 인덕턴스(Lσ,Ls)와 관성 모멘트(Jm)의 추정은 토오크분 전류가 정격으로 인가되는 구간에서 d-q축 고정자 전압()과 모터 속도(ωr)를 고찰함으로써 가능하다.On the other hand, the transient inductance (L σ ), stator inductance (L S ) and moment of inertia (J m ) are the same as the method used when estimating the rotor time constant (τ r ) in the q-axis torque current in step S60. Is applied as the rated torque current to drive the induction motor 10. At this time, the estimation of the rotor time constant is implemented by considering the d-axis stator voltage in the section where the torque-minute current becomes '0', whereas the estimation of the inductance (L σ , Ls) and the moment of inertia (Jm) is the torque-minute current. Stator voltage in the section where ) And motor speed ω r .
즉, 인덕턴스를 추정하는 경우에는 회전자 시정수(τr)가 정확히 설정되었다면 이때 벡터 제어가 제대로 수행된다고 판단할 수 있으므로 q축 토오크 전류가 인가되는 영역에서의 d-q축 고정자 전압()()은 각각 수학식 5과 같이 나타낼 수 있다.That is, in the case of estimating inductance, if the rotor time constant τ r is set correctly, it can be determined that the vector control is performed properly. Therefore, the dq-axis stator voltage (in the region where the q-axis torque current is applied) ) ( ) Can be represented by Equation 5, respectively.
따라서, 단계(s62)에서 상기의 수학식 6에서 d-q축 고정자 전압()과 모터의 속도(ωr)와의 관계에서 기울기(slope)를 구하여 과도 인덕턴스(Lσ)와 고정자 인덕턴스(LS)를 각각 추정할 수 있으며 이는 다음의 수학식 6에 나타낸 바와 같다.Therefore, in step S62, the dq-axis stator voltage ) And the inductance (L σ ) and stator inductance (L S ) can be estimated by calculating the slope from the relationship between the motor speed (ω r ) and this is shown in Equation 6 below.
한편, 단계(s64)에서 관성모멘트(Jm)는 무부하상태()에서 다음의 수학식 7과 같은 식으로부터 구할 수 있다.On the other hand, the moment of inertia (J m ) in the step (s64) is a no-load state ( ) Can be obtained from the following equation (7).
상기의 방법에 의하여 측정된 유도 전동기의 파라미터들로 10회 반복한 평균값과 평균값에 대한 최대 오차의 백분율을 구하여 나타내면 표 3과 같다. 이때, 표 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의하여 측정된 유도 전동기의 파라미터는 상당히 안정적임을 알 수 있다.Table 3 shows the average of the average value repeated 10 times with the parameters of the induction motor measured by the above method and the percentage of the maximum error with respect to the average value. At this time, as shown in Table 3, it can be seen that the parameters of the induction motor measured by the present invention is quite stable.
본 발명에 따른 유도 전동기의 오프라인 파라미터 추정 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.The offline parameter estimation method of the induction motor according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be variously modified and implemented within the range permitted by the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유도 전동기의 오프라인 파라미터 추정 방법에서는 파라미터 측정을 위한 별도의 하드웨어적인 장비를 추가적으로 설치하지 않고 인버터를 장착한 상태에서 유도 전동기의 파라미터를 측정할 수 있다. 또한, 파라미터 측정을 위하여 유도 전동기로부터 인버터 및 시스템 설비를 분리할 필요가 없고 측정장비와의 연결등의 작업이 불필요하여 유도 전동기의 파라미터 측정이 용이하게 되므로 새로 신설되는 시스템 뿐만 아니라 기존에 설치되어 있는 유도 전동기에도 쉽게 적용하여 고성능의 벡터 제어를 구현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.As described above, in the offline parameter estimation method of the induction motor according to the present invention, the parameters of the induction motor can be measured in the state where the inverter is mounted without additionally installing additional hardware equipment for parameter measurement. In addition, it is not necessary to separate the inverter and system equipment from the induction motor for parameter measurement, and it is easy to measure the parameters of the induction motor because it is not necessary to connect the measuring equipment and the like. It can be easily applied to induction motors to achieve high-performance vector control.
더불어 추정 알고리즘이 단순하여 연산량이 적으며, 추정 파라미터의 오차에 대한 민감도가 높으므로 정확한 파라미터의 추정이 가능한 이점을 얻을 수 있게 된다.In addition, since the estimation algorithm is simple, the amount of calculation is small, and the sensitivity to the error of the estimation parameter is high, so that an accurate parameter estimation can be obtained.
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