KR100422204B1 - 유도전동기 회전자의 자속각 획득방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도전동기 회전자의 자속각 획득방법에 관한 것으로, 특히 유도전동기를 벡터제어 할 경우 필수적으로 사용되는 회전자의 자속각의 획득방법에 관한 것이다.

Description

유도전동기 회전자의 자속각 획득방법{MAGNETIC FLUX ANGLE ACQUISITION METHOD BY ROTOR OR INDUCTION MOTOR}

본 발명은 유도전동기 회전자의 자속각 획득방법에 관한 것으로, 특히 유도전동기를 벡터제어 할 경우 필수적으로 사용되는 회전자 자속각의 획득방법에 관한 것이다.

일반적으로, 벡터제어기법은 유도전동기의 회전자 자속각을 알아내고, 이를 통해 고정자 전류를 자속성분과 토크성분으로 분리, 독립제어하므로서 유도전동기를 직류전동기와 같은 정도의 높은 제어응답특성을 갖게 한 것인바,

종래의 벡터제어방식은 회전자 자속각을 구하는 방식에 따라 도 1 내지 도 2에서와 같이 직접벡터제어와 간접벡터제어로 크게 구분되고 있다.

여기서, 회전자 자속을 직접측정할 경우, 홀센서나 자속측정코일을 통하여회전자자속의 정보를 얻게 되나, 이 경우 슬롯리플과 자기 통로의 포화에 의해 측정자속이 왜곡되고, 저속에서 자속측정이 부정확하며, 홀센서 등의 장착이 쉽지 않은 문제때문에 자속관측기를 구성하거나 슬립속도를 계산하고 여기에 전동기 속도를 더하여 적분하는 식의 간접적인 방식이 널리 사용되고 있다.

이에, 기존의 간접적인 방식은 회전자 자속각을 추정할 때 유도 전동기의 파라메타 중 회전자 인덕턴스, 고정자 인덕턴스, 상호 인덕턴스, 고정자/회전자 저항 등의 정보를 필요로 하게 된다.

이중 가장 중요한 파라메타는 회전자 저항이나 고정자 저항이고 인덕턴스의 중요성을 덜한 편이다. 저항요소들의 경우 외부의 온도나 몸체의 온도상승에 따라 그 값이 크게 변하는 특징을 가지고 있으며, 인덕턴스의 경우 실제 현장에서 자속명령이 일정하게 주어지기 때문에, 자속레벨에 따른 인덕턴스의 변화나 온도변화에 따른 인덕턴스의 변화는 작다. 이런 이유로 주변 환경에 의해 회전자 자속각 추정기에서 설정한 저항 값과 실제 값과의 오차가 발생하게 되면 결국 정확한 자속의 위치를 추정하지 못하게되어 제어성능을 크게 저하시킨다.

따라서 지금까지의 벡터제어를 위한 많은 연구들은 이들 저항 값을 정확히 추정하는 것에 중점을 두어왔다.

여기서, 유도 전동기 모델은 회전좌표축등가회로에서 다음과 같이 표현할 수 있다.

이다.

기존의 간접 벡터 제어에서 회전자 자속각을 추정하는 방법은 다음과 같다.

식(5), (6)에서 회전자 전류는

위 식(3), (4)에서 회전자전류를 제거하기 식(9), (10)을 대입하면,

여기서,이다.

비간섭 제어시 조건식은

이다.

식(12)에서 비간섭 조건식(13)를 이용하여 식(14)를 얻고

식(11)에서 비간섭 조건식(13)를 이용하여 슬립속도계산 식(15)을 얻어

슬립속도 식(15)을 다시 정리하면,

슬립속도에 모터 회전속도 더하여 회전각 각속도를 구하고,

최종적으로 회전자 자속각을 식(18)과 같이 구한다.

위의 식(16)을 살펴보면 알 수 있듯이 회전자 저항이 변동하면 회전자 자속각계산에 직접적으로 영향을 준다.

기존의 직접 벡터 제어에서 회전자 자속각을 추정하는 방법은 다음과 같다.

고정좌표축에서 우선 고정자 전압, 전류로부터 고정자 자속을 구하고

이를 통해 회전자 자속을 구한다.

여기서,

이다.

회전자 자속으로 부터 다음과 같이 회전자 자속각을 구한다.

이 방법에서 보면 식(19)의 고정자 자속 계산식에서 고정자 저항가 변동하면 회전자 자속각에 영향을 준다.

따라서, 이와 같이 유도전동기를 직류전동기와 같은 높은 제어응답특성을 갖도록 하는데 필요한 회전자 자속각을 기존의 방법으로 구할 경우 회전자 저항이나 고정자 저항값에 대한 부정확한 정보나 그 값의 변동이 제어특성을 저하시킬 수 있기 때문에 실제 유도전동기에 벡터제어를 응용할 경우 특히 운전 중 직접적으로 측정이 불가능한 회전자 저항의 추정 방법을 보강하여 사용하고 있다.

이에, 본 발명은 종래 벡터 제어방법이 갖는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,

본 발명의 목적은 회전자 저항값이나 고정자 저항값을 사용하지 않고 회전자 자속각을 구할 수 있도록 하여 정밀한 유도전동기 제어를 행할 수 있는 유도전동기 회전자의 자속각 획득방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

전동기의 회전자 자속각을 계산을 하는데 있어서 회전자 저항 값이나 고정자 저항 값을 사용하지 않고 구하기 위한 식(22)에서 식(32)에 이르는 회전자 자속각 추정방법

회전좌표축등가회로에서 고정자측의 q축과 d축 전압관계식에서

상기 q축 전압관계식에 d축 고정자 전류를 곱하여 과도식 1을 구하는 1과정과;

상기 d축 전압관계식에 q축 고정자 전류를 곱하여 과도식 2를 구하는 2과정과;

고정자측 저항이 포함 된 항을 제거하기 위해 상기 1,2과정을 통해 얻어진 과도식1에서 과도식 2를 감산하는 3과정과;

상기 3과정을 통해 얻어진 값을 통해 동기각속도을 도출하는 4과정과;

고정자측 자속을 고정자 전류에 관한 식으로 변환을 위해 정상상태에서 비간섭제어 조건식을 고려하여 고정자측의 q축,d축 자속식을 구하는 5과정과;

상기 4과정을 통해 얻어진 동기각속도를 구하는 식에 5과정의 q축,d축 자속식을 대입하여 동기각속도식을 구하므로서, 고정자 저항이나 회전자 저항이 배제된 회전자 자속각를 얻게 되는 6과정;으로 이루어짐을 특징으로 하는 유도전동기 회전자의 자속각 획득방법을 구비하므로서 구현된다.

도 1은 기존 간접벡터제어 블록선도.

도 2는 기존 직접벡터제어 블록선도.

도 3은 본 발명의 벡터제어 블록선도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 벡터제어 블록선도이다.

이에, 본 발명에 따른 유도전동기 회전자 자속각 추정방법은 벡터제어에서 회전자 자속각을 추정하는 방법은 다음과 같다.

회전좌표축등가회로에서 고정자측 전압관계식은

식(22)에를 곱하면

식(23)에를 곱하면

고정자측 저항이 포함된 항을 제거하기 위해 식(24)-식(25)을 하면

식(26)식을 동기각속도에 대해 정리하면 식(27)식이 된다.

식(27)에서 고정자측 자속을 고정자 전류에 관한 식으로 변환을 위해 정상상태에서 비간섭제어 조건식(28)을 고려하면 고정자측 자속은 식(29), 식(30)과 같이 정리된다.

따라서 식(27)에 식(29), (30)을 대입함으로써 동기각 속도식(31)이 구해지고 지령전류가 급격히 변하지 않는다면 식(32)와 같이 약식 된다.

따라서, 회전자 자속각은로 구할 수 있다.

상기 식(31)에서 볼 수 있듯이 식 자체에 고정자 저항이나 회전자 저항을 볼 수 없다.

이에, 유도전동기의 회전자 자속각 계산시 이들 저항값의 부정확성이나 그 값의 변화에 따른 영향력을 배제시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 유도전동기 회전자 자속각 획득방법은 유도전동기 벡터제어가 산업전반에 폭넓게 사용되고 있는 시점에서 기존의 벡터제어시스템으로 보다 정밀한 제어를 위해 회전자 저항값이나 고정자 저항값 또한 이들의 변동을 정확히 알려고 노력해왔던 많은 어려움을 제거시킴과 동시에 이들을 부정확하게 추정함으로 해서 가져왔던 제어특성저하를 최소화할 수 있어 유도전동기를 보다 폭넓은 환경조건에서 보다 정밀한 유도전동기 제어에 활용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 회전좌표축등가회로에서 고정자측의 q축과 d축 전압관계식

   에서

   상기 q축 전압관계식인 상기 식(22)에 d축 고정자 전류를 곱하여

   상기 식(24)를 구하는 1과정과;

   상기 d축 전압관계식인 상기 식(23)에 q축 고정자 전류를 곱하여

   상기 식(25)를 구하는 2과정과;

   고정자측 저항이 포함된 항을 제거하기 위해 상기 1,2과정을 통해 얻어진 상기 식(24)에서 상기 식(25)를 감산하여

   상기 식(26)을 구하는 3과정과;

   상기 3과정을 통해 얻어진 값을 통해 동기각속도

   를 도출하는 4과정과;

   고정자측 자속을 고정자 전류에 관한 식으로 변환을 위해 정상상태에서 비간섭제어 조건식인 상기 식(28)을 고려하여 고정자측의 q축,d축 자속식인 상기 식(29), 상기 식(30)을 각각 구하는 5과정과;

   상기 4과정을 통해 얻어진 동기각속도를 구하는 상기 식(27)에 상기 5과정의 q축,d축 자속식인 상기 식(29), 상기 식(30)을 대입하여 동기 각속도식

   을 구하고, 이에 따라 고정자 저항이나 회전자 저항이 제거된 회전자 자속각

   를 구하는 6과정;으로 이루어짐을 특징으로 하는 유도전동기 회전자의 자속각 획득방법.
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