KR100459127B1 - 모터의 상 전류 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터로 인가되는 3상 전류를 감지하기 위한 상 전류 감지부와 제어부가 연계 구성된 모터의 상 전류 검출 방법에 관한 것으로, 상기 제어부에서 상기 상 전류 감지부를 통해 감지된 3상(A,B,C) 전류 값을 차례로 읽어들이는 단계, 상기 제어부에서 상기 읽어들인 3상 전류 값 중 듀티 비가 가장 큰 C상의 전류 값을 버리고 A상과 B상의 전류를 검출하는 단계, 상기 제어부에서 A상과 B상의 전류 값을 더한 값의 음수를 취하여 C상의 전류 값을 검출하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

Description

모터의 상 전류 검출 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for Sensing Phase Current in a Motor}

본 발명은 모터에 관한 것으로서, 특히 모터의 상 전류 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 모터는 유도 전동기 드라이버에서의 상 전류의 크기를 검출하는 일은 매우 중요하다. 왜냐하면, 토크 증강, 슬립(slip) 보상, 스톨(stall) 방지, 데드 타임(dead time) 보상 등 RF 방식의 인버터의 거의 모든 제어 알고리즘에는 전류의 크기에 대한 정보가 필요하기 때문이다.

통상 산업 현장에서 사용되고 있는 모터는 3상(S, T, R) 유도 전동기이며, 따라서, 어느 한 상의 전류는 3상 대칭 형태를 가지는 사인파 교류이다. 그러므로, 각 상의 전류는 계속 변화하며, 따라서, 어느 한 상의 전류 감지에 의해 전류의 크기를 계산한다는 것은 불가능한 일이다.

결국, 종래에는 2상의 전류를 감지한 후, A/D(아날로그-디지털) 변환기를 거쳐 소정의 연산 프로그램이 입력되어 있는 제어부에 의해 전류의 크기를 계산하는 방식이 통상적으로 사용되어져 왔다.

종래의 상 전류 검출 장치는 모터(11)로 상 전류를 위상 제어를 통해 공급하는 인버터부(12)와, 상기 인버터부(12)의 각 상 전류를 감지하는 상 전류 감지부(13)와, 상기 상 전류 감지부(13)로부터 출력되는 아날로그 상 전류 값을 디지털로 변환하여 인식하고 그에 따라 인버터를 제어하는 제어부(14)로 구성된다.

이때 상기 인버터부(12)는 제어부(14)의 제어에 따라 3상 전류를 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 듀티 비(Duty ratio) 제어를 수행한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, A,B,C 각 상에 대해 듀티 비를 달리하여 제어하는데, 도 2의 경우 A상의 듀티 비가 가장 크다.

이와 같이 구성된 상 전류 검출회로를 이용한 상 전류 검출방법은 도 3과 같이, 모터로부터 인가되는 3상(예를 들어, A,B,C)의 신호 중 2상만을 선택하여 감지한다.

즉, A상의 전류(I_A)를 읽고(S201), B상의 전류(I_B)를 읽은(S202) 후, 나머지 C상의 전류는 상기 A상과 B상의 전류를 더한 후, 더한 값의 음의 값(-(I_A+ I_B))으로 구한다(S203).

이러한 상 전류 검출 방법은 "3상의 전류합은 '0'이다"라는 원리를 이용한 것이다.

이때, 상기 각 상의 PWM 신호 중, 듀티 비가 큰 A상의 PWM 신호의 경우, 상 전류 감지 회로에서 노이즈가 발생하여 반응 속도의 지연이 발생했다면, 상기 A상의 전류 값 자체에도 이상이 생기지만, A상의 전류 값과 이어 감지하는 B상의 전류 값으로 감지하는 C상의 전류 값은 그 값을 신뢰할 수 없게 된다.

특히, 상기 상 전류 감지부(13)에는 각 상(A, B, C상)의 반전 전류 값을 증폭시키는 증폭기와, 각 증폭기별로 저항 또는 다이오드 소자가 부가적으로 구성된다.

따라서, 일반적인 상 전류 검출 장치에서 구성되는 증폭기 등에서 반응 속도 등의 영향으로 감지하는 한 상의 듀티 비가 클 경우의 그 상의 전류 감지 값은 부정확하게 되어 신뢰성을 잃게 된다.

상기와 같은 종래의 상 전류 검출 방법은 먼저, 2상의 전류 값을 감지한 후,상기 2상의 전류 값을 합한 값의 음의 값으로 나머지 한 상의 전류 값을 구하였다.

이때, 먼저 감지된 2상 중 어느 하나라도 듀티 비가 클 경우 즉, 1에 가까운 경우, 감지시의 스위칭 노이즈(switching noise)가 발생하거나 상 전류 감지 회로에 구성되는 증폭기의 반응 속도가 이상이 있을 경우, 상기 상 전류를 이용하여 구해지는 나머지 한 상의 전류 값 또한 그 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 듀티 비에 상관없이 정확한 상 전류 감지가 가능하도록 한 모터의 상 전류 검출 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 모터의 상 전류 검출 장치를 나타낸 회로도

도 2는 3상 전류의 듀티 비 제어방법을 나타낸 타이밍도

도 3은 종래의 기술에 따른 모터의 상 전류 검출 방법을 나타낸 플로우 차트

도 4는 본 발명에 따른 상 전류 검출 장치를 나타낸 회로도

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모터의 상 전류 검출 방법을 나타낸 플로우 차트

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모터의 상 전류 검출 방법을 나타낸 플로우 차트

도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

11 : 모터 12 : 인버터부

43 : 상 전류 감지부 44 : 제어부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터의 상 전류 검출장치는 모터로 인가되는 3상(A, B, C)에 각각 연결되어 각 상의 전류를 검출하기 위한 상전류 감지부, 상기 상전류 감지부에서 검출된 A, B 및 C상의 전류 값을 차례로 읽어들이고, 상기 읽어들인 A, B 및 C상의 전류 값 중 듀티 비가 가장 큰 C상의 전류 값을 버린 후 상기 A상과 B상의 전류 값을 더한 값에 음수를 취하여 이를 C상의 전류값으로 판단하는 제어부를 포함하여 구성되는데 그 특징이 있다.그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모터의 상 전류 검출 방법은 모터로 인가되는 3상 전류를 감지하기 위한 상 전류 감지부와 제어부가 연계 구성된 모터의 상 전류 검출 방법에 있어서, 상기 제어부에서 상기 상 전류 감지부를 통해 감지된 3상(A,B,C) 전류 값을 차례로 읽어들이는 단계와, 상기 제어부에서 상기 읽어들인 3상 전류 값 중 듀티 비가 가장 큰 C상의 전류 값을 버리고 A상과 B상의 전류를 검출하는 단계와, 상기 제어부에서 A상과 B상의 전류 값을 더한 값의 음수를 취하여 C상의 전류 값을 검출하는 단계를 포함함에 그 특징이 있다.

또한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모터의 상 전류 검출 방법은 모터로 인가되는 3상 전류 값을 감지하기 위한 상 전류 감지부와 제어부가 연계 구성된 모터에 있어서, 상기 제어부에서 상기 상 전류 감지회로를 통해 모터로 인가되는 3상(A, B, C) 전류중 듀티 비가 가장 큰 A상을 제외한 B상 및 C상의 전류 값을 차례로 검출하는 단계와, 상기 제어부에서 B상 및 C상의 전류 값을 더한 값의 음수를 취하여 A상의 전류 값을 검출하는 단계를 포함함에 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 상 전류 검출 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 상 전류 검출 장치를 나타낸 회로도, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모터의 상 전류 검출 방법을 나타낸 플로우 차트이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 상 전류 검출 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

본 발명의 상 전류 검출 장치는 도 4와 같이, 인버터부(12)의 3상(A, B, C) 각각에 대해 상 전류 감지부(43)가 연결되고 상기 상 전류 감지부(43)의 출력이 모두 제어부(44)로 연결되도록 구성되며, 상기 제어부(44)는 상기 상 전류 감지부(43)에서 검출된 각 상(A, B, C)의 전류 값을 읽어들이고 각 상(A, B, C)의 듀티 비에 따라 상 전류를 감지하도록 프로그램되어 구성된다.

따라서 상기 제어부(44)가 상기 상 전류 감지부(43)의 출력을 이용하여 상 전류를 감지하는 방법을 제 1 및 제 2 실시예를 설명하면 다음과 같다.

- 제1 실시예 -

본 발명 제 1 실시예의 상 전류 검출 방법은 도 5와 같이, 먼저, 상기 상 전류 감지부(43)의 출력을 이용하여 제어부(44)에서 A상, B상, C상의 전류를 차례로 읽어낸다(S501, S502, S503).

이어서, 상기 A, B, C상 중 듀티 비가 제일 큰 상(예를 들어, C상)의 전류 측정치는 버린다(S504).

이때 A상과 B상의 전류 값은 검출된 상태이므로 C상의 전류만 구하면 되는데, 3상 전류의 합은 0(I_A+ I_B+ I_C= 0)이라는 원리를 이용하면 C상의 전류는 나머지 두 상(A상, B상)의 전류의 합의 음의 값이다.

즉, I_C(C상 전류 값) = -{I_A(A상 전류 값) + I_B(B상 전류 값)}

이와 같이, 3상의 PWM 파형 상태와 관계없이, 정확도가 높은 두 개의 전류 측정치로부터 3 상의 전류 값을 구해내므로, 보다 신뢰성 높은 전류 값을 구할 수 있다.

- 제2 실시예 -

본 발명 제 2 실시예의 상 전류 검출 방법은 먼저, 상기 제어부(44)는 듀티 비가 가장 큰 상(예를 들어, C상)의 전류 값을 판단하여 검출하지 않도록 프로그램한다.

이어, 도 6과 같이, 상기 상전류 감지부(43)의 출력을 이용하여 상기 제어부(44)를 통해 C상을 제외한 A상, B상의 전류 값을 검출한다(S601).

검출되지 않은 C상의 전류만 구하면 되는데, 3상 전류의 합은 0(I_A+ I_B+ I_C= 0)이므로, C상의 전류 값은 나머지 두 상(A상, B상)의 전류의 합의 음의 값이다.

즉, I_C(C상 전류 값) = -{I_A(A상 전류 값) + I_B(B상 전류 값)}

이와 같이, 직접 A, B상의 전류 값을 검출하고, 상기 A, B상의 전류 값을 이용하여 C상의 전류 값을 구할 수 있다.

이 경우는 미리 상기 제어부(44)에서 듀티 비가 가장 큰 값을 제하도록 미리 프로그램하였기 때문에, 종래와 같이, 듀티 비가 높은 전류 신호를 이용하여 나머지 한 상의 전류 값을 감지했을 때 발생하던 상 전류 값이 부정확하게 측정하는 데에 대한 예방이 된다.

상기와 같은 본 발명의 모터의 상 전류 검출장치 및 그 방법은 3상의 펄스 폭 변조(PWM : Pulse Width Modulation) 파형 상태와 관계없이, 정확도가 높은 두 개의 전류 측정치로부터 3상의 전류 값을 구해내므로, 보다 전류를 정확하게 구할 수 있게 되고, 이로써 이러한 상 전류 검출 방법을 이용하는 제어장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 모터로 인가되는 3상 전류를 감지하기 위한 상 전류 감지부와 제어부가 연계 구성된 모터의 상 전류 검출 방법에 있어서,

   상기 제어부에서 상기 상 전류 감지부를 통해 감지된 3상(A, B, C) 전류 값을 차례로 읽어들이는 단계,

   상기 제어부에서 상기 읽어들인 3상 전류 값 중 듀티 비가 가장 큰 C상의 전류 값을 버리고 A상과 B상의 전류를 검출하는 단계,

   상기 제어부에서 A상과 B상의 전류 값을 더한 값의 음수를 취하여 C상의 전류 값을 검출하는 단계를 포함하는 모터의 상 전류 검출 방법.
2. 모터로 인가되는 3상 전류 값을 감지하기 위한 상 전류 감지부와 제어부가 연계 구성된 모터의 상 전류 검출 방법에 있어서,

   상기 제어부에서 상기 상 전류 감지회로를 통해 모터로 인가되는 3상(A, B, C) 전류중 듀티 비가 가장 큰 A상을 제외한 B상 및 C상의 전류 값을 차례로 검출하는 단계,

   상기 제어부에서 B상 및 C상의 전류 값을 더한 값의 음수를 취하여 A상의 전류 값을 검출하는 단계를 포함하는 모터의 상 전류 검출 방법.
3. 모터로 인가되는 3상(A, B, C)에 각각 연결되어 각 상의 전류를 검출하기 위한 상전류 감지부,

   상기 상전류 감지부에서 검출된 A, B 및 C상의 전류 값을 차례로 읽어들이고, 상기 읽어들인 A, B 및 C상의 전류 값 중 듀티 비가 가장 큰 C상의 전류 값을 버린 후 상기 A상과 B상의 전류 값을 더한 값에 음수를 취하여 이를 C상의 전류값으로 판단하는 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 모터의 상 전류 검출장치.