KR100492756B1 - 유도전동기의 자화전류 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도전동기의 자화전류 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동기와 부하측을 분리하지 않고 정지상태에서 유도전동기의 자화전류를 연산, 측정할 수 있도록 한 유도전동기의 자화전류 측정방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 유도 전동기의 자화전류를 측정함에 있어서, 유도 전동기의 정지 상태시 인버터를 통하여 저주파의 q축 전류를 인가하여, q축 2차측 쇄교 자속을 검출하는 제1 단계와; 상기 검출된 q축 2차측 쇄교 자속과 상기 q축 고정자 전류를 통해 2차측 쇄교 자속을 추정하는 제2 단계와; 상기 추정된 2차측 쇄교 자속과 검출된 2차측 쇄교 자속이 일치되도록 추정 변수를 가변시키는 제3 단계와; 상기 추정 변수와 기지값인 고정자 저항과 인덕턴스를 이용하여 자화전류를 측정하는 제4 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

유도전동기의 자화전류 측정방법{METHOD FOR MEASURING MAGNETIZING CURRENT OF INDUCTION MOTOR}

본 발명은 유도전동기의 자화전류 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동기와 부하측을 분리하지 않고 정지상태에서 유도전동기의 자화전류를 연산, 측정할 수 있도록 한 유도전동기의 자화전류 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유도 전동기의 자화전류는 유도전동기의 벡터 제어계에 있어서 전동기에 자속을 형성시키기 위하여 필요한 자속 지령의 크기를 결정하는 전동기의 중요한 파라미터중의 하나이다.

자속 지령치가 실제치보다 크면 전동기가 과여자 상태로 되고 반대로 실제치보다 작으면 부족여자 상태로 되어 최적의 전동기의 토오크 제어성능을 얻을수 없다.

따라서, 우수한 토오크 제어 성능을 얻기 위해서는 정확한 자화 전류값이 필요하여 종래에는 도 1에 도시된 바와 같은 방법으로 유도전동기의 자화전류를 측정하였다.

즉, 3상 교류전원(1)의 U상에 전류계(2)를 연결하여 유도 전동기(3)를 무부하 상태로 회전시켜 그때 흐르는 전류를 상기 전류계(2)의 지시값으로 측정한다.

이때, 상기 유도 전동기(3)의 축을 부하와 분리하여 무부하 상태로 만든 후에 3상 교류전원(60Hz)을 인가하여 유도 전동기(3)를 회전시킨다. 이 상태에서 상기 유도 전동기(3)의 슬립은 거의 0이므로, 이때 흐르는 전류를 상기 유도 전동기(3)의 자화전류라 간주한다.

따라서, 종래 유도 전동기(3)의 자화전류를 측정하기 위해서는 유도 전동기(3)와 부하를 분리시켜 무부하 상태로 만든 후에 그 유도 전동기(3)를 회전시켜 전류계(2)의 지시값으로 자화전류를 측정한다.

즉, 종래 유도 전동기의 자화전류 측정방법은 무부하 시험을 통해 자화전류를 측정해야만 한다.

그러나, 종래 유도 전동기의 자화전류 측정을 위하여 무부하 시험을 하는 경우 유도 전동기를 부하로부터 분리하여 무부하 운전을 시키기 어려운 경우, 즉, 엘리베이터와 같이 유도 전동기가 부하측에 연결되었을 때 무부하 상태를 만들기 위하여 유도 전동기와 부하측을 분리하여야 하고, 권상기 시브에서 로프를 제거해야 하는 번거로움이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 유도 전동기의 정지 상태에서 인버터를 통하여 유도 전동기에 구형파 전류를 인가하고, 그 때의 2차 쇄교자속을 추정하도록 함으로써, 유도 전동기와 부하측을 분리하여 무부하 운전을 시킬 필요없이 상호 인덕턴스를 측정하고 미리 알고 있는 값인 1차측의 고정자 저항 및 1차측 누설 인덕턴스를 이용하여 유도 전동기의 자화 전류를 연산, 측정할 수 있도록 한 유도 전동기의 자화전류 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유도 전동기의 자화전류를 측정함에 있어서, 유도 전동기의 정지 상태시 인버터를 통하여 저주파의 q축 전류를 인가하여, q축 2차측 쇄교 자속을 검출하는 제1 단계와; 상기 검출된 q축 2차측 쇄교 자속과 상기 q축 고정자 전류를 통해 2차측 쇄교 자속을 추정하는 제2 단계와; 상기 추정된 2차측 쇄교 자속과 검출된 2차측 쇄교 자속이 일치되도록 추정 변수를 가변시키는 제3 단계와; 상기 추정 변수와 기지값인 고정자 저항과 인덕턴스를 이용하여 자화전류를 측정하는 제4 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 유도전동기의 자화전류 측정방법을 보인 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 유도 전동기의 자화전류를 측정함에 있어서, 유도 전동기의 정지 상태시 인버터를 통하여 저주파의 q축 전류를 인가하여, q축 2차측 쇄교 자속을 검출하는 제1 단계와; 상기 검출된 q축 2차측 쇄교 자속과 상기 q축 고정자 전류를 통해 2차측 쇄교 자속을 추정하는 제2 단계와; 상기 추정된 2차측 쇄교 자속과 검출된 2차측 쇄교 자속이 일치되도록 추정 변수를 가변시키는 제3 단계와; 상기 추정 변수와 기지값인 고정자 저항과 인덕턴스를 이용하여 자화전류를 측정하는 제4 단계를 수행하도록 이루어진다.

본 발명의 동작 및 작용을 구체적으로 설명하기 위해 본 발명 유도 전동기의 자화전류 측정방법이 적용되는 장치의 구성도인 도 3을 참조한다.

먼저, 유도 전동기(IM)가 회전하게 되면 속도 검출부(28)에서 회전 속도()를 검출하고, 그 검출한 속도를 제1 비교부(21)로 출력한다.

한편, 외부로부터 입력되는 기준 속도()가 상기 제1 비교부(21)의 비반전단자로 입력되고, 속도 검출부(28)의 출력인 회전 속도(ωr)가 상기 제1 비교부(21)의 반전단자로 입력되어 두값의 오차를 구하여 속도 제어부(22)로 입력된다.

또한, 외부로부터 입력되는 기준 회전자 자속()이 제3 비교부(30)에서 비교한 오차를 보상하기 위해 자속 제어부(31)는 회전자 자속 오차에 따른 기준 자속분 전류()를 제4 비교부(33)의 비반전 단자로 입력한다.

상기 유도 전동기(IM)의 회전시 검출한 3상 전류(i_as, i_bs, i_cs)를 3상/2상 변환부(27)에서 d축 및 q축의 고정자 2상 전류()로 변환하여 출력한다.

이에 따라, 상기 3상/2상 변환부(27)에서 출력되는 상기 d축의 고정자 전류()는 상기 제4 비교부(33)의 반전 단자로 입력되고, 그 제4 비교부(33)는 상기 자속 제어부(31)에서 출력되는 상기 기준 자속분 전류()와 3상/2상 변환부(27)에서 출력되는 실제 d축의 고정자 전류()와의 오차를 구하여 전류 제어부(24)로 출력한다.

또한, 상기 전류 제어부(24)는 제2 비교부(23)의 비반전 단자로 상기 속도 제어부(22)에서 출력되는 기준 토오크분 전류()를 입력받고, 반전 단자로 상기 3상/2상 변환부(27)에서 출력되는 실제 q축의 고정자 전류()를 입력받아 그 기준 토오크분 전류() 및 실제 q축의 고정자 전류()의 오차를 입력 받는다.

그러면, 제2 비교부(23)에서 출력되는 q축 고정자 전류()와 제4 비교부(33)에서 출력되는 d축 고정자 전류()를 입력받은 상기 전류 제어부(24)는 제어를 통하여 기준 자속분 전압()과 기준 토오크분 전압()을 2상/3상 변환부(25)로 출력한다.

이에 따라, 상기 2상/3상 변환부(25)는 상기 기준 자속분 전압()과 토오크분 전압()을 입력 받아 3상 전압(V_as, V_bs, V_cs)으로 변환시켜 펄스폭 변조 인버터부(26)에 인가하고, 그 펄스폭 변조 인버터부(26)는 펄스폭을 변조시켜 3상 전압(V_as, V_bs, V_cs)을 유도 전동기(IM)에 인가한다.

따라서, 유도 전동기(IM)는 회전하고, 상기 2상/3상 변환부(25)와 3상/2상 변환부(27)를 통해 실제 회전 좌표계의 d축과 q축으로 변환한 실제 d축 고정자 전류()와 q축 고정자 전류()를 생성하고, 생성된 전류중 상기 d축 고정자 전류()는 자속 추정부(29)와 상기 제4 비교부(33)로 각각 출력하고, 상기 q축 고정자 전류()는 상기 제2 비교부(23)의 비반전 단자와 자속 검출부(36) 및 출력 추정부(38)에 입력된다.

따라서, 상기 자속 검출부(36)는 아래의 수학식 1에 의해 q축 2차측 쇄교 자속()을 출력한다.

여기서, 는 누설 인덕턴스값()이고, 은 q축 2차측 쇄교 자속이며, 는 q축 고정자 전압을 나타낸다.

따라서, 상기 q축 2차측 쇄교 자속() 및 상기 q축 고정자 전류()를 입력받는 상기 출력 추정부(38)에 의해 아래의 수학식 2를 이용하여 q축 2차측 쇄교 자속()을 추정할 수 있다.

여기서, 은 추정된 회전자 시정수이고, 은 추정된 q축 2차측 쇄교 자속이며 은 추정된 상호 인덕턴스를 나타낸다.

상기 수학식 2를 다시 표현하면 하기의 수학식 3과 같이 표현된다.

여기서, P₁,P₂는 추정 변수()를 나타낸다.

상기 수학식 1에 의해 상기 출력된 q축 2차측 쇄교 자속()은 제6 비교부(37)의 비반전 입력 단자로 입력되고, 상기 출력 추정부(38)의 출력치는 그 제6 비교부(37)의 반전 입력 단자로 입력되어 오차()를 계산하게 된다.

여기서, 상기 오차()가 '0'이 되도록 상기 변수 조정부(39)에서는 출력인 추정 변수(P₁,P₂)의 값을 변화시키면서 추정한다. 일정 시간후 상기 오차()가 '0'이 되면 상기 추정 변수(P₁,P₂)로부터 아래의 수학식 4를 이용하여 추정된 회전자 시정수()와 상호 인덕턴스값()을 구하여 자화전류 연산부(40)로 출력한다.

도 4는 유도 전동기의 상당 등가회로를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와같이 유도 전동기의 1차측 고정자 저항(Rs)과 누설 인덕턴스(L_ls)을 2차측 회전자 저항(Rr/S) 및 누설 인덕턴스(L_lr)를 등가회로화 한것으로, 자화전류 연산부(40)는 이 등가회로로부터 얻은 기지값인 유도전동기의 파라미터들을 입력받아 아래의 수학식 5를 통해 유도전동기의 자화전류(Im)를 연산, 측정한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 유도 전동기의 정지 상태에서 인버터를 통하여 유도 전동기에 구형파 전류 인가시의 2차 쇄교자속을 추정하도록 함으로써, 유도 전동기와 부하측을 분리하여 무부하 운전을 시킬 필요없이 상호 인덕턴스를 측정하고 기지의 값인 유도전동기의 파라미터를 이용하여 유도 전동기의 자화 전류를 쉽게 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 유도전동기의 자화전류 측정방법을 보인 예시도.

도 2는 본 발명 유도전동기의 자화전류 측정방법을 보인 흐름도.

도 3은 본 발명 유도전동기의 자화전류 측정방법이 적용되는 장치의 구성을 보인 예시도.

도 4는 일반적인 유도 전동기의 상당 등가회로를 보인 예시도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

21: 제1 비교부 22: 속도 제어부

23: 제2 비교부 24: 전류 제어부

25: 2상/3상 변환부 26: 펄스폭 변조 인버터부

27: 3상/2상 변환부 28: 속도 검출부

29: 자속 추정부 30: 제3 비교부

31: 자속 제어부 32: 슬립 주파수 연산부

33: 제4 비교부 34: 제5 비교부

35: 적분기 36: 자속 검출부

37: 제6 비교부 38: 출력 추정부

39: 변수 조정부 40: 자화전류 연산부

Claims (2)

1. 유도 전동기의 자화전류를 측정함에 있어서,

   유도 전동기의 정지 상태시 인버터를 통하여 저주파의 q축 전류를 인가하여, q축 2차측 쇄교 자속을 검출하는 제1 단계와;

   상기 검출된 q축 2차측 쇄교 자속과 상기 q축 고정자 전류를 통해 2차측 쇄교 자속을 추정하는 제2 단계와;

   상기 추정된 2차측 쇄교 자속과 검출된 2차측 쇄교 자속이 일치되도록 추정 변수를 가변시키는 제3 단계와;

   상기 추정 변수와 기지값인 고정자 저항과 인덕턴스를 이용하여 자화전류를 측정하는 제4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도전동기의 자화전류 측정방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제3 단계는 검출된 2차측 쇄교 자속에 추정된 2차 쇄교 자속을 감산하여 오차를 출력하는 단계와;

   상기 오차가 발생하였는가를 판단하여 오차가 발생하면 오차가 발생하지 않을 때까지 추정 변수의 가변을 반복하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유도전동기의 자화전류 측정방법.