KR101554148B1 - Induction motor drive device and regeneration torque suppression method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치는, 유도전동기로 제공되는 출력전압 및 출력전류를 기반으로 회전자 자속을 결정하는 자속 관측부와, 상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 유도전동기의 출력토크를 결정하는 토크연산부와, 상기 결정된 출력토크를 기반으로, 상기 출력전압의 값의 결정에 이용되는 출력주파수의 보상량을 결정하는 토크제어부를 포함할 수 있다. An induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention includes a magnetic flux observing unit for determining a rotor magnetic flux based on an output voltage and an output current provided by an induction motor and an output of the induction motor based on the determined rotor flux, A torque calculator for determining a torque and a torque controller for determining a compensation amount of an output frequency used for determining the value of the output voltage based on the determined output torque.
Description
본 출원은 유도전동기 구동장치 및 이의 회생토크 억제 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an induction motor drive apparatus and a regenerative torque suppressing method thereof.
유도전동기 구동장치는 유도전동기의 속도를 원하는 속도로 유지시키기 위해 부하기계의 토크발생에 따라 출력토크의 크기를 제어한다. 즉, 부하기계에서 감속토크를 발생시키면, 유도전동기 구동장치에서 가속토크를 발생시켜 유도전동기의 속도를 유지시키고, 부하기계에서 가속토크를 발생시키면, 유도전동기 구동장치에서 감속토크를 발생시켜 유도전동기의 속도를 유지시킨다. The induction motor drive controls the magnitude of the output torque according to the torque generation of the load machine in order to keep the speed of the induction motor at the desired speed. That is, when a reduction torque is generated in a load machine, an induction motor drive device generates an acceleration torque to maintain the speed of the induction motor, and when an acceleration torque is generated in the load machine, a deceleration torque is generated in the induction motor drive device, .
하지만, 이와 같이 유도전동기 구동장치에서 감속토크를 발생시키는 경우, 유도전동기에서 유도전동기 구동장치의 인버터로 회생에너지가 유입되어 DC전압이 상승하고, 이에 따라 유도전동기 구동장치에 과전압 트립이 발생하는 문제점이 있다. However, when the decelerating torque is generated in the induction motor drive apparatus as described above, the regenerative energy is introduced from the induction motor to the inverter of the induction motor drive apparatus and the DC voltage rises, thereby causing an overvoltage trip to the induction motor drive apparatus .
또한, 이를 해결하기 위해 유도전동기 구동장치에 별도의 장치(예를 들어, 저항과 스위치)를 추가할 경우, 추가비용부담이 발생하고 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있다.
Further, when an additional device (for example, a resistor and a switch) is added to the induction motor driving apparatus to solve this problem, there is a problem that additional cost is incurred and energy efficiency is lowered.
상기한 문제점을 해소하기 위하여, 유도전동기 구동장치 및 이의 회생토크 억제 방법이 요구되고 있다.
In order to solve the above problems, there is a demand for an induction motor drive apparatus and a regenerative torque suppressing method thereof.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치는, 유도전동기로 제공되는 출력전압 및 출력전류를 기반으로 회전자 자속을 결정하는 자속 관측부와, 상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 유도전동기의 출력토크를 결정하는 토크연산부와, 상기 결정된 출력토크를 기반으로, 상기 출력전압의 값의 결정에 이용되는 출력주파수의 보상량을 결정하는 토크제어부를 포함할 수 있다. An induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention includes a magnetic flux observing unit for determining a rotor magnetic flux based on an output voltage and an output current provided by an induction motor and an output of the induction motor based on the determined rotor flux, A torque calculator for determining a torque and a torque controller for determining a compensation amount of an output frequency used for determining the value of the output voltage based on the determined output torque.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치에서, 주파수지령에 따라 출력주파수를 결정하는 가감속부와, 상기 가감속부에 의해 결정된 출력주파수를 기반으로 출력전압의 값을 결정하고, 상기 결정된 값의 출력전압을 유도전동기로 제공하는 전압제어부를 더 포함하며, 상기 토크제어부는, 상기 결정된 출력토크가 '0'이 되도록 비례적분제어하여 상기 출력주파수의 보상량을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. An induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention includes an acceleration / deceleration section for determining an output frequency in accordance with a frequency command, and a control section for determining a value of an output voltage based on an output frequency determined by the acceleration / deceleration section, And a voltage control unit for providing an output voltage to the induction motor, wherein the torque control unit performs a proportional-integral control so that the determined output torque is '0' to determine a compensation amount of the output frequency.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치에서, 상기 토크연산부는, 상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 현재 유도전동기의 속도를 결정하고, 상기 토크제어부는, 상기 결정된 출력주파수 보상량과 유도전동기 속도의 곱을 계산하고, 계산 결과에 따라 최종 출력주파수 보상량을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the induction motor drive apparatus according to the embodiment of the present invention, the torque calculating section determines the current speed of the induction motor on the basis of the determined rotor magnetic flux, and the torque control section sets the determined output frequency compensation amount and the induction motor And a final output frequency compensation amount is determined according to the calculation result.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치에서, 상기 토크제어부는, 계산 결과가 양수이면, 상기 출력토크가 회생토크라고 판단하고, 상기 결정된 출력주파수 보상량으로 최종 출력주파수 보상량을 결정하며, 계산 결과가 양수가 아니면, 상기 출력토크가 회생토크가 아니라고 판단하고, 최종 출력주파수 보상량을 '0'으로 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
In the induction motor drive apparatus according to the embodiment of the present invention, when the calculation result is positive, the torque control section determines that the output torque is the regenerative torque, determines the final output frequency compensation amount at the determined output frequency compensation amount , And determines that the output torque is not the regenerative torque and determines the final output frequency compensation amount to be '0' if the calculation result is not a positive number.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치의 회생토크 억제 방법은, 유도전동기로 제공되는 출력전압 및 출력전류를 기반으로 회전자 자속을 결정하는 과정과, 상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 유도전동기의 출력토크를 결정하는 과정과, 상기 결정된 출력토크를 기반으로, 상기 출력전압의 값의 결정에 이용되는 출력주파수의 보상량을 결정하는 과정을 포함할 수 있다. A regeneration torque suppressing method of an induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention includes the steps of determining a rotor magnetic flux based on an output voltage and an output current provided by an induction motor, Determining an output torque of the electric motor; and determining a compensation amount of an output frequency used for determining the value of the output voltage based on the determined output torque.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치의 회생토크 억제 방법에서, 주파수지령에 따라 출력주파수를 결정하는 과정과, 상기 결정된 출력주파수를 기반으로 출력전압의 값을 결정하고, 상기 결정된 값의 출력전압을 유도전동기로 제공하는 과정을 더 포함하며, 상기 출력주파수 보상량은, 상기 결정된 출력토크가 '0'이 되도록 비례적분제어하여 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. A method for suppressing regenerative torque in an induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention includes the steps of determining an output frequency according to a frequency command, determining a value of an output voltage based on the determined output frequency, And providing the output voltage to the induction motor, wherein the output frequency compensation amount is determined by performing a proportional-integral control so that the determined output torque is '0'.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치의 회생토크 억제 방법에서, 상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 현재 유도전동기의 속도를 결정하는 과정과, 상기 결정된 출력주파수 보상량과 유도전동기 속도의 곱을 계산하고, 계산 결과에 따라 최종 출력주파수 보상량을 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. A method for suppressing a regenerative torque of an induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention includes the steps of determining a current speed of an induction motor based on the determined rotor magnetic flux and calculating a product of the determined output frequency compensation amount and an induction motor speed And determining a final output frequency compensation amount according to a calculation result.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치의 회생토크 억제 방법에서, 상기 최종 출력주파수 보상량 결정 과정은, 계산 결과가 양수이면, 상기 출력토크가 회생토크라고 판단하고, 상기 결정된 출력주파수 보상량으로 최종 출력주파수 보상량을 결정하는 과정과, 계산 결과가 양수가 아니면, 상기 출력토크가 회생토크가 아니라고 판단하고, 최종 출력주파수 보상량을 '0'으로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
In the regenerative torque suppressing method of an induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention, the final output frequency compensation amount determining step determines that the output torque is a regenerative torque if the calculation result is positive, And determining a final output frequency compensation amount as 0 if the calculation result is not a positive number, and determining that the output torque is not a regenerative torque, and determining a final output frequency compensation amount as '0' can do.
유도전동기 구동장치 및 이의 회생토크 억제 방법이 제공될 수 있다.
An induction motor drive apparatus and a regenerative torque suppressing method thereof may be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치의 내부회로를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치 내 제어부의 상세 구성을 도시한 블럭도, 및
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치의 회생토크 억제 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a diagram showing an internal circuit of an induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a block diagram showing a detailed configuration of a control unit in an induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention, and Fig.
3 is a flowchart showing a regenerative torque suppressing method of an induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. It is also to be understood that the technical terms used herein are to be interpreted in a sense generally understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, Should not be construed to mean, or be interpreted in an excessively reduced sense. Further, when a technical term used herein is an erroneous technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood that technical terms that can be understood by a person skilled in the art are replaced. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다", "구비한다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises," "comprising," or " comprising ", etc. should not be construed as necessarily including the various components or steps described in the specification, Or some steps may not be included, or may be interpreted to include additional components or steps.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "유닛" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Also, suffixes "module", "unit" and "part" for the components used in the present specification are given or mixed in consideration of ease of specification, and each component having its own distinct meaning or role no.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 실시 형태인 유도전동기 구동장치 및 이의 회생토크 억제 방법에 관한 것이다.
Hereinafter, the present invention relates to an induction motor drive apparatus and a regenerative torque suppressing method thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치의 내부회로를 도시한 도면이다. 1 is a diagram showing an internal circuit of an induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 도 1을 참조하면, 유도전동기 구동장치는, 제어부(100)와 인버터(110)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the induction motor drive apparatus includes a
상기 제어부(100)는, 인버터(110)로 게이트(Gate) 시그널을 출력하여, 상기 인버터(110)가 출력주파수에 따라 결정된 값의 출력전압을 유도전동기(120)로 제공하도록 제어한다. 또한, 상기 제어부(100)는, 인버터(110)에서 유도전동기(120)로 제공되는 출력전압 및 출력전류를 기반으로 유도전동기(120)의 출력토크를 결정하고, 운전 중 결정된 출력토크에 따라 출력주파수를 보상하여, 유도전동기(120)의 출력토크가 토크제한값 이내에 존재하도록 제어한다. The
상기 인버터(110)는, 다수의 전력소자(Q1~Q6)로 구성되며, 다수의 전력소자(Q1~Q6)는 상기 제어부(100)로부터의 게이트 시그널에 따라 온/오프 동작하여 상기 유도전동기(120)로 120도의 위상차를 가지는 3상(phase)의 전압(Vabcs, 즉 Vas, Vbs, Vcs) 및 전류(Iabcs, 즉 Ias, Ibs, Ics)를 제공한다.
The
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치 내 제어부(100)의 상세 구성을 도시한 블럭도이다. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the
상기 도 2를 참조하면, 유도전동기 구동장치 내 제어부(200)는, 가감속부(202), 전압제어부(204), 자속 관측부(206), 토크연산부(208), 토크제어부(210)를 포함한다. 2, the
상기 가감속부(202)는, 유도전동기(230)의 운전 도중 사용자로부터 입력되는 주파수지령에 따라 출력주파수 Fr를 결정한다. The acceleration /
상기 전압제어부(204)는, 상기 가감속부(202)에 의해 결정된 출력주파수를 기반으로 출력전압의 값을 결정하고, 인버터(220)를 통해 상기 결정된 값의 출력전압을 유도전동기(230)로 제공한다. 즉, 상기 전압제어부(204)는, 인버터(220)로 게이트 시그널을 출력하여 상기 인버터(220)가 상기 결정된 값의 출력전압을 유도전동기(230)로 제공하도록 제어한다. 여기서, 상기 인버터(220)는 다수의 전력소자(Q1~Q6)로 구성되며, 다수의 전력소자(Q1~Q6)는 상기 전압제어부(204)로부터의 게이트 시그널에 따라 온/오프 동작하여 상기 유도전동기(230)로 120도의 위상차를 가지는 3상(phase)의 전압(Vabcs, 즉 Vas, Vbs, Vcs) 및 전류(Iabcs, 즉 Ias, Ibs, Ics)를 제공한다.The
상기 자속 관측부(206)는, 상기 전압제어부(204)에서 인버터(220)를 통해 유도전동기(230)로 제공되는 출력전압 및 출력전류의 값을 기반으로 회전자 자속을 결정한다. 상세히 설명하면, 상기 자속 관측부(206)는, 상기 유도전동기(230)로 제공되는 3상좌표계(즉, ABC좌표계) 상의 3상 출력전압(Vabcs, 즉 Vas, Vbs, Vcs) 및 출력전류(Iabcs, 즉 Ias, Ibs, Ics)의 값을 획득하여, D-Q정지좌표계 상의 출력전압(Vds,Vqs) 및 출력전류(Ids,Iqs)의 값으로 변환하고, 유도전동기의 고정자 전압방정식과 회전자 전압방정식을 사용하여 D-Q정지좌표계 상의 출력전압(Vds,Vqs) 및 출력전류(Ids,Iqs)의 값으로부터 D-Q정지좌표계 상의 회전자 자속(λdr, λqr)을 결정할 수 있다. The
또한, 상기 자속 관측부(206)는, 상기 결정된 D-Q정지좌표계 상의 회전자 자속(λdr, λqr)과 출력전류(Ids,Iqs)의 값을 기반으로, 하기 <수학식 1>과 같이, D-Q동기좌표계 상의 q축 전류(Iqe)를 결정한다. The
상기 토크연산부(208)는, 상기 결정된 회전자 자속 및 q축 전류를 기반으로 유도전동기(230)의 출력토크를 결정한다. 상세히 설명하면, 상기 토크연산부(208)는, D-Q정지좌표계 상의 회전자 자속(λdr, λqr)과 D-Q동기좌표계 상의 q축 전류(Iqe), 유도전동기(230)의 극수(MotorPole), 상호인덕턴스(Lm), 회전자 인덕턴스(Lr)를 기반으로, 하기 <수학식 2>와 같이, 유도전동기(230)의 출력토크(Tq)를 결정한다. The
또한, 상기 토크연산부(208)는, 상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 현재 유도전동기(230)의 속도를 결정한다. 예를 들어, 상기 결정된 회전자 자속의 위상을 미분함으로써 현재 유도전동기(230)의 속도 를 결정할 수 있다. Further, the
상기 토크제어부(210)는, 상기 결정된 출력토크를 기반으로, 상기 출력전압의 값의 결정에 이용되는 출력주파수의 보상량을 결정한다. 이때, 상기 토크제어부(210)는, 하기 <수학식 3>과 같이, 상기 결정된 출력토크가 '0'이 되도록 비례적분제어하여 상기 출력주파수의 보상량()을 결정한다. 상세히 설명하면, 상기 결정된 출력토크와 토크제한값 '0'의 오차를 입력으로 하는 비례적분 제어기를 이용하여 상기 출력주파수의 보상량을 결정한다. The
여기서, 는 상기 출력주파수의 보상량을 의미하고, Kp는 비례이득을 의미하며, Tq는 상기 결정된 출력토크를 의미하고, Ki는 적분이득을 의미한다. here, Denotes a compensation amount of the output frequency, K p denotes a proportional gain, T q denotes the determined output torque, and K i denotes an integration gain.
또한, 상기 토크제어부(210)는, 상기 결정된 출력주파수 보상량과 유도전동기 속도의 곱을 계산하고, 계산 결과에 따라 최종 출력주파수 보상량()을 결정한다. 즉, 상기 토크제어부(210)는, 계산 결과가 양수이면, 상기 출력토크가 회생토크라고 판단하고, 상기 결정된 출력주파수 보상량으로 최종 출력주파수 보상량을 결정하며, 계산 결과가 양수가 아니면, 상기 출력토크가 회생토크가 아니라고 판단하고, 최종 출력주파수 보상량을 '0'으로 결정한다. Further, the
또한, 상기 토크제어부(210)는, 상기 결정된 최종 출력주파수 보상량으로 상기 가감속부(202)에 의해 결정된 출력주파수를 보상한다. 이에 따라, 상기 가감속부(202)에 의해 결정된 출력주파수에 상기 결정된 최종 출력주파수 보상량이 더해져 전압제어부(204)로 제공된다.
Also, the
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치의 회생토크 억제 방법을 도시한 흐름도이다. 3 is a flowchart showing a regenerative torque suppressing method of an induction motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3을 참조하면, 유도전동기 구동장치의 가감속부는 301단계에서 유도전동기의 운전 도중 사용자로부터 입력되는 주파수지령에 따라 출력주파수를 결정한다. Referring to FIG. 3, the acceleration / deceleration unit of the induction motor drive apparatus determines an output frequency according to a frequency command input from a user during operation of the induction motor in
이후, 상기 유도전동기 구동장치의 전압제어부는 303단계에서 상기 결정된 출력주파수를 기반으로 출력전압의 값을 결정하고, 인버터를 통해 상기 결정된 값의 출력전압을 유도전동기로 제공한다. 즉, 상기 전압제어부는 인버터로 게이트 시그널을 출력하여 상기 인버터가 상기 결정된 값의 출력전압을 유도전동기로 제공하도록 제어한다. 여기서, 상기 인버터는 다수의 전력소자(Q1~Q6)로 구성되며, 다수의 전력소자(Q1~Q6)는 상기 전압제어부로부터의 게이트 시그널에 따라 온/오프 동작하여 상기 유도전동기로 120도의 위상차를 가지는 3상의 전압(Vabcs, 즉 Vas, Vbs, Vcs) 및 전류(Iabcs, 즉 Ias, Ibs, Ics)를 제공한다.Then, the voltage controller of the induction motor drive apparatus determines the output voltage value based on the determined output frequency in
이후, 상기 유도전동기 구동장치의 자속 관측부는 305단계에서 유도전동기로 제공되는 출력전압 및 출력전류의 값을 기반으로 회전자 자속을 결정한다. 상세히 설명하면, 상기 자속 관측부는, 상기 전압제어부에서 인버터를 통해 상기 유도전동기로 제공되는 3상좌표계(즉, ABC좌표계) 상의 3상 출력전압(Vabcs, 즉 Vas, Vbs, Vcs) 및 출력전류(Iabcs, 즉 Ias, Ibs, Ics)의 값을 획득하여, D-Q정지좌표계 상의 출력전압(Vds,Vqs) 및 출력전류(Ids,Iqs)의 값으로 변환하고, 유도전동기의 고정자 전압방정식과 회전자 전압방정식을 사용하여 D-Q정지좌표계 상의 출력전압(Vds,Vqs) 및 출력전류(Ids,Iqs)의 값으로부터 D-Q정지좌표계 상의 회전자 자속(λdr, λqr)을 결정할 수 있다. 또한, 상기 자속 관측부는, 상기 결정된 D-Q정지좌표계 상의 회전자 자속(λdr, λqr)과 출력전류(Ids,Iqs)의 값을 기반으로, 상기 <수학식 1>과 같이, D-Q동기좌표계 상의 q축 전류(Iqe)를 결정한다. Then, the flux observing unit of the induction motor driving apparatus determines the rotor flux based on the output voltage and the output current value provided to the induction motor in
이후, 상기 유도전동기 구동장치의 토크연산부는 307단계에서 상기 결정된 회전자 자속 및 q축 전류를 기반으로 유도전동기의 출력토크와 현재 유도전동기의 속도를 결정한다. 상세히 설명하면, 상기 토크연산부는 , D-Q정지좌표계 상의 회전자 자속(λdr, λqr)과 D-Q동기좌표계 상의 q축 전류 (Iqe), 유도전동기의 극수(MotorPole), 상호인덕턴스(Lm), 회전자 인덕턴스(Lr)를 기반으로, 상기 <수학식 2>와 같이, 유도전동기의 출력토크(Tq)를 결정한다. 또한, 상기 토크연산부는 상기 결정된 회전자 자속의 위상을 미분함으로써 현재 유도전동기의 속도를 결정할 수 있다. The torque calculating unit of the induction motor driving apparatus determines the output torque of the induction motor and the speed of the current induction motor based on the determined rotor flux and the q-axis current in
이후, 상기 유도전동기 구동장치의 토크제어부는 309단계에서 상기 결정된 출력토크를 기반으로, 상기 출력전압의 값의 결정에 이용되는 출력주파수의 보상량을 결정한다. 이때, 상기 토크제어부는, 상기 <수학식 3>과 같이, 상기 결정된 출력토크가 '0'이 되도록 비례적분제어하여 상기 출력주파수의 보상량을 결정한다. 상세히 설명하면, 상기 결정된 출력토크와 토크제한값 '0'의 오차를 입력으로 하는 비례적분 제어기를 이용하여 상기 출력주파수의 보상량을 결정한다. In
이후, 상기 유도전동기 구동장치의 토크제어부는 311단계에서 상기 결정된 출력주파수 보상량과 유도전동기 속도의 곱을 계산하고, 계산 결과가 양수인지 여부를 검사한다. In
상기 311단계에서, 계산 결과가 양수이면, 상기 유도전동기 구동장치의 토크제어부는 313단계에서 상기 출력토크가 회생토크라고 판단하여, 상기 결정된 출력주파수 보상량으로 최종 출력주파수 보상량을 결정한다. If the calculation result is positive in
반면, 상기 311단계에서, 계산 결과가 양수가 아니면, 상기 유도전동기 구동장치의 토크제어부는 315단계에서 상기 출력토크가 회생토크가 아니라고 판단하여, 최종 출력주파수 보상량을 '0'으로 결정한다. On the other hand, if the calculation result is not positive in
여기서, 상기 결정된 출력토크와 현재 유도전동기 속도가 서로 다른 부호(+, -)를 가진다는 것은, 유도전동기에서 유도전동기 구동장치의 인버터로 회생에너지가 유입되고 있다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 결정된 출력토크가 음수이면, 상기 결정된 출력주파수 보상량은 상기 <수학식 3>에 따라 양수로 결정될 것이며, 이때 현재 유도전동기 속도가 출력토크와 반대로 양수이면, 상기 결정된 출력주파수 보상량과 유도전동기 속도의 곱이 양수로 결정될 것이고, 이는 상기 결정된 출력토크가 회생토크임을 나타내게 된다. 반대로, 현재 유도전동기 속도가 출력토크와 동일하게 음수이면, 상기 결정된 출력주파수 보상량과 유도전동기 속도의 곱이 음수로 결정될 것이고, 이는 상기 결정된 출력토크가 회생토크가 아님을 나타내게 된다. Here, the fact that the determined output torque and the current induction motor speed have different signs (+, -) means that the regenerative energy is flowing from the induction motor to the inverter of the induction motor drive apparatus. Therefore, if the determined output torque is negative, the determined output frequency compensation amount will be determined as a positive number according to Equation (3), and if the current induction motor speed is positive as opposed to the output torque, The product of the induction motor speed will be determined as a positive number, which indicates that the determined output torque is the regenerative torque. Conversely, if the current induction motor speed is negative as the output torque, the product of the determined output frequency compensation amount and the induction motor speed will be determined to be negative, which indicates that the determined output torque is not the regenerative torque.
이후, 상기 유도전동기 구동장치의 토크제어부는 317단계에서 상기 결정된 최종 출력주파수 보상량으로 상기 가감속부에 의해 결정된 출력주파수를 보상한다. 이에 따라, 상기 가감속부에 의해 결정된 출력주파수에 상기 결정된 최종 출력주파수 보상량이 더해져 전압제어부로 제공된다.Then, in
이후, 상기 유도전동기 구동장치는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.Thereafter, the induction motor drive apparatus ends the algorithm according to the present invention.
이와 같은 도 3 내 각 단계의 반복을 통해 유도전동기의 출력토크는 토크제한값 이내에 존재하게 된다. 즉, 유도전동기의 출력토크가 토크제한값 이내에 존재하지 않을 경우, 출력주파수의 보상을 통해 출력토크를 조절하여 출력토크를 토크제한값 이내에 존재하도록 할 수 있다. 여기서, 출력토크의 응답성은 비례이득 및 적분이득을 통해 조절된다. The output torque of the induction motor is within the torque limit value through repetition of each step in FIG. That is, when the output torque of the induction motor does not exist within the torque limit value, the output torque can be adjusted by compensating the output frequency so that the output torque can exist within the torque limit value. Here, the responsiveness of the output torque is adjusted through the proportional gain and the integral gain.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 유도전동기 구동장치 및 이의 회생토크 억제 방법은, 유도전동기로 제공되는 출력전압 및 출력전류를 기반으로 유도전동기의 출력토크를 결정하고, 운전 중 결정된 출력토크에 따라 출력주파수를 보상하여 유도전동기의 출력토크가 토크제한값 이내에 존재하도록 제어함으로써, 별도의 장치 없이 출력주파수만을 가변하여, 유도전동기로부터의 회생에너지 유입을 억제하고, 이에 따라 DC전압의 상승을 방지하여 유도전동기 구동장치의 과전압 트립을 억제할 수 있는 이점이 있다. 또한, 별도의 장치를 추가하지 않기 때문에, 추가비용부담이 발생하지 않으며, 에너지 효율의 저하를 막을 수 있는 이점이 있다.
As described above, the induction motor drive apparatus and the regenerative torque suppression method according to the embodiment of the present invention determine the output torque of the induction motor based on the output voltage and the output current provided by the induction motor, Thus, by controlling the output torque of the induction motor to be within the torque limit value by compensating the output frequency, only the output frequency can be changed without any additional device to suppress the inflow of the regenerative energy from the induction motor, There is an advantage that the overvoltage trip of the induction motor drive apparatus can be suppressed. In addition, since no additional apparatus is added, there is no additional cost burden, and there is an advantage that a decrease in energy efficiency can be prevented.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, I will say.
100: 제어부
110: 인버터
120: 유도전동기
200: 제어부
202: 가감속부
204: 전압제어부
206: 자속 관측부
208: 토크연산부
210: 토크제어부
220: 인버터
230: 유도전동기100:
110: Inverter
120: Induction motor
200:
202: Acceleration /
204:
206: Flux Observation Unit
208:
210:
220: Inverter
230: Induction motor
Claims (8)
상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 유도전동기의 출력토크를 결정하는 토크연산부와,
상기 결정된 출력토크를 기반으로, 상기 출력전압의 값의 결정에 이용되는 출력주파수의 보상량을 결정하는 토크제어부와,
주파수지령에 따라 출력주파수를 결정하는 가감속부와,
상기 가감속부에 의해 결정된 출력주파수를 기반으로 출력전압의 값을 결정하고, 상기 결정된 값의 출력전압을 유도전동기로 제공하는 전압제어부를 포함하며,
상기 토크제어부는, 상기 결정된 출력토크가 '0'이 되도록 비례적분제어하여 상기 출력주파수의 보상량을 결정하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동장치.
A flux observer for determining a flux magnetic flux based on an output voltage and an output current provided by the induction motor;
A torque calculating unit for determining an output torque of the induction motor based on the determined rotor magnetic flux;
A torque control unit for determining a compensation amount of an output frequency used for determining the value of the output voltage based on the determined output torque;
An acceleration / deceleration section for determining an output frequency according to a frequency command,
And a voltage control unit for determining an output voltage value based on the output frequency determined by the acceleration / deceleration unit and providing the output voltage of the determined value to the induction motor,
Wherein the torque control unit performs proportional integral control so that the determined output torque becomes '0' to determine a compensation amount of the output frequency.
상기 토크연산부는, 상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 현재 유도전동기의 속도를 결정하고,
상기 토크제어부는, 상기 결정된 출력주파수 보상량과 유도전동기 속도의 곱을 계산하고, 계산 결과에 따라 최종 출력주파수 보상량을 결정하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동장치.
The method according to claim 1,
Wherein the torque calculating unit determines a current induction motor speed based on the determined rotor flux,
Wherein the torque control unit calculates a product of the determined output frequency compensation amount and an induction motor speed and determines a final output frequency compensation amount according to the calculation result.
계산 결과가 양수이면, 상기 출력토크가 회생토크라고 판단하고, 상기 결정된 출력주파수 보상량으로 최종 출력주파수 보상량을 결정하며,
계산 결과가 양수가 아니면, 상기 출력토크가 회생토크가 아니라고 판단하고, 최종 출력주파수 보상량을 '0'으로 결정하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동장치.
The torque control apparatus according to claim 3,
Determines that the output torque is a regenerative torque and determines a final output frequency compensation amount based on the determined output frequency compensation amount if the calculation result is positive,
And determines that the output torque is not a regenerative torque, and determines a final output frequency compensation amount as " 0 " if the calculation result is not a positive number.
상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 유도전동기의 출력토크를 결정하는 과정과,
상기 결정된 출력토크를 기반으로, 상기 출력전압의 값의 결정에 이용되는 출력주파수의 보상량을 결정하는 과정과,
주파수지령에 따라 출력주파수를 결정하는 과정과,
상기 결정된 출력주파수를 기반으로 출력전압의 값을 결정하고, 상기 결정된 값의 출력전압을 유도전동기로 제공하는 과정을 포함하며,
상기 출력주파수 보상량은, 상기 결정된 출력토크가 '0'이 되도록 비례적분제어하여 결정하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동장치의 회생토크 억제 방법.
Determining a rotor flux based on an output voltage and an output current provided to the induction motor;
Determining an output torque of the induction motor based on the determined rotor flux;
Determining a compensation amount of an output frequency used for determining the value of the output voltage based on the determined output torque;
Determining an output frequency according to a frequency command,
Determining the value of the output voltage based on the determined output frequency and providing the output voltage of the determined value to the induction motor,
Wherein the output frequency compensation amount is determined by performing proportional-integral control so that the determined output torque becomes " 0 ".
상기 결정된 회전자 자속을 기반으로 현재 유도전동기의 속도를 결정하는 과정과,
상기 결정된 출력주파수 보상량과 유도전동기 속도의 곱을 계산하고, 계산 결과에 따라 최종 출력주파수 보상량을 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동장치의 회생토크 억제 방법.
6. The method of claim 5,
Determining a current speed of the induction motor based on the determined rotor flux;
Calculating a product of the determined output frequency compensation amount and an induction motor speed, and determining a final output frequency compensation amount according to a calculation result.
계산 결과가 양수이면, 상기 출력토크가 회생토크라고 판단하고, 상기 결정된 출력주파수 보상량으로 최종 출력주파수 보상량을 결정하는 과정과,
계산 결과가 양수가 아니면, 상기 출력토크가 회생토크가 아니라고 판단하고, 최종 출력주파수 보상량을 '0'으로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도전동기 구동장치의 회생토크 억제 방법.The method of claim 7, wherein the final output frequency compensation amount determination step comprises:
Determining that the output torque is a regenerative torque and determining a final output frequency compensation amount based on the determined output frequency compensation amount if the calculation result is positive;
And determining that the output torque is not a regenerative torque and determining a final output frequency compensation amount to be '0' if the calculation result is not a positive number.
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