KR101806595B1 - 인버터 제어장치 - Google Patents

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Abstract

인버터 제어장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예의 제어장치는, 입력전원이 정격 이하로 감소된 시점의 상기 전동기의 입력전원의 주파수, 재기동 시점의 상기 전동기의 입력전원의 주파수, 토크발생을 위한 시간 및 재기동 시점에서의 상기 전동기의 입력전압의 위상을 고려하여 재기동 영역에서 지령전압의 위상을 결정한다.

Description

인버터 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING INVERTER}
본 발명은 인버터 제어장치에 관한 것이다.
고압 인버터(medium voltage inverter)는 선간 전압의 실효치가 600V 이상인 입력전원을 사용하는 인버터로서, 정격 전력용량은 수백 kW 내지 수십 MW까지이며, 팬, 펌프, 압축기 등 응용분야에 주로 사용되고 있다. 이러한 고압 인버터로서, 주로 출력 상전압이 3레벨 이상의 출력전압을 발생하는 직렬형 멀티-레벨 인버터(cascaded multi-level inverter)가 사용되고 있다. 멀티-레벨 인버터를 구성하는 전력셀의 개수에 따라 출력전압 레벨의 크기와 개수가 결정되며, 각 전력셀은 절연된 입력전압을 사용한다.
고압 인버터가 구동하는 고압의 전동기는 일반적으로 관성이 매우 크므로, 입력전원의 고장 또는 정전후, 재기동을 위해 전동기가 멈추기까지 오랜 시간이 걸린다. 이러한 재기동 시간을 줄이기 위해, 전동기의 회전 중에 전압/주파수 비에 따라 전압을 인가하면 큰 돌입전류가 발생하여 인버터 또는 전동기에 고장이 발생할 수 있다.
따라서, 재기동 시간을 줄이고 인버터 또는 전동기의 고장위험을 줄이기 위해, 전압측정장치를 이용한다. 종래의 전압측정장치는 제어를 하지 않은 상태에서 회전중인 전동기의 유기 기전력을 측정하여, 재기동을 위한 전동기의 전압과 속도정보를 알 수 있다. 그러나, 인버터가 출력을 발생시키는 경우 전압측정장치는 인버터 출력을 측정하게 되므로 전동기의 상태정보는 알 수 없다.
전압/주파수 운전을 하는 인버터는 전동기의 상전류를 제어하지 않으며, 자유 회전 중에 측정된 전동기 전압의 주파수를 인버터 출력 주파수로 사용하는 경우 부하의 크기에 따라 전동기 전류의 크기가 결정된다.
입력전원 고장에 대한 보호동작으로 발생하는 전동기의 자유 회전상태에서 부하가 작으면 유기 기전력의 크기와 주파수 감소량이 작으며, 재기동을 위한 전압을 출력한 후 슬립 주파수(slip frequency)가 작으므로, 발생되는 전류의 크기가 작다. 그러나, 부하의 크기가 큰 경우에는 유기 기전력의 크기와 주파수 감소량이 크며, 재기동을 위한 전압을 출력한 후 슬립 주파수가 크므로 발생되는 전류의 크기가 크다.
이와 같이 부하가 클수록 유기 기전력의 감소에 따라 재기동을 위한 가용전압의 크기가 작으며, 슬립에 의해 큰 전류용량이 요구되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전동기의 재기동시 슬립 주파수에 의해 발생되는 전류를 감소시켜 안정적으로 전동기를 재기동하는 인버터 제어장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 입력전원을 수신하여 전동기에 전압을 제공하는 본 발명의 일실시예의 인버터의 제어장치는, 입력전원이 정격 이하로 감소된 시점의 상기 전동기의 입력전압의 주파수를 결정하고, 입력전원이 회복된 경우, 재기동 시점의 상기 전동기의 입력전압의 크기, 위상 및 주파수를 결정하는 제1결정부; 및 재기동 시점부터 상기 인버터가 소정 출력전압에 도달하는 시점까지의 재기동 영역에서, 지령전압을 결정하여 상기 인버터에 인가하는 제2결정부를 포함하고, 상기 제2결정부는, 입력전원이 정격 이하로 감소된 시점의 상기 전동기의 입력전원의 주파수, 재기동 시점의 상기 전동기의 입력전원의 주파수, 토크발생을 위한 시간 및 재기동 시점에서의 상기 전동기의 입력전압의 위상을 고려하여 상기 지령전압의 위상을 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어장치는, 상기 전동기 입력전압을 측정하는 측정부; 및 상기 측정부가 측정한 전동기 입력전압을 동기좌표계상 d축 및 q축 전압으로 변환하여 상기 제1결정부에 제공하는 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제2결정부는, 재기동 시점에서의 상기 전동기의 입력전압의 주파수에서, 재기동 시점과 입력전원이 정격 이하로 감소된 시점 사이의 주파수의 기울기와 토크발생을 위한 시간을 곱한 것을 차감하여 재기동 시점의 지령 주파수를 결정하고, 재기동 시점의 상기 전동기의 입력전압의 위상에, 지령 주파수를 시간에 따라 적분하여 더한 것을 상기 지령전압의 위상으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제2결정부는, 재기동 시점의 상기 지령전압의 크기를, 재기동 시점의 상기 전동기 입력전압의 크기에 대응하도록 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제2결정부는, 재기동 영역에서의 상기 지령전압의 크기를, 재기동 시점의 상기 전동기 입력전압의 크기에, 미리 설정된 시간에 따른 전압 변화량을 더한 것으로 결정할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 재기동 시점의 전동기 출력주파수에서 부하에 따른 토크를 발생시키기 위한 슬립 주파수에 해당하는 오차를 보상함으로써, 전동기 돌입전류를 방지하여 안정적으로 인버터를 재기동하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 고압 인버터 시스템의 일예시도이다.
도 2는 도 1의 전력셀의 상세 구성도이다.
도 3은 도 2의 제어부를 설명하기 위한 일실시예 구성도이다.
도 4 및 도 5는 종래 전압지령의 크기와 위상을 결정하는 방식을 설명하기 위한 것이다.
도 6는 종래 인버터 재기동 시퀀스를 설명하기 위한 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 재기동 영역에서 전압지령의 주파수를 결정하는 것을 설명하기 위한 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 재기동 영역에서 전압지령의 위상을 결정하는 것을 설명하기 위한 것이다.
도 9는 본 발명의 제어에 따른 인버터 재기동 시퀀스를 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 고압 인버터 시스템의 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 시스템에서, 인버터(2)는, 3상의 전원부(1)로부터 인가된 선간전압의 실효치가 600V 이상인 3상 전원을 변환하여 고압의 3상 전동기(3)로 제공하는 것이다. 이때 3상 전동기(3)는 유도 전동기(induction machine) 또는 동기 전동기(synchronous machine)일 수 있으나, 그 외 다른 전동기일 수도 있다.
본 발명의 인버터(2)는 위상치환 변압기(10)와 복수의 전력셀(20), 전압검출부(30) 및 제어부(40)를 포함할 수 있다.
위상치환 변압기(10)는 전원부(1)로부터 입력되는 전원을 절연하고, 복수의 전력셀(20)의 요구에 맞게 전압의 위상과 크기를 변환하여 복수의 전력셀(20)에 제공할 수 있다. 이러한 위상치환을 통해 입력전류의 전 고조파 왜율(total harmonic distortion; THD)을 향상할 수 있다.
복수의 전력셀(20)은 위상치환 변압기(10)의 출력전압을 수신하며, 고압 인버터(2)의 출력전압은 각 상에 해당하는 전력셀의 출력의 합으로 합성(synthesize)될 수 있다.
즉, 도 1의 경우, 인버터(2)의 a상의 출력전압은 직렬연결된 전력셀(20a1 및 20a2)의 출력전압의 합이고, b상의 출력전압은 직렬연결된 전력셀(20b1 및 20b2)의 출력전압의 합이며, c상의 출력전압은 직렬연결된 전력셀(20c1 및 20c2)의 출력전압의 합이다. 다만, 설명의 간단을 위해 2개의 전력셀이 직렬연결되는 경우를 예를 들어 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 인버터(2)의 출력전압에 따라 직렬연결된 전력셀의 개수가 결정될 수 있을 것이다. 복수의 전력셀은 동일한 구조로 구성되며, 이하에서 본 발명의 설명시 전력셀의 도면부호를 '20'으로 하여 설명하기로 하겠다.
합성된 인버터(2)의 각각의 출력 상전압의 크기는 동일하나, 위상은 120도 차이이다. 또한, 인버터(2)를 구성하는 전력셀(20)의 개수의 증가와, 다양한 스위칭 방식에 의해 전동기(3)에 인가하는 출력전압의 THD와 전압변화율(dv/dt)을 개선할 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
전압 검출부(30)는 정상적인 동작상태에서 전동기(3)로 입력되는 전압, 즉, 인버터(2)의 출력전압을 검출할 수 있다. 이와 같이 검출된 출력전압은, 동기절체(synchronous bypass), 출력전력 연산 및 본 발명의 전동기(3) 재기동 등을 위해 사용될 수 있다.
제어부(40)는, 전압 검출부(30)의 전압을 수신하여, 복수의 전력셀(20)을 제어하는 제어신호를 전송할 수 있다.
도 2는 도 1의 전력셀의 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 전력셀(20)은, 정류부(21), 직류단 커패시터(22), 인버터부(23) 및 셀 제어부(24)를 포함할 수 있다.
정류부(21)는 6개의 다이오드로 구성되어 위상치환 변압기(10)로부터 각각 입력되는 교류전압을 직류로 정류할 수 있다. 정류된 직류단 전압의 크기는, 정류부(21)의 입력전력과 전력셀(20)의 출력전력의 차의 관계로부터 결정될 수 있다. 위상치환 변압기(10)로부터 공급되는 입력전력이 부하에서 소비되는 출력전력보다 큰 경우에는 직류단 전압이 증가하고, 반대의 경우에는 직류단 전압이 감소한다. 직류단 커패시터(22)는 입출력단의 순시적인 전력 불균형을 해소할 수 있다
인버터부(23)는 예를 들어 단상 풀 브릿지 방식(single phase full bridge inverter)으로서, 직류단 전압으로부터 복수의 전력 스위치(23a 내지 23d)를 통해 출력전압을 합성할 수 있다.
셀 제어부(24)는 각 전력셀(20)마다 독립적으로 배치되는 것으로서, 인버터부(23)의 전력 스위치(23a 내지 23d)의 스위칭 상태를 결정하는 게이팅 신호(gating signals)를 생성하여 인버터부(23)의 각 전력 스위치(23a 내지 23d)에 제공할 수 있다. 이때, 셀 제어부(24)는, 제어부(40)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
이와 같이 구성되는 인버터 시스템에서, 제어부(40)는 정상동작시 전압과 주파수 관계에 따라 지령전압을 생성하여 각 셀 제어부(24)에 제공하고, 입력전원이 순시적으로 정전된 후 복전되면, 제어부(40)는 복전시 전력셀(20)에 소정 크기와 위상의 전압을 인가함으로써 전동기를 재기동할 수 있다.
도 3은 도 2의 제어부를 설명하기 위한 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 제어부(40)는, 변환부(41), 전압크기 및 위상 결정부(42), 재기동 지령전압 결정부(43), 지령전압 결정부(44), 플래그 설정부(45) 및 선택부(46)를 포함할 수 있다.
지령전압 결정부(44)는 지령주파수(ωref)에 따라 지령전압을 결정할 수 있다. 인버터(2) 구동에서, 전압과 주파수의 비는 일정하며, 따라서 지령 주파수가 입력되면 이에 대응하는 지령전압이 결정될 수 있다.
변환부(41)는, 전압 검출부(30)에 의해 검출된 전동기(3) 입력전압을 동기좌표계의 d축 및 q축 전압으로 변환하고, 전압크기 및 위상 결정부(42)는 전동기 입력전압의 크기, 위상 및 주파수를 검출할 수 있다. 위상검출은 PLL(phase loop lock)을 통해 구현할 수 있으며, 자세한 PLL의 동작은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 널리 알려진 사항이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
재기동 지령전압 결정부(43)는, 전압크기 및 위상 결정부(42)에 의해 결정된 전동기 입력전압의 크기와 위상을 이용하여 재기동 영역에서의 재기동 지령전압을 결정할 수 있다.
플래그 설정부(45)는 입력전원이 이상이 발생한 경우, 플래그를 1로 설정하며, 정상운전이 가능한 경우 다시 플래그를 0으로 설정하여 선택부(46)에 제공할 수 있다.
선택부(46)는, 입력전원이 정상으로 수신되고, 플래그가 1인 경우, 즉 재기동 영역에서, 재기동 지령전압 결정부(43)의 지령전압을 선택하여 복수의 전력셀(20)에 지령전압을 제공하고, 그 외 플래그가 0인 경우에는 지령전압 결정부(44)의 지령전압을 복수의 전력셀(20)에 제공할 수 있다.
이하에서는, 종래 인버터 시스템의 재기동 지령전압 결정부에서 전압지령의 크기와 위상을 결정하는 방식을 설명하고, 본 발명의 재기동 지령전압 결정부(43)의 동작을 상세하게 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5는 종래 전압지령의 크기와 위상을 결정하는 방식을 설명하기 위한 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 재기동 영역에서의 지령전압의 크기는, 기울기 결정부(4A)가 결정한 시간에 따른 전압의 변화량의 크기에 전압크기 및 위상 결정부(42)가 결정한 전동기 입력전압의 크기(Vmag)를 더한 것이다. 즉, 지령전압의 크기를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112017062343000-pat00027
이때, a는 시간에 따른 전압의 변화량을 나타낸다.
또한, 재기동 영역에서의 지령전압의 위상은, 전압크기 및 위상 결정부(42)가 결정한 전동기 입력전압의 주파수(ωest)를 적분부(5A)가 적분한 위상에 전동기 입력전압의 위상(θest)을 더한 것이다. 즉, 지령전압의 위상을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112017062343000-pat00028
도 6는 종래 인버터 재기동 시퀀스를 설명하기 위한 것이다.
전원부(1)로부터 입력전원이 A 시점에서 중단되고, B 시점에서 복전한 경우를 상정한 것이다. B 시점에서 복전한 경우에도, 제어부(40)는 소정 시간 이후인 C 시점에서 재기동을 시작하여, D 시점 이후에는 정상운전하는 것이다. 즉, E 영역 및 H 영역은 정상운전 영역이고, F 영역은 입력전원 고장영역이며, G 영역이 재기동 영역이다.
도 5와 같이 결정되는 재기동 지령전압의 위상을 이용하는 경우, 부하량에 따른 주파수 변동을 고려하지 않기 때문에, 부하에 의한 슬립 주파수의 영향으로, 전동기 속도와 인버터 출력주파수 사이에 오차(J)가 발생하여, 재기동 시점에서 전동기(3) 입력전류에 돌입전류(I)가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 제어부(40)는, 자유회전중인 전동기의 측정된 상전압 또는 선간전압의 주파수를 기준으로 예측된 부하량에 따른 주파수를 보상하고 이에 따라 인버터(2) 지령전압의 위상을 결정함으로써, 재기동시 발생할 수 있는 전동기 상전류의 크기를 감소시켜 안정적으로 재기동하게 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 재기동 영역에서 전압지령의 주파수를 결정하는 것을 설명하기 위한 것이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 재기동 영역에서 전압지령의 위상을 결정하는 것을 설명하기 위한 것이다. 또한, 도 9는 본 발명의 제어에 따른 인버터 재기동 시퀀스를 설명하기 위한 일예시도이다. 도 9에서, 도 6의 종래 시퀀스와의 비교를 위해, 동일한 부호를 사용하였다. 즉, 전원부(1)로부터 입력전원이 A 시점에서 중단되고, B 시점에서 복전한 경우를 상정한 것이다. B 시점에서 복전한 경우에도, 제어부(40)는 소정 시간 이후인 C 시점에서 재기동을 시작하여, D 시점 이후에는 정상운전하는 것이다. 즉, E 영역 및 H 영역은 정상운전 영역이고, F 영역은 입력전원 고장영역이며, G 영역이 재기동 영역이다. 즉, 재기동 영역은 재기동 시점에서 인버터가 정격 이상으로 복귀하는 시점까지이다.
본 발명의 재기동 지령전압 결정부(43)는, 도 7과 같이, 보상된 지령전압의 주파수(이하, '지령 주파수'라 함)인
Figure 112014104481322-pat00003
를 결정할 수 있고, 이와 같이 결정된 지령 주파수를 이용하여, 도 8과 같이, 재기동 지령전압의 위상을 결정할 수 있다
구체적으로, 재기동 지령전압 결정부(43)는, 입력전원의 고장으로 정상운전이 종료되는 A 시점에서 측정된 전동기 입력전압의 주파수(
Figure 112014104481322-pat00004
)와, 재기동이 시작하는 C 시점에서 측정된 전동기 입력전압의 주파수(
Figure 112014104481322-pat00005
)를 전압크기 및 위상 결정부(42)로부터 수신할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 전압크기 및 위상 결정부(42)는, A 시점에서 전압 측정부(30)에 의해 측정된 전동기 입력전압으로부터 주파수를 결정하여 이를 재기동 지령전압 결정부(43)에 제공하고, C 시점에서 전압 측정부(30)에 의해 측정된 전동기 입력전압으로부터 주파수를 결정하여 이를 재기동 지령전압 결정부(43)에 제공할 수 있다.
이후, 재기동 지령전압 결정부(43)는, 감산부(7A)가 결정한 두 주파수(
Figure 112014104481322-pat00006
,
Figure 112014104481322-pat00007
)의 오차를, 제산부(7B)가 두 시점 사이의 시간(T_fault)을 나누어, 감소하는 주파수의 기울기(
Figure 112014104481322-pat00008
)를 결정할 수 있다. 이때, 감소하는 주파수의 기울기는 부하량에 의해 결정되는데, 부하가 클수록 주파수의 기울기는 커지고, 부하가 작을수록 주파수의 기울기는 작아질 수 있다. 따라서, 부하에 따른 주파수의 변화를 아래 식과 같이 근사화할 수 있다.
Figure 112014104481322-pat00009
재기동을 위해 지령전압을 발생하는 경우, 전압/주파수(V/f) 동작하는 유도 전동기의 경우에 적절한 토크를 발생하기 위해 약 수십 내지 수백 msec 정도의 시간이 요구된다. 요구되는 시간은 전동기마다 다르며, 이를 T_comp라 하기로 한다. T_comp는 유도 전동기 회전자 시정수의 약 1/4 내지 1/3으로 설정되며, 재기동 지령전압 발생부(43)는, 승산부(7C)가 주파수 기울기와 T_comp를 승산하고, 다시 감산부(7D)가 재기동이 시작하는 C 시점에서 측정된 전동기 입력전압의 주파수(
Figure 112014104481322-pat00010
)로부터 승산부(7C)의 출력을 감산하여, 다음 수학식과 같이, 적절한 토크가 발생하는 시점의 주파수를 지령 주파수(
Figure 112014104481322-pat00011
)로서 결정할 수 있다.
Figure 112017062343000-pat00029
한편, 유도 전동기의 회전자 시정수는 다음 수학식과 같이 정의된다.
Figure 112014104481322-pat00013
위 수학식 4의 T_comp는 수학식 5의 회전자 시정수를 고려하여 결정되는 것이며, 이때 Lr은 유도 전동기의 회전자 인덕턴스이고, Rr은 회전자 저항이다.
이와 같이 지령 주파수가 결정되면, 재기동 지령전압 결정부(43)는, 도 8과 같이 위상을 결정할 수 있다. 즉, 재기동 영역에서의 지령전압의 위상은, 적분부(8A)가 지령 주파수(
Figure 112014104481322-pat00014
)를 적분한 위상에 전동기 입력전압의 위상(θest)을 더한 것이다. 즉, 지령전압의 위상을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112017062343000-pat00030
도 9를 참조로 설명하면, 플래그 설정부(45)는 (a)와 같이 입력전원의 고장이 발생하는 A시점에서 플래그를 1로 설정하고, 재기동이 끝나는 D 시점에서 다시 플래그를 0으로 설정할 수 있다.
입력전원의 고장이 발생하면, 보호동작으로 인해 인버터(2)는 출력이 정지된다. 따라서, (b)에서 나타나는 바와 같이 인버터 출력전압은 바로 0이 되며, 전압 측정부(30)는 A 시점에서의 전동기 입력전압을 측정하고 전압크기 및 위상 결정부(42)가 해당 입력전압의 주파수를 결정할 수 있다.
입력전원 고장영역인 F 영역에서 측정되는 전동기(3)의 입력전압은 전동기(3)의 유기 기전력으로서, 전동기(3)의 입력전압의 크기와 전동기 속도는 (b) 및 (c)에서 확인할 수 있는 바와 같이 부하와 전동기(3)의 시정수에 따라 감소하고, 전동기 전류의 경로를 형성하지 않으므로, 전동기(3)에서 출력되는 전류는 0이다.
B 시점에서 입력전원이 다시 인가되면, B 시점 이후 소정 시간이 경과된 C 시점에서, 전압 측정부(30)의 측정에 의해 전압크기 및 위상 결정부(42)는 전동기(3)의 입력전압의 크기와 위상 및 주파수를 결정하고, 본 발명의 재기동 지령전압 결정부(43)가 결정한 재기동 지령전압의 크기와, 지령전압의 위상 및 지령 주파수에 따라 인버터(2)를 재기동할 수 있다. 재기동 영역인 G 영역에서, 재기동 지령전압 결정부(43)가 결정하는 지령전압이 인버터(2)에 제공될 수 있다.
즉, 재기동 지령전압의 크기는, 시간에 따른 전압의 변화량의 크기에 재기동 시점의 전동기 입력전압의 크기(Vmag)를 더하여 결정할 수 있다.
또한, 재기동 지령전압의 위상은, 시간에 따른 주파수의 감소 기울기(
Figure 112014104481322-pat00016
)에 토크발생을 위한 시간을 곱한 값을 재기동 시점의 주파수에서 차감하여 구한 지령주파수를 시간에 따라 적분한 위상에, 재기동 시점의 전동기 입력전압의 위상(θest)을 더하여 결정할 수 있다.
즉, 재기동 시점인 D 시점에 인버터(2)에 인가되는 지령전압의 크기는, 전동기 입력전압의 크기(Vmag)이고, 지령전압의 위상은 전동기 입력전압의 위상(θest)일 수 있으며, 이때 재기동 영역인 G 영역에서 지령전압의 위상은, 시간에 따른 주파수의 감소 기울기(
Figure 112014104481322-pat00017
)에 토크발생을 위한 시간을 곱한 값을 재기동 시점의 주파수에서 차감하여 구한 지령주파수를 이용하여 구할 수 있다.
재기동 영역인 G 영역은 인버터 출력전압이 소정 크기에 도달하는 D 시점에서 종료되고, 플래그는 0으로 설정될 수 있다. 이에 의해, 선택부(46)는 지령전압 결정부(44)에서 결정한 지령전압을 인버터(2)에 제공하게 되어, 인버터(2)는 정상동작할 수 있다.
또한, 인버터 출력주파수는, C 시점에서 전압크기 및 위상 결정부(42)가 결정한 주파수가 G 영역에서 동일하게 인가되며, D 시점 이후에 전압-주파수 관계에 따라 증가될 수 있다.
이에 의해, 본 발명의 제어장치에 의하면, 재기동 영역에서 전동기 전류의 돌입전류가 제거된 것을 볼 수 있다. 또한, 도 9의 (c)에서 전동기 속도와 인버터 출력주파수를 비교하면, 도 6과 달리, 전동기(3) 속도와 인버터(2) 출력 주파수가 전 운전영역에서 거의 일치함을 알 수 있다. 실제로는 부하에 따른 토크를 발생시키기 위한 슬립 주파수에 해당하는 오차가 존재하는데, 본 발명의 제어장치에서는 이를 보상하여 슬립 주파수를 작게 유지할 수 있으며, 이로 인해 재기동에 필요한 전류의 크기를 감소시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
40: 제어부 41: 변환부
42: 전압크기 및 위상 결정부 43: 재기동 지령전압 결정부
44: 지령전압 결정부 45: 플래그 설정부
46: 선택부

Claims (5)

  1. 입력전원을 수신하여 전동기에 전압을 제공하는 인버터의 제어장치에 있어서,
    입력전원이 정격 이하로 감소된 시점의 상기 전동기의 입력전압의 주파수를 결정하고, 입력전원이 회복된 경우, 재기동 시점의 상기 전동기의 입력전압의 크기, 위상 및 주파수를 결정하는 제1결정부; 및
    재기동 시점부터 상기 인버터가 소정 출력전압에 도달하는 시점까지의 재기동 영역에서, 지령전압을 결정하여 상기 인버터에 인가하는 제2결정부를 포함하고,
    상기 제2결정부는, 입력전원이 정격 이하로 감소된 시점의 상기 전동기의 입력전원의 주파수, 재기동 시점의 상기 전동기의 입력전원의 주파수, 토크발생을 위한 시간 및 재기동 시점에서의 상기 전동기의 입력전압의 위상을 고려하여 상기 지령전압의 위상을 결정하되,
    상기 제2결정부는 입력전원의 고장으로 정상운전이 종료되는 시점에서의 상기 전동기의 입력전압의 주파수와 재기동이 시작되는 시점에서의 상기 전동기의 입력전압의 주파수의 주파수의 오차를 두 지점 사이의 시간으로 나누어 주파수의 기울기를 결정하고, 상기 주파수의 기울기와 재기동이 시작되는 시점에서의 상기 전동기의 입력전압의 주파수와 설정된 토크를 발생하기 위해 요구되는 시간을 연산하여 지령 주파수를 결정하며, 상기 지령 주파수를 적분한 위상에 상기 전동기의 입력전압의 위상을 더하여 재기동 영역에서의 상기 지령전압의 위상을 결정하는 인버터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전동기의 입력전압을 측정하는 측정부; 및
    상기 측정부가 측정한 전동기 입력전압을 동기좌표계상 d축 및 q축 전압으로 변환하여 상기 제1결정부에 제공하는 변환부를 더 포함하는 인버터 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2결정부는,
    재기동 시점에서의 상기 전동기의 입력전압의 주파수에서, 재기동 시점과 입력전원이 정격 이하로 감소된 시점 사이의 주파수의 기울기와 토크발생을 위한 시간을 곱한 것을 차감하여 재기동 시점의 지령 주파수를 결정하고,
    재기동 시점의 상기 전동기의 입력전압의 위상에, 지령 주파수를 시간에 따라 적분하여 더한 것을 상기 지령전압의 위상으로 결정하는 인버터 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2결정부는,
    재기동 시점의 상기 지령전압의 크기를, 재기동 시점의 상기 전동기의 입력전압의 크기에 대응하도록 결정하는 인버터 제어장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2결정부는,
    재기동 영역에서의 상기 지령전압의 크기를, 재기동 시점의 상기 전동기의 입력전압의 크기에, 미리 설정된 시간에 따른 전압 변화량을 더한 것으로 결정하는 인버터 제어장치.
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