KR102643513B1 - 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치 - Google Patents

하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치 Download PDF

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Abstract

하이브리드형 V/F 제어 방식을 이용하여 전동기의 저속 구간에서도 속도의 변동을 최소화할 수 있는 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치가 개시된다. 이는 전동기의 구동 구간을 저속 구간, 중속 구간 및 고속 구간으로 구분하고, 각 구간 별로 상이한 V/F 패턴이 적용되도록 함으로써 저속 구간에서부터 고속 구간까지 선형적인 속도 특성을 가질 수 있다.

Description

하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치{Apparatus for Hybrid Type Induction Motor Drive Control}
본 발명은 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유도전동기의 구동시 선형적인 속도 특성을 갖는 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유도전동기는 팬, 펌프와 같은 분야에서부터 크레인, 엘리베이터와 같은 권상부하에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되는 전동기이다. 유도전동기 구동 제어 방식은 일반적으로 V/F(전압/주파수) 제어 및 벡터제어를 통해 속도를 제어하는 방식을 사용한다.
도 1은 종래의 V/F 제어 방식을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 종래의 V/F 제어 방식은 1차 함수 패턴을 이용한 스칼라 제어 방식으로, 유도전동기의 주파수를 변환하는 동시에 전압도 비례하여 변화시키는 방식이다. 즉, 유도전동기를 구동하는 도중 전동기의 속도를 낮추기 위해 주파수를 낮출 경우, 낮아진 주파수에 비례하여 전압을 비례하여 낮춤으로써 전압과 주파수의 비율을 일정하게 유지한다.
허나, 이러한 1차 함수 패턴만을 이용하는 V/F 제어 방식은 전압과 주파수가 일정하게 비례하여 변동되기 때문에 공극 자속이 감소하는 저속 구간에서 고정자 저항에 의한 전압 강하 및 실제 속도와 기준 속도 사이의 오차가 발생되어 전동기의 저속 구간과 중속 구간에서 속도의 변동이 큰 단점이 있다.
한국등록특허 10-1535727
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하이브리드형 V/F 제어 방식을 이용하여 전동기의 저속 구간에서도 속도의 변동을 최소화할 수 있는 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치는 기준 주파수를 각속도로 변환하는 각속도 변환부, 상기 기준 주파수를 입력받고, 상기 기준 주파수에 따른 정현파를 발생시키는 정현파 발생부, 상기 각속도 변환부에서 변환된 각속도를 입력받고, 전동기의 구동 구간에 따라 각각의 V/F 패턴을 생성하는 V/F 생성부 및 상기 V/F 생성부에서 생성된 V/F 패턴을 선택하여 상기 전동기의 구동 구간에 따른 동작 전압이 결정되도록 하는 V/F 선택부를 포함한다.
상기 전동기의 구동 구간은 저속 구간, 중속 구간 및 고속 구간을 포함할 수 있다.
상기 V/F 생성부는, 상기 저속 구간에서 동작되는 제1 V/F 패턴을 생성하는 제1 V/F 산출부, 상기 중속 구간에서 동작되는 제2 V/F 패턴을 생성하는 제2 V/F 산출부 및 상기 고속 구간에서 동작되는 제3 V/F 패턴을 생성하는 제3 V/F 산출부를 포함할 수 있다.
상기 제1 V/F 패턴은 2차 함수 형태의 V/F 패턴을 형성하고, 상기 제2 V/F 패턴은 상수 함수 형태의 V/F 패턴을 형성하며, 상기 제3 V/F 패턴은 1차 함수 형태의 V/F 패턴을 형성할 수 있다.
상기 V/F 선택부는, 상기 제1 V/F 산출부 및 상기 제2 V/F 산출부에서 각각 출력되는 V/F 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택하는 제1 선택부 및 상기 제2 V/F 산출부 및 상기 제1 선택부에서 각각 출력되는 V/F 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택하는 제2 선택부를 포함할 수 있다.
제1 VF 산출부는, 상기 각속도 변환부에서 변환된 각속도를 입력받고, 상기 변환된 각속도를 2차 함수 형태로 변환하는 2차 함수 생성기, 상기 2차 함수 형태로 변환된 각속도의 계수를 결정하는 2차 계수 게인, 부스트 전압을 출력하는 부스트 전압 생성기 및 상기 2차 계수 게인의 출력과 상기 부스트 전압 생성기의 출력을 각각 입력받고, 상기 제1 V/F 패턴을 생성하는 제1 연산기를 포함할 수 있다.
상기 제2 VF 산출부는 상기 제2 V/F 패턴을 생성하는 상수 함수 생성기를 포함하고, 상기 제3 VF 산출부는 상기 제3 V/F 패턴을 생성하는 1차 계수 게인을 포함할 수 있다.
상기 제1 V/F 패턴과 상기 제2 V/F 패턴을 입력받고, 입력된 V/F 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택하는 제1 스위치 및 상기 제3 V/F 패턴과 상기 제1 스위치에 의해 선택된 V/F 패턴을 입력받고, 입력된 V/F 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
삭제
상기 정현파 발생부는, 상기 기준 주파수를 위상으로 변환하는 적분기, 상기 적분기에 의해 변환된 위상과 행렬 생성기로부터 입력된 행렬을 연산하는 제3 연산기 및 상기 제3 연산기의 출력 신호를 입력받고, 정현파를 출력하는 정현파 생성기를 포함할 수 있다.
상기 정현파 생성기에 의해 출력되는 정현파 및 상기 제2 연산기에 의해 출력되는 구동 전압을 입력받고, 상기 전동기의 구동 구간에 따른 전압 명령을 출력하는 곱셈기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전동기의 구동 구간을 저속 구간, 중속 구간 및 고속 구간으로 구분하고, 각 구간 별로 상이한 V/F 패턴이 적용되도록 함으로써 저속 구간에서부터 고속 구간까지 선형적인 속도 특성을 가질 수 있다.
또한, 저속 구간에서 2차 함수 패턴을 이용하여 1차 함수 패턴을 사용했을 때보다 더 높은 전압이 인가되도록 할 수 있다. 따라서, 공극 자속이 감소하는 저속 구간에서 실제 속도와 기준 속도 사이의 속도 오차를 감소시킬 수 있기 때문에 전동기를 안정적으로 구동시킬 수 있다.
더 나아가, 저속 구간과 고속 구간 사이의 중속 구간에 상수 함수 V/F 패턴을 적용함으로써 비선형과 선형 구간의 격차를 감소시켜 전동기가 안정적으로 구동되도록 할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 V/F 제어 방식을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 V/F 생성부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 V/F 선택부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치에 따른 전압, 주파수 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치에 따른 전압, 주파수 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 하이브리드형 유도전동기와 종래의 유도전동기의 속도 출력에 따른 측정 결과를 비교한 도면이다.
도 8은 본 발명의 하이브리드형 유도전동기와 종래의 유도전동기의 전압 출력에 따른 측정 결과를 비교한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
실시예
도 2는 본 발명의 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치는 각속도 변환부(100), 정현파 발생부(200), V/F 생성부(300) 및 V/F 선택부(400)를 포함한다.
각속도 변환부(100)는 주파수 생성기(10)에서 기준 주파수(fref)를 입력받고, 입력된 기준 주파수(fref)를 각속도(ω)로 변환한다. 일예로, 각속도 변환부(100)는 입력되는 기준 주파수(fref)에 2π를 곱함으로써 기준 주파수(fref)를 각속도(ω)로 변환시킬 수 있다.
정현파 발생부(200)는 기준 주파수(fref)를 입력받고, 입력되는 기준 주파수(fref)에 따른 정현파를 발생시킨다. 정현파 발생부(200)를 통해 출력된 정현파는 V/F 패턴에 의해 결정되는 전압(Vm)에 의해 변환되어 전동기(M)로 출력된다.
V/F 생성부(300)는 각속도 변환부(100)에서 변환된 각속도(ω)를 입력받고, 전동기(M)의 구동 구간에 따른 각각의 V/F 패턴(VF)을 생성한다. 일예로, 종래의 V/F 제어 방식은 전압과 주파수의 비율을 일정하게 유지하기 위해 1차 함수 패턴을 이용한 스칼라 제어 방식을 이용한다. 허나, 이러한 1차 함수 패턴만을 이용하는 V/F 제어 방식은 전압과 주파수가 일정하게 비례하여 변동되기 때문에 공극 자속이 감소하는 저속 구간에서 고정자 저항에 의한 전압 강하 및 실제 속도와 기준 속도 사이의 오차가 발생되어 전동기(M)의 저속 구간과 중속 구간에서 속도의 변동이 큰 단점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치는 종래의 1차 함수 패턴에 2차 함수 패턴 및 상수 함수 패턴을 혼합한 하이브리드형 V/F 제어 방식을 갖는다. 즉, 저속 구간에서는 2차 함수 패턴을 이용하여 1차 함수 패턴을 사용했을 때보다 더 높은 전압이 인가되도록 할 수 있다. 또한, 고속 구간에서는 1차 함수 패턴을 이용하여 전동기(M)가 구동되도록 하되, 중속 구간에 상수 함수 패턴을 추가하여 비선형과 선형 구간의 격차를 감소시켜 전동기(M)가 안정적으로 구동되도록 할 수 있다.
즉, 전동기(M)를 제어하는 구동 구간을 저속 구간, 중속 구간 및 고속 구간으로 구분하고, 각각의 구간에 따라 2차 함수 패턴, 상수 함수 패턴 및 1차 함수 패턴이 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 V/F 생성부를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 V/F 생성부(300)는 제1 V/F 산출부(310), 제2 V/F 산출부(320) 및 제3 V/F 산출부(330)를 포함할 수 있다.
제1 V/F 산출부(310)는 각속도 변환부(100)에서 변환된 각속도(ω)를 입력받고 제1 V/F 패턴(VF1)을 생성한다. 일예로, 제1 V/F 산출부(310)를 통해 산출되는 제1 V/F 패턴(VF1)은 2차 함수 패턴일 수 있다. 즉, 제1 V/F 패턴(VF1)은 곡선 형태의 패턴을 가질 수 있다. 2차 함수 패턴을 갖는 제1 V/F 패턴(VF1)은 전동기(M) 구동 구간 중 저속 구간에 적용될 수 있다. 2차 함수 패턴을 저속 구간에 적용함으로써, 저속 구간에서 1차 함수 패턴보다 더 높은 전압이 인가되도록 할 수 있다. 따라서, 공극 자속이 감소하는 저속 구간에서 실제 속도와 기준 속도 사이의 속도 오차를 감소시킬 수 있기 때문에 전동기(M)를 안정적으로 구동시킬 수 있다.
제2 V/F 산출부(320)는 제2 V/F 패턴(VF2)을 생성한다. 일예로, 제2 V/F 패턴(VF2)은 상수 함수 패턴일 수 있다. 즉, 제2 V/F 패턴(VF2)은 수평한 직선 형태를 가질 수 있다. 상수 함수 패턴을 갖는 제2 V/F 패턴(VF2)은 전동기(M) 구동 구간 중 중속 구간에 적용될 수 있다.
제3 V/F 산출부(330)는 각속도 변환부(100)에서 변환된 각속도(ω)를 입력받고, 제3 V/F 패턴(VF3)을 생성한다. 일예로, 제3 V/F 패턴(VF3)은 1차 함수 패턴일 수 있다. 즉, 제3 V/F 패턴(VF3)은 기울기를 갖는 직선 형태를 가질 수 있다. 1차 함수 패턴을 갖는 제3 V/F 패턴(VF3)은 전동기(M) 구동 구간 중 고속 구간에 적용될 수 있다. 따라서, 고속 구간에서는 전압과 주파수가 선형적으로 비례하여 증가하는 1차 함수 형태를 가질 수 있다.
V/F 선택부(400)는 V/F 생성부(300)에서 생성된 V/F 패턴을 선택함으로써 전동기(M)의 구동 구간에 따른 동작 전압이 결정될 수 있다. 즉, V/F 선택부(400)는 V/F 생성부(300)에서 생성되는 제1 V/F 패턴(VF1), 제2 V/F 패턴(VF2) 및 제3 V/F 패턴(VF3) 중 어느 하나의 패턴을 선택하고, 선택된 패턴에 따라 동작 전압을 결정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 V/F 선택부를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, V/F 선택부(400)는 제1 선택부(410) 및 제2 선택부(420)를 포함할 수 있다.
제1 선택부(410)는 제1 V/F 산출부(310)에서 생성되는 제1 V/F 패턴(VF1) 및 제2 V/F 산출부(320)에서 생성되는 제2 V/F 패턴(VF2)을 입력받고, 이들 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택할 수 있다. 일예로, 저속 구간에서는 2차 함수 패턴을 갖는 제1 V/F 패턴(VF1)이 선택될 수 있고, 중속 구간에서는 상수 함수 패턴을 갖는 제2 V/F 패턴(VF2)이 선택될 수 있다.
제2 선택부(420)는 제3 V/F 산출부(330)에서 생성되는 제3 V/F 패턴(VF3) 및 제1 선택부(410)에서 선택되는 V/F 패턴을 입력받고, 이들 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택할 수 있다. 일예로, 저속 구간에서는 제1 선택부(410)에서 제1 V/F 패턴(VF1)이 선택될 수 있고, 제2 선택부(420)에서도 제1 V/F 패턴(VF1)이 선택될 수 있다. 중속 구간에서는 제1 선택부(410)에서 제2 V/F 패턴(VF2)이 선택될 수 있고, 제2 선택부(420)에서도 제2 V/F 패턴(VF2)이 선택될 수 있다. 또한, 고속 구간에서는 제1 선택부(410)에서 제1 V/F 패턴(VF1) 또는 제2 V/F 패턴(VF2) 중 어느 하나의 V/F 패턴이 선택되더라도, 제2 선택부(420)에서는 1차 함수 패턴을 갖는 제3 V/F 패턴(VF3)이 선택될 수 있다.
즉, 제1 V/F 산출부(310), 제2 V/F 산출부(320) 및 제3 V/F 산출부(330)를 통해 생성된 각각의 V/F 패턴은 전동기(M)의 구동 구간에 따라 제1 선택부(410) 및 제2 선택부(420)에 의해 적절히 선택될 수 있다. 또한, 선택된 V/F 패턴에 따라 이에 해당하는 동작 전압이 결정되고, 결정된 동작 전압과 정현파 발생부(200)에서 발생된 정현파에 의해 각각의 구동 구간에 맞는 전압 크기와 주파수를 갖는 전압 명령으로 산출되어 전동기(M)로 전달될 수 있다.
도 5는 본 발명의 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치는 주파수 생성기(10)에 의해 기준 주파수(fref)가 게인(gain)(101)로 입력되면 기준 주파수(fref)는 각속도(ω)로 변환된다. 2차 함수 생성기(311)는 변환된 각속도(ω)를 입력받아 각속도(ω)를 2차 함수 형태(ω2)로 변환하고, 2차 함수의 계수를 결정하는 2차 계수 게인(312)를 통해 제1 연산기(314)로 출력된다. 일예로, 2차 계수 게인(312)을 통해 계수를 조절함에 따라, 2차 함수 곡선의 폭은 조절될 수 있다.
제1 연산기(314)는 계수가 선택된 2차 함수 형태의 각속도와 부스트 전압 생성기(313)에서 생성된 부스트 전압(VB)을 입력받고, 2차 함수 형태의 제1 V/F 패턴(VF1)을 생성할 수 있다. 이때, 2차 함수의 계수 및 부스트 전압(VB)은 부하 특성에 맞게 선택될 수 있다. 일예로, 비교적 큰 초기 기동 토크가 요구되는 경우, 초기부터 기동 확보를 위해 부스트 전압을 상승시킴으로써 초기 전압이 상승된 V/F 패턴이 적용될 수 있다.
제1 연산기(314)를 통해 출력된 제1 V/F 패턴(VF1)은 상수 함수 생성기(321)에서 생성된 상수 함수 형태의 제2 V/F 패턴(VF2)과 함께 제1 스위치(411)로 입력될 수 있다. 제1 스위치(411)는 제1 V/F 패턴(VF1), 제2 V/F 패턴(VF2) 및 변환된 각속도(ω)를 입력받고, 전동기(M)의 구동 구간에 따라 제1 V/F 패턴(VF1)과 제2 V/F 패턴(VF2) 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택할 수 있다. 선택된 V/F 패턴은 제2 스위치(421)로 출력된다.
1차 계수 게인(331)은 변환된 각속도(ω)를 입력받고, 1차 함수의 형태의 제3 V/F 패턴(VF3)을 생성할 수 있다. 이때, 1차 계수 게인(331)을 통해 1차 함수의 계수가 결정될 수 있다. 일예로, 1차 계수 게인(331)을 통해 계수를 조절함에 따라, 1차 함수의 기울기가 결정될 수 있다.
1차 계수 게인(331)을 통해 생성된 제3 V/F 패턴(VF3)은 제1 스위치(411)를 통해 선택된 V/F 패턴 및 변환된 각속도(ω)와 함께 제2 스위치(421)로 입력될 수 있다. 제2 스위치(421)는 전동기(M)의 구동 구간에 따라 제3 V/F 패턴(VF3)과 제1 스위치(411)를 통해 선택된 V/F 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택하고, 선택된 V/F 패턴을 제2 연산기(510)로 출력한다. 제2 연산기(510)는 제2 스위치(421)를 통해 선택된 V/F 패턴과 전압 보상기(20)를 통해 입력된 전압(Vcom)을 이용하여 주파수에 따른 구동 전압의 크기를 결정할 수 있다.
한편, 정현파 발생부(200)의 적분기(210)는 기준 주파수(fref)를 입력받고, 입력된 기준 주파수(fref)를 위상(θ)으로 변환한다. 제3 연산기(230)는 적분기(210)를 통해 변환된 위상(θ)과 행렬 생성기(220)에서 생성된 행렬을 입력받고, 위상(θ)과 행렬을 연산하여 정현파 생성기(240)로 출력한다. 정현파 생성기(240)를 통해 생성된 정현파는 제2 연산기(510)에 의해 출력된 구동 전압(Vm)과 함께 곱셈기(520)로 입력되어, 구동 구간에 맞는 전압 크기와 주파수를 갖는 전압 명령이 전동기(M)로 출력된다.
도 6은 본 발명의 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치에 따른 전압, 주파수 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치 구동 구간에 따라 상이한 구동 패턴이 적용될 수 있다. 일예로, 저속 구간(0~ω1)에서는 2차 함수 형태의 제1 V/F 패턴(VF1)인 곡선 패턴이 적용되고, 중속 구간(ω1~ω2)에서는 상수 함수 형태의 제2 V/F 패턴(VF2)인 직선 패턴이 적용되며, 고속 구간(ω2~)에서는 1차 함수 형태의 제3 V/F 패턴(VF3)인 기울기를 가지는 직선 패턴이 적용될 수 있다.
이때, 저속 구간에 적용된 곡선 패턴의 폭과 고속 구간에 적용된 직선 패턴의 기울기의 변화량은 부하 특성에 맞게 조절될 수 있다.
일예로, 저속 구간에서는 부스트 전압(VB)과 제1 V/F 패턴(VF1)이 적용될 수 있다. 즉, 저속 구간에서는 2차 함수 패턴을 이용하여 1차 함수 패턴을 사용했을 때보다 더 높은 전압이 인가되도록 할 수 있다. 따라서, 종래의 공극 자속이 감소하는 저속 구간에서 고정자 저항에 의한 전압 강하 및 실제 속도와 기준 속도 사이의 오차가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 저속 구간이 적용되는 범위는 0≤ω≤31.368 의 범위를 가질 수 있다.
고속 구간에서는 제3 V/F 패턴(VF3)이 적용될 수 있다. 일예로, 초기 기동 토크를 확보하기 위해 저속 구간에 적용된 2차 함수 패턴은 중속 및 고속 구간에서는 필요한 토크 이상의 전압이 인가되기 때문에 과전류가 발생될 수 있고, 이러한 과전류에 의해 구동 손실이 발생되어 운전 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위해 고속 구간에서는 1차 함수 형태의 제3 V/F 패턴(VF3)이 적용된다. 예컨대, 고속 구간이 적용되는 범위는 125.66≤ω 의 범위를 가질 수 있다.
저속 구간과 고속 구간 사이의 구간인 중속 구간에서는 제2 V/F 패턴(VF2)이 적용될 수 있다. 일예로, 2차 함수 패턴이 적용된 저속 구간 이후, 바로 1차 함수 패턴이 적용된 고속 구간이 사용되면, 비선형 구간과 선형 구간 간의 격차가 클 수밖에 없다. 따라서, 저속 구간과 고속 구간 사이의 중속 구간에 상수 함수 형태의 제2 V/F 패턴(VF2)을 적용함으로써, 비선형의 저속 구간과 선형의 고속 구간 간의 격차를 감소시킬 수 있다. 예컨대, 중속 구간이 적용되는 범위는 31.368≤ω≤125.66 의 범위를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 전동기(M)의 구동 구간을 저속 구간, 중속 구간 및 고속 구간으로 구분하고, 각 구간 별로 상이한 V/F 패턴이 적용되도록 함으로써 저속 구간에서부터 고속 구간까지 선형적인 속도 특성을 가질 수 있기 때문에 다양한 부하에 적용이 가능하다.
도 7은 본 발명의 하이브리드형 유도전동기와 종래의 유도전동기의 속도 출력에 따른 측정 결과를 비교한 도면이다.
여기서, 도 7(a)는 1차 함수 V/F 패턴만을 사용한 종래 유도전동기의 속도 출력을 측정한 그래프이고, 도 7(b)는 본 발명의 하이브리드형 유도전동기의 속도 출력을 측정한 그래프이다.
도 7(a) 및 도 7(b)를 참조하면, 종래의 1차 함수 V/F 패턴만을 사용하는 종래의 유도전동기는 0.9s 구간인 저속 구간에서 실제 속도(nm)의 속도 변동이 크게 발생되는 것을 확인할 수 있다.
허나, 저속 구간, 중속 구간 및 고속 구간에서 각각 다른 패턴의 V/F 패턴을 사용하는 본 발명의 하이브리드형 유도전동기는 저속 구간에서 2차 함수 V/F 패턴을 사용하여 높은 전압이 인가되도록 하고, 중속 구간에서 상수 함수 V/F 패턴을 사용하여 비선형의 저속 구간과 선형의 고속 구간 간의 격차를 감소시킴으로써 실제 속도(nm)가 선형 적인 속도 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 하이브리드형 유도전동기와 종래의 유도전동기의 전압 출력에 따른 측정 결과를 비교한 도면이다.
여기서, 도 8(a)는 1차 함수 V/F 패턴만을 사용한 종래 유도전동기의 전압 출력(Va)을 측정한 그래프이고, 도 8(b)는 본 발명의 하이브리드형 유도전동기의 전압 출력(Vb)을 측정한 그래프이다.
도 8(a) 및 도 8(b)를 참조하면, 정격 전압 380V 이내를 갖는 종래의 1차 함수 V/F 패턴만을 사용한 유도전동기와 비교하여, 구동 구간마다 다른 V/F 패턴을 사용하는 본 발명의 하이브리드형 유도전동기도 정격 전압 380V 이내의 출력 전압을 갖는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치는 전동기의 구동 구간을 저속 구간, 중속 구간 및 고속 구간으로 구분하고, 각 구간 별로 상이한 V/F 패턴이 적용되도록 함으로써 저속 구간에서부터 고속 구간까지 선형적인 속도 특성을 가질 수 있다. 또한, 저속 구간에서 2차 함수 패턴을 이용하여 1차 함수 패턴을 사용했을 때보다 더 높은 전압이 인가되도록 할 수 있다. 따라서, 공극 자속이 감소하는 저속 구간에서 실제 속도와 기준 속도 사이의 속도 오차를 감소시킬 수 있기 때문에 전동기를 안정적으로 구동시킬 수 있다. 더 나아가, 저속 구간과 고속 구간 사이의 중속 구간에 상수 함수 V/F 패턴을 적용함으로써 비선형과 선형 구간의 격차를 감소시켜 전동기가 안정적으로 구동되도록 할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 각속도 변환부 200 : 정현파 발생부
300 : V/F 생성부 310 : 제1 V/F 산출부
320 : 제2 V/F 산출부 330 : 제3 V/F 산출부
400 : V/F 선택부 410 : 제1 선택부
420 : 제2 선택부 VF1 : 제1 VF 패턴
VF2 : 제2 VF 패턴 VF3 : 제3 VF 패턴

Claims (11)

  1. 기준 주파수를 각속도로 변환하는 각속도 변환부;
    상기 기준 주파수를 입력받고, 상기 기준 주파수에 따른 정현파를 발생시키는 정현파 발생부;
    상기 각속도 변환부에서 변환된 각속도를 입력받고, 전동기의 구동 구간에 따라 각각의 V/F 패턴을 생성하는 V/F 생성부; 및
    상기 V/F 생성부에서 생성된 V/F 패턴을 선택하여 상기 전동기의 구동 구간에 따른 동작 전압이 결정되도록 하는 V/F 선택부를 포함하고,
    상기 전동기의 구동 구간은 저속 구간, 중속 구간 및 고속 구간을 포함하되,
    상기 V/F 생성부는,
    상기 저속 구간에서 동작되고, 2차 함수 형태의 제1 V/F 패턴을 생성하는 제1 V/F 산출부;
    상기 중속 구간에서 동작되고, 비선형과 선형 구간의 격차를 감소시키기 위한 상수 함수 형태의 제2 V/F 패턴을 생성하는 제2 V/F 산출부; 및
    상기 고속 구간에서 동작되고, 1차 함수 형태의 제3 V/F 패턴을 생성하는 제3 V/F 산출부를 포함하는 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 V/F 선택부는,
    상기 제1 V/F 산출부 및 상기 제2 V/F 산출부에서 각각 출력되는 V/F 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택하는 제1 선택부; 및
    상기 제2 V/F 산출부 및 상기 제1 선택부에서 각각 출력되는 V/F 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택하는 제2 선택부를 포함하는 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 제1 V/F 산출부는,
    상기 각속도 변환부에서 변환된 각속도를 입력받고, 상기 변환된 각속도를 2차 함수 형태로 변환하는 2차 함수 생성기;
    상기 2차 함수 형태로 변환된 각속도의 계수를 결정하는 2차 계수 게인;
    부스트 전압을 출력하는 부스트 전압 생성기; 및
    상기 2차 계수 게인의 출력과 상기 부스트 전압 생성기의 출력을 각각 입력받고, 상기 제1 V/F 패턴을 생성하는 제1 연산기를 포함하는 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 V/F 산출부는 상기 제2 V/F 패턴을 생성하는 상수 함수 생성기를 포함하고,
    상기 제3 V/F 산출부는 상기 제3 V/F 패턴을 생성하는 1차 계수 게인을 포함하는 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 V/F 패턴과 상기 제2 V/F 패턴을 입력받고, 입력된 V/F 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택하는 제1 스위치; 및
    상기 제3 V/F 패턴과 상기 제1 스위치에 의해 선택된 V/F 패턴을 입력받고, 입력된 V/F 패턴 중 어느 하나의 V/F 패턴을 선택하는 제2 스위치를 포함하는 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 정현파 발생부는,
    상기 기준 주파수를 위상으로 변환하는 적분기;
    상기 적분기에 의해 변환된 위상과 행렬 생성기로부터 입력된 행렬을 연산하는 제3 연산기; 및
    상기 제3 연산기의 출력 신호를 입력받고, 정현파를 출력하는 정현파 생성기를 포함하는 하이브리드형 유도전동기 구동 제어 장치.
  11. 삭제
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