KR20040010147A

KR20040010147A - 전환자기저항구동의 제어

Info

Publication number: KR20040010147A
Application number: KR1020030047137A
Authority: KR
Inventors: 이안 조디슨; 마리엘르 기스렌느 알베르트 파이론; 피터 리차드 메이스; 피터 머레이; 마이클 제임스 터너; 마이클 레오 맥클러랜드
Original assignee: 스위치드 릴럭턴스 드라이브즈 리미티드
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2004-01-31
Also published as: EP1385263A3; US20050077862A1; TW200402929A; US6972533B2; EP1385263A2; CN1476159A; JP2004056999A

Abstract

모터 또는 발전기중의 어느 하나로서 동작하는 전환자기저항구동기는 공급전압 또는 전기부하의 변동시에 연속전류 모드에서 안정한 방식으로 제어된다. 통상의 온- 및 오프-각 θ_on, θ_off에 부가하여 전류 제어파라미터 I_x의 사용은 연속전류 모드에서 원활하게 동작하도록 하여 주고, 동작 모드들간에서 원활하게 천이되게 하여 준다. 일단 상전류가 기설정레벨 I_x에 도달하면, 상권선은 프리휠상태에 놓여 있게 되고, 이것에 의하여 상권선 및/또는 출력전압에서 기준전류(standing current)를 제어한다.

Description

전환자기저항구동의 제어{CONTROL OF A SWITCHED RELUCTANCE DRIVE}

본 발명은 자기저항기기의 제어에 관한 것으로, 특히 전환자기저항기기의 제어에 관한 것이다.

전환자기저항기기(switched reluctance machines)의 제어 및 동작은 전반적으로 1993.6.21~24, 독일 뉴른베르그(Nurnberg) 개최의 PCIM'93 Conference and Exhibition에서 발표된 J. M. Stephenson과 R. J. Blake의 논문 "The Characteristics, Design and Application of Switched Reluctance Motors and Drives"에 설명되어 있으며 본 발명에서 참조로 통합된다. 상기 논문에서, 전환자기저항기기의 에너지화에 대한 "쵸핑(chopping)" 및 단일-펄스(single-pulse)" 모드는 저속도 및 고속도에서의 기기동작에 대하여 각각 설명되어 있다.

전형적인 종래기술의 구동기는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 이것은 전지나 또는 정류되어 필터링된 AC주 전원의 어느 하나일 수 있는 DC전원(11)을 포함한다. 전원(11)에 의하여 제공되는 DC전원은 전자제어장치(14)의 제어하에서 전력변환기(13)에 의하여 모터(12)의 상권선(16)의 양단에서 스위칭된다. 일부 전류변환기(18)의 형태는 보통 상전류를 궤환시키기 위해 설치된다. 많은 공지의 변환 토포로지에 대한 것중의 하나가 도 2에 도시되어 있으며, 여기에서, 레지스터(28)는 전류궤환신호를 제공하기 위하여 하부스위치(22)와 직렬로 접속되어 있다.

전환자기저항기기의 성능은 부분적으로는, 회전자 위치에 대한 상에너지로의 정확한 타이밍에 좌우된다. 회전자 위치의 검출은 기기 회전자에 장착되고, 고정자에 장착된 광학 또는 자기센서와 협동하는 톱니형성 회전디스크와 같은, 도 1에 개략적으로 도시된 변환기(15)를 사용함으로써 통상적으로 달성된다. 고정자에 대한 회전자 위치를 나타내는 펄스열이 발생되고 제어회로로 공급되어서, 정확한 상에너지화(phase energisation)를 하여 준다.

위치검출에 대한 또 하나의 방법은 소위 "무센서(sensorless)"방법을 포함하며, 이 방법에서는 위치가 기기의 다른 파라미터의 측정에 의해 도출된다.

저속도에서, 전환자기저항 시스템은 일반적으로 운전(motoring)에 대하여 도 3에 대략적으로 도시되어 있는 바와 같이 전류제어 또는 "쵸핑(chopping)" 모드에서 동작한다.

"경(hard)" 쵸핑을 사용하는 히스테리시스 전류제어기는 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 자주 사용된다. 전형적으로 전압은 최소 인덕턴스 영역에서 각 θ_on에서 상(phase)에 인가되고, 상부경계값(upper bound) I_u에 도달할 때까지 급격히 상승하며, 그리고 스위치가 개방되어서 자속을 떨어뜨리고 그래서 전류를 떨어뜨리게 구동하는 다이오드(23, 24)의 동작에 의하여 전체 역전압이 권선의 양단에 인가된다. 하부경계값(lower bound) I_l이 도달할때 스위치가 닫혀지면 전류가 다시 상승한다. 이 사이클은 전형적으로 회전자 폴(pole)이 고정자 폴과 충분히 일치할 때의 최대 인덕턴스의 점에 스위치오프각(switch-off angle) θ_off가 도달할 때까지 반복된다. 그때 전류가 역전압에 의해 제로로 내려가게 된다. 전류는 사이클 θ_on에서 다시 시작할 때까지 제로에 머무르게 되며, 따라서 전류의 마크: 스페이스 비율은 대략 0.5이다.

"연(soft)" 쵸핑으로 알려진, 다른 또 하나의 장치가 도 3(b)에 예시되어 있으며, 도 3(b)의 경우는 전류가 그 상부경계값에 도달할 때 단 하나의 스위치, 예를 들어 스위치(21)가 개방되며, 따라서 전류는 권선, 제 2 스위치(22) 및 하나의 다이오드(24)를 통하여 훨씬 더 느리게 감소한다. 스위칭 빈도에 있어서의 감소는 스위치에서의 스위칭 손실을 감소하고 음향잡음을 감소하여 대체로 유익하다. 전류제어기의 다른 종류는 예를 들면, 오프-타임(off-time)제어기; 일정 주파수 제어기등 종래기술에서 잘 알려져 있으므로 여기에서 이들의 설명은 생략한다. 그러나, 그들의 공통적인 특성은 그들 모두가 스위치 및/또는 기기에 대한 손상을 방지하기 위해 안전한 레벨로 전류를 제한하는 것이다.

보다 더 높은 속도에서 전환자기저항 시스템은 전형적으로 에너지화의 "단일-펄스" 모드에서 동작한다. 이 모드는 도 4에 예시되어 있으며, 도 4에서는 전류 및 선형화된 인덕턴스파형이 한상의 인덕턴스기간에 걸쳐서 도시되어 있다. 전압이 스위치-온각 θ_on에서 상권선(phase winding)에 인가될 때 전류상승은 피크치에 도달하고, 회전자 폴이 고정자 폴을 겹치기 시작할 때 반전되어서 인덕턴스가 상승한다. 전류는 당연히 회로의 역기전력에 의해 제한된다. 전압이 θ_off에서 반전되고, 전류는 에너지가 전원으로 복귀될 때 더욱 빠른 속도로 떨어져서 에너지가 제로로될 때 중지된다. 따라서, 사이클이 다시 시작하기전에 제로전류의 기간이 있게 된다.

또 하나의 다른 스위칭 기술은 θ_off전에 각도 θ_f동안 프리휠(freewheeling)을 사용하며, 이것에 의해 스위칭 회로는 전압을 인가하지 않은체 상권선에서 전류를 재 순환하도록 하여 준다. 도 5는 이와 같은 기술과 프리휠이 명백하게 나타나게 되는 동안 제로 인가전압의 기간을 나타낸 것이다. 다시, 사이클이 반복되기전에 전류가 소정시간동안 제로로 떨어진다.

따라서, 시스템은 일반적으로 저속도에서는 쵸핑 모드를 그리고 고속도에서는 단일-펄스 모드를 사용한다. 파라미터 I_u및 I_l, (쵸핑 모드에서 사용)는 단일펄스모드의 예측되는 제 2 전류보다 높은 값으로 설정되므로 이들 파라미터는 단일-펄스 동작과 충돌하지 않는다. 파리미터 I_u를 고정조건이 구동시에 발생하게 되더라도 전류가 I_u에 도달하고 그때 쵸핑동작이 원하지 않는다면 안전한 값으로 상전류를 제한하게 되는 "세프티네트(safety net)"로서 동작하는 값으로 설정하는 것은 공지이다.

전환자기저항기기의 특별한 동작 모드는 USP No. 5469039(Stephenson)에 개시되어 있고, 본 발명에서 인용으로 통합되는 바와 같은 연속전류 모드이다. 이 모드에서, 권선은 자속, 그래서 전류가 에너지 복귀기간의 끝에서 제로로 복귀하기전에 전원에 재접속된다. 따라서 상권선은 그들을 통하여 전류가 연속적으로 흐르게 동작하고 향상 자속에 의해 링크된다. 이전에는 이용할 수 없는 만큼 매우 불안정하였지만, USP No. 5469039는 정상상태 동작이 가능하도록 이 영역에서 안정한 방식으로 동작하는 방법이 개시되어 있다. 도 6은 구동시에 정상상태 전류파형을 나타낸 것이며, 전류변동은 "기준(standing)"값 I_s위의 준-사인곡선이다. 이것은그들의 동작사이클의 일부지점들에서 과부하출력인 하이레벨을 생성하여야만 하는 시스템에 대하여 중요한 모드이다. 구동효율이 이 모드에서 떨어지지만 그렇지 않으면 더 큰 기기를 필요하게 되는 시방서가 달성되게 하여 준다.

구동동작이 상기 설명에서 예시되었지만, 기기는 전류파형이 일반적으로 구동파형의 미러영상인 발생 모드에서도 동일하게 잘 동작되는 것은 널리 알려져 있다.

파라미터 θ_on, θ_off, I_u, I_l, θ_f등은 일반적으로 속도의 함수이고, 실시간으로 계측되거나 또는 더욱 일반적으로 적절한 시간에 파라미터들이 반복될 수 있는 테이블의 형식으로 저장되어 있다. 파라미터 값은 속도가 변경될 때 기기로부터 원활한 출력을 얻기 위해 주의 깊게 선택된다. 저장값이 비교적 드문드문한 것이라면, 중간속도에서 적절한 파라미터를 제공하기 위하여 보간(interpolation)의 형태가 사용된다. 요구되는 토르크 레벨에 관계없이 원활한 천이가 요구되는 쵸핑과 단일-펄스 모드 사이 및 단일-펄스와 연속전류 모드 사이에서의 천이점에서 값을 선택함에 있어서 각별한 어려움이 있다.

쵸핑 및 단일-펄스 모드의 천이에서의 이와 같은 문제점에 대한 하나의 해법은 주 변수로서 전류제어 파라미터를 사용하는 것이다. 속도가 단일-펄스 모드로 상승할 때, 전류레벨이 일반적으로 전 쵸핑영역에 걸쳐서 주어진 토르크 요구에 대한 속도로 일정하게 유지되기 때문에, 파형이 도 3a 내지 도 4의 것으로부터 점진적으로 변하도록 점진적으로 상부경계값 I_u(그리고 때때로 상응하는 양 만큼 하부경계값 I_l)을 올리는 것은 알려져 있다. 전류가 상부전류경계값에 도달되지 않는 속도로 일단 기기가 도달하면, 전류제어 파라미터는 일반적으로 높은 값에 설정되므로 이들 파라미터들은 나머지 속도범위에 대하여서는 변동되지 않게 된다.

그러한 해결은 단일-펄스에서 연속전류까지의 천이에 대하여서 이용할 수 없으며, 파라미터의 사려깊은 선택이 일반적으로 원활한 천이를 제공하여 주는 것을 좌우한다. 각도 파라미터에 대한(구체적으로, θ_on과 θ_off사이의 각도 차인 전체 도통각 θ_c에 대한) 감도가 단일-펄스 모드에 있어서 보다 훨씬 높기 때문에 파라미터 값에 있어서의 작은 차이라도 출력에 있어서 원하지 않는 큰 변화를 생성할 수 있는 것이 연속전류 모드의 특징이다. 대부분의 가변속도 구동시스템은 전원전압의 범위에 걸쳐서 동작하여야 하고, 어떤 경우에(전형적으로, 원격영역이나 또는 별도의 전원으로부터 동작하는 이들 드라이버) 그와 같은 범위는 공칭 공급전압의 상당한 부분이다. 이것은 일반적으로 쵸핑 모드에서의 전환자기저항 시스템에 대하여서는 (전류제어기는 일반적으로 변화하는 전류구배를 대처할 수 있기 때문에) 심각한 문제는 아니지만, 토르크가 전원전압에 크게 의존하는 단일-펄스 및 연속전류 모드에서는 문제로 된다. 이러한 문제점을 해결하고자 하는 알려진 노력은 전원전압의 범위에 대한 제어파라미터의 안전한 세트의 저장(즉, 다른 또 하나의 파라미터인 전원전압을 세트로 도입)을 포함하는 것이지만, 이것은 흔히 제어기내에 저장공간에 대한 허용할 수 없는 요구를 발생하게 된다.

단일-펄스 모드에서, 전원전압의 이와 같은 변동을 대처하는 전압보상방법이 개발되었다. 예를 들면, USP No. 5724477(Webster)는 효율적으로 요구되는 토르크를 생성하는 제어파라미터 세트에 도달하도록 속도신호를 변경하는 방법이 개시되어 있으며 본 발명에 이것을 참조로 통합한다. 전압보상의 다른방법이 단일-펄스 모드에서 사용하기 위해 알려져 있다.

그러나, 연속전류 모드에서, 이들 방법은 거의 만족스럽지 못하다. 예를 들면, 기기가 바로 단일-펄스 모드에서 연속전류 모드의 천이 바로 위에서 동작하고 그때 전원이 상승한다면, USP No. 5724477에서 개시된 것과 같은 전압보상기구의 사용은 연속전류로부터 기기를 즉시 떨어뜨리는 제어파라미터를 발생하는 것과 같다. 그때 나타나는 토르크가 즉시 떨어져서 속도강하를 초래한다. 구동이 속도제어에 있다면, 토르크에러가 신속하게 상승하여 보상하며 그때, 연속전류 모드로 시스템을 역류시키는 새로운 제어파라미터를 발생한다. 이와 같은 결과는 토르크 출력에 있어서 상당한 동요를 발생시켜서 진동 및/또는 다른 불안정의 구축을 초래할 수 있다.

단일-펄스 모드에서, 발생토르크는 (아마, 매우 낮은 전압에서 기기나 또는 이들 동작의 최소치에서를 제외하고는) 권선저항에 크게 좌우된다. 기기의 경력이 부하에서 변경할 때, 권선온도, 따라서 권선저항이 변동되지만 기기의 출력은 실제로는 독립적이며 따라서 권선저항에 의해 영향을 받지 않는 제어파라미터의 사용을 가능하게 하여 준다. 그러나 연속전류에서, 전류는, 주어진 파라미터에 대하여, 시스템 저항의 강력한 함수이며, 출력은 권선의 열상태에 따라 변동한다. 권선으로부터 신뢰할 수 있는 열의 궤환이 합리적인 비용으로 활용할 수 있다하더라도, 온도를 보상하는 제어파라미터는 제어기내의 저장에 대한 받아드릴 수 없는 부담을 지게 된다. 따라서 변동하는 전원 및 권선온도의 변경에 대하여 보상하고 또한 단일-펄스 모드로부터 및 단일-펄스 모드로의 원활한 천이를 제공하여 줄 수 있는 연속전류 모드에서의 제어방법이 필요한 것은 명백하다.

도 1은 전형적인 종래기술의 전환자기저항구동기를 나타낸 도면;

도 2는 도 1의 컨버터의 한상(one phase)에 대한 공지의 토포로지(topology)를 나타낸 도면,

도 3(a) 및 3(b)는 전형적인 쵸핑제어파형을 나타낸 도면,

도 4는 단일 펄스제어에 있어서의 전형적인 전류파형을 나타낸 도면,

도 5는 프리휠장치(free-wheeling)을 사용하는 단일-펄스제어에 있어서의 전형적인 전류파형을 나타낸 도면,

도 6은 연속전류 모드에서의 전형적인 전류파형을 나타낸 도면,

도 7은 본 발명의 일면에 따라 동작되는 장치의 전류파형을 나타낸 도면,

도 8은 본 발명의 또 하나의 다른 면에 따라 동작하는 장치의 전류파형을 나타낸 도면,

도 9는 로드 덤프(load dump)시의 제어데이터의 복귀시간을 나타낸 도면이다.

본 발명의 제 1 면에 따라 연속전류 동작 모드에서 복수의 폴과 적어도 하나의 상권선을 가지는 고정자를 구비하는 스위칭되는 자기저항기기를 제어하는 방법에 있어서,

고정자가 제 1 기설정위치에 도달할 때, 상기 상권선에 인가되는 전압을 일으키는 제 1 신호를 발생하는 단계와,

상기 상권선에서의 상전류가 제 1 기설정레벨에 도달할 때, 상권선이 프리휠을 일으켜서 기기의 출력을 제어하는 제 2 신호를 발생하는 단계를 구비하는 방법이 제공되어 있다.

그래서, 상권선은 적어도 상권선 도통각의 잔여부분 동안에 프리휠을 행한다. 모터링 모드에서, 이것은 상권선에서의 기준전류(standing current)를 제어하는 경향이 있고, 발생모드에서 이것은 기기의 출력전압을 제어하는 경향이 있다.

상기 방법은 또한 상권선에서 역전압을 일으키는 제 3 신호를 발생하는 단계를 구비한다. 이 제 3 신호는 회전자가 제 2 기설정위치에 도달하거나 또는 상권선에서의 상전류가 제 1 레벨보다는 큰 제 2 기설정레벨에 도달할 때 발생될 수 있다. 또는 제 3 신호는 즉, 회전자가 제 2 기설정위치에 도달하거나 또는 상권선에서의 상전류가 제 1 레벨보다는 더 높은 제 2 기설정레벨에 도달하는 두가지 조건중의 맨 먼저 부합될 때 발생될 수 있다.

상권선에서 상전류의 제 1 기설정레벨은, 바람직하기로 그렇지 않은 경우 발생하게 되는 상권선의 예측 피크전류 이하로 되게 설정되거나 또는 상권선에서 상전류의 제 2 기설정레벨이 상권선의 예측 피크전류이상으로 되게 설정된다.

본 발명의 제 2 면에 따르면, 복수의 폴을 가지는 회전자와, 복수의 폴과 적어도 하나의 상권선을 가지는 고정자를 구비한 전환자기저항기기의 동작을 제어하는데 사용하기 위한 제어장치에 있어서,

위치센서 수단으로부터 고정자에 관한 회전자의 각 위치(angular position)를 나타내는 상권선에서의 전류를 나타내는 상전류 신호를 수신하기 위한 입력,

스위칭장치로 제어신호를 출력하는 출력,

상기 입력들에서 수시된 신호를 모니터하여 제어신호를 생성하도록 배열된 프로세서를 구비하고,

상기 프로세서는 회전자가 제 1 기설정위치에 있는 것을 각 위치신호가 나타낼 때 상권선에 인가되는 전압을 야기시키는 제 1 제어신호를 생성하고,

상권선에서의 전류가 제 1 기설정레벨에 있는 것을 상전류가 나타낼 때 상권선이 프리휠을 행하게 야기시켜서 상권선내의 기준전류(standing current)를 제어하는 제 2 제어신호를 발생하도록 설치되어 있다.

바람직하게는 프로세서는 상권선에 역전압을 야기시켜 주는 제 3 신호를 발생하도록 더 설치된다. 제 3 신호는 회전자가 제 2 기설정위치에 도달할 때 또는 상권선에서의 상전류가 제 1 레벨보다 더 높은 제 2 기설정레벨에 도달할 때 발생될 수 있다. 또는, 프로세서는 다음의 두가지 조건 즉, 회전자가 제 2 기설정위치에 도달하거나, 또는 상권선 에서의 상전류가 제 1 기설정레벨보다 더 높은 제 2 기설정레벨에 도달하는 것중에서 맨 먼저 부합될 때, 상권선에 역전압을 야기시켜주는 제 3 신호로 발생하도록 더 배열된다.

바람직하게는 상권선에서 상전류의 제 1 기설정레벨은 상권선의 예측 피크전류 이하로 설정되며 그리고/또는 상권선에서 상전류의 제 2 기설정레벨은 상권선의 예측 피크전류보다 크게 설정된다.

본 발명의 제 3 면에 따르면, 복수의 폴을 가지는 회전자와 복수의 폴을 가지며 적어도 한상권선을 가지는 고정자를 구비한 전환자기저항기기로 사용하기 위한 제어시스템에서,

스위칭 장치,

고정자에 대한 회전의 각 위치를 나타내는 각 위치신호를 발생하기 위한 위치감지수단,

상권선에서 상전류를 나타내는 상전류신호를 발생하기 위한 전류센서, 그리고

스위칭장치, 위치감지수단 및 전류센서에 동작 가능하게 결합되고 각 위치신호와 상전류신호를 수신하여서 스위칭장치로 제어신호를 출력하는 제어장치를 구비하며,

상기 제어수단은 연속전류 동작 모드에서, 회전자가 제 1 기설정위치에 있는 것을 각 위치신호가 나타낼 때, 상권선으로 인가되는 전압을 야기시켜주는 제 1 제어신호를 발생하고,

상전류가 기설정 드레드홀드에 도달할 때 스위칭장치를 활성화시키고, 상권선이 프리휠을 행하게 야기시켜서 상권선에서 기준전류를 제어하는 제 2 제어신호를 발생하도록 배열되어 있는 제어시스템이 제공되어 있다.

전환자기저항기기의 상 인덕턴스 사이클(phase inductance cycle)은 상이나 또는 각상에 대한 인덕턴스의 변동기간, 예를 들면 회전자 폴과 각각의 관련 고정자 폴이 충분히 일치되었을 때의 최대값 간의 기간이다. 설명하고자 하는 예시적인 실시예는 모니터링 모드나 발생 모드의 어느 하나에서의 기기로 3상의 전환자기저항구동을 사용하였지만 임의 수의 상도 사용될 수 있다.

제어방법은 각상에서 기준전류 I_s를 제어하는 프리휠 장치의 선택기간을 트리거하도록 스위치-온(switch-on), 스위치-오프 각도 및 전류레벨의 조합을 사용한다. 연속전류 모드에서 종래의 제어방법과는 다르게, 이 방법은 연속전류의 급격한 하강없이 전류의 기준값에 대한 원활한 제어를 허용하여 준다.

도 7은 본 발명에 따라 선택된 전형적인 제어파라미터 세트를 나타낸 것이다. 동작시에 각상은 보통의 방법으로 θ_on에서 스위칭된다. 전류레벨 I_x가 선택되고 그 값을 본래의 상피크전류보다 조금 작다. 제어시스템은 상전류가 I_x에 도달할 때 스위치-오프 각 θ_off에 도달할 때까지(즉, 상기 상의 나머지 도통각동안) 상기상은 프리휠를 행하기 시작되어서, 그 지점에서 제어는 스위치 모두가 오프로 되어 통상적으로 되도록 배열되어 있다. 예상한 것과는 대조적으로 이와 같은 제어시스템은 피크전류나 또는 파형의 형태의 어느 것에도 상당한 변화를 주지 못한다. 대신 기준전류의 레벨제어를 허용하여 준다. 즉, 소량만큼 I_x를 변경시키는 것은 I_s에서 상응하는 변경을 주게 된다.

예상치 않은 결과는 제어에 있어서 상당한 이점을 가진다. 공급전압이 증가하거나 또는 권선저항이 온도 강하로 인해 감소하는 경우 상전류는 더욱 빠르게 상승하고 더욱 신속하게 I_x에 도달하여서, 온타임을 보다 짧게 하고 보다 긴 프리휠시간을 주게 되므로 기준(standing) 전류 I_s의 증가를 방지하여서 시스템은 안정화시킨다. 역으로, 공급전압의 감소나 또는 저항의 증가는 전류에 있어서 보다 느린 상승을 가져오며, 온타임을 증가시키고, 프리휠타임을 감소시켜서 기준전류 강하를 방지한다. 그것은 각도와 이러한 것이 달성되는 것을 가능하게 하여 주는 전류파라미터의 결합이다.

게다가, 이와 같은 제어방법은 도통각의 세밀한 분해능에 대한 요구사항을 감소하여 주는 이점이 있다. 종래에는 도통각에 대한 출력의 감도가 연속전류 모드에서 높기 때문에 연속전류 모드에서는 이와 같은 파라미터에 대한 매우 세밀한 분해능이 성공적인 제어를 위해 필요하게 되는 것으로 생각되어 왔다. 그러나, 예를 들어, 위치 리졸버(position resolver)의 비용이 그 분해능에 매우 좌우되기 때문에 이것은 달성하는 데 비용이 많이 들 수 있다. 뿐만 아니라, 어떤 시스템에서는 사용될 수 있는 연속전류의 양이 각도파라미터로 이용가능한 제어의 정도에 의해 엄격하게 제한된다. 그러나, 본 발명은 전류파라미터의 사용을 허용하여 주기 때문에 각도파라미터에서의 각 단계들 사이에서 부하점을 효과적으로 "메우기(fill in)"위해 세밀 분해능으로 용이하게 제어된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 방법의 변형은 2개의 전류파라미터를 가지는 것이다. 제 2 파라미터 I_y는 I_x및 파형의 예측 피크전류 위로 성절되며, 동작시에 이를테면 제너레이션이 일어나기 때문에 전류가 프리휠링에서(예를 들어 I_x가 도달된 후에) 상당히 상승하는 경우, 그때에 I_y는 실제로 θ_off파라미터를 앞당겨서 제 2 스위치를 끄기 위해 사용될 수 있다. 그래서 상기 상은 상기 상의 도통각의 모든 잔여시간동안 프리휠을 행하지 않는다. 상기 상은 상기 상의 도통각의 나머지 중 일부분 동안에 프리휠을 행한다.

본 발명을 구현할 때 공칭전압 및 평균온동상승에서 기기를 특징화하는 것이 일반적으로 유리하다. 이것은 전압 및 온도의 상승 및 하강 모두를 수용하도록 I_x가 선택되게 하여 준다. 또한 전압이 상승하고 그렇지 않는 경우 기기가 급격하게 연속전류로 진입하게 될 때 제어전류 I_x의 존재로 인해 진입을 부드럽게 하고 시스템을 안정화하도록, I_x세트의 연속전류로의 진입전 점들을 본래의 피크전류보다 약간 위로 특정화하는 것이 유리하다.

기기가 발생모드(generating mode)에서 동작할 때, 특히 유용한 본 발명의또 다른 실시예에 대하여 설명한다. 발생모드에서 동작할 때, 기기장치의 관성은 보통 원동기에 의하여 지배되기 때문에, 기기의 속도는 일반적으로 일정하거나 또는 적어도 그저 느리게 변환다. 시스템이 "고정(stiff)" 전원으로 발생되지 않으면, 전압은 전기부하 및 dc 링크 커패시터(예를 들어, 도 2에서 커패시터(25))의 정격에 의하여 주로 제어된다. 전기부하에서 갑작스러운 변화, 예를 들어 소위 "로드 덤프(load dump)" 상태에 있는 경우, 부하의 적어도 일부분이 갑작스럽게 접속되지 않을 때 그리고, 제어시스템이 빨리 반응하지 않으면, dc 링크에서 상응하는 전압 진폭이 있게 된다. 이것은 잔여부하의 관점에서 바람직하지 않으며 그것이 dc 링크 커패시터의 상측 전압진폭인 경우, 심각한 과전압의 파국으로 떨어질 수 있다. 기기가 쵸핑 또는 단일-펄스 모드에서 동작하는 경우, 제어시스템의 대역폭은 일반적으로 제어각을 수정함으로써 과도현상을 제어하는 데 충분하다. 그러나 기기가 연속전류 모드에서 동작하는 경우 기준전류(standing current)가 새로운 정상값으로 도달하는데는 많은 사이클이 걸리기 때문에 반응은 필연적으로 훨씬 느리다.

이것은 도 9에 도시되어 있으며, 도 9에서는 정격 10㎾으로 3600rpm의 속도에서 동작하는 전환 자기저항 발전기의 출력전압을 나타낸다. t = 0이전에 발전기는 부하에 10㎾를 공급하고 전압은 340V의 그 정격값에서 일정하다. t = 0에서, 부하가 갑자기 제어되면 통상의 P+I 제어하에서, 전압은 428V(즉, +19%)까지 진동하며 복구하는데는 약 200msec 걸린다. 제어장치의 이득 증가는 이들 진폭을 감소시키는데는 도움이 될 수 있지만, 이득이 너무 높으면 저절로 불안전을 야기시키게된다.

온-각도(on-angle) 및 전류파라미터를 제어함으로써 본 발명은 이와 같은 상황에 적용하면, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 오버슈트가 385V로 경감되고, 복구시간이 12msec로 경감되는 즉시의 이점을 나타낸다. 과도현상에서의 에너지가 종래경우의 약 4%로 감소되어 있으며, 불필요한 부작용을 크게 감소함을 알게될 것이다.

동일원리가 부하에서의 보다 작은 변동에 의하여 야기되는 보다 작은 과도현상에 대하여서도 적용함을 이해할 것이다. 그들 역시 급작스런 부하증가에 적용되며, 출력전압에 있어서의 진동을 작게 하여 주게될 것이다.

개시된 장치에 대한 변경은 본 발명을 일탈함이 없이, 특히 마이크론 프로세서에서의 알고리즘 구현의 세부사항들에서 가능함을 본 발명에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 이해될 것이다. 따라서 상술한 여러가지 실시예에 대한 설명은 예의 방법으로서 행하여진 것이며 발명의 제한목적으로 행하여 진 것이 아니다. 상술한 동작에 대하여 큰 변경없이 구동회로 대하여서 최소한의 수정이 있을 수 있음은 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 명백할 것이다. 본 발명은 다음의 청구범위에 의하여서만 제한되어지도록 의도되어 있다.

발명의 상세한 설명에 포함되어 있음.

Claims

회전자 및 고정자 및 적어도 한상의 권선을 가진 회전자를 구비하여 연속전류 동작모드에서 전환자기저항기기를 제어하는 방법에 있어서,

회전자가 제 1 기설정위치에 도달할 때, 상기 상권선에 인가될 전압을 야기시키는 제 1 신호를 발생하는 단계; 그리고

상기 상권선에서의 상전류가 제 1 기설정레벨에 도달할 때, 상기 상권선이 프리휠(free wheel)를 행하도록 야기시켜서 기기의 출력을 제어하는 제 2 신호를 발생하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 연속전류 동작모드에서의 전환자기저항기기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 회전자가 제 2 기설정위치에 도달할 때, 상기 상권선에서 역전압을 야기시키는 제 3 신호를 발생하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 연속전류 동작모드에서의 전환자기저항기기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 상권선에서의 상전류가 제 1 기설정레벨보다는 더 높은 제 2 기설정레벨에 도달할 때, 상기 상권선에서 역전압을 야기시키는 제 3 신호를 발생하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 연속전류 동작모드에서의 전환자기저항기기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,

회전자가 제 2 기설정위치에 도달하거나 또는 상권선에서 상전류가 제 1 기설정레벨보다 더 높은 제 2 기설정레벨에 도달할 때의 2가지 조건중의 하나가 먼저 부합될 때, 상기 상권선에서 역전압을 야기시켜주는 제 3 신호를 발생하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 연속전류 동작모드에서의 전환자기저항기기의 제어방법.
제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,

상기 상권선에서 상전류의 제 1 기설정레벨은 상권선의 예측 피크전류이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 연속전류 동작모드에서의 전환자기저항기기의 제어방법.
제 3 항, 제 4 항 및 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 상권선에서 상전류의 제 2 기설정레벨은 상기 상권선의 예측 피크전류 위로 설정되는 것을 특징으로 하는 연속전류 동작모드에서의 전환자기저항기기의 제어방법.
회전자와 적어도 한상의 권선을 가지는 고정자를 구비하는 연속전류 동작모드에서 전환자기저항기기의 동작을 제어하는데 사용하기 위한 제어장치에 있어서,

상기 고정자에 대한 회전의 각 위치를 나타내는 각 위치신호를 위치감지수단으로부터 수신하며, 상권선에서 전류를 나타내는 상전류 신호를 수신하기 위한 입력수단,

전환장치로 제어신호를 출력하기 위한 출력수단, 그리고

상기 입력수단에서 수신된 신호를 모니터하여 상기 제어신호를 발생하도록 배열된 프로세서를 구비하고, 상기 프로세서는 회전자가 제 1 기설정위치에 있는 것을 각 위치신호가 나타낼 때 상기 상권선에 인가되는 전압을 야기하는 제 1 제어신호를 발생하고,

상기 상권선에서의 전류가 제 1 기설정레벨에 있는 것을 상전류신호가 나타낼 때, 프리휠을 행하도록 상권선을 야기시켜서 상권선에서의 기준전류(standing current)를 제어하는 제 2 제어신호를 발생하도록 배열됨을 특징으로 하는 제어장치.
제 7 항에 있어서,

상기 프로세서는 회전자가 제 2 기설정위치에 도달할 때, 상기 상권선에서 역전압을 야기시키는 제 3 신호를 발생하도록 더 배열되는 것을 특징으로 하는 제어장치.
제 7 항에 있어서,

상기 프로세서는 상기 상권선에서 전류가 제 1 기설정레벨보다 더 높은 제 2 기설정레벨에 도달할 때, 상기 상권선에서 역전압을 야기시키는 제 3 신호를 발생하도록 더 배열되는 것을 특징으로 하는 제어장치.
제 7 항에 있어서,

상기 프로세서는 상기 회전자가 제 2 기설정위치에 도달하거나 또는 상기 상권선에서 전류가 제 1 기설정레벨보다 더 높은 제 2 기설정레벨에 도달할 때의 조건중의 하나가 먼저 부합할 때, 상기 상권에서 역전압을 야기시키는 제 3 신호를 발생하도록 더 배열되는 것을 특징으로 하는 제어장치.
제 7 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 상권선에서 전류의 제 1 기설정레벨은 상기 상권선의 예측 피크전류 아래로 설정되는 것을 특징으로 하는 제어장치.
제 9 항, 제 10 항 및 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 상권선에서 전류의 상기 제 2 기설정레벨은 상기 상권선의 예측 피크전류 위로 설정되는 것을 특징으로 하는 제어장치.
회전자와 적어도 한상의 권선을 가지는 고정자를 구비하는 전환자기저항기기로 사용하기 위한 제어시스템에 있어서,

전환장치,

고정자에 대하여 회전자의 각 위치를 나타내는 각 위치신호를 발생하기 위한 위치감지수단,

상권선에서의 전류를 나타내는 상전류신호를 발생하기 위한 전류센서,

상기 전환장치, 상기 위치감지수단 및 상기 전류센서에 동작할 수 있게 결합되고, 상기 각 위치신호 및 상 전류신호를 수신하여 상기 전환장치로 제어신호를 출력하도록 배열된 제어장치를 구비하고,

상기 제어장치는, 연속전류 동작모드에서, 상기 회전자가 제 1 기설정위치에 있는 것을 각 위치신호가 나타낼 때 상기 상권선에 인가되는 전압을 야기시키는 제 1 신호를 발생하고,

상기 상전류가 기설정 임계값에 도달할 때, 상기 전환장치를 활성화시키서, 상기 상권선이 프리휠을 행하도록 야기시키고, 이것에 의해 상기 상권선에서의 기준전류를 제어하도록 하는 제 2 제어신호를 발생시키게 배열됨을 특징으로 하는 제어시스템.