KR20060009199A - 무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법 - Google Patents

무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법 Download PDF

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황근배
김경훈
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 최적화된 약계자 제어를 수행함으로써 전력 소모와 소음을 감소시키는 무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명인 무정류자 모터의 속도 제어 장치는 모터에 공급되는 고정좌표계의 상전류를 회전자의 위치에 따라 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류로 좌표변환하는 좌표변환수단과, 상기 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류를 입력받아 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치와, 상기 회전자의 위치를 추정하는 위치 및 속도 추정수단과, 외부로부터 입력되는 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 전류지령치를 발생하는 속도제어수단과, 상기 전류지령치를 자속분 전압지령치와 토오크분 전압지령치로 변환하는 전류제어수단 및, 상기 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)에 의존하는 인가전압(vs) 및/또는, 상기 속도지령치에 따라 상기 속도제어수단으로 하여금 정토오크 제어 또는 약계자 제어를 수행하도록 하는 처리수단으로 이루어진다.

Description

무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법{BLDC MOTOR SPEED CONTROLLING APPARATUS AND ITS METHOD}
도 1은 종래 기술에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 약계자 제어부에서 이용되는 전류 지령 프로파일이다.
도 3은 본 발명에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 장치의 제1 실시예의 구성도이다.
도 4a 및 4b는 도 3의 속도 제어 장치의 작동예이다.
도 5는 본 발명에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 방법의 순서도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 장치의 제2 실시예의 일부 구성도 및 작동예이다.
도 7a 및 7b는 종래 기술에 따른 속도 제어 장치의 상전류의 파형과 본 발명에 따른 속도 제어 장치의 상전류의 파형이다.
도 8은 종래 기술에 따른 무정류자 모터와 본 발명에 따른 무정류자 모터의 발생 소음 그래프이다.
도 9은 본 발명에 따른 속도 제어 장치에 따른 상전류의 파형의 제2실시예이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30: 속도 제어 장치 31: 모터
32, 33: 전류 검출부 34: 좌표변환부
35: 위치 및 속도 추정부 36: 속도 제어부
37: 처리부 38: 전류 제어부
39: 전압 제어부 40: 인버터부
본 발명은 무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 최적화된 약계자 제어를 수행함으로써 전력 소모와 소음을 감소시키는 무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유도 모터의 동작시에는 회전 속도에 따라 역기전압이 발생되며, 이러한 역기전압이 회전 속도에 따라 비례적으로 증가되어서 모터에 인가되는 구동 전압보다 커지는 일이 발생되기 때문에 이를 방지하기 위하여 자속을 회전속도에 반비례하도록 감소시키는 약계자 제어를 하게 된다. 즉, 모터의 회전 속도에 따라 자속이 반비례 감소됨으로써 토오크를 감소시키고, 이로 인해 역기전압이 구동 전압보다 커지는 것을 방지하게 되는 것이다.
그러나, 자속을 회전 속도에 반비례하도록 감소시키게 되면 고속 영역에서 구동 토오크의 손실이 너무 크기 때문에 고속 영역에서 구동 토오크를 최대한 사용할 수 있도록 약계자 영역을 제어하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 속도 제어 장치(10)는 고정자(미도시)와 회전자(미도시)로 구비되어 인버터부(19)에서 제공되는 각 상의 전압, 전류에 의해 회전하는 모터(11)와, 모터(11)의 고정자에 공급되는 고정좌표계의 A상 및 C사의 전류(ias,ics)를 각각 검출하는 전류검출소자(12, 13)와, 위치 및 속도 추정부(15)로부터 회전자의 위치(θ)를 입력받아, 회전자의 위치(θ)에 따라 검출된 고정좌표계의 A상 및 C상의 전류(ias,ics)를 회전좌표계의 자속분 전류(ids)와 이 전류(i ds)의 위상각보다 90도 뒤진 회전좌표계의 토오크분 전류(iqs)로 좌표변환하는 좌표변환부(14)와, 회전좌표계의 자속분 전류(ids)과 토오크분 전류(iqs)를 입력받아 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치(ωe)와, 회전자의 위치(θ)를 추정하는 위치 및 속도 추정부(15)와, 입력단자(미도시)로부터 입력되는 속도지령치(ωe*)와 속정추정치(ωe)에 따라 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs*)를 발생하는 속도제어부(16)와, 속도 추정치(ωe)를 입력받아 기저장된 전류지령 프로파일에 따라 회전좌표계의 자속분 전류지령치(ids*)를 발생하는 약계자 제어부(17)와, 속도제어부(16)로부터 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs*)와 약계자 제어부(17)로부터 회전좌표 계의 자속분 전류지령치(ids*) 및 회전좌표계의 자속분 전류(ids)와 토오크분 전류(iqs)를 입력받아 각각 토오크분 전압지령치(vqs*)와 자속분 전압지령치(vds *)로 변환하는 전류제어부(18)와, 토오크분 전압지령치(vqs*)와 자속분 전압지령치(vds*)와, 회전자의 위치(θ)를 입력받아 3상 전압지령치(vas, vbs, vcs)로 변환하는 전압발생부(19)와, 3상 전압지령치(vas, vbs, vcs)에 따라 모터(11)의 고정자에 3상 전류를 인가하기 위한 PWM시간으로 변환하여 구동시키는 인버터부(20)로 이루어진다.
자세하게는, 약계자 제어부(17)는 모터가 고속회전으로 인하여 모터로 인가되는 인가전압이 부족할 때, 약계자 영역에서의 제어를 위해 기저장된 전류지령 프로파일을 기준으로 하여, 속도추정치(ωe)에 비례하는 D축 전류인 자속분 전류지령치(ids*)를 음의 값으로 하여 전류제어부(18)로 출력한다.
도 2는 도 1의 약계자 제어부에서 이용되는 전류 지령 프로파일이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기저장된 전류 지령 프로파일은 속도추정치(ωe)가 소정의 속도(ωp) 이상이 될 때 음의 값으로 증가되고 있다.
이러한 속도(ωp)를 포함한 전류 진령 프로파일은 모터의 파라미터에 기초한 프로파일이므로 온도 등의 조건에 의해 파라미터가 변할 경우에, 또한 현재 부하의 상태에 대한 고려 없이 일정한 부하(예를 들면, 풀부하)에 최적화된 프로파일(고정 형태의 프로파일)이므로 부하 상태가 변화되는 경우(무부하, 부분 부하)에, 종래 기술에 따른 속도 제어 장치는 최적의 전류를 모터에 인가할 수 없으므로, 과전류 주입 등에 의한 소비전력의 상승 및 고속 회전시에 모터의 전자기소음을 유발하는 문제점이 있다.
이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 고정 형태의 프로파일을 사용함이 없이, 부하의 상태에 따른 속도에 따라 속도지령치와 속도추정치를 처리하여 약계자 제어를 수행하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 약계자 제어가 요구되는 상태를 명확하게 함으로써 최적의 시기에 약계자 제어를 수행하고 종료하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 최적의 전류를 D축으로 인가되도록 하여 전류 소모를 감소시킴으로써, 전력 소모의 절감 및 소음의 저감을 제공하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 무정류자 모터의 속도 제어 장치는 모터에 공급되는 고정좌표계의 상전류를 회전자의 위치에 따라 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류로 좌표변환하는 좌표변환수단과, 상기 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류를 입력 받아 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치와, 상기 회전자의 위치를 추정하는 위치 및 속도 추정수단과, 외부로부터 입력되는 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 전류지령치를 발생하는 속도제어수단과, 상기 전류지령치를 자속분 전압지령치와 토오크분 전압지령치로 변환하는 전류제어수단 및, 상기 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)에 의존하는 인가전압(vs) 및/또는, 상기 속도지령치에 따라 상기 속도제어수단으로 하여금 정토오크 제어 또는 약계자 제어를 수행하도록 하는 처리수단으로 이루어진다.
이때, 상기 처리수단은 상기 인가전압(vs)을 하기의 식에 따라 연산하는 것이 바람직하다.
Figure 112004032226058-PAT00001
또한, 상기 처리수단은 인가전압(vs)과 기저장된 최대인가전압(vmax)를 비교하여, 만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax) 이하이면, 상기 정토오크 제어를 수행하고, 만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax)보다 크면, 상기 약계자 제어를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리수단은 상기 속도제어수단으로 하여금 토오크분 전류지령치를 발생하도록 하고, 상기 자속분 전류지령치는 0으로 유지시킴으로써 상기 정토오크 제어를 수행하고, 상기 속도제어수단으로 하여금 자속분 전류지령치를 발생하도록 하고, 상기 토오크분 전류지령치를 최대 토오크분 전류지령치로 유지시킴으로써 상기 약계자 제어를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리수단은 상기 약계자 제어를 개시할 때의 속도추정치를 약계자 제어 속도로 저장하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리수단은 상기 약계자 제어를 수행 중에, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도보다 작으면, 상기 약계자 제어를 종료하고 상기 정토오크 제어를 수행하고, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도 이상이면 상기 약계자 제어를 계속 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 장치는 모터에 공급되는 고정좌표계의 상전류를 회전자의 위치에 따라 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류로 좌표변환하는 좌표변환수단과, 상기 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류를 입력받아 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치와, 상기 회전자의 위치를 추정하는 위치 및 속도 추정수단과, 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)에 의존하는 인가전압(vs) 및/또는 상기 속도지령치에 따라 외부로부터 입력되는 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 토오크분 전류지령치를 발생하는 제1속도제어수단과, 상기 인가전압(vs) 및/또는 상기 속도지령치에 따라 상기 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 자속분 전류지령치를 발생하는 제2속도제어수단 및, 상기 자속분 전류지령치 및 토오크분 전류지령치를 상기 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)로 각각 변환하는 전류제어수단으로 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 방법은 모터에 공급되는 고정좌표계의 전류를 검출하는 단계와, 모터 회전자의 위치에 따라 검출된 고정좌표계의 전류를 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류로 좌표변환하는 단계와, 상기 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류에 따라 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치와, 회전자의 위치를 추정하는 단계와, 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)에 의존하는 인가전압(vs) 및/또는, 상기 속도지령치에 따라 외부로부터 입력된 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 토오크분 전류지령치와 자속분 전류지령치 중의 하나를 발생하는 단계 및, 나머지 전류지령치를 고정값으로 유지하는 단계와, 상기 전류지령치를 상기 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)로 변환하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명인 무정류자 모터의 속도 제어 방법은 모터에 공급되는 고정좌표계의 상전류를 검출하는 단계와, 모터 회전자의 위치에 따라 검출된 고정좌표계의 상전류를 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류로 좌표변환하는 단계와, 상기 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류에 따라 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치와, 상기 회전자의 위치를 추정하는 단계와, 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)에 의존하는 인가전압(vs) 및/또는 상기 속도지령치에 따라 외부로부터 입력된 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 토오크분 전류지령치와 자속분 전류지령치를 각각 발생하는 단계 및, 상기 전류지령치를 상기 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)로 변 환하는 단계를 포함한다.
이하에서 본 발명은 첨부도면 및 바람직한 실시예를 참고로 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 아래의 설명에 의해 본 발명의 범위가 제한되어서는 아니되며, 본 발명의 범위는 이어지는 청구의 범위에 기재된 것에 의해서만 제한될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 장치의 제1 실시예의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 속도 제어 장치(30)는 고정자(미도시)와 회전자(미도시)로 구비되어 인버터부(40)에서 제공되는 각 상의 전압, 전류에 의해 회전하는 모터(31)의 고정자에 공급되는 고정좌표계의 A상 및 C사의 전류(ias,ics)를 각각 검출하는 전류검출소자(32, 33)와, 위치 및 속도 추정부(35)로부터 회전자의 위치(θ)를 입력받아, 회전자의 위치(θ)에 따라 검출된 고정좌표계의 A상 및 C상의 전류(ias,ics)를 회전좌표계의 자속분 전류(ids)와 이 전류(ids )의 위상각보다 90도 뒤진 회전좌표계의 토오크분 전류(iqs)로 좌표변환하는 좌표변환부(34)와, 회전좌표계의 자속분 전류(ids)과 토오크분 전류(iqs)를 입력받아 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치(ωe)와, 회전자의 위치(θ)를 추정하는 위치 및 속도 추정부(35)와, 입력단자(미도시)로부터 입력되는 속도지령치(ωe*)와 속정추정치(ωe)에 따라 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs*) 및/또는 회전좌표계의 자속분 전류지령치(ids*)를 발생하는 속도제어부(36)와, 회전좌표계의 토오크분 전압지령치 (vqs*)와 자속분 전압지령치(vds*)에 의존하는 인가전압(vs) 및/또는 속도추정치(ω e)에 따라 속도제어부(36)로 하여금 정토오크 제어 또는 약계자 제어를 수행하도록 하는 처리부(37)와, 속도제어부(36) 및/또는 처리부(37)로부터 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs*)와 자속분 전류지령치(ids*) 및 회전좌표계의 자속분 전류(i ds)와 토오크분 전류(iqs)를 입력받아 각각 토오크분 전압지령치(vqs*)와 자속분 전압지령치(vds*)로 변환하는 전류제어부(38)와, 토오크분 전압지령치(vqs*)와 자속분 전압지령치(vds*)와, 회전자의 위치(θ)를 입력받아 3상 전압지령치(vas, vbs, vcs)로 변환하는 전압발생부(39)와, 3상 전압지령치(vas, vbs, vcs)에 따라 모터(31)의 고정자에 3상 전류를 인가하기 위한 PWM시간으로 변환하여 구동시키는 인버터부(40)로 이루어진다. 여기서, 인버터부(40)를 제외한 다른 소자들은 모두 마이크로프로세서(미도시)에 의해 수행되는 소프트웨어의 형태로 구성될 수도 있다.
자세하게는, 좌표변환부(34)와, 위치 및 속도 추정부(35), 전류 제어부(38), 전압 제어부(39) 및 인버터부(40)는 도 1의 속도 제어 장치(10)와 거의 동일한 과정을 수행한다. 이하에서는, 종래 기술과 구별되는 속도 제어부(36)와 처리부(37)에 대해서 도 4a 및 4b에서 상세히 설명한다.
여기서, 인가전압은 하기의 수학식1로 정의된다.
Figure 112004032226058-PAT00002
도 4a 및 4b는 도 3의 속도 제어 장치의 작동예이다.
도 4a에서, 처리부(37)는 속도 제어부(36)로 하여금 속도지령치(we*)와 속도추정치(we)를 처리하여 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs*)를 발생하여 전류 제어부(38)로 출력하여 정토오크 제어가 수행되도록 한다. 이때, 처리부(37)는 정토오크 제어를 수행하므로, 회전좌표계의 자속분 전류지령치(ids*)를 0으로 유지한다.
도 4b에서, 처리부(37)는 속도 제어부(36)로 하여금 속도지령치(we*)와 속도추정치(we)를 처리하여 회전좌표계의 자속분 전류지령치(ids*)를 발생하여 전류 제어부(38)로 출력하여 약계자 제어가 수행되도록 한다. 이때, 처리부(37)는 토오크분 전류지령치(iqs*)가 소정의 고정된 값인 최대 토오크분 전류지령치(iq.max)의 값을 유지하여 전류제어부(38)로 출력되도록 한다. 여기서, 최대 토오크분 전류지령치(iq.max)는 Q축에 인가가능한 최대 전류지령치로 기저장된 값이 사용된다. 이하의 도 5에서, 처리수단(37)이 정토오크 제어와 약계자 제어를 판단하여 수행하는 과정이 상세하게 개시된다.
도 5는 본 발명에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 방법의 순서도이다.
단계(S61)에서, 처리부(37)는 전류제어부(38)로부터 발생된 회전좌표계의 토오크분 전압지령치(vqs*)와 자속분 전압지령치(vds*)를 입력받아 인가전압(vs )을 상술된 수학식1에 따라 연산한다.
단계(S62)에서, 처리부(37)는 약계자 제어 플랙이 0인지를 판단하여, 현재 약계자 제어 중인지를 확인한다. 만약 약계자 제어 플랙이 0이면 현재 정토오크 제어가 수행 중인 것으로 판단하고, 만약 약계자 제어 플랙이 1이면 현재 약계자 제어가 수행 중인 것으로 판단한다.
단계(S63)에서, 현재 정토오크 제어가 수행 중인 경우, 처리부(37)는 인가전압(vs)이 최대인가전압(vmax)보다 큰지를 판단한다. 이 최대인가전압(vmax)은 일반적으로 무정류자 모터(31)의 선형 제어가 가능한 때의 최대 전압을 나타낸다. 만약 인가전압(vs)이 최대인가전압(vmax)보다 크면, 이것은 고속 운전을 요구하는 경우이므로, 단계(S64)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S66)로 진행하여 현재 진행중인 정토오크 제어를 상술된 바와 같이 수행한다.
단계(S64)에서, 처리부(37)는 약계자 제어 플랙을 1로 설정하여, 현재 약계자 제어를 수행함을 나타내고, 이때의 속도추정치(we)를 약계자 제어 속도(ww)로 저장한다.
단계(S65)에서, 처리부(37)는 상술된 바와 같이 약계자 제어를 수행한다.
단계(S67)에서, 현재 약계자 제어가 수행 중인 경우, 처리부(37)는 현재의 속도지령치(we*)를 약계자 제어 속도(ww)와 비교하여, 만약 속도지령치(we*)가 약계자 제어 속도(ww)보다 작으면, 단계(S68)로 진행하여, 약계자 제어 플랙을 0을 설정하고, 단계(S69)로 진행하여 약계자 제어를 종료하고, 단계(S66)로 진행하여 상술된 바와 같이 정토오크 제어를 수행한다. 만약 속도지령치(we*)가 약계자 제어 속도(ww) 이상이면, 현재의 약계자 제어를 그대로 수행한다.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 무정류자 모터의 속도 제어 장치의 제2 실시예의 일부 구성도 및 작동예이다.
도 6a에 도시된 일부 구성도에서, 도시되지 않은 구성요소들은 도 3에 도시된 것과 동일하며, 전류 제어부(38)도 역시 동일한다. 다만, 속도제어부(36)와 처리부(37) 대신에, 제2 실시예에 따른 속도 제어 장치는 속도추정치(we)에 따라 외부로부터 입력되는 속도지령치(we*)와 속도추정치(we)를 처리하여 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs*)를 발생하는 제1속도제어부(36a)와, 속도추정치(we)에 따라 외부로부터 입력되는 속도지령치(we*)와 속도추정치(we)를 처리하여 회전좌표계의 자속분 전류지령치(ids*)를 발생하는 제2속도제어부(36b)를 포함한다.
또한, 제1 및 제2속도제어부(36a, 36b)는 도 3의 처리부(37)에 의해 수행된 단계(S61), (S62), (S63), (S64), (S67), (S68) 및 (S69)를 적어도 하나 이상의 수행하여 약계자 제어를 시작할 시점과 종료할 시점을 판단한다. 이러한 판단에 따 라, 제1 및 제2속도제어부(36a, 36b)는 단계(S65), (S66)에서 약계자 제어 및 정토오크 제어를 상술된 바와 같이 수행한다.
자세하게는, 약계자 제어 시에는, 제1속도제어부(36a)는 속도지령치(we*)와 속도추정치(we)를 처리하여 소정의 고정된 값인 최대 토오크분 전류지령치(iq.max)의 값을 지닌 토오크분 전류지령치(iqs*)를 발생하고, 제2속도제어부(36c)는 속도지령치(we*)와 속도추정치(we)를 처리하여 회전좌표계의 자속분 전류지령치(ids *)를 발생하여 전류 제어부(38)로 출력한다.
또한, 정토오크 제어 수행시에는, 제1속도제어부(36a)는 속도지령치(we*)와 속도추정치(we)를 처리하여 회전좌표계의 토오크분 전류지령치(iqs*)를 발생하여 전류 제어부(38)로 출력하고, 제2속도제어부(36b)는 크기가 0인 회전좌표계의 자속분 전류지령치(ids*)를 발생한다.
도 6b에서는, 상술된 제1 및 제2속도제어부(36a, 36b)가 일체로 구성된 하나의 속도제어부(36c)로 구성되어, 도 3의 속도제어부(36)와 처리부(37)가 수행하는 프로세스를 하나의 소자를 통하여 구현한다. 즉, 속도제어부(36c)가 약계자 제어의 시점과 종점을 판단하여, 그에 따라 정토오크 제어 및 약계자 제어를 수행한다.
도 7a 및 7b는 종래 기술에 따른 속도 제어 장치의 상전류의 파형과 본 발명에 따른 속도 제어 장치의 상전류의 파형이다. 이들 파형은 속도추정치(we)가 무부하 1600rpm에서 측정된 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 속도 제어 장치에 따른 상전류의 크기는 종래 기술에 따른 속도 제어 장치에 따른 상전류의 크기보다 약 20% 저감된 것이 나타난다. 이것은 동일한 속도에서 현저하게 저감된 전류가 소비됨을 나타낸다. 특히, 종래 기술에 따른 속도 제어 장치는 최대부하를 고려한 것이므로, 이러한 무부하 상태에서 전류가 과소비됨을 알 수 있다. 반면에, 본 발명에 따른 속도 제어 장치는 속도추정치에 따라 결정되며, 상술된 속도 제어 방법에 따라 제어됨으로 전류가 최적으로 사용된다.
도 8은 종래 기술에 따른 무정류자 모터와 본 발명에 따른 무정류자 모터의 발생 소음 그래프이다. 도시된 바와 같이, 1400rpm 이상의 고속 운전시에, 본 발명에 따른 무정류자 모터의 발생 소음은 도 7b의 감소된 전류로 인하여 종래 기술에 따른 무정류자 모터의 발생 소음보다 최대 2dB정도 저감된다.
도 9은 본 발명에 따른 속도 제어 장치에 따른 상전류의 파형의 제2실시예이다.
도시된 바와 같이, 모터(31)로 인가되는 상전류가 시간에 따라 안정적인 파형을 나타내고 있으며, 이러한 안정된 파형은 안정적인 전류 소비와, 가속시에 발생할 수 있는 소음을 상당히 저감시키게 된다.
이러한 본 발명은 고정 형태의 프로파일을 사용함이 없이, 부하의 상태에 따른 속도에 따라 속도지령치와 속도추정치를 처리하여 약계자 제어를 수행하는 효과 가 있다.
또한, 본 발명은 약계자 제어가 요구되는 상태를 명확하게 함으로써 최적의 시기에 약계자 제어를 수행하고 종료하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 최적의 전류를 D축으로 인가되도록 하여 전류 소모를 감소시킴으로써, 전력 소모의 절감 및 소음의 저감을 제공하는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 모터에 공급되는 고정좌표계의 상전류를 회전자의 위치에 따라 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류로 좌표변환하는 좌표변환수단과;
    상기 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류를 입력받아 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치와, 상기 회전자의 위치를 추정하는 위치 및 속도 추정수단과;
    외부로부터 입력되는 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 전류지령치를 발생하는 속도제어수단과;
    상기 전류지령치를 자속분 전압지령치와 토오크분 전압지령치로 변환하는 전류제어수단 및;
    상기 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)에 의존하는 인가전압(vs) 및/또는, 상기 속도지령치에 따라 상기 속도제어수단으로 하여금 정토오크 제어 또는 약계자 제어를 수행하도록 하는 처리수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리수단은 상기 인가전압(vs)을 하기의 식에 따라 연산하는 것을 특징 으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
    Figure 112004032226058-PAT00003
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리수단은 인가전압(vs)과 기저장된 최대인가전압(vmax)를 비교하여, 만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax) 이하이면, 상기 정토오크 제어를 수행하고, 만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax)보다 크면, 상기 약계자 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 처리수단은 상기 속도제어수단으로 하여금 토오크분 전류지령치를 발생하도록 하고, 상기 자속분 전류지령치는 0으로 유지시킴으로써 상기 정토오크 제어를 수행하고, 상기 속도제어수단으로 하여금 자속분 전류지령치를 발생하도록 하고, 상기 토오크분 전류지령치를 최대 토오크분 전류지령치로 유지시킴으로써 상기 약계자 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리수단은 상기 약계자 제어를 개시할 때의 속도추정치를 약계자 제어 속도로 저장하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 처리수단은 상기 약계자 제어를 수행 중에, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도보다 작으면, 상기 약계자 제어를 종료하고 상기 정토오크 제어를 수행하고, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도 이상이면 상기 약계자 제어를 계속 수행하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  7. 모터에 공급되는 고정좌표계의 상전류를 회전자의 위치에 따라 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류로 좌표변환하는 좌표변환수단과;
    상기 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류를 입력받아 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치와, 상기 회전자의 위치를 추정하는 위치 및 속도 추정수단과;
    자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)에 의존하는 인가전압 (vs) 및/또는 상기 속도지령치에 따라 외부로부터 입력되는 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 토오크분 전류지령치를 발생하는 제1속도제어수단과;
    상기 인가전압(vs) 및/또는 상기 속도지령치에 따라 상기 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 자속분 전류지령치를 발생하는 제2속도제어수단 및;
    상기 자속분 전류지령치 및 토오크분 전류지령치를 상기 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)로 각각 변환하는 전류제어수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2속도제어수단은 상기 인가전압(vs)을 하기의 식에 따라 연산하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
    Figure 112004032226058-PAT00004
  9. 제8항에 있어서,
    만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax) 이하이면, 상기 제1 및 제2속도제어수단이 상기 정토오크 제어를 수행하고, 만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax)보다 크면, 상기 제1 및 제2속도제어수단은 상기 약계자 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 정토오크 제어 수행시에는 상기 제1속도제어수단은 토오크분 전류지령치를 발생하고, 상기 제2속도제어수단은 자속분 전류지령치를 0으로 유지하고, 상기 약계자 제어 수행시에는 상기 제2속도제어수단은 자속분 전류지령치를 발생하고, 상기 제1속도제어수단은 상기 토오크분 전류지령치를 최대 토오크분 전류지령치로 유지하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2속도제어수단은 상기 약계자 제어를 개시할 때의 속도추정치를 약계자 제어 속도로 저장하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2속도제어수단은 상기 약계자 제어를 수행 중에, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도보다 작으면, 상기 약계자 제어를 종료하고 상기 정토오크 제어를 수행하고, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도 이상이면 상기 약계자 제어를 계속 수행하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  13. 제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2속도제어수단은 일체로 하나의 속도제어수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 장치.
  14. 모터에 공급되는 고정좌표계의 전류를 검출하는 단계와;
    모터 회전자의 위치에 따라 검출된 고정좌표계의 전류를 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류로 좌표변환하는 단계와;
    상기 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류에 따라 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치와, 회전자의 위치를 추정하는 단계와;
    자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)에 의존하는 인가전압(vs) 및/또는, 상기 속도지령치에 따라 외부로부터 입력된 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 토오크분 전류지령치와 자속분 전류지령치 중의 하나를 발생하는 단계 및;
    나머지 전류지령치를 고정값으로 유지하는 단계와;
    상기 전류지령치를 상기 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인가전압(vs)을 하기의 식에 따라 연산하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
    Figure 112004032226058-PAT00005
  16. 제15항에 있어서,
    만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax) 이하이면, 상기 발생단계 는 상기 토오크분 전류지령치를 발생하고, 상기 유지단계는 상기 자속분 전류지령치를 0으로 유지시킴으로써 정토오크 제어를 수행하고, 만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax)보다 크면, 상기 발생단계는 상기 자속분 전류지령치를 발생하고, 상기 유지단계는 상기 토오크분 전류지령치를 최대 토오크분 전류지령치로 유지시킴으로써 약계자 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방법은 상기 약계자 제어를 개시할 때의 속도추정치를 약계자 제어 속도로 저장하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 약계자 제어를 수행 중에, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도보다 작으면, 상기 방법은 상기 약계자 제어를 종료하고 상기 정토오크 제어를 수행하는 단계를 추가적으로 포함하고, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도 이상이면, 상기 방법은 상기 약계자 제어를 계속 수행하는 것을 특징으로 하 는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
  19. 모터에 공급되는 고정좌표계의 상전류를 검출하는 단계와;
    모터 회전자의 위치에 따라 검출된 고정좌표계의 상전류를 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류로 좌표변환하는 단계와;
    상기 회전좌표계의 자속분 전류와 토오크분 전류에 따라 회전좌표계의 인덕턴스에 따른 모터의 속도추정치와, 상기 회전자의 위치를 추정하는 단계와;
    자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)에 의존하는 인가전압(vs) 및/또는 상기 속도지령치에 따라 외부로부터 입력된 속도지령치와 상기 속도추정치를 처리하여 회전좌표계의 토오크분 전류지령치와 자속분 전류지령치를 각각 발생하는 단계 및;
    상기 전류지령치를 상기 자속분 전압지령치(vds*)와 토오크분 전압지령치(vqs*)로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 인가전압(vs)을 하기의 식에 따라 연산하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
    Figure 112004032226058-PAT00006
  21. 제20항에 있어서,
    만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax) 이하이면, 상기 발생단계는 상기 토오크분 전류지령치와 0인 상기 자속분 전류지령치를 발생시킴으로써 정토오크 제어를 수행하고, 만약 상기 인가전압(vs)이 상기 최대인가전압(vmax)보다 크면, 상기 발생단계는 상기 자속분 전류지령치와 최대 토오크 전류지령치인 상기 토오크분 전류지령치를 발생시킴으로써 약계자 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 방법은 상기 약계자 제어를 개시할 때의 속도추정치를 약계자 제어 속도로 저장하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 약계자 제어를 수행 중에, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도보다 작으면, 상기 방법은 상기 약계자 제어를 종료하고 상기 정토오크 제어를 수행하는 단계를 추가적으로 포함하고, 만약 상기 속도지령치가 상기 약계자 제어 속도 이상이면, 상기 방법은 상기 약계자 제어를 계속 수행하는 것을 특징으로 하는 무정류자 모터의 속도 제어 방법.
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