KR20110118502A - Method for estimating rotar position of synchronous motor and motor driver using the same - Google Patents

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KR20110118502A KR1020100038136A KR20100038136A KR20110118502A KR 20110118502 A KR20110118502 A KR 20110118502A KR 1020100038136 A KR1020100038136 A KR 1020100038136A KR 20100038136 A KR20100038136 A KR 20100038136A KR 20110118502 A KR20110118502 A KR 20110118502A
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이길수
안준호
이정대
이욱진
김재민
정달호
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엘지전자 주식회사
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
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    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

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Abstract

본 발명은 동기 전동기의 위치 추정 방법 및 이를 이용한 전동기 구동장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전동기 구동장치는, 동기 전동기에 흐르는 삼상 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 삼상 출력 전류를 정지 좌표계의 2상 전류로 변환하는 축변환부와, 정지좌표계의 2상 전류에 기초하여, 동기 전동기의 회전자 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함한다. 이에 의해, 위치 감지부 없이 동기 전동기의 위치 추정을 간단히 수행할 수 있게 된다. The present invention relates to a method for estimating the position of a synchronous motor and a motor driving apparatus using the same. The motor drive apparatus according to the embodiment of the present invention includes an output current detection unit for detecting a three-phase output current flowing to the synchronous motor, an axis conversion unit for converting the three-phase output current to a two-phase current of the stationary coordinate system, and a two-phase of the stationary coordinate system. And a position estimating unit for estimating the rotor position of the synchronous motor based on the current. As a result, the position estimation of the synchronous motor can be easily performed without the position sensing unit.

Description

동기 전동기의 위치 추정 방법 및 이를 이용한 전동기 구동장치{Method for estimating rotar position of synchronous motor and motor driver using the same}Method for estimating the position of a synchronous motor and a motor driving device using the same {Method for estimating rotar position of synchronous motor and motor driver using the same}

본 발명은 동기 전동기의 위치 추정 방법 및 이를 이용한 전동기 구동장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 위치 감지부 없이 동기 전동기의 위치 추정을 간단히 수행할 수 있는 동기 전동기의 위치 추정 방법 및 이를 이용한 전동기 구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating a position of a synchronous motor and a motor driving apparatus using the same, and more particularly, to a position estimating method for a synchronous motor capable of easily performing position estimation of a synchronous motor without a position sensing unit and a motor driving apparatus using the same. It is about.

근래, 환경 문제를 고려하여, 가전기기에서 효율적인 전력 소모를 위한 다양한 방법이 강구되고 있다. 이에 따라, 동기 전동기(Synchronous Motor; SM), 특히 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)의 사용이 증대되고 있는 추세이다.Recently, various methods for efficient power consumption in home appliances have been devised in consideration of environmental problems. Accordingly, the use of synchronous motors (SM), in particular, permanent magnet synchronous motors (PMSM) to which permanent magnets are applied, is increasing.

이러한 동기 전동기는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 이 중 회전자 또는 고정자가 영구자석(permanent)을 포함하게 된다. 한편, 이러한 동기 전동기의 회전자의 정확한 위치 감지(postion sensing)를 위해, 로터리 인코더(rotary encoder) 또는 리졸버(resolver) 등의 위치 감지부(postion sensor)가 사용되었다.Such a synchronous motor includes a stator and a rotor, among which a rotor or a stator includes a permanent magnet. On the other hand, for accurate position sensing (postion sensing) of the rotor of the synchronous motor, a position sensor such as a rotary encoder or a resolver is used.

그러나, 이러한 위치 감지부는, 고비용 또는 환경 또는 기계적인 이유로, 사용되기 곤란한 경우가 증대되고 있다.However, the case where such a position sensing part is difficult to use because of high cost or environmental or mechanical reasons is increasing.

본 발명의 목적은, 위치 감지부 없이 동기 전동기의 위치 추정을 간단히 수행할 수 있는 동기 전동기의 위치 추정 방법 및 이를 이용한 전동기 구동장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for estimating a position of a synchronous motor, which can easily perform a position estimation of a synchronous motor without a position sensing unit, and a motor driving apparatus using the same.

본 발명의 다른 목적은, 다른 동기 전동기에서도 간편하게 위치 추정을 수행할 수 있는 동기 전동기의 위치 추정 방법 및 이를 이용한 전동기 구동장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for estimating a position of a synchronous motor which can easily perform position estimation in another synchronous motor, and a motor driving apparatus using the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동기 구동장치는, 동기 전동기에 흐르는 삼상 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 삼상 출력 전류를 정지 좌표계의 2상 전류로 변환하는 축변환부와, 정지좌표계의 2상 전류에 기초하여, 동기 전동기의 회전자 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함한다.The motor drive apparatus according to the embodiment of the present invention for achieving the above object, the output current detection unit for detecting the three-phase output current flowing to the synchronous motor, the axis conversion unit for converting the three-phase output current to the two-phase current of the stationary coordinate system and And a position estimating unit for estimating the rotor position of the synchronous motor based on the two-phase current of the stationary coordinate system.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 동기 전동기의 위치 추정 방법은, 동기 전동기에 흐르는 삼상 출력 전류를 검출하는 단계와, 삼상 출력 전류를 정지 좌표계의 2상 전류로 변환하는 단계와, 정지좌표계의 2상 전류에 기초하여, 동기 전동기의 회전자 위치를 추정하는 단계를 포함한다.In addition, the method for estimating the position of a synchronous motor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, detecting the three-phase output current flowing in the synchronous motor, and converting the three-phase output current into a two-phase current of the stationary coordinate system And estimating the rotor position of the synchronous motor based on the two-phase current of the stationary coordinate system.

본 발명의 일실시예에 따르면, 위치 감지부 없이, 정지 좌표계에 있는 자속 관측부를 사용하여, 동기 전동기에서의 위치 추정을 간단히 수행할 수 있게 된다. 특히, 이 위치 추정 방법은, 단지 2개의 전동기 매개변수, 구체적으로 상저항(Rs)와 q축 인덕턴스(Lq))만이 요구되기 때문에, 간단하고 쉽게 구해질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, it is possible to simply perform the position estimation in the synchronous motor by using the magnetic flux observer in the stationary coordinate system without the position sensor. In particular, this position estimation method can be obtained simply and easily because only two motor parameters, specifically, phase resistance Rs and q-axis inductance Lq, are required.

또한, 동기 전동기의 종류에 따라 그 비례 상수만이 변경될 뿐, 동일 연산이 수행될 수 있다. 이에 의해 공용으로 사용하는 것이 가능하다. In addition, only the proportional constant is changed according to the type of the synchronous motor, and the same operation may be performed. This can be used in common.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동기 구동장치의 일예롤 도시한 회로도이다.
도 2는 도 1의 제어부의 내부 블록도이다.
도 3은 도 2의 위치 추정부의 내부 블록도이다.
도 4는 동기 좌표계와 정지 좌표계의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 동기 전동기의 위치 추정 방법을 보여주는 순서도이다.1 is a circuit diagram showing an example of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an internal block diagram of the controller of FIG. 1.
3 is an internal block diagram of the position estimator of FIG. 2.
4 is a diagram illustrating a relationship between a synchronous coordinate system and a still coordinate system.
5 is a flowchart illustrating a method of estimating a position of a synchronous motor according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are merely given in consideration of ease of preparation of the present specification, and do not impart any particular meaning or role by themselves. Therefore, the "module" and "unit" may be used interchangeably.

동기 전동기(Synchronous Motor; SM)에서, 위치 감지부(postion sensor) 없이 전동기의 회전자(rotar) 위치를 파악하는 방법은, 예를 들어, 전동기의 전압 정보와 전류 정보를 이용하여, 회전자의 위치를 추정하는 것이다. 위치 감지부(position sensor)가 없으므로, 이를 센서리스(sensorless) 방법이라고도 한다.In a synchronous motor (SM), a method of determining a rotor position of a motor without a postion sensor may be performed by using, for example, voltage information and current information of the motor. To estimate the location. Since there is no position sensor, this is also called a sensorless method.

그러나, 센서리스(sensorless) 방법은, 그 연산 알고리즘이 복잡하며, 그 연산량도 많기 때문에, 저성능의 마이컴 또는 마이크로프로세서에서는 이를 구현하기가 힘들다는 문제가 있다.However, the sensorless method has a problem that it is difficult to implement it in a low-performance microcomputer or microprocessor because the computation algorithm is complicated and the computation amount is large.

특히, 이러한 센서리스 방법은, 상당량의 전동기 매개 변수(motor paramater)를 필요로 한다. 전동기 매개 변수의 예로, 상저항(stator resistance; Rs), 자속분 인덕턴스인 d축 인덕턴스(Ld), 토크분 인덕턴스인 q축 인덕턴스(Lq), 역기전력 계수(back-emf constant) 등이 있다. 상술한 전동기 매개 변수들은 동기 좌표계(rotating reference frame)에서 위치 추정을 수행할 경우, 사용되는 것들이다.In particular, this sensorless method requires a significant amount of motor paramater. Examples of motor parameters include stator resistance (Rs), d-axis inductance (Ld), which is a magnetic flux inductance, q-axis inductance (Lq), which is a torque inductance, and a back-emf constant. The motor parameters described above are used when performing position estimation in a rotating reference frame.

본 발명의 실시예는, 정지 좌표계(stationery reference frame)에서, 자속 관측부(flux observer)를 사용하여, 동기 전동기(SM)를 위한 간단한 센서리스 방법을 제시한다. 즉, 본 발명의 실시예에서는, 쇄교 자속(flux linkage; λ)에서 회전자 위치를 간편하게 추정하는 방안을 제시한다. 이하에서는, 동기 전동기를 구동하는 전동기 구동장치를 기술한다.Embodiments of the present invention present a simple sensorless method for a synchronous motor (SM) using a flux observer in a stationary reference frame. That is, the embodiment of the present invention proposes a method of simply estimating the rotor position in flux linkage (λ). Hereinafter, an electric motor drive device for driving a synchronous motor will be described.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동기 구동장치의 일예롤 도시한 회로도이다. 1 is a circuit diagram showing an example of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 전동기 구동장치(100)는, 컨버터(110), 인버터(120), 제어부(130), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 및 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 또한, 도 1의 전동기 구동장치(100)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L1,L2) 등을 더 포함할 수도 있다.Referring to the drawings, according to an embodiment of the present invention, the motor driving apparatus 100 of FIG. 1 includes a converter 110, an inverter 120, a controller 130, a dc terminal voltage detector B, and a smoothing capacitor. (C), and an output current detector (E). In addition, the motor driving apparatus 100 of FIG. 1 may further include an input current detector A, reactors L1, L2, and the like.

리액터(L1,L2)는, 상용 교류 전원(105, vs)과 컨버터(110) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L1,L2)는 컨버터(110)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다. The reactors L1 and L2 are disposed between the commercial AC power supply 105, v s and the converter 110 to perform power factor correction or boost operation. In addition, the reactors L1 and L2 may perform a function of limiting harmonic currents caused by the fast switching of the converter 110.

입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(105)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)의 생성 또는 입력전압(vs) 추정을 위해, 제어부(130)에 입력될 수 있다.The input current detector A can detect the input current i s input from the commercial AC power supply 105. To this end, a CT (current trnasformer), a shunt resistor, or the like may be used as the input current detector A. FIG. The detected input current i s is a discrete signal in the form of a pulse and may be input to the controller 130 to generate the converter switching control signal Scc or to estimate the input voltage v s . .

컨버터(110)는, 리액터(L1,L2)를 거친 상용 교류 전원(105)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(105)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(105)의 종류에 따라 컨버터(110)의 내부 구조도 달라진다. The converter 110 converts the commercial AC power supply 105 which passed through the reactors L1 and L2 into a DC power supply and outputs the DC power. Although the commercial AC power supply 105 is shown as a single phase AC power supply in the figure, it may be a three phase AC power supply. The internal structure of the converter 110 also varies according to the type of the commercial AC power supply 105.

예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다. For example, in the case of a single phase AC power supply, a half bridge type converter in which two switching elements and four diodes are connected may be used, and in the case of a three phase AC power supply, six switching elements and six diodes may be used.

컨버터(110)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.When the converter 110 includes a switching element, the boosting operation, power factor improvement, and DC power conversion may be performed by the switching operation of the switching element.

한편, 컨버터(110)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.On the other hand, the converter 110 may be made of a diode or the like without a switching element, and may perform rectification without a separate switching operation.

평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다. The smoothing capacitor C smoothes and stores the input power. In the figure, one element is illustrated as the smoothing capacitor C, but a plurality of elements may be provided to ensure device stability.

한편, 도면에서는, 컨버터(110)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 평활 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.On the other hand, in the drawing, but is illustrated as being connected to the output terminal of the converter 110, not limited to this, a direct current power source may be input directly, for example, a direct current power source from a solar cell to the smoothing capacitor (C). It may be input directly or DC / DC converted. Hereinafter, the parts illustrated in the drawings will be mainly described.

한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다. On the other hand, since the DC power is stored at both ends of the smoothing capacitor C, this may be referred to as a dc terminal or a dc link terminal.

dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)의 생성을 위해, 제어부(130)에 입력될 수 있다.The dc end voltage detector B may detect a dc end voltage Vdc that is both ends of the smoothing capacitor C. To this end, the dc terminal voltage detector B may include a resistor, an amplifier, and the like. The detected dc terminal voltage Vdc is a discrete signal in the form of a pulse and may be input to the controller 130 to generate the converter switching control signal Scc.

인버터(120)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 전동기(150)에 출력할 수 있다. The inverter 120 includes a plurality of inverter switching elements, converts the smoothed DC power supply Vdc into three-phase AC power supplies va, vb, vc of a predetermined frequency by the on / off operation of the switching device, It can output to the synchronous motor 150.

인버터(120)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. Inverter 120 has a pair of upper arm switching elements Sa, Sb, Sc and lower arm switching elements S'a, S'b, S'c, which are connected in series with each other, and a total of three pairs of upper and lower arms The switching elements are connected in parallel with each other (Sa & S'a, Sb & S'b, Sc & S'c). Diodes are connected in anti-parallel to each of the switching elements Sa, S'a, Sb, S'b, Sc, and S'c.

인버터(120) 내의 스위칭 소자들은 제어부(130)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원(va,vb,vc)이 삼상 동기 전동기(150)에 출력되게 된다. The switching elements in the inverter 120 perform on / off operations of the respective switching elements based on the inverter switching control signal Sic from the controller 130. As a result, three-phase AC power supplies va, vb and vc having a predetermined frequency are output to the three-phase synchronous motor 150.

제어부(130)는, 인버터(120)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(130)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.The controller 130 may control the switching operation of the inverter 120. To this end, the controller 130 may receive an output current i o detected by the output current detector E. FIG.

제어부(130)는, 인버터(120)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(120)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 제어부(130) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 2를 참조하여 후술한다.The controller 130 outputs an inverter switching control signal Sic to the inverter 120 in order to control the switching operation of the inverter 120. The inverter switching control signal Sic is a PWM switching control signal, which is generated and output based on the output current value i o detected by the output current detector E. FIG. Detailed operation of the output of the inverter switching control signal (Sic) in the control unit 130 will be described later with reference to FIG.

출력전류 검출부(E)는, 인버터(120)와 삼상 동기 전동기(150) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 동기 전동기(150)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.The output current detection unit E detects the output current i o flowing between the inverter 120 and the three-phase synchronous motor 150. That is, the current flowing through the synchronous motor 150 is detected. The output current detector E may detect all of the output currents ia, ib, and ic of each phase, or may detect the output currents of two phases by using three-phase equilibrium.

출력전류 검출부(E)는 인버터(120)와 동기 전동기(150) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. The output current detector E may be located between the inverter 120 and the synchronous motor 150, and a current trnasformer (CT), a shunt resistor, or the like may be used for current detection.

션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(120)와 동기 전동기(150) 사이에 위치하거나, 인버터(120)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(120) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.When a shunt resistor is used, three shunt resistors are located between the inverter 120 and the synchronous motor 150 or the three lower arm switching elements S'a, S'b, S'c of the inverter 120. It is possible to connect one end to each). On the other hand, it is also possible to use two shunt resistors using three-phase equilibrium. On the other hand, when one shunt resistor is used, the corresponding shunt resistor may be disposed between the above-described capacitor C and the inverter 120.

검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제어부(130)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로하여 기술한다.The detected output current i o may be applied to the controller 130 as a discrete signal in the form of a pulse, and the inverter switching control signal Sic is generated based on the detected output current io. do. Hereinafter, it will be described that the detected output current (i o ) is the three-phase output current (ia, ib, ic).

한편, 삼상 동기 전동기(150)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. On the other hand, the three-phase synchronous motor 150 includes a stator and a rotor, and an alternating current power of each phase of a predetermined frequency is applied to the coils of the stators of the phases (a, b, and c phases). It turns.

이러한 동기 전동기(150)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다.Such a synchronous motor 150 may include, for example, a Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor (SMPMSM), an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM), and a synchronous motor. Synchronous Reluctance Motor (Synrm) and the like.

이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다. 이러한 각 전동기의 구조적인 특징 및 관련 내용은 후술한다.Of these, SMPMSM and IPMSM are permanent magnet synchronous motors (PMSMs) with permanent magnets, and synrms have no permanent magnets. Structural features and related details of each of these motors will be described later.

한편, 제어부(130)는, 컨버터(110)가 스위치 소자를 구비하는 경우, 컨버터(110) 내의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(130)는, 입력 전류 검출부(A)에서 검출되는 입력 전류(is)를 입력받을 수 있다. 그리고, 제어부(130)는, 컨버터(110)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 컨버터(110)에 출력할 수 있다. 이러한 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 입력 전류 검출부(A)로부터 검출되는 입력 전류(is)를 기초로 생성되어 출력될 수 있다. On the other hand, when the converter 110 includes a switch element, the controller 130 may control the switching operation of the switching element in the converter 110. To this end, the controller 130 may receive an input current i s detected by the input current detector A. In addition, the controller 130 may output the converter switching control signal Scc to the converter 110 in order to control the switching operation of the converter 110. The converter switching control signal Scc is a PWM switching control signal and may be generated and output based on the input current i s detected from the input current detector A. FIG.

도 2는 도 1의 제어부의 내부 블록도이며, 도 3은 도 2의 위치 추정부의 내부 블록도이고, 도 4는 동기 좌표계와 정지 좌표계의 관계를 나타내는 도면이다.2 is an internal block diagram of the controller of FIG. 1, FIG. 3 is an internal block diagram of the position estimator of FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a synchronous coordinate system and a still coordinate system.

먼저, 도 2를 참조하면, 제어부(130)는, 축변환부(210), 위치 추정부(220), 전류 지령 생성부(230), 전압 지령 생성부(240), 축변환부(250), 및 스위칭 제어신호 출력부(260)를 포함할 수 있다.First, referring to FIG. 2, the controller 130 may include an axis converter 210, a position estimator 220, a current command generator 230, a voltage command generator 240, and an axis converter 250. , And a switching control signal output unit 260.

축변환부(210)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.The axis conversion unit 210 receives the three-phase output currents (ia, ib, ic) detected by the output current detection unit E, and converts the two-phase currents i α and i β of the stationary coordinate system.

도 4를 참조하면, 축변환부(210)는, 도 4(a)의 삼상 좌표계를, 도 4(b)의 2상(αβ) 정지 좌표계로 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 다음의 수학식 1이 사용될 수 있다.Referring to FIG. 4, the axis conversion unit 210 may convert the three-phase coordinate system of FIG. 4A into a two-phase (αβ) stationary coordinate system of FIG. 4B. To this end, Equation 1 below may be used.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, ia,ib,ic 삼상 출력 전류를, va,vb,vc 삼상 출력 전압을 나타내며, iα,iβ는 정지 좌표계에서의 2상 전류를, vα,vβ는 정지 좌표계에서의 2상 전압을 나타낸다.Here, ia, ib, ic three-phase output current represents va, vb, vc three-phase output voltage, i (alpha), i (beta) shows the two-phase current in a static coordinate system, and v (alpha), v (beta) shows the two phase voltage in a static coordinate system.

한편, 축변환부(210)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다. 이를 위해, 다음의 수학식 2가 사용될 수 있다.On the other hand, the axis conversion unit 210 can convert the two-phase current (iα, iβ) of the stationary coordinate system into the two-phase current (id, iq) of the rotary coordinate system. To this end, Equation 2 below may be used.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, id,iq는 d축 전류, q축 전류를 나타내며, vd,vq는 d축 전압, q축 전압을 나타낸다. 한편, sinθ와 cosθ의 θ는 회전자 위치를 나타낸다. 이러한 회전자 위치는, 후술하는 위치 추정부(220)로부터 간단히 추정될 수 있다. Here, id, iq represents d-axis current and q-axis current, and vd and vq represent d-axis voltage and q-axis voltage. On the other hand, θ of sinθ and cosθ represents the rotor position. This rotor position can be estimated simply from the position estimation unit 220 to be described later.

다음, 위치 추정부(220)는, 정지 좌표계의 2상 전류(iα,iβ)와 정지 좌표계의 2상 전압(vα,vβ)을 입력받아, 회전자 위치(θ)를 추정한다. Next, the position estimating unit 220 receives the two-phase currents iα and iβ of the stationary coordinate system and the two-phase voltages vα and vβ of the stationary coordinate system, and estimates the rotor position θ.

이때의 정지 좌표계의 2상 전류(iα,iβ)는 축변환부(210)로부터 입력될 수 잇으며, 정지 좌표계의 2상 전압(vα,vβ)은, dc 단 전압 검출부(B)로부터의 dc 단 전압(Vdc)과, 인버터(120)의 스위칭 동작 상태를 고려하여, 연산될 수 있다. 예를 들어, c 단 전압 검출부(B)로부터의 dc 단 전압(Vdc)과, 인버터(120)의 스위칭 동작 상태에 따라, 소정 관계식에 의해, 3상 출력 전압(va,vb,vc)이 연산되며, 축변환부(210)에서 다시 정지 좌표계의 2상 전압(vα,vβ)으로 변환될 수 있다.At this time, the two-phase currents iα and iβ of the stationary coordinate system may be input from the axis converting unit 210, and the two-phase voltages vα and vβ of the stationary coordinate system are dc from the dc stage voltage detector B. It may be calculated in consideration of the voltage Vdc and the switching operation state of the inverter 120. For example, the three-phase output voltages (va, vb, vc) are calculated according to a predetermined relation according to the dc stage voltage (Vdc) from the c stage voltage detector (B) and the switching operation state of the inverter (120). In addition, the axis transformation unit 210 may be converted back to the two-phase voltage (vα, vβ) of the still coordinate system.

한편, 위치 추정부(220)는, 도 3에 예시된 바와 같이, 자속 관측부(310)와 위치 연산부(320)를 구비할 수 있다. 그리고, 정지 좌표계 하에서 추정된 위치(

Figure pat00003
)와 추정된 속도(
Figure pat00004
)를 출력할 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 3, the position estimator 220 may include a magnetic flux observer 310 and a position calculator 320. And the estimated position (
Figure pat00003
) And estimated speed (
Figure pat00004
) Can be printed.

이러한 위치 추정부(220) 내의 자속 관측부(310)와 위치 연산부(320) 내의 동작은 후술하는 수학식 5 이하를 참조하여 상세히 기술한다.Operations in the magnetic flux observer 310 and the position calculator 320 in the position estimator 220 will be described in detail with reference to Equation 5 below.

한편, 전류 지령 생성부(230)는, 추정 속도(

Figure pat00005
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(230)는, 추정 속도(
Figure pat00006
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(235)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다. On the other hand, the current command generation unit 230 is estimated speed (
Figure pat00005
) And the current command value i * q based on the speed command value ω * r . For example, the current command generation unit 230 is estimated speed (
Figure pat00006
) Based on the difference between the speed command value ω * r and the PI controller 235, the PI control may be performed, and the current command value i * q may be generated. In the drawing, although the q-axis current command value i * q is illustrated as a current command value, it is also possible to generate | generate a d-axis current command value i * d unlike a figure. On the other hand, the value of the d-axis current command value i * d may be set to zero.

한편, 전류 지령 생성부(230)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.On the other hand, the current command generation unit 230 may further include a limiter (not shown) for restricting the level so that the current command value i * q does not exceed the allowable range.

다음, 전압 지령 생성부(240)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(230) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(240)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(244)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(240)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(248)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(240)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.Next, the voltage command generation unit 240 includes the d-axis and q-axis currents i d and i q which are axis-converted in the two-phase rotational coordinate system by the axis conversion unit, and the current command value in the current command generation unit 230 and the like. Based on i * d , i * q ), the d-axis and q-axis voltage command values v * d and v * q are generated. For example, the voltage command generation unit 240 performs PI control in the PI controller 244 based on the difference between the q-axis current i q and the q-axis current command value i * q , and q The axial voltage setpoint v * q can be generated. In addition, the voltage command generation unit 240 performs PI control in the PI controller 248 based on the difference between the d-axis current i d and the d-axis current command value i * d , and the d-axis voltage. The setpoint (v * d ) can be generated. On the other hand, the voltage command generation unit 240 may further include a limiter (not shown) for restricting the level so that the d-axis and q-axis voltage command values (v * d , v * q ) do not exceed the allowable range. .

한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(250)에 입력된다.On the other hand, the generated d-axis and q-axis voltage command values v * d and v * q are input to the axis conversion unit 250.

축변환부(250)는, 위치 추정부(220)에서 추정된 위치(

Figure pat00007
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.The axis transform unit 250 is a position estimated by the position estimator 220 (
Figure pat00007
), And the d-axis and q-axis voltage command values (v * d , v * q ) are input, and axis conversion is performed.

먼저, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이를 위해, 다음의 수학식 3이 사용될 수 있다. 이때, 위치 추정부(220)에서 추정된 위치(

Figure pat00008
)가 사용될 수 있다.First, a transformation is performed from a two-phase rotation coordinate system to a two-phase stop coordinate system. To this end, Equation 3 below may be used. At this time, the position estimated by the position estimating unit 220 (
Figure pat00008
) Can be used.

Figure pat00009
Figure pat00009

그리고, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이를 위해 다음의 수학식 4가 사용될 수 있다.Then, the conversion is performed from the two-phase stop coordinate system to the three-phase stop coordinate system. To this end, Equation 4 below may be used.

Figure pat00010
Figure pat00010

이러한 변환을 통해, 축변환부(150)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.Through this conversion, the axis conversion unit 150 outputs the three-phase output voltage command value (v * a, v * b, v * c).

스위칭 제어 신호 출력부(260)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 PWM신호인 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다. 출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(120) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(120) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.The switching control signal output unit 260 generates and outputs an inverter switching control signal Sic, which is a PWM signal, based on the three-phase output voltage command values v * a, v * b, v * c. The output inverter switching control signal Sic may be converted into a gate driving signal by a gate driver (not shown) and input to a gate of each switching element in the inverter 120. As a result, each of the switching elements Sa, S'a, Sb, S'b, Sc, and S'c in the inverter 120 performs a switching operation.

한편, 상술한 위치 추정부(220)의 동작에 대해서는 이하에서 상술한다.On the other hand, the operation of the position estimation unit 220 described above will be described in detail below.

동기 전동기(SM)의 회전 좌표계 d, q 축에서의 전기적 모델은 다음의 수학식 5 및 수학식 6과 같다. The electrical models in the rotation coordinate systems d and q axes of the synchronous motor SM are as shown in Equations 5 and 6 below.

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서, λd와 λq는, 각각, d축과 q축 쇄교 자속, vd와 vq는, 각각, d축과 q축 전압, id와 iq는, 각각, d축과 q축 전류, Rs는 상저항(stator resistor)를 나타낸다. Where λd and λq are the d-axis and q-axis linkage fluxes, vd and vq are the d-axis and q-axis voltages, id and iq are the d-axis and q-axis currents, respectively, and Rs is the phase resistance ( stator resistor).

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, Ld와 Lq는, 각각, d축과 q축 인덕턴스, λpm은 자석에 의한 쇄교 자속(magnet flux linkage)을 나타낸다.Here, Ld and Lq represent d-axis and q-axis inductance, respectively, and λpm represents magnet flux linkage by a magnet.

즉, 수학식 5는, 회전 좌표계 d, q 축에서의 쇄교 자속 변화율과, d, q 축 전압 등과의 관계를 나타내며, 수학식 6은, 회전 좌표계 d, q 축에서의 쇄교 자속과 d축과 q축 전류 등과의 관계를 나타낸다.That is, Equation 5 shows the relationship between the change rate of the linkage magnetic flux in the rotational coordinate systems d and q axes, and the d, q-axis voltage and the like, and Equation 6 represents the linkage flux and the d-axis in the rotational coordinate systems d and q axes. The relationship with the q-axis current is shown.

한편, 영구자석을 적용한 동기 전동기(IPMSM)의 정지 좌표계(α, β축)과 회전 좌표계(d축, q축)의 관계는 다음의 수학식 7 및 수학식 8과 같다.On the other hand, the relationship between the stationary coordinate system (α, β axis) and the rotational coordinate system (d axis, q axis) of the synchronous motor (IPMSM) to which the permanent magnet is applied is as shown in Equations 7 and 8 below.

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서, θr은 회전자의 위치, λα와 λβ는, 각각, α축과 β축 쇄교 자속, vα와 vβ는, 각각, α축과 β축 전압, iα와 iβ는, 각각, α축과 β축 전류를 나타낸다. Where θ r is the position of the rotor, λ α and λ β are the α and β axis linkage fluxes, v α and v β are the α and β axis voltages, i α and i β are the α and β axes, respectively. Indicates current.

한편, 수학식 7은, 정지 좌표계(α, β축)과 회전 좌표계(d축, q축)의 관계를 기반으로, 회전 좌표계의 d축, q축 쇄교 자속 변화율이, 정지 좌표계의 α축과 β축 전압, α축과 β축 전류, 및 α축과 β축 쇄교 자속 등으로 표현되는 것을 예시한다.On the other hand, the equation (7) is based on the relationship between the static coordinate system (α, β axis) and the rotation coordinate system (d-axis, q-axis), the rate of change of the d-axis, q-axis chain link magnetic flux of the rotation coordinate system and the α axis of the static coordinate system What is represented by (beta) -axis voltage, (alpha) -axis, (beta) -axis current, and (alpha)-and (beta) -axis chain | strand bridge magnetic flux is illustrated.

한편, 수학식 8은, 회전 좌표계와 달리, 정지 좌표계의 α축, β축 쇄교 자속 변화율이 자석에 의한 쇄교 자속(λpm)과 관계가 없음을 나타낸다.On the other hand, Equation (8) shows that, unlike the rotational coordinate system, the rate of change in the α-axis and β-axis linkage fluxes of the stationary coordinate system is not related to the linkage flux (λpm) by the magnet.

다음, 상술한 수학식 6의 내용 및 수학식 7의 내용을 조합하면, 다음의 수학식 9 및 수학식 10과 같이 정리된다. Next, when the contents of the above-described formula (6) and the formula (7) are combined, they are arranged as shown in the following formulas (9) and (10).

Figure pat00015
Figure pat00015

Figure pat00016
Figure pat00016

특히, 수학식 10은, 수학식 9 및 삼각함수 성질 등을 이용하여 정리된다(예를 들어, cos2θ+sin2θ=1 등).In particular, Equation 10 is summarized using Equation 9, trigonometric properties, and the like (for example, cos 2 θ + sin 2 θ = 1 and the like).

이에 따라, 수학식 10은, 정지 좌표계의 α축, β축 자속 쇄교(λα,λβ)가, α축, β축 전류(iα,iβ), d축,q축 인덕턴스(Ld,Lq), d축 전류(id), 자석에 의한 쇄교 자속(λpm), 및 회전자의 위치(θr)로 표현될 수 있다.Accordingly, in the equation (10), the α-axis and β-axis magnetic flux linkages (λα, λβ) of the stationary coordinate system are α-axis, β-axis currents (iα, iβ), d-axis, q-axis inductance (Ld, Lq), d It can be expressed by the axial current id, the linkage magnetic flux λpm by the magnet, and the position θr of the rotor.

한편, 수학식 10을 다시 회전자의 위치(θr)를 기준으로 정리하면 다음의 수학식 11과 같다.On the other hand, if Equation (10) is rearranged based on the position (θr) of the rotor, Equation 11 is as follows.

Figure pat00017
Figure pat00017

여기서, K는 비례상수로서, d축,q축 인덕턴스(Ld,Lq), d축 전류(id), 자석에 의한 쇄교 자속(λpm)에 관한 식으로 표현될 수 있다.Here, K is a proportional constant and may be expressed by an equation regarding d-axis, q-axis inductance (Ld, Lq), d-axis current (id), and the linkage magnetic flux (λpm) by the magnet.

결국, 회전자의 위치(θr)는, 비례상수 K를 기 설정된 값이라 한다면, α축, β축 자속 쇄교(λα,λβ)와, α축, β축 전류(iα,iβ)를 통해 추정될 수 있음을 알 수 있다.As a result, the position θr of the rotor can be estimated through the α-axis and β-axis flux linkages (λα, λβ) and α-axis, β-axis currents iα, iβ if the proportional constant K is a predetermined value. It can be seen that.

상술한, 위치 추정부(220) 내의 자속 관측부(310)를 통한, 자속 추정은, 상술한 수학식 8을 기초로, 다음의 수학식 12로 표현될 수 있다. The magnetic flux estimation through the magnetic flux observer 310 in the position estimator 220 may be expressed by the following Equation 12 based on Equation 8 described above.

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서,

Figure pat00019
와
Figure pat00020
는, 추정된 쇄교 자속을 나타낸다.g는 센서리스 파라미터로서, 소정값을 나타낸다.here,
Figure pat00019
Wow
Figure pat00020
Represents an estimated linkage flux. G is a sensorless parameter and represents a predetermined value.

한편, 위치 추정부(220) 내의 자속 관측부(310)에서 추정된 쇄교 자속(

Figure pat00021
,
Figure pat00022
)을 이용하여, 위치 추정부(220) 내의 위치 연산부(320)는, 다음의 수학식 13과 같이, 회전자의 위치를 추정할 수 있다. Meanwhile, the flux linkage flux estimated by the magnetic flux observer 310 in the position estimator 220 (
Figure pat00021
,
Figure pat00022
), The position calculating unit 320 in the position estimating unit 220 can estimate the position of the rotor, as shown in Equation 13 below.

Figure pat00023
Figure pat00023

여기서, A, B는 추정된 쇄교 자속과, α축, β축 전류(iα,iβ)를 이용하여 산출되는 값을 나타내며, 이를 이용하여, 간단하게 추정된 회전자 위치(

Figure pat00024
)를 산출할 수 있게 된다.Here, A and B represent values calculated using the estimated linkage flux and the α-axis and β-axis currents iα and iβ, and by using this, simply estimated rotor position (
Figure pat00024
) Can be calculated.

결국, 수학식 12와 수학식 13을 종합하면, 상저항(Rs)와 q축 인덕턴스(Lq)에 기초하여, 간단하게 추정된 회전자 위치(

Figure pat00025
)를 산출할 수 있게 된다.As a result, when the equations (12) and (13) are combined, the estimated rotor position can be simply estimated based on the phase resistance (Rs) and the q-axis inductance (Lq).
Figure pat00025
) Can be calculated.

한편, 수학식 11의 비례상수 K와 관련하여, 동기 전동기의 특성에 따라 다음의 수학식 14와 같이 정리될 수 있다.On the other hand, with respect to the proportional constant K of the equation (11), according to the characteristics of the synchronous motor can be summarized as the following equation (14).

Figure pat00026
Figure pat00026

동기 릴럭턴스 전동기(Synrm)는, 내부에 자석이 배치되지 않으므로, 상술한 수학식 11의 비례상수 K 중 자석에 의한 쇄교 자속(λpm) 성분이 제거된다.Since the magnet is not disposed inside the synchronous reluctance motor Synrm, the component of the linkage magnetic flux? Pm caused by the magnet is removed from the above-mentioned proportionality constant K in Equation (11).

SPMSM은, 영구 자석 배치가 대칭형 구조로서, 돌극성이 없으므로, d축 인덕턴스와 q축 인덕턴스가 동일하게 된다(Ld=Lq). 그래서, 상술한 수학식 11의 비례상수 K 중 자석에 의한 쇄교 자속(λpm) 성분만이 남게 된다.In SPMSM, since the permanent magnet arrangement is a symmetrical structure and has no pole polarity, the d-axis inductance and the q-axis inductance are the same (Ld = Lq). Thus, only the linkage magnetic flux lambda pm component due to the magnet remains in the above-mentioned proportionality constant K of the equation (11).

IPMSM은, 영구 자석 배치가 비대칭형 구조이므로, 상술한 수학식 11 그대로 이용하여, 비례상수 K를 설정할 수 있게 된다.Since the permanent magnet arrangement of the IPMSM is an asymmetrical structure, the proportionality constant K can be set using the above equation (11).

한편, 이러한 비례상수 K 값은, 기설정된 값일 수 있다.Meanwhile, the proportional constant K value may be a preset value.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 정지 좌표계에 있는 자속 관측부(flux observer)(310)를 사용하여, 동기 전동기(SM)에서의 위치 추정을 간단히 수행할 수 있게 된다. 특히, 이 위치 추정 방법은, 단지 2개의 전동기 매개변수(상저항(Rs)와 q축 인덕턴스(Lq))만이 요구되기 때문에, 간단하고 쉽게 구해질 수 있다. 또한, 동기 전동기의 종류에 관계없이, 손쉽게 사용될 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, position estimation in the synchronous motor SM can be easily performed using the flux observer 310 in the stationary coordinate system. In particular, this position estimation method can be obtained simply and easily because only two motor parameters (phase resistance Rs and q-axis inductance Lq) are required. Further, regardless of the type of synchronous motor, it can be used easily.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 동기 전동기의 위치 추정 방법을 보여주는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of estimating a position of a synchronous motor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 먼저, 동기 전동기에 흐르는 삼상 출력 전류를 검출한다(S510). 도 1에 도시된 바와 같이, 동기 전동기(150)와 인버터(120) 사이를 흐르는 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 출력 전류 검출부(E)를 이용하여 검출한다. 삼상 평형을 이용하여, 2 상만 검출하는 것도 가능하다. 검출되는 출력 전류는 신호 처리되어 제어부(130) 내의 축변환부(210)에 입력된다. Referring to the drawings, first, the three-phase output current flowing to the synchronous motor is detected (S510). As illustrated in FIG. 1, the three-phase output currents ia, ib and ic flowing between the synchronous motor 150 and the inverter 120 are detected using the output current detector E. FIG. Using three-phase equilibrium, it is also possible to detect only two phases. The detected output current is signal processed and input to the axis converter 210 in the controller 130.

다음, 삼상 출력 전류를 정지 좌표계의 2상 전류로 변환한다(S520).Next, the three-phase output current is converted into a two-phase current of the stationary coordinate system (S520).

축변환부(210)는, 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 정지 좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다. 이를 위해, 상술한 바와 같이, 수학식 1이 사용될 수 있다. The axis conversion unit 210 converts the three-phase output currents (ia, ib, ic) into two-phase currents (iα, iβ) of the stationary coordinate system. To this end, as described above, Equation 1 may be used.

한편, 축변환부(210)는, 도면에는 도시하지 않았지만, dc 단 전압 검출부(B)에서 검출된 dc 단 전압에 기초하여 삼상 출력 전압(va,vb,vc)을 연산하고, 이를 바탕으로 정지 좌표계의 2상 전압(vα,vβ)으로 변환할 수도 있다.On the other hand, although not shown in the figure, the axis conversion unit 210 calculates the three-phase output voltage (va, vb, vc) based on the dc terminal voltage detected by the dc terminal voltage detection unit (B), and stops based on this. The two phase voltages vα and vβ of the coordinate system can also be converted.

다음, 정지 좌표계의 2상 전류 및 상저항에 기초하여, 쇄교 자속 추정한다(S530). 위치 추정부(220), 특히 자속 관측부(310)는, 상술한 수학식 12를 바탕으로, 정지 좌표계의 2상 전류(iα,iβ), 상저항(Rs), 및 정지 좌표계의 2상 전압(vα,vβ)를 이용하여, 쇄교 자속을 추정할 수 있다. 추정된 쇄교 자속(

Figure pat00027
,
Figure pat00028
)은 위치 연산부(320)에 입력될 수 있다. Next, the linkage flux is estimated based on the two-phase current and the phase resistance of the stationary coordinate system (S530). The position estimating unit 220, in particular the magnetic flux observation unit 310, based on the above equation (12), the two-phase current (iα, iβ), phase resistance (Rs) of the stationary coordinate system, and the two-phase voltage of the stationary coordinate system Using (vα, vβ), the linkage flux can be estimated. Estimated linkage flux (
Figure pat00027
,
Figure pat00028
) May be input to the position calculator 320.

다음, 추정 쇄교 자속 및 q축 인덕턴스에 기초하여, 회전자 위치 추정한다(S540). 위치 추정부(220), 특히 위치 연산부(320)는, 수학식 13을 바탕으로, 추정된 쇄교 자속(

Figure pat00029
,
Figure pat00030
), 정지 좌표계의 2상 전류(iα,iβ), 및 q축 인덕턴스(Lq)를 이용하여, 회전자 위치를 추정할 수 있다. Next, the rotor position is estimated based on the estimated linkage flux and q-axis inductance (S540). The position estimating unit 220, in particular, the position calculating unit 320, based on Equation 13, estimates the linkage flux (
Figure pat00029
,
Figure pat00030
), The rotor position can be estimated using the two-phase currents iα, iβ and the q-axis inductance Lq of the stationary coordinate system.

이와 같이, 추정된 회전자 위치(

Figure pat00031
)는, 제520 단계(S520)에서, 삼상 출력 전류를 정지 좌표계의 2상 전류로 변환하는 경우에 사용될 수 있다.As such, the estimated rotor position (
Figure pat00031
) May be used when the three-phase output current is converted into the two-phase current of the stationary coordinate system in step 520.

이러한 방법에 의해, 위치 감지부 없이, 정지 좌표계에 있는 자속 관측부(310)를 사용하여, 동기 전동기에서의 위치 추정을 간단히 수행할 수 있게 된다. 특히, 이 위치 추정 방법은, 단지 2개의 전동기 매개변수, 구체적으로 상저항(Rs)와 q축 인덕턴스(Lq))만이 요구되기 때문에, 간단하고 쉽게 구해질 수 있다. In this way, the position estimation in the synchronous motor can be easily performed using the magnetic flux observation unit 310 in the stationary coordinate system without the position sensor. In particular, this position estimation method can be obtained simply and easily because only two motor parameters, specifically, phase resistance Rs and q-axis inductance Lq, are required.

한편, 도 2와 도 3에서는, 위치 추정부(220) 내에 자속 관측부(310)와 위치 연산부(320)가 구비되는 것으로 도시하나, 이와 달리, 별개로 각각 구비되는 것도 가능하다.2 and 3, the magnetic flux observer 310 and the position calculator 320 are provided in the position estimator 220. Alternatively, the magnetic flux observer 310 and the position calculator 320 may be provided separately.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 동기 전동기는, 다양한 예가 가능하며, 그 적용 범위도, 세탁물 처리기기, 청소기, 공기조화기 및 냉장고 등의 가전 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 엘리베이터 등 다양한 동력원을 필요로하는 데에 적용될 수 있다. On the other hand, the synchronous motor according to an embodiment of the present invention, a variety of examples are possible, the application range, such as laundry treatment equipment, vacuum cleaners, air conditioners and refrigerators such as home appliances, electric vehicles, hybrid cars, elevators, such as various power sources Can be applied to the need.

본 발명의 실시에에 따른 동기 전동기의 위치 추정 방법 및 이를 이용한 전동기 구동장치는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The method of estimating the position of the synchronous motor and the motor driving apparatus using the same according to the embodiment of the present invention are not limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, the embodiments are various modifications All or part of each of the embodiments may be configured to be selectively combined to make it possible.

한편, 본 발명의 동기 전동기의 위치 추정 방법은 전동기 구동장치에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. On the other hand, the position estimation method of the synchronous motor of the present invention can be implemented as a processor-readable code on a processor-readable recording medium provided in the motor driving apparatus. The processor-readable recording medium includes all kinds of recording devices that store data that can be read by the processor.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

Claims (10)

동기 전동기에 흐르는 삼상 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;
상기 삼상 출력 전류를 정지 좌표계의 2상 전류로 변환하는 축변환부; 및
상기 정지좌표계의 2상 전류에 기초하여, 상기 동기 전동기의 회전자 위치를 추정하는 위치 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.An output current detector for detecting a three-phase output current flowing to the synchronous motor;
An axis converting unit converting the three-phase output current into a two-phase current of a stationary coordinate system; And
And a position estimator for estimating the rotor position of the synchronous motor based on the two-phase current of the stationary coordinate system. 제1항에 있어서,
상기 위치 추정부는,
상기 정지좌표계의 2상 전류에 기초하여, 상기 정지좌표계의 쇄교 자속을 추정하는 자속 관측부; 및
상기 추정된 쇄교 자속에 기초하여, 상기 회전자 위치 추정을 수행하는 위치 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method of claim 1,
The position estimating unit,
A magnetic flux observation unit for estimating the linkage magnetic flux of the static coordinate system based on the two-phase current of the static coordinate system; And
And a position calculator configured to perform the rotor position estimation based on the estimated linkage magnetic flux. 제2항에 있어서,
상기 자속 관측부는,
상기 정지좌표계의 2상 전압 및 상저항에 더 기초하여, 상기 쇄교 자속을 추정하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method of claim 2,
The magnetic flux observation unit,
And the chain bridge magnetic flux is further estimated based on the two-phase voltage and the phase resistance of the stationary coordinate system. 제2항에 있어서,
상기 위치 연산부는,
상기 정지좌표계의 2상 전류 및 q축 인덕턴스 성분에 더 기초하여, 상기 회전자 위치 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method of claim 2,
The position calculation unit,
And based on the two-phase current and the q-axis inductance component of the stationary coordinate system, performing the rotor position estimation. 제1항에 있어서,
상기 축변환부는,
상기 위치 추정부에서 추정된 상기 추정된 회전자 위치를 입력받아, 상기 삼상 출력 전류를 정지 좌표계의 2상 전류로 변환하는 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method of claim 1,
The axis conversion unit,
And receiving the estimated rotor position estimated by the position estimating unit, and converting the three-phase output current into a two-phase current of a stationary coordinate system. 제1항에 있어서,
소정 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여, 상기 교류 전원을 상기 동기 전동기에 출력하는 인버터;
상기 인버터에 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부; 및
상기 스위칭 제어 신호 생성을 위해, 입력되는 회전 좌표계 2상 전압 지령치를 삼상 전압 지령치로 변환하는 제2 축변환부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method of claim 1,
An inverter that converts a predetermined DC power source into an AC power source having a predetermined frequency and outputs the AC power source to the synchronous motor;
A switching control signal output unit outputting a switching control signal to the inverter; And
And a second axis converting unit converting an input rotational coordinate system two-phase voltage command value into a three-phase voltage command value for generating the switching control signal. 제6항에 있어서,
상기 제2 축변환부는,
상기 위치 추정부에서 추정된 상기 추정된 회전자 위치를 입력받아, 상기 회전 좌표계 2상 전압 지령치를 삼상 전압 지령치로 변환하는 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method of claim 6,
The second axis conversion unit,
And receiving the estimated rotor position estimated by the position estimating unit, and converting the rotation coordinate system two-phase voltage command value into a three-phase voltage command value. 동기 전동기에 흐르는 삼상 출력 전류를 검출하는 단계;
삼상 출력 전류를 정지 좌표계의 2상 전류로 변환하는 단계; 및
상기 정지좌표계의 2상 전류에 기초하여, 상기 동기 전동기의 회전자 위치를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 위치 추정 방법.Detecting a three-phase output current flowing to the synchronous motor;
Converting the three-phase output current into a two-phase current of the stationary coordinate system; And
Estimating a rotor position of the synchronous motor based on the two-phase current of the stationary coordinate system. 제8항에 있어서,
상기 회전자 위치 추정 단계는,
정지좌표계의 2상 전류에 기초하여, 상기 정지좌표계의 쇄교 자속을 추정하는 단계; 및
상기 추정된 쇄교 자속에 기초하여, 상기 회전자 위치를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 위치 추정 방법.The method of claim 8,
The rotor position estimation step,
Estimating the linkage flux of the stationary coordinate system based on the two-phase current of the stationary coordinate system; And
And calculating the rotor position based on the estimated linkage magnetic flux. 제8항에 있어서,
상기 변환 단계는,
상기 추정된 회전자 위치를 이용하여, 상기 변환 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 위치 추정 방법.The method of claim 8,
The conversion step,
And performing the conversion step by using the estimated rotor position.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109839592A (en) * 2017-11-27 2019-06-04 维谛技术有限公司 It is a kind of identification synchronous motor it is static/rotation method, relevant device and frequency converter

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