KR920001676B1

KR920001676B1 - 유도전동기의 제어시스템

Info

Publication number: KR920001676B1
Application number: KR1019880012355A
Authority: KR
Inventors: 마사노리 미야자끼; 야스히로 스즈끼; 다다시 사이또
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 아오이 죠이찌
Priority date: 1987-09-24
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1992-02-22
Also published as: EP0308974A3; DE3887241T2; EP0308974A2; EP0308974B1; KR890005965A; DE3887241D1

Abstract

내용 없음.

Description

유도전동기의 제어시스템

제1도는 본 발명에 의한 유도 전동기의 제어 시스템의 제1실시예의 블록도.

제2도는 본 발명에 의한 유도 전동기의 제어 시스템의 제2실시에의 블록도.

제3도는 제2도에 나타낸 제2실시예의 변형 부분을 나타내는 블록도.

제4도는 제2도에 나타낸 제2실시예의 또다른 변형 부분을 나타내는 블록도.

제5도는 본 발명에 의한 유도 전동기의 제어 시스템의 제3실시예의 블록도.

제6도는 제5도에 나타낸 제3실시예의 전원절환을 설명하기 위한 타임챠트.

제7도는 제5도에 나타낸 제3실시예의 좀더 실용적인 구성 부분을 나타내는 블록도.

제8도는 본 발명에 의한 유도 전동기의 제어 시스템의 제4실시예의 블록도.

제9도는 제8도에 나타낸 제4실시예의 변형의 블록도.

본 발명의 유도 전동기의 제어 시스템에 관한 것이며, 특히, 상용전원과 가변 주파수 전원간에서 유도 전동기의 구동전원을 원활하게 절환할 수 있는 유도 전동기의 제어 시스템에 관한 것이다.

교류 전동기가 소정 주파수를 갖는 전원전원(이후, “상용전원”이라고 칭함)으로부터 공급되는 전력에 의해 구동되는 동안에 가변 주파수(이후 “주파수 변환기”라고 칭함)의 출력전압을 상용전원의 전압, 주파수 및 위상과 일치시킨 다음 상용전원을 끊고 주파수 변환기를 교류 전동기에 연결시켜 교류 전동기가 주파수 변환기로부터 공급되는 전력에 의해서만 구동되는 절환 시스템을 상용동기 해열(이후“해열(解列)”로 칭함)이라 칭한다. 이와 반대로, 주파수 변환기로부터 공급되는 전력에 의해서 다양한 속도로 구동되는 교류 전동기를 주파수 변환기로부터 끊고 상용전원에 연결해 주는 교류 전동기를 절환하는 시스템은 전동기 전원을 일단 끊은 후에 전동기를 상용전원에 연결시켜 주는 시스템과, 리액터를 거쳐서 절환시에 과대전류를 억제하는 절환 시스템 등의 여러 가지 비동기 절환 시스템으로 분류할 수 있다.

전동기를 상용전원 또는 주파수 변환기로부터 끊은 다음 상용전원과 주파수 변환기가 전압동기 상태로 유지되는 동안에 상용전원 또는 주파수 변환기에 연결하는 절환 시스템을“상용동기 절환 시스템”이라고 칭하며 이 시스템은 절환시에 충격 토오크와 과대전류가 없기 때문에 우수한 절환 시스템이다.

그러나, 유도 전동기의 동기 절환의 경우에 여전히 약간의 기술적 문제점이 존재한다. 한가지 문제점은 유도 전동기의 슬립 때문이고 전동기가 상용전원에 의해서 구동될 때에도 전동기의 회전속도가 부하가 크거나 작음에 따라 변화된다. 따라서 상술한 해열을 행하는 유도 전동기의 경우에는 회전속도가 아닌 일차 주파수를 제어하는 V/F 제어 시스템이 널리 사용되어 왔다. 그러나, 종래의 제어 시스템들은 주파수 변환기의 출력 주파수 즉, 전동기의 일차 주파수를 제어하므로 고정밀도로 유도 전동기의 회전속도를 제어하는 것이 불가능하다.

또한, 출력 변환기의 출력 주파수는 개방 루프 시스템에 의해 제어되므로 부하가 걸린 상태에 있어서의 가속, 감속의 경우에 제어 시스템이 불안정해지는 문제점이 발생한다.

상술한 점에 비추어, 본 발명의 주요 목적은 안정된 상용 주파수 절환 및/또는 상용동기 해열이 가능한 유도 전동기의 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 안정된 상용동기 해열이 수행될 수 있도록 간단한 구성으로 검출기 또는 감지기를 설비한 유도 전동기의 제어 시스템을 제공하는데 있다.

상술한 목적 및 기타 목적들을 달성하기 위해서 가변속도로 유도 전동기를 구동시키기 위한 가변 주파수 전원과, 유도 전동기의 실제 회전속도와 전압을 각각 소정의 값으로 유지할 수 있도록 기준 속도와 기준 자속에 준하여 산출되는 기준 토오크 전류와 기준 여자 전류에 응하여 가변 주파수 전원을 벡터 제어하는 벡터 제어수단과, 유도 전동기를 상용전원 또는 가변 주파수 전원에 선택적으로 연결하는 절환 수단으로 구성되는 타입의 유도 전동기 제어 시스템에 있어서 본 발명은 유도 전동기의 가변 주파수 전원의 출력 전압위상과 또는 자속위상과 상용전원의 전압위상간의 위상편차를 검출하는 위상편차 검출수단과, 상용동기 절환 및/또는 상용동기 해열의 경우에 상기 위상편차 검출수단에 의해서 검출되는 위상편차를 유지하는 위상록크 루프를 구비하는 것을 특징으로 한다.

[제1실시예]

제1도는 본 발명에 의한 상용동기 해열 가능한 시스템의 제1실시예를 나타낸다.

제1도에서, 유도 전동기(1)는 스위치(2)를 거쳐서 상용전원(PS)에 의해서 구동될 수 있을 뿐만 아니라 평활용 DC리액터(4), 인버터(5) 및 스위치(6)를 거쳐서 제어 가능한 정류기(3)에 의해서도 구동될 수 있다.

제어 시스템은 유도 전동기(1)의 회전속도(ω)를 검출하기 위한 속도 검출기(7)와, 유도 전동기(1)로부터 직접 또는 일차 전류와 일차 전압의 연산에 의해서 유도 전동기(1)의 자속(φ)을 검출하는 자속 검출기(8)와, 계기용 변압기(9)를 가쳐서 상용전원(PS)의 전압(V_P)을 검출하는 전압 검출기(10)와, 그리고 정류기(3)와 인버터(5)의 부하전류 즉, 정류기(3)의 AC 쪽의 변류기를 통하는 일차전류(I)를 검출하는 전류 검출기(12)와 같은 여러 가지 검출요소를 포함하고 있다.

정류기(3)에 대한 제어 시스템에서, 속도 제어기(15)는 속도 설정기(13)에 의해 설정된 설정속도(ω_O ^*)로부터 레이즈 회로(14)를 거쳐서 얻은 기준속도(ω^*″와 속도 검출기(7)에 의해서 검출된 유도 전동기(1)의 회전속도(ω)간의 속도차(Δω)를 0으로 만드는 토오크 전류(I_q ^*)를 연산하여 스위치(16)의 제1고정접점에 제공된다.

뒤에서 상세히 설명될 자속 연속기(17)에 의해 연산된 자속위상(θ_o)에 응하여, 전압-위상 연산기(18)는 전동기 전압위상(φ_v)을 산출한다. 한쪽에서 얻은 전동기 전압위상(θ_v)와 다른쪽의 계기용 변압기를 통해 얻은 상용전원(PS)의 전압위상(θ_p)간의 위상편차(Δθ)에 응하여 기준속도 연산기(19)는 기준 토오크 전류(I_q) 계산하여 스위치(16)는 제2고정접점에 제공된다. 스위치(16)는 절환 위치에 따라 기준 토오크 전류(I_q)는 (I_qa ^*)를 선택하여 선택된 기준을 기준 전류 연산기(20)로 공급한다.

자속 설정기(21)는 한쪽의 전동기 단자 전압의 설정전압(Vp*)과 전압 검출기(10)에 의해서 검출된 상용전원(PS)의 전압(Vp)간의 전압차(ΔV)에 의해 유도 전동기(1)의 회전속도(ω)에 따라 기준 자속을 보정하여 정해지는 기준 자속(φ^*)를 얻는다. 자속 제어기(22)는 기준 자속(φ^*)과 자속(φ)간의 편차를 0으로 만들어주는 기준 여자 전류(I_d ^*)를 산출한다.

기준 전류 연산기(20)는 스위치(16)로부터 공급되는 기준 토오크 전류(I_q ^*)와 자속 에어기(22)에 의해서 얻어지는 기준 여자 전류(I_d ^*)의 벡터합에 대응하는 기준 일차 전류(I^*)를 연산한다. 정류기(3)의 위상제어는 기준 일차 전류(I^*)와 전류 검출기(12)로부터 제공되는 일차 전류(I) 간의 편차가 0이 되게 전류 제어기(23)와 위상 제어기(24)에 의해서 행해진다.

인버터(5)의 제어 시스템에서, 회전각 위치 연산기(25)는 속도 검출기(7)에 의해서 검출된 속도(ω)를 적분하여 유도 전동기(1)의 로터의 회전각 위치(θ_r)를 산출한다.

또한 기준 토오크 전류(I_q ^*)와 기준 여자 전류(I_d ^*)에 응하여, 위상각 연산기(26)는 기준 일차 전류(I^*)와 기준 자속(φ^*)간의 위상각(θ_ol)을 산출하며 또한 기준 토오크 전류(I_q ^*)와 자속(φ)에 응하여 슬립각 연산기(27)는 슬립각(θ_s)을 산출한다.

로터의 회전각 위치(θ₅)와 슬립각(θ_s)에 응하여, 자속위상 연산기(17)는 자속 회전각 위치(θ_o)를 산출한다. 자속 회전각 위치(θ_o)와 위상각 연산기(26)에 의해서 산출된 위상각(θ_o1)의 합계치에 응하여 위상 제어기(28)는 인버터의 출력 전류 위상 즉, 유도 전동기(1)의 일차 전류 위상(θ₁)이 얻어지게 인버터(5)의 위상을 제어한다.

한편, 제1도에 나타낸 제1실시예에서, 스위치(16)가 제1도에 나타낸 것과 반대 위치로 절환되면, 기준속도 연산기(19), 슬립각 연산기(27), 자속 연산기(17) 및 전압위상 연산기(18)는 위상록크 루프(PLL)를 구성하므로 전동기 전압위상(θ_r)과 전원전압 위상(θ_p)간의 편차가 0이 된다.

다음에 상술한 구성을 갖는 제1실시예의 동작모드를 설명하겠다.

상용동기 절환의 경우에, 우선 스위치(2)는 열린 상태를 유지하는 반면 스위치(6)는 닫힌 상태를 유지하며, 그다음 스위치(16)는 제1도에 나타낸 위치로 작동되므로 인버터(5)는 상용전원(PS)의 주파수 부근의 속도로 유도 전동기(1)를 가속시킨 다음 스위치(16)는 반대 위치로 절환된다. 기준 속도 연산기(19), 슬립각 연산기(27), 자속 연산기(17) 및 전압위상 연산기(18)로 구성되는 PLL은 전원 전압위상(θ_p)와 인버터 출력 전압위상(θ_v)간이 위상편차(Δθ)를 얻은 다음 그 위상 편차(Δθ)가 0이 되게 제어한다. 위상차(Δθ)가 0이 될 때 스위치(6)는 열리는 한편 스위치(2)는 닫히므로 그에 의해 상용동기 절환은 아무런 충격없이 달성될 수 있다.

다음에, 인버터(5)로 절환하여 상용전원에 의해서 구동되고 있었든 유도 전동기(1)를 구동시키는 상용동기 해열 모드를 설명하겠다.

이 경우에 절환하기 전에, 인버터(5)의 출력은 열려 끊기고 반면 스위치(16)은 제1도에 나타낸 것과 반대 위치로 절환된다. 전압위상 연산기(18)는 인버터 출력 전압 대신에 인버터(5)로부터의 출력 전압과 소정의 위상 관계를 항상 유지하는 자속의 회전각 위치(θ_o)를 사용하여 전동기 전압위상(θ_v)을 산출하며 또한 기준속도 연산기(19)는 전동기 전압위상(θ_v)과 전압위상(θ_p)간의 위상편차(Δθ)로부터의 기준 토오크 전류(I_qa ^*)를 산출하여 기준 전류 연산기(20)로 공급한다.

인버터(5)로부터의 출력 전류의 위상(θ₁)은 자속 회전각 위치(θ_o)를 (θ_o1)만큼 앞서고, 또한 전압위상(θ_v)를 역률각만큼 지연시키므로 상용전원(PS)측의 역률이 검출되지 않을 때도 유도 전동기(1)의 역률 전류위상을 결정할 수 있다.

이 경우에, 유도 전동기(1)의 단자전압의 위상(θ_v)은 제어될 수 있으나 단자 전압의 진폭은 제어될 수 없다.

그 결과로, 상용전원(PS)의 전압이 변동될 때에, 동작중의 인버터의 출력전압과 상용전원 전압간에 편차가 발생되므로 상용동기 절환 또는 동기 해열을 행하기 위하여 전원을 절환할 경우에 과대한 전동기 전류가 흐를 우려가 있다. 그러므로, 제1도에 나타낸 제1실시예에서, 전원전압(V_p)은 전압 검출기(10)에 의해서 검출되어 전원 전압(V_p)과 전동기 단자 전압의 설정전압(V_p ^*)간의 전압편차(ΔV)를 얻을 수 있으므로 기준 자속(φ^*) 또는 기준 여자 전류(I_d ^*)가 보정될 수 있다. 그러므로, 전원 전압(V_p)이 증가(또는 감소)될때, 자속(φ) 또는 여자 전류성분(I_d)은 증가(또는 감소)되므로 결국 유도 전동기(1)의 단자 전압이 인버터의 동작 중에도 전원전압과 동일해진 후에 스위치(2)는 열리는 반면 스위치(6)는 닫히고, 그다음 스위치(16)는 제1도에 나타낸 초기 위치로 반전되므로 그에 의해서 상용동기 해열이 아무런 충격없이 달성될 수 있다.

[제2실시예]

제1도는 상용동기 해열을 달성하는데 가장 적합한 본 발명의 제2실시예를 나타내고 있다. 제2실시예에서, 스위치(16)는 전류 기준치 연산기(20)의 입력에 연결되지 않고 속도 조정기 또는 제어기(15)의 입력에 연결되어 있다. 또한 레이트 회로와 전압 검출기가 제거되어 있다. 그러므로, 제2실시예에서 속도 설정기(13)는 기준 속도(ω^*)를 직접 결정한 다음, 기준 속도(ω^*)와 전동기의 속도(ω)간의 편차(Δω)가 스위치(16)의 한 절환 접점에 입력된다.

전압위상치(Δθ=θ_v- θ_p)는 스위치(16)의 다른 고정접점에 입력된다. 그러므로 스위치(16)가 제2도에 나타낸 것과 반대 위치로 절환될 때, 속도 제어기(16), 슬립각 연산기(27), 자속위상 연산기(17) 및 전압위상 연산기(18)는 위상록크 루프(PLL)를 구성한다.

상용전원측 스위치(2)가 닫혀서 유도 전동기(1)가 상용전원(PS)로부터 공급되는 전원에 의해서 구동되고 있다고 가정하자. 이 경우에, 상용전원의 위상(θ_p)을 검출하여 자속위상(θ_o)으로부터 전압위상 연산기(18)에 의해서 얻은 인버터 출력전압의 위상(θ_v)과 비하여 위상차(Δθ)를 얻을 수 있다. 동기 해열의 경우에, 스위치(16)는 속도 제어기(15)에 대한 입력을 속도편차(Δω)로부터 전압위상편차(Δθ)로 절환한다. 그때 상술한 PLL이 형성되어 인버터(5)로부터의 출력전압의 위상(θ_v)이 전원전압의 위상(θ_p)과 일치된다. 이들 조건하에서, 인버터쪽 스위치(6)는 닫혀서 인버터(5)에 통전시키는 한편 상용전원쪽 스위치(2)는 열리고, 또한 스위치(16)는 전압위상차(Δθ)쪽으로부터 속도차(Δω)쪽으로 절환되어 상용동기 해열이 달성된다. 그후, 인버터(5)에 의해서 속도를 제어할 수 있게 된다.

PLL이 설정된 경우에, 속도 제어기(15)는 회전각 편차(Δθ)에 대한 필터의 기능을 갖고 있으나, 변환기능이 속도 제어 시스템의 것과 다르므로 비례적분게인이 동일할때, 불만족스러운 제어 동작이 발생된다.

이 문제점을 해결하기 위해 제3도에 나타낸 바와 같이, 스위치(16)는 전압위상편차(θ)로부터 속도차(Δω)로 절환될 뿐만 아니라 점선으로 나타낸 바와 같이 속도 제어기(15)의 비례게인 및/또는 적분게인이 변화되어 최적값이 얻어질 수 있다.

상용동기 해열 완료후 기준속도(ω^*)와 실제속도(ω)간의 편차가 있을 경우에 스위치(16)가 속도편차(ω)쪽으로 절환될 때에, 유도 전동기(1)는 그위 회전속도가 기준속도(ω^*)에 도달될 때까지 신속하게 가속 또는 감속된다.

그러나 그러한 동작은 유도 전동기에 대해서 뿐만 아니라 유도 전동기의 부하인 기계에 대해서도 바람직하지 않다. 그러한 문제점을 극복하기 위해, 제4도에 나타낸 바와 같이 가속 또는 감속비를 제한하는 레이트 회로(14)는 속도설정장치913)의 출력측에 연결되어, 상용동기 해열을 행하는 동안 스위치(29)는 검출속도(ω)쪽으로 절환된다. 그리고, 해열중에 속도편차(ω)는 0이 된다. 해열 완료 즉시, 스위치(16)는 속도차(Δω)쪽으로 절환됨과 동시에 스위치(29)는 기준 속도(ω^*)쪽으로 절환되어 유도 전동기의 회전속도가 레이트 회로(14)에 의해서 가속 또는 감속되어 소정 회전속도까지 서서히 도달될 수 있다.

[제3실시예]

제5도는 상용 동기 해열을 최상으로 행해지도록 채택된 본 발명의 제3실시예를 나타내고 있다. 제3실시예는 회로 소자들(29-33)이 더 추가된 것을 제외하고는 제2도에 나타낸 제2실시예와 실질적으로 동일하다. 기준전류 연산기(20)의 출력쪽에는 기준 전류 연산기(20)에 의해서 산출된 기준 전류(I_o ^*)를 최대 허용값(I_m ^*)이하로 제한해주고 또한 전류 제한 패턴 설정기(31)에 의해 결정되는 기준 전류 변동률을 제한해주는 전류 제한기(30)가 연결되어 있다.

위상 비교기(29)가 Δθ=0을 검출할 때에 그 출력 신호(S_w1)는 고레벨로 상승되므로 그에 의해 전류 제한 패턴 설정기(31)가 작동되는 한편 스위치(6)이 닫힌다.

전류 제한 패턴 설정기(31)와 전류 제한기(30)으로부터의 출력들에 응하여, 스위칭 신호(S_w2)는 스위치 개폐 타이밍 회로(32)로부터 얻어지고 인버터(33)에 의해서 절환 신호(S_w3)으로 반전된다. 반전된 절환 신호(S_w3)에 응하여 스위치(2)는 개폐된다.

제3실시예에서, 위상 비교기(29)가 인버터(5)로부터의 출력 전압의 위상(θ)이 상용전원 전압의 위상(θ_p)과 일치되는 것을 검출할 때, 즉, Δθ=0임을 검출할 때에 인버터쪽 스위치(6)를 닫는 신호(S_w1)가 얻어진다. 이 경우에, 제6도에 나타낸 바와 같이 전류 제한 패턴 설정기(31)로부터의 출력(CL)은 소정속도로 상승된다. 그러나, 이 경우에도, 속도 제어기(16)는 여전히 동작되므로 전류 제한기(30)로부터 출력된 기준 전류(I^*)는 전류 제한조건(최대값 I_m ^*)하에서 증가된다.

스위칭 타이밍 회로(32)는 전류 제한기(30)로부터 얻어진 기준 전류(I^*)를 전류 제한 패턴 설정기(31)로부터의 출력(CL)과 비교하여 I^*와 CL간에 편차가 발생할 때인 시각 to에 스위칭 신호(S_w2)는 고레벨로 상승된다. 인버터(33)은 신호(S_w2)를 저레벨인 신호(S_w3)로 반전시킨다. 반전된 신호(S_w3)에 응하여, 상용전원측 스위치(2)는 열린다. 해열 동작이 상술한 방식으로 수행될 때에, 스위치(2)가 열리는 시각(to)에 인버터(5)로부터의 출력전류는 유도 전동기(1)를 통해 흐르는 전류와 동일해지므로 바람직하지 못한 양의 전류가 유도 전동기(1)로 공급되지 않는다. 따라서, 유도 전동기(1)가 과잉 여자되는 것이 방지되므로 바람직하지 못한 양으로 토오크를 발생시키지 않고 안정된 해열이 달성될 수 있다.

제7도는 제6도를 참조하여 상술된 해열 동작을 달성하도록 채택된 회로의 개통도를 나타낸다. 비교기(34)는 기준 전류 연산기(20)로부터의 기준 전류(I^*)를 전류 제한 패턴 설정기(31)로부터의 출력 신호(CL)와 비교하여 그들간의 편차(ΔI)를 제공한다. 절대값 변화 회로(35)는 편차(ΔI)의 절대값 │ΔI │를 출력한다. 제2비교기(36)는 설정기(38)의 설정값 Y를 절대값 │ΔI │와 비교하여 │ΔI │가 설정값 Y보다 더 클때 (│ΔI │〉 Y) 고레벨의 신호 A를 제공한다.

이 경우에, 지연 회로(37)가 무시될 때, 신호 A는 신호 S_w2와 동일해진다. 인버터(33)는 상용전원측 스위치(2)가 열리는 것에 응하여 신호 S_w3을 출력시킨다.

제7도에서, 지연회로(37)가 설비되어 있으므로 비교기(36)가 절대값 변환 회로(35)로부터 얻어진 절대값 │ΔI │를 설정값 Y와 비교한 후에 신호 A가 비교기(36)로부터 출력될 때인 시각 to(제6도 참조)에 대하여 시간지연(Td)을 갖고 신호 S_w2는 인버터(33)에 의해서 신호 S_w3으로 반전된다. 상술한 바와 같이 소정 시간지연되는 신호 S_w2가 발생되므로 더욱 능동적이 해열 동작이 보장될 수 있다.

[제4실시예]

제8도는 상용동기 절환뿐만 아니라 상용동기 해열을 최상으로 수행하도록 채택된 본 발명의 제4실시예를 나타내고 있다.

제4실시예에서, 정류기와 인버터 대신 주파수 변환기(40)가 사용된다. 기준속도 보정 연산기(42)는 한편에서 계기용 변압기(9)에 의해 검출되는 상용전원(PS)의 전압의 위상(θ_p)과 계기용 변압기(41)에 의해서 검출되는 주파수 변환기(40)으로부터의 출력 전압의 위상(θ_v)간의 위상편차(Δθ)를 0으로 만드는 기준속도 보정값(ω_a ^*)을 산출한다. 기준속도 보정값(ω_a ^*)과 속도 설정기(13)로부터 제공된 기준속(ω^*)의 합계치는 보정된 기준속도로서 간주되어 속도(ω)와 비교된다.

편차 Δω(=ω^*+ω_a ^*-ω)는 속도 제어기(43)로 입력되어 편차(Δω)를 0으로 만드는 기준 토오크 전류(I_q ^*)를 산출한다. 자속 설정기(44)는 소망하는 기준 자속(φ^*)에 대응하는 기준 여자 전류(I_d ^*)을 발생한다. 기준 전류 연산기(45)는 기준 토오크전류(I_q ^*), 기준 여자 전류(I_d ^*) 및 속도(ω)에 응하여 전동기의 일차 전류의 기준 위상(θ^*)과 기준 진폭(I^*)을 결정한다.

전류 제어기(46)는 변류기(1)에 의해서 검출된 귀환 전류(I)는 기준 전류 연산기(45)로부터 유도된 기준 전류(I^*, θ^*)와 동일해지도록 주파수 변환기(40)의 위상제어를 행한다.

제8도에 나타낸 제4실시예에서, 속도 제어기(43), 기준 전류 연산기(45), 전류 제어기(46), 주파수 변환기(40) 및 기준 속도 보정연산기(42)는 위상록크 루프(PLL)를 구성하므로 위상편차(Δθ)를 감소시키는 기준 속도 보정값(ω_a ^*)이 발생된다.

상술한 구성을 갖는 유도 전동기 제어 시스템으로 상용동기 절환을 수행할 경우에, 우선 주파수 변환기(40)는 유도 전동기(1)의 속도(ω)를 제어한 다음 기준 속도 보정연산기(42)는 상용전원전압의 위상(θ_p)과 변환기 출력전압의 위상(θ_v)간의 위상편차(Δθ)를 0으로 만들어 기준 속도(ω^*)에 가산되는 기준 속도 보정값(ω_a ^*)을 산출한다.

기준 속도 보정값(ω_a ^*)은 슬립 주파수를 제어하는 역할을 하므로 일차 주파수를 상용전원의 주파수와 동일하게 할 수 있다. 위상편차(Δθ)가 충분히 감소될 때에, 상용전원쪽 스위치(2)는 닫히고, 그다음 변환기쪽 스위치(6)는 열려 그에 의해서 상용동기 절환이 완료된다.

변환기쪽 스위치(6)이 열려 유지되는 동안에 주파수 변환기(40)로부터 출력전압을 제공할 수 있는 형의 전압원형 주파수 변환기의 경우에 상용동기 해열시에 상용전원(PS)은 상술한 것과 동일한 방식으로 주파수 변환기(40)로 절환된다. 즉, 주파수 변환기(40)는 변환기쪽 스위치(6)가 닫히는 동시에 구동되어, 기준 속도 보정값(ω_a ^*)을 발생시키도록 검출되는 변환기 출력전압의 위상(θ_v)을 발생시켜서 위상(θ_v)과 상용전원 전압의 위상(θ_p)간의 위상편차(Δθ)가 최소가 되도록 하며, 또한 위상차(Δθ)가 충분히 작을때, 변환기측 스위치(6)는 닫힌다. 그런 다음, 상용전원측 스위치(2)는 열리므로 그에 의해 상용동기 해열이 완료된다.

주파수 변환기(40)의 출력측이 개방된 상태를 유지한 채로 기능을 할 수 없는 전류 원형 변환기의 경우에는 제4실시예의 변형을 제9도를 참조하여 설명하겠다.

제8 및 9도에서, 동일 부분은 동일번호를 사용하고 제8도를 참조하여 위에 설명한 부분은 설명을 생략하겠다.

참조번호 47은 전류 제어기(46)로부터 얻어지는 출력 신호에 응하여 출력 전압위상(θ_v)을 연산하는 전압-위상 연산기를 나타내고 있다. 이 변형예에서, 기준 속도 연산기(19)는 위상편차(Δθ)에 응하여 위상차(Δθ)를 0으로 만들어 주는 기준 토오크 전류(I_qa ^*)를 산출한다.

기준 토오크 전류(I_qa ^*) 또는 속도 제어기(43)로부터의 기준 토오크 전류(I_q ^*)는 스위치(16)를 통해 기준 전류 연산기(45)로 입력된다.

그다음, 상술한 구성을 갖는 제어 시스템에 의한 동기 해열의 모드를 설명하겠다.

유도 전동기(1)가 상용전원쪽 스위치(2)가 닫혀서 상용전원(PS)에 의해서 구동되는 상태하에서 주파수 변환기(50)용 제어회로만이 동작되어 전류 제어기(47)로부터 주파수 변환기(50)로 제공되는 제어 신호에 응해서 출력 전압의 위상(θ_v)이 연산된다. 출력 전압위상(θ_v)과 상용전원 전압위상(θ_p)이 서로 비교되어 위상편차(Δθ)가 얻어지고 그에 응해서 기준 속도 연산기(19)가 스위치(16)를 통해 기준 전류 연산기(45)로 입력하는 기준 토오크 전류(I_qa ^*)를 연산한다.

기준 토오크 전류(I_qa ^*) 기준 여자 전류(I_d ^*) 및 속도(ω)에 응하여, 기준 전류 연산기(45)는 일차 전류의 기준 진폭(I^*)과 기준 위상(θ^*)을 출력한다. 전류 제어기(46)는 일차 전류의 기준 진폭(I^*)과 기준 위상(θ^*)에 응한 제어신호를 주파수 변환기(50)로 공급한다.

제9도에서, 전압-위상 연산기(47), 기준 속도 연산기(19), 기준 전류 연산기(45) 및 전류 제어기(46)는 위상록크 루프 또는 PLL을 구성하고 그에 의해서 기준 토오크 전류(I_qa ^*)가 공급되어 위상편차(Δθ)를 최소로 감소시켜 준다. 위상차(Δθ)가 주파수 변환기(50)용 제어 회로의 동작만 계속되는 동안에 충분히 감소되었을 때에 변환기쪽 스위치(6)가 닫혀서, 주파수 변환기(50)는 그 위상(θ_v)이 상용전원 전압의 위상(θ_v)과 일치되는 출력 전압을 공급한 후에 상용전원측 스위치(2)가 열린다. 그와 동시에 스위치(16)가 속도 제어기(43)쪽으로 절환된 후에 주파수 변환기(50)는 유도 전동기(1)의 회전속도를 제어한다.

이와 같이 하여 상용동기 해열이 완료된다.

Claims

유도 전동기를 가변속도로 구동시키기 위한 가변 주파수 전원(3,4,5)과, 상기 유도 전동기용 기준 속도를 설정하는 수단과, 상기 유도 전동기용 기준 자속을 설정하는 수단과, 상기 유도 전동기의 회전속도와 전압이 각각 소정값으로 유지되도록 기준 속도와 기준 자속에 응하여 각각 연산된 기준 여자 전류와 기준 토오크 전류에 응하여 상기 가변 주파수 전원의 벡터제어를 행하는 벡터제어 수단과, 상기 유도 전동기를 상용전원(PS)과 상기 가변 주파수 전원에 선택적으로 연결하는 절환수단(2,6)과, 상기 유도 전동기의 상기 가변 주파수 전원으로부터의 출력 전압의 위상 또는 자속위상의 위상과 상기 상용전원의 전압의 위상간의 위상차를 검출하는 검출 수단(9,17,18 ; 9,41 ; 9,47)과, 그리고 상용동기 절환 및 상용동기 해열의 적어도 하나의 경우에 상기 검출 수단에 결합된 입력과 그에 의해 검출되는 위상차를 소정값으로 유지하는 상기 벡터 제어 수단에 결합된 출력을 갖는 위상록크 루프(17,18,19,16,27 ; 17,18,16,15,27 ; 42,43,45,46,40,41 ; 47,19,16,45,46)로 구성된 것이 특징인 유도 전동기 제어 시스템.
유도 전동기를 가변속도로 구동시키기 위한 가변 주파수 전원과, 상기 유도 전동기용 기준 속도를 설정하는 수단과, 상기 유도 전동기용 기준 자속을 설정하는 수단과, 상기 유도 전동기의 회전속도와 전압을 각각 상기 기준 속도와 기준 전압과 일치시키도록 상기 기준 속도와 기준 자속에 준하여 각각 연산되는 기준 여자 전류와 기준 토오크 전류에 응하여 상기 가변 주파수 전원으로부터의 출력 전압과 전류의 벡터제어를 행하는 수단과, 상기 유도 전동기의 회전속도를 검출하는 속도검출 수단과, 상기 유도 전동기의 회전속 검출용 속도검출 수단과, 상기 실제의 자속으로부터 연산한 상기 가변 주파수 전원(3,5)으로부터의 출력 전압의 위상 또는 기준 자속의 위상과 상기 상용전원(PS)의 전압 위상간의 위상차에 대응하는 제2기준 토오크 전류를 연산하는 연산수단(19)과, 상기 기준 토오크 전류로서 상기 연산수단에 의해 연산된 제2기준 토오크 전류를 사용하여 상기 상용전원의 전압과 상기 가변 주파수 전원으로부터의 출력 전압을 동기하는 수단(16,26,28,18,19)과, 그리고 상기 유도 전동기를 상기 상용전원 또는 상기 가변 주파수 전원에 선택적으로 연결하기 위해 상기 상용전원과 상기 가변전원에 연결된 절환 수단으로 구성된 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.
제2항에 있어서, 상기 상용전원의 출력 전압을 검출하기 위한 전압검출 수단과, 상기 기준 전압과 상기 전압검출 수단에 의해 검출된 상기 상용전원 전압간의 전압차에 응하여 상기 기준 여자 전류를 보정하는 수단을 더 포함하는 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.
유도 전동기를 가변속도로 구동시키기 위한 가변 주파수 전원과, 상기 유도 전동기용 기준 속도를 설정하는 수단과, 상기 유도 전동기용 기준 자속을 설정하는 수단과, 상기 기준 속도에 준하여 기준 토오크전류를 연산하는 속도제어수단(15)고, 상기 유도전동기의 회전속도가 상기 기준속도와 일치하도록 상기 기준토오크전류에 응하여 상기 가변 주파수 전원으로부터의 출력전류를 제어하는 전류제어 수단과, 상기 기준 자속에 준하여 기준 여자 전류를 연산하는 수단과, 상기 유도 전동기의 자속이 상기 기준 자속과 일치하도록 상기 기준 여자 전류에 응하여 상기 가변 주파수 전원으로부터 출력 전압을 제어하는 수단과, 상기 유도 전동기(1)의 실제 회전속도를 검출하는 제1검출 수단(7)과, 상기 유도 전동기의 실제 자속을 검출하는 제2검출 수단과, 상기 기준 자속값의 위상 또는 상기 실제의 자속값으로부터 연산된 상기 가변 주파수 전원(3,5)으로부터의 출력 전압의 위상과 상기 상용전원(PS)전압의 위상간의 전압 위상차를 검출하는 제3검출수단(9,18)과, 그리고 상기 속도기준치와 상기 제3검출 수단에 의해 검출되는 전압 위상차 또는 상기 제1검출 수단에 의해 검출되는 상기 실제 회전속도간의 속도차를 상기 속도제어 수단으로 선택적으로 인도하기 위한 절환 수단(16)으로 구성되는 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 속도 제어수단(15)은, 상기 절환 수단(16)의 절환 동작과 일치하여 비례게인 및/또는 적분게인을 절환하는 이득절환 수단을 포함하는 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 기준 속도가 신속히 변동하는 경우에 소정의 변동속도로 상기 기준 속도로 출력하는 레이트 회로 수단(14)을 더 포함하는 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.
제6항에 있어서, 상용동기 절환하는 동안 상기 기준 속도 대신 상기 실제의 속도를 상기 레이트 회로 수단(14)의 입력측으로 인도하는 제2절환 수단(29)을 더 포함하는 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.
유도 전동기를 가변속도로 구동시키기 위한 가변 주파수 전원과, 상기 유도 전동기용 기준 속도를 설정하는 수단과, 상기 유도 전동기용 기준 자속을 설정하는 수단과, 상기 기준 속도에 준하여 기준 토오크 전류를 연산하는 속도제어 수단과, 상기 기준 자속에 준하여 기준 여자 전류를 연산하는 제어수단과, 상기 유도 전동기의 실제 회전속도가 상기 기준 속도와 일치하도록 상기 기준 토오크 전류에 응하여 상기 가변 주파수 전원으로부터 출력 전류를 제어하는 수단과, 상기 유도 전동기의 자속이 상기 기준 자속과 일치하도록 상기 기준 여자 전류에 응하여 상기 가변 주파수 전원으로부터 출력 전류의 위상을 제어하는 수단과, 상기 유도 전동기를 상용전원 또는 상기 가변 주파수 전원에 선택적으로 연결하는 제1절환 수단과, 상기 유도 전동기(1)의 실제 회전속도를 검출하는 제1검출 수단(7)과, 상기 유도전동기의 실제 자속을 검출하는 제2검출 수단과, 상기 기준자속의 위상 또는 상기 실제의 자속값에 준하여 상기 가변 주파수 전원(3,5)으로부터의 출력 전압의 위상과 상기 상용전원(PS)의 출력 전압의 위상간의 전압 위상차를 검출하는 제3검출 수단(9,18)과, 상기기준속도와 상기 회전속도간의 속도차 또는 상기 제3검출수단에 의해 검출된 전압위상차를 상기 속도제어수단(15)으로 선택적으로 인도하는 절환 수단(16)과 상기 기준 토오크 전류의 최대값과 변동율을 제한하는 제한 수단(30)과, 그리고 상용동기 해열의 경우에 상기 제한기 수단으로부터의 출력과 일치하여 상기 제1절환 수단의 절환 타이밍을 제어하는 절환 타이밍 수단(31,32,33)으로 구성된 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.
제8항에 있어서, 상용동기 해열의 경우에 상기 상용전원용 스위치(2)의 닫히는 동작을 지연시키는 지연수단(37)을 더 포함하는 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.
유도 전동기를 가변속도로 구동시키기 위한 가변 주파수 전원(40)과, 상기 유도 전동기용 기준 속도를 설정하는 수단과, 상기 유도 전동기용 기준 자속을 설정하는 수단과, 상기 기준 속도에 준하여 기준 토오크 전류를 연산하는 속도제어 수단과, 상기 기준 자속에 준하여 기준 여자 전류를 연산하는 제어수단과, 상기 유도 전동기의 실제 회전속도가 상기 기준 속도와 일치하도록 상기 기준 토오크 전류와 상기 기준 여자 전류에 응하여 상기 가변 주파수 전원으로부터 출력 전압을 벡터 제어하는 수단과, 상기 유도 전동기를 상용전원 또는 가변 주파수 전원에 선택적으로 연결해주는 절환 수단과, 상기 상용전원(PS)의 전압의 위상을 검출하는 제1검출 수단(9)과, 상기 가변 주파수 전원(40)으로부터의 출력 전압의 위상을 검출하는 제2검출 수단(41)과, 상기 제1 및 제2검출 수단에 의해 각각 검출된 전압위상들 간의 전압 위상차를 0으로 만드는 기준 속도 보정값을 연산하는 제1보정 수단(19)과, 그리고 상기 제1보정 수단에 의해 연산된 상기 기준속도 보정값에 의해 상기 기준속도를 보정하는 제2보정 수단으로 구성된 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.
유도 전동기를 가변속도로 구동시키기 위한 가변 주파수 전원(40)과, 상기 유도 전동기용 기준 속도를 설정하는 수단과, 상기 유도 전동기용 자속 기준치를 설정하는 수단과, 상기 유도 전동기의 실제 회전속도가 상기 기준 속도와 일치하도록 기준 토오크 전류를 연산하는 속도제어 수단과, 상기 유도 전동기로부터의 출력 전압에 대응하는 상기 기준 자속에 응하여 기준 여자 전류를 연산하는 수단과, 상기 기준 토오크 전류와 상기 기준 여자 전류에 응하여 상기 가변주파수 전원의 기준출력전류를 연산하는 제1연산수단과, 상기 기준출력전류에 응하여 상기 가변주파수전원으로부터의 출력전류를 제어하는 전류제어 수단(46)과, 상기 유도 전동기를 상용전원(PS) 또는 상기 가변 주파수 전원에 선택적으로 연결해주는 절환 수단과, 상기 상용전원의 출력 전압의 위상을 검출하는 위상 검출 수단(9)과, 상기 전류제어 수단으로부터의 출력 신호에 응하여 상기 가변 주파수 전원(40)으로부터의 출력 전압의 위상을 연산하는 제2연산 수단(47)과, 상기 위상 검출 수단에 의해 검출된 전압위상과 상기 제2연산 수단에 의해 검출된 전압위상간의 위상차를 0으로 만드는 기준속도 보정값을 연산하는 제3연산 수단(19)과, 그리고 상기 속도 제어수단으로부터의 기준 토오크 전류 또는 상기 제3연산 수단으로부터의 기준 속도 보정값을 상기 제1연산 수단으로 선택적으로 인도하는 절환 수단(16)으로 구성된 것이 특징인 유도 전동기의 제어 시스템.