KR940004392B1 - 유도전동기의 관성 및 마찰분 측정방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유도전동기의 관성 및 마찰분 측정방법

제1도는 본 발명 유도전동기 시스템의 전체 구성도.

제2도는 제1도에 따른 인버터의 내부 구성도.

제3a, 3b도는 본 발명에 따른 전동기 속도 및 토오크 특성도.

제4도는 본 발명 유도전동기의 관성 및 마찰분 측정방법 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 3상 상용전원 2 : 브리지다이오드

3 : 평활용캐패시터 4 : 인버터

5 : 유도전동기 6 : 주축

7 : 부하 8 : 속도센서

41 : 아날로그/디지탈변환기 42 : 타이머

43 : 마이크로프로세서

본 발명은 유도전동기의 관성 및 마찰분 측정에 관한 것으로, 특히 시스템을 모델링하여 제어할 수 있도록 한 유도전동기의 관성 및 마찰분 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 유도전동기의 속도 및 위치제어에는 인버터가 사용되는데, 인버터로서 유도전동기를 구동하는 방법으로 여러가지가 있으나 유도전동기의 저 유지비로 인해 직류전동기와의 대체를 위하여 직류전동기 정도로 점점 더 정밀하게 제어하는 방식을 채택하는 예가 늘고 있다. 즉, 과거에는 인버터와 전동기간에 관계가 없는 경우가 많았으나 점저 전동기의 인버터가 일체가 되어 가고 있으므로 전동기의 각종 상수들에 대한 요구가 증가되고 있다. 전동기의 대부분의 상수들은 직접 전동기 자체에서 얻을 수 있으나 부하와 연계되는 관성과 마찰분만은 부하조건에 따라 달라지게 된다.

이와같은 종래의 방식은 부하와 연계된 전동기 시스템의 관성과 마찰분을 측정하는 방법이 없었고, 전동기 자체의 관성과 마찰분을 전동기 회사에서 계산하는 방식은 있었으나 전 시스템 관성을 측정할 수 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 결함을 감한하여 본 발명은 인버터에 내장된 마이크로프로세서를 이용하여 유도전동기의 회전속도 및 가속시간을 측정하여 관성과 마찰분을 계산하고 시스템을 모델링하여 제어할 경우 시스템의 파라미터 정보를 구할 수 있도록 한 유도전동기의 관성 및 마찰분 측정방법을 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명 유도전동기 시스템의 전체 구성도로서 이에 도시한 바와같이 3상 상용전원(1) 인가시브리지다이오드(2)를 통해 정류된 전압을 직류전압으로 평활하는 평활용캐패시터(3)와, 상기 평활용캐패시터(3)의 직류전압을 교류로 전환시켜 주는 전력변환기인 인버터(4)와, 상기 인버터(4)의 3상 교류를 입력받아 주축(6)에 연결된 부하(7)를 구동하는 유도전동기(5)와, 상기 유도전동기(5)의 속도를 감지하는 속도센서(8)로 구성하고, 상기 인버터(4)는 제2도에 도시한 바와같이 속도센서(8)를 통해 감지한 속도정보를 디지탈 정보로 변환하는 아날로그/디지탈변환기(41)와, 상기 유도전동기의 가속시간을 측정하는 타이머(42)와, 상기 아날로그/디지탈변환기(41)를 통해 변환된 전동기회전속도(Wr)와 타이머(42)에 의해 측정된 가속시간(△T₁)을 입력받아 관성 및 마찰분을 계산하는 마이크로프로세서(43)로 구성한다.

이와같이 구성된 분 발명의 작용, 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

3상 상용전원(1)이 브리지다이오드(2)를 거쳐 정류되고, 평활용캐패시터(3)에 평활되어 변환된 직류전압이 인버터(4)에 입력되면, 상기 인버터(4)는 입력되는 직류전압을 3상 교류로 전환하여 유도전동기(5)로 인가하고, 그 인가된 교류전원에 의해 유도전동기(5)가 동작함에 따라 주축(6)에 연결된 부하(7)를 구동한다.

이때 상기 부하(7)를 구동시키는 유도전동기(5)의 속도를 속도센서(8)가 감지하고 이를 인버터(4)로 피드백하여 출력하면, 상기 인버터(4)의 아날로그/디지탈변환기(41)로 입력된다.

그러면 상기 아날로그/디지탈변환기(41)는 속도센서(8)로부터 감지된 전동기 속도를 디지탈 정보로 변환하여 마이크로프로세서(43)로 보내고, 타이머(42)에서는 전동기의 가속시간(△T₁)을 체크하여 상기 마이크로프로세서(43)로 보내면, 상기 마이크로프로세서(43)는 상기 아날로그/디지탈변환기(41) 및 타이머(42)의 출력으로부터 인가되는 전동기 회전속도와 전동기 가속시간을 가지고 전동기 시스템의 전체관성과 마찰력을 계산한다.

즉, 전동기(5)의 회전속도를 Wr, 전동기발생 토오크를 Te라 하면 전동기(5)의 속도와 토오크간의 관계식이 성립되는데, 이때 부하(7)는 관성과 마찰분에 관계된다.

여기서, J : 전동기+부하의 관성 B=전동기+부하의 마찰분이다.

제3a도에 도시된 바와같이 일정한 속도 Wr₁으로 전동기를 구동하다가(mode₁) 제3b도와 같이 일정토오크(Te₁)로 전동기를 가속시키면 일정시간(△T₁)후에 전동기의 속도는 Wr₂가 된다(Mode₂), 이때 (1)식에서 dWr=Wr₂-Wr₁이 되고 dt=△T₁, Wr=Wr₂, Te=Te₁이 된다.

그다음 다시 전동기를 Wr₁으로 정속도 운전을 시킨 후 일정 토오크 Te₂로 전동기 가속시키면 △T₂시간후에 전동기의 속도는 Wr₂가 된다. 이때 (1)식에서 dWr=Wr₂-Wr₁이 되고 dt=△T₂, Wr=Wr₂, Te=Te₂이 된다.

이 두번의 결과는 다음 두식으로 정리된다.

위의 (2)식 (3)식을 이용하여 관성과 마찰분을 구해보면 (4), (5)식과 같다. 즉, (3)식에서 (2)식을 빼면 다음과 같이 관성(J)이 구해지고,

다음 (4)식을 (2)식 또는 (3)식에 대입하면 마찰분(B)이 구해진다.

이와같이 하여 인버터내에서 정 토오크를 발생시키면 가속시간과 회전속도를 측정할 수 있으므로 관성과 마찰분을 측정할 수 있게된다.

상기 관성과 마찰분을 측정하는 흐름도는 제4도에 도시한 바와같이, 정속도 Wr₁으로 전동기(5)를 구동 시키다가 인버터(4)내의 마이크로프로세서(43)에서 지령을 내린 정 토오크 Te₁과 Te₂로 전동기(5)를 Wr₂까지 가속시킨다. 이때 속도센서(8)로 전동기 회전속도를 측정함과 아울러 타이머(42)로 가속시간 △T₁과 △T₂를 측정한다.

상기에서와 같이 측정된 전동기 회전속도와 가속시간을 마이크로프로세서(43)로 입력하면 앞에서 언급된 식(4)와 (5)를 이용하여 관성과 마찰분을 계산한다. 그리고 오차를 줄이기 위하여 소정회(약 10회정도) 반복하여 관성과 마찰분을 계산한 다음 소정회 반복된 관성과 마찰분을 더한다음 반복수로 나누어 평균값을 구한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 인버터내의 마이크로프로세서에서 전동기의 회전속도 및 가속시간을 이용하여 관성과 마찰분을 구할 수 있도록 하여 시스템을 모델링하여 제어해야 하는 모든 제어이론을 실용화시킬 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 인버터(4)로 유도전동기(5)를 구동하는 전동기 시스템에 있어서, 정속도(Wr₁)로 전동기(5)를 구동하다가 정토오크(Te₁)로 전동기(5)를 일정속도(Wr₂)까지 가속시킨 다음 타이머(42)로 가속시간(△T₁) 측정시 얻어지는 가속시간(△T₁), 회전속도(Wr₁,Wr₂) 및 정토오크(Te₁)를 마이크로프로세서(43)내의 램에 저장하는 단계와, 상기 저장단계 이후에 전동기(5)를 다시 정속도(Wr₁)로 구동하고 정토오크(Te₂)로 Wr₂로까지 가속시킨 다음 이때의 가속시간(△T₂)을 측정하는 단계와, 상기 저장단계에서 마이크로프로세서(43)내의 램에 저장된 데이타(Wr₁,Wr₂,△T₁,Te₁)와 상기 측정단계에서 측정된 정토오크(Te₂) 및 가속시간(△T₂)을 이용하여 관성(J) 및 마찰분(B)을 계산하는 단계와, 상기 계산단계에서의 관성(J) 및 마찰분(B) 계산을 소정회 반복하여 계산된 값을 더하고 그 더한값을 반복횟수로 나누어 평균값을 구하는 단계로 진행됨을 특징으로 하는 유도전동기의 관성 및 마찰분 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 계산단계에서 관성(J) 및 마찰분(B)은

   로 계산함을 특징으로 하는 유도전동기의 관성 및 마찰분 측정방법.