KR970003208B1 - 유도 전동기의 슬립주파수 제어방법 - Google Patents

Abstract

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Description

[발명의 명칭]

유도 전동기의 슬립주파수 제어방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 일실시예의 슬립 주파수 제어방법이 적용되는 벡터제어용 프로세서가 실행하는 속도 제어 루틴에서의 슬립주파수, 슬립량 산출처리를 나타내는 플로챠트.

제2도는 프로세서가 실행하는 전류제어 루틴에서의 슬립 분배 데이터, 여자자속 주파수 산출처리를 나타내는 플로챠트.

제3도는 속도제어 루틴을 기동시키기 위한 제1의 타이머 출력과 전류제어 루틴을 기동시키기 위한 제2의 타이머 출력을 나타내는 타이밍 챠트.

제4도는 종래 공지의 3상 유도 전동기용 벡터 제어시스템을 나타내는 블록도이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 유도 전동기의 슬립 주파수 제어방법에 관한 것으로서, 특히 주파수 제어를 정확히 행할 수 있는 동시에 제어 응답성이 우수한 이 종류의 제어방법에 관한 것이다.

[배경기술]

회전자계보다 느린 속도로, 즉 슬립을 따라서 회전하는 유도 전동기에 있어서, 슬립주파수를 제어하여 전동기 회전 속도를 가변제어하는 것이 알려져 있다. 또, 고정자에 공급되는 여자전류와 회전자에 공급되는 2차 전류의 크기 및 방향을 조정하는 벡터(vector)제어를 행하고, 전동기의 동적운동·제어특성을 개선하는 것도 공지되어 있다.

제4도는, 종래의 3상 유도전동기용 벡터 제어 시스템을 예시하고, 3상 유도전동기 (6)는, 전동기의 실제회전 속도(ω_r)를 검출하기 위한 속도 검출기(7)와, 각상의 실제 전류를 검출하기 위한 저류검출기(CTu), (CTv), (CTw)를 갖추고 있다.

제4도의 제어시스템에 있어서, 벡터 제어용 프로세서(도시생략)가 프로그램(도시생략)으로부터 판독한 속도 명령(Vc)과 속도검출기(7)에서 검출한 실제속도(ω_r)의 편차를 증폭기(1)로 증폭하여 토크명령(T)을 생성하고 있다. 다음에 요소(2)에 있어서, 토크명령(T)을 요소(8)에서 송출되는 여자자속명령(Φ)으로 나누어서 2차 전류명령(I₂)을 얻고, 또한 요소(10)에 있어서, 비례정수(K₂)와 2차 전류 명령(I₂)의 곱을 여자명령(Φ)으로 나누어서 슬립주파수(ω_s)를 산출하고 있다.

상세하게는 요소(10)는 하드웨어로 구성되어 있다. 요소(10)는, 예를 들면, 소프트웨어로 분주비가 값 k₂I₂, I/Φ로 각각 설정되는 2개의 분주기로 구성되고, 이 경우, 벡터제어에 이용하는 기준클럭신호를 이들 분주기로 분주하여 슬립 주파수(ω_s) (=K₂I₂/Φ)를 얻고 있다.

또한, 제4도의 제어시스템에 있어서, 슬립주파수(ω_s)와 실제속도(ω_r)를 가산기(11)로 가산하여 여자자속 주파수(ω₀)를 산출하고, 또 요소(9)에서 여자자속 명령(Φ)을 비례정수(K₁)로 나누어서 여자전류성분(I₀)을 구하고 있다.

전류인산회로(3)는 여자전류성분(I₀) 및 2차 전류명령(I₂)에 기초하여 1차전류명령(I₁)을 결정하고, 3상 변환기(4)는 1차 명령(I₁)과 여자자속주파수(ω₀)에 기초하여 각상의 전류명령 Iu(=I₁×sinω₀t), Iv(=I₁×sin(ω₀t-2π/3)), Iw(=I₁×sin(ω₀t-4π/3))을 결정한다. 또한 전류 제어기(5)는 전류 검출기(CTu, CTv, CTw)로 검출한 실제전류와 전류명령(Iu, Iv, Iw)의 편차가 영(0)이 되도록 전류제어를 행한다.

그렇지만, 슬립주파수 결정요소(10)를 하드웨어로 구성한 상기 종래의 벡터 제어시스템에 의하면, 2차 전류 명령(I₂)이 영인 경우라도, 하드웨어 특성상, 약간의 슬립 주파수(ω_s)가 발생한다. 따라서, 슬립 주파수 제어에 오차가 생긴다. 또 2차 전류 명령(I₂) 및 여자자속명령(Φ)에 응하여 2개의 분주기에 분주비(K₂I₂, 1/Φ)를 설정한 후에 기준 클럭신호를 그 2개의 분주기로 분주하므로, 두명령(I₂, Φ)의 발생시점으로부터 실제로 슬립이 발생하기까지 시간을 요한다. 따라서, 슬립 제어상의 응답성이 저하한다.

[발명의 개시]

본 발명의 목적은, 슬립주파수 제어를 정확하게 실행가능하고 제어응답성이 우수한 유도 전동기의 슬립 주파수 제어방법을 제공하는 것에 있다.

상술의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일양태에 의하면, 슬립주파수 제어방법은, 속도 제어 루틴에 있어서 2차 전류 명령과 여자자속 명령에 기초하여 슬립 주파수를 산출하는 공정(a)과, 상기 산출슬립 주파수에 기초하여 상기 속도제어 루틴의 한 주기당의 슬립량을 산출하는 공정 (b)과, 상기 산출슬립량에 기초하여 전류 제어루틴의 한 주기당의 슬립 분배 데이터를 산출하는 공정(c)과, 상기 산출 슬립 분배 데이터에 유도 전동기의 실제 속도를 나타내는 속도 데이터를 가하여 여자자속 주파수를 산출하는 공정(d)을 갖춘다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 슬립 주파수 제어 방법은, 속도 제어 루틴을 주기적으로 실행하는 공정(a)과, 전류 제어 루틴을 주기적으로 실행하는 공정(b)을 구비하고, 상기 공정(a)은, 2차 전류 명령과 여자자속 명령에 기초하여 슬립 주파수를 산출하는 공정(a1)과, 상기 산출 슬립 주파수와 전회(前回)주기의 속도제어루틴에서의 슬립량 산출에 따라서 생긴 나머지의 가산값을 속도제어 루틴기동주파수로 나눔으로써, 금회주기의 속도 제어 루틴에 있어서의 슬립량을 산출함과 동시에 그 슬립량 산출에 따라서 생긴 나머지를 산출하는 공정(a2)을 포함하고, 상기 공정(b)은, 상기 산출슬립량과 전회 주기의 전류제어 루틴에서의 슬립분배 데이터 산출에 따라서 생긴 나머지의 가산치를 상기 속도제어 루틴에서의 전류제어 루틴 기동 횟수로 나눔으로써, 금회주기의 전류제어 루틴에서의 슬립 분배 데이터를 산출함과 동시에 그 슬립분배 데이터 산출에 따라서 생긴 나머지를 산출하는 공정(b1)과, 상기 산출 슬립분배 데이터에 유도 전동기의 실제 속도를 나타내는 속도데이터를 가하여 여자자속 주파수를 산출하는 공정(b2)을 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 슬립 주파수 제어방법에 의하면, 2차 전류 명령 및 여자자속 명령에 따라서 구한 슬립주파수에 기초하여 속도제어 루틴의 한 주기당의 슬립량을 산출함과 동시에 그 산출 슬립량에 기초하여 구한 전류제어 루틴의 한 주기당의 슬립분배 데이터에 따라서 여자자속 주파수를 산출하도록 했기 때문에, 혹은 산출슬립 주파수와 전회의 속도 제어 루틴에서의 나머지의 가산치를 속도제어 루틴 기동주파수로 나눔으로써 얻은 금회의 속도제어 루틴에서의 슬립량과, 전회의 전류제어 루틴에서의 나머지의 가산치를, 전류제어 루틴 기동횟수로 나누는 것에 의해 산출한 금회의 전류제어 루틴에서의 슬립 분배 데이터에 기초하여 여자자속 주파수를 산출 하도록 했기 때문에, 슬립주파수 및 여자자속 주파수를 소프트웨어 처리에 의해 결정할 수 있고, 분주기등의 하드웨어 요소를 이용할 필요가 없다. 이 때문에, 제어시스템의 저 코스트화를 꾀할 수 있고, 또 하드웨어 요소를 사용한 경우와 달리, 2차 전류명령이 영이되면, 슬립주파수가 곧 영이 되어 전류 위상 변화를 방지한다.

이 때문에, 전동기 정지시의 제어 안정성을 향상할 수 있고, 따라서, 제어 개인(gain)을 증대할 수 있다. 또한, 2차 전류명령 및 여자자속 명령의 발생시점으로부터 실제로 슬립이 발생할때까지의 시간을 단축할 수 있으므로 제어응답성을 향상시킬 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 제1도∼제3도를 참조하여, 본 발명의 일실시예의 슬립 주파수 제어방법을 설명한다.

본 실시예의 제어방법은, 제4도에 나타낸 종래의 것과 대략 동일 구성의 벡터 제어시스템에 의해 실행된다. 단, 하드웨어 요소(10), (11)를 이용하여 슬립주파수(ω_s) 및 여자자속주파수(ω_o)를 산출하는 제4도의 것과 달리, 그 두 파라미터(ω_s), (ω_o)를 소프트웨어 처리로 산출하는 본 실시예의 시스템에 있어서, 벡터 제어용 프로세서는, 제1, 제2의 소정주기(Tv), (Ti)로 각각 발생하는 제1, 제2의 소프트웨어 타이머 출력에 따라 속도제어 루틴 및 전류제어 루틴의 각각을 되풀이하여 인터럽트(interrupt) 기동하고, 그 두 제어 루틴에서 제1도 및 제2도의 슬립제어 파라미터 산출처리를 각각 실행하도록 되어 있다.

바람직하게는, 제1의 타이머 출력을, 제3도에 나타낸 바와같이, 제2의 타이머 출력의 발생주기(Ti)의 n배의 주기(Tv)로 또한 제2의 타이머 출력에 동기하여 발생시킨다.

속도 제어 루틴에 포함되는 슬립주파수, 슬립량 산출처리(제1도)에 있어서, 벡터 제어용 프로세서는, 하기 제1식에 나타낸 바와 같이, 2차 전류 명령(I₂)에 비례정수(K₂)를 곱하여 얻은 값(K₂I₂)을 여자자속명령(Φ)으로 나눔으로써, 슬립 주파수(f_s)를 산출한다(단계 (101)).

f_s=K₂·I₂/Φ (1)

다음에, 프로세서는, 전회 주기의 속도제어 루틴에서의 슬립량 산출(후술)에 따라서 생긴 나머지(α')를 상기 산출 슬립 주파수(f_s)에 더한다.(단계 (102)). 그리고, 하기 제2식에 따라서, 가산 결과(f_s+α')를 속도 제어 루틴 기동주파수(Cv)로 나누는 것에 의해 금회 주기의 속조제어 루틴에서의 슬립량(A)과 나머지(α)를 구한다 (단계 (103)).

즉, 1초당의 슬립량이 슬립 주파수에 상당하도록, 슬립량(A)을 결정한다. 나머지(α)의 초기치는 사전에 「O」으로 설정된다.

f_s+α'=A·Cv+α (2)

그리고, 프로세서는, 산출슬립량(A) 및 나머지(α) (다음회 주기로의 나머지α')를 프로세서에 내장된 제1, 제2의 레지스터에 각각 저장하고(단계 (104)), 금회 주기의 속도 제어루틴을 종료한다.

한편, 전류제어 루틴에 포함되는 슬립 분배 데이터, 여자자속 주파수 산출 처리(제2도)에 있어서, 프로세서는, 그 전류 제어 루틴을 포함하는 속도 제어 루틴에 대하여 상술한 바와 같이 산출한 슬립량(A)에 전회주기의 전류 제어 루틴에서의 슬립 분배 데이터 산출(후술)에 따라서 생긴 나머지(β')를 더한다(단계 (201)). 또한, 하기 제3식에 따라서, 가산 결과(A+β')를 속도 제어 루틴의 한 주기당의 전류제어 루틴기동횟수(n) (=2)로 나누는 것에 의해 금회 주기의 전류 제어 루틴에서의 슬립분배 데이터(ω_s)와 나머지(β)를 구한다. (단계 (202)). 즉, 한 속도제어 주기 전체에 걸쳐서 슬립량이 균등하게 되도록, 슬립 분배 데이터(ω_s)를 결정한다.

나머지(β)의 초기치는 사전에 「O」으로 설정된다.

A+β'=ω_s·n+β (3)

그리고, 프로세서는 산출 슬립 분배데이터(ω_s)와 나머지(β)(다음회 주기에서의 나머지(β'))를 제3, 제4의 레지스터에 각각 저장한다 (단계 (203)). 다음에, 프로세서는 제4도의 요소(7)에 대응하는 속도 검출기에서 공급되는 실제속도 데이터(ω_r)를 판독하고 (단계 (204)), 하기 제4식에 나타내는 바와 같이, 그 데이터(ω_r)를 슬립 분배 데이터(ω_s)에 가함으로써 여자 자속 주파수(ω_o)를 구하고, 그 산출치(ω_o)를 제4도의 요소(3)에 대응하는 3상 변환기로 출력한다 (단계 (205)).

ω_o=ω_s+ω_r(4)

벡터 제어용 프로세서는, 제1도 및 제2도의 산출처리의 각각을 상기 제1, 제2의 타이머 출력에 따라 반복해서 실행한다.

상술한 바와 같이, 속도 제어 루틴 실행 주기(Tv)당의 소프트웨어 처리에 의해 산출된 슬립량(A)에 따라 전동기(6)의 각 상 전류를 제어하는 본 실시예의 방법에 의하면, 2차 전류 명령(I₂)의 발생으로부터 실제로 슬립이 발생하기까지의 시간을 단축할 수 있고, 따라서, 제어 응답성이 향상한다. 한, 2차 전류 명령(I₂)이 영이되면, 산출 슬립량(A) 나아가서는 산출 슬립 주파수(f_s)도 즉시 영이 되고, 전동기 정지시에서의 제어안정성이 향상된다. 또한 주기(Tv)보다도 상당히 짧은 전류제어 루틴 실행주기(Ti)마다 분배데이터(ω_s) 및 여자자속주파수(ω_o)를 소프트웨어처리에 의해 산출하므로, 시간경과에 따른 데이터(ω_s), (ω_o)의 변동을 방지할 수 있고, 이들 데이터의 균일화가 도모된다.

이하, 속도제어 루틴 실행 주기(Tv) 및 전류제어 루틴 실행 주기(Ti)를 2m sec 및 167μsec로, 바꾸어 말하면, 속조제어 루틴 기동 주파수(Ci) 및 전류제어 루틴 기동주파수(Cv)를 500Hz 및 6KHz로 각각 설정하고, 슬립주파수(f_s)를 2,750Hz로 제어하는 경우에 대해서, 각 주기의 속도 제어루틴에 있어서의 슬립량(A) 및 나머지(α)의 변화 패턴 및 각 주기의 전류제어 루틴에 있어서의 슬립 분배 데이터(ω_s) 및 나머지(β)의 변화 패턴을 나타낸다. 상기 설정예에 있어서, 한 속도제어 루틴 실행주기(Tv)에서의 전류제어 루틴 기동횟수(n)(=Tv/Ti)는 「12」이다.

[표 1]

[제1주기의 속도제어루틴 ]

슬립량(A)=5(=2750/500)

나머지 (α)=250

제1∼제12주기의 전류제어루틴에서의 슬립분배 데이터(ω_s), 나머지(β)는 상기 제1표와 같이 변화한다.

[제2주기의 속도제어루턴]

슬립량(A)=6(=(2750+250)/500)

나머지(α)=0

제1∼제12주기의 전류제어루틴에서의 슬립분배 데이터(ω_s), 나머지(β)는 하기의 제2표와 같이 변화한다.

[표 2]

[제3주기의 속도제어루틴]

슬립량(A)=5(=2750+0)/500)

나머지 (α)=250

슬립분배 데이터(ω_s), 나머지(β)의 변화 패턴은, 제1표에 나타내는 제1주기의 속도제어 루핀의 경우와 동일하다.

[제4주기의 속도제어루틴]

슬립량(A)=6(=2750+250)/500)

나머지 (α)=0

슬립분배 데이터(ω_s), 나머지 (β)의 변화 패턴은, 제2표에 나타내는 제3주기의 속도제어루틴의 경우와 동일하다.

상술한 바와 같이, 속도제어루틴 2주기(=4msec)마다 11개의 펄스가, 따라서, 속도제어루틴 500회(=1초)당 2,750(=11/2×500)개의 펄스가 슬립분배 데이터(ω_s)로서 시간 경과에 따라서 균등하게 출력된다. 결국, 2,750Hz의 슬립 주파수(f_s)가 얻어진다.

Claims (5)

1. 속도 제어루틴에 있어서 2차 전류명령과 여자자속명령에 기초하여 슬립주파수를 산출하는 공정(a)과, 상기 산출슬립 주파수에 기초하여 상기 속도 제어루틴의 한주기당의 슬립량을 산출하는 공정(b)과, 상기 산출 슬립량에 기초하여 전류제어 루틴의 한주기당의 슬립분배 데이터를 산출하는 공정(c)과, 상기 산출 슬립분배 데이터에 유도 전동기의 실제속도를 나타내는 속도 데이터를 더하여 여자자속주파수를 산출하는 공정(d)을 갖춘 유도 전동기의 슬립 주파수 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공정(a)∼(d)을, 상기 슬립 주파수 제어방법이 적용되는 제어시스템에 탑재된 벡터제어용 프로세서에 의해 실행하는 유도 전동기의 슬립 주파수의 제어방법.
3. 속도 제어루틴을 주기적으로 실행하는 공정(b)을 갖추고, 상기 공정(a)은, 2차 전류명령과 여자자속명령에 기초하여 슬립 주파수를 산출하는 공정(a1)과, 상기 산출 슬립 주파수와 전회주기의 속도제어루틴에서의 슬립량 산출에 따라 생긴 나머지의 가산치를 속도제어 루틴 기동주파수로 나누는 것에 의해, 금회주기의 속도 제어 루틴에 의해서의 슬립량을 산출함과 동시에 그 슬립량 산출에 따라 생긴 나머지를 산출하는 공정(a2)을 포함하고, 상기 공정(b)은, 상기 산출슬립량과 전회주기의 전류제어루틴에서의 슬립분배 데이터 산출에 따라서 생긴 나머지의 가산치를 상기 속도 제어 루틴에서의 전류제어 루틴 기동횟수로 나누는 것에 의해, 금회주기의 전류 제어루핀에 있어서의 슬립분배 데이터를 산출함과 동시에 그 슬립분배 데이터 산출에 따라 생긴 나머지를 산출하는 공정(b1)과 상기 산출슬립분배 데이터에 유도전동기의 실제속도를 나타내는 속도 데이터를 더하여 여자자속주파수를 산출하는 공정(b2)을 포함하는 유도 전동기의 슬립 주파수 제어방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 공정(a) 및 상기 공정(b)을 상기 슬립 주파수 제어 방법이 적용되는 제어시스템에 탑재된 벡터 제어용 프로세서에 의해 실행하는 유도 전동기의 슬립 주파수 제어방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 속도제어 루틴의 한 실행주기중에 상기 전류 제어루틴을 복수회 실행하는 유도 전동기의 슬립 주파수 제어방법.