WO2015199302A1 - 영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2015199302A1
WO2015199302A1 PCT/KR2014/012957 KR2014012957W WO2015199302A1 WO 2015199302 A1 WO2015199302 A1 WO 2015199302A1 KR 2014012957 W KR2014012957 W KR 2014012957W WO 2015199302 A1 WO2015199302 A1 WO 2015199302A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
magnetic flux
motor
flux amount
axis
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/012957
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김명복
이성호
곽봉우
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to US15/320,354 priority Critical patent/US10135373B2/en
Publication of WO2015199302A1 publication Critical patent/WO2015199302A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/141—Flux estimation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/34—Arrangements for starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02P6/20—Arrangements for starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current

Definitions

  • the present invention relates to a control apparatus and method of a permanent magnet motor, and more particularly, to a control apparatus and method of a variable flux motor.
  • the permanent magnet motor operates in a speed control mode or a torque control mode, and depending on the application field, a method of controlling both speed and torque can be used.
  • the magnetic flux of the permanent magnetic flux can be varied according to the operation mode.
  • Variable flux permanent magnet motors are used.
  • variable flux permanent magnet motor varies the amount of magnetic flux of the motor by magnetization and potato.
  • a washing machine which is a typical application field of a variable flux permanent magnet motor
  • high speed rotation and low torque are required for dewatering
  • low speed rotation and high torque are required for washing, so that the magnetization amount of the permanent magnet or potato
  • the magnetic flux of the motor is varied.
  • the conventional permanent magnet motor is mostly using magnetization or potato current control because it is very difficult to control the amount of magnetic flux itself in order to vary the amount of magnetic flux so that the speed or torque can be selectively controlled.
  • magnetization or potato current control alone cannot accurately control the magnetic flux of the motor, and in particular, since the magnetization and potato currents used for the control are initially set or have a fixed value, they are adaptive to environmental changes such as deterioration of the device. There is a problem that cannot be controlled.
  • an embodiment of the present invention is accurate within the error range based on the amount of magnetic flux obtained through mathematical modeling using the set magnetic flux and the actual measured current during magnetization or potato operation of the motor.
  • An object of the present invention is to provide a control device and method for a permanent magnet motor capable of controlling the amount of magnetic flux.
  • the current control unit for generating a control current for driving the motor in accordance with the current corresponding to the initial set current or the estimated magnetic flux amount;
  • An electric motor driving part which drives the electric motor according to the control current of the current control part;
  • a measuring unit measuring a driving voltage and a current of the motor; And preliminarily driving the motor to a current corresponding to the initial set current or the estimated magnetic flux amount to estimate the magnetic flux amount of the motor based on the current measured during the preliminary driving and a voltage model of the motor according to the measured voltage.
  • a control device for a permanent magnet motor including a magnetic flux amount estimating unit for adaptively controlling magnetization or potato current of the electric motor such that the estimated magnetic flux amount is within an error range.
  • the magnetic flux amount estimating unit may include a motor model current calculating unit configured to calculate a q-axis current according to the voltage model of the motor by the preliminary driving; And a magnetic flux amount calculator configured to adaptively calculate a magnetic flux amount such that the difference between the currents is minimized based on the calculated q-axis current and the measured current.
  • the motor model calculator calculates the q-axis current according to the following equation,
  • I q is the measured q-axis current
  • T SW is the switching interval
  • L q is the q-axis inductance
  • V q * is the q-axis voltage
  • R s is the phase resistance
  • ⁇ e is the electrical angular velocity
  • L d may be a d-axis inductance
  • I d may be a d-axis current.
  • the magnetic flux calculation unit calculates the estimated magnetic flux according to the following equation,
  • I q may be the measured q-axis current
  • I q M may be the calculated q-axis current
  • k e may be an estimated gain of the magnetic flux amount
  • f SW may be a switching frequency (1 / T SW ).
  • the magnetic flux amount estimator controls the current controller to generate at least three magnetization or potato currents when the calculated magnetic flux amount is out of an error range, and when the calculated magnetic flux amount is within an error range,
  • the current controller may be controlled to drive the electric motor with a current corresponding to the amount of magnetic flux.
  • the preliminary driving may be driven by a sinusoidal current of at least 10 cycles or more.
  • the step of setting the initial current, and applying the set initial current to the electric motor Measuring the current and voltage of the motor and estimating the magnetic flux of the motor based on the measured current and the voltage model of the motor according to the measured voltage, and magnetizing the motor so that the estimated magnetic flux is within an error range.
  • a magnetic flux amount estimating step of adaptively controlling the potato current And a motor driving step of driving the motor according to the current corresponding to the estimated amount of magnetic flux.
  • the step of estimating the magnetic flux amount may include: preliminarily driving the motor at a rated speed according to the set magnetizing current or potato current; Calculating a q-axis current according to the voltage model of the motor by the preliminary driving, and adaptively calculating a magnetic flux amount such that the difference between the currents is minimized based on the calculated q-axis current and the measured current ; Determining whether the calculated amount of magnetic flux is within an error range; And adjusting the amount of magnetic flux by additionally applying a potato current or a magnetizing current according to the determination result.
  • the step of calculating the amount of magnetic flux calculates the q-axis current according to the following equation,
  • I q is the measured q-axis current
  • T SW is the switching interval
  • L q is the q-axis inductance
  • V q * is the q-axis voltage
  • R s is the phase resistance
  • ⁇ e is the electrical angular velocity
  • L d may be a d-axis inductance
  • I d may be a d-axis current.
  • the step of calculating the magnetic flux amount calculates the estimated magnetic flux amount according to the following equation,
  • I q may be the measured q-axis current
  • I q M may be the calculated q-axis current
  • k e may be an estimated gain of the magnetic flux amount
  • f SW may be a switching frequency (1 / T SW ).
  • the preliminary driving may be driven by a sinusoidal current of at least 10 cycles.
  • the control device and method of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention can effectively control the amount of magnetic flux by the electric motor model based on the measured current of the electric motor, thus improving the efficiency of the permanent magnet motor. have.
  • the apparatus and method for controlling a permanent magnet motor control the estimated amount of magnetic flux, it is possible to adaptively calculate the optimum amount of magnetic flux even as the environment such as the age of the motor changes. Therefore, the efficiency of the motor can be kept at an optimum level regardless of the environment.
  • FIG. 1 is a block diagram of a control device of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the magnetic flux amount estimating unit of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a current waveform diagram illustrating a low speed mode operation of a control device of a permanent magnet motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a current waveform diagram illustrating a high speed mode operation of a control device of a permanent magnet motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a flow chart of a control method of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a low speed mode operation of a method of controlling a permanent magnet motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a high speed mode operation of a method of controlling a permanent magnet motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a control device of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.
  • a control device of a permanent magnet motor according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • the control device 100 for a permanent magnet motor may include a setting unit 110, a current controller 120, a magnetic flux estimating unit 130, a motor driving unit 140, The measuring unit 150 and the electric motor 160 are included.
  • the setting unit 110 stores a setting value or an initial value of magnetization or potato current for varying the amount of magnetic flux of the electric motor 160, and an operation mode of the electric motor 160 is selected according to a user's selection. For example, the setting unit 110 sets the potato current I 1 to 0 and the magnetizing current I 2 to the first set value I 20 for the low speed high torque operation in which the motor 160 needs magnetization.
  • the potato current I 3 can be set to the second set value I 30
  • the potato current I 4 can be set to zero for the high speed low torque operation requiring the potato.
  • the current controller 120 generates a control current for driving the motor 160 according to the initial setting current or the current corresponding to the estimated magnetic flux amount.
  • the current controller 120 may generate the magnetizing current having the first set value initially set or the potato current having the second set value initially set according to the selected operation during the initial operation.
  • the current controller 120 may generate a potato current or a magnetizing current corresponding to the estimated magnetic flux amount during the preliminary driving according to the magnetic flux amount estimation, which will be described later.
  • the magnetic flux amount estimator 130 may preliminarily drive the electric motor 160 at an initial set current or may be preliminarily driven by a potato current or a magnetizing current corresponding to the estimated magnetic flux amount.
  • the preliminary driving may be driven with a sinusoidal current of at least 10 cycles or more for sufficient magnetization and potato.
  • the magnetic flux estimator 130 estimates and estimates the magnetic flux of the electric motor 160 based on the current measured from the electric motor 160 and the voltage model of the electric motor 160 according to the measured voltage during the preliminary driving.
  • the magnetization or potato current of the electric motor 160 can be adaptively controlled so that the amount of magnetic flux is within the error range.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the magnetic flux amount estimating unit of FIG. 1.
  • the magnetic flux amount estimating unit 130 includes a motor model current calculating unit 132, a subtractor 134, and a magnetic flux amount calculating unit 136.
  • the motor model current calculator 132 may calculate the q-axis current according to the voltage model of the motor 160 by preliminary driving.
  • the mathematical model for the q-axis voltage of the motor 160 can be defined as follows,
  • V q is the q-axis voltage
  • L q is the q-axis inductance
  • i q is the q-axis current
  • R s is the phase resistance
  • i d is the d-axis current
  • ⁇ e is the electrical angular velocity
  • Is the estimated flux
  • L d may be the d-axis inductance.
  • the q-axis voltage equation of the motor 160 can be transformed into the following discrete equation based on the parameter estimation algorithm.
  • the incremental discrete equation of the q-axis current of the motor 160 is as follows.
  • the magnetic flux calculation unit 136 may calculate the q-axis current of the motor 160 according to the incremental discrete equation of the q-axis current.
  • the subtractor 134 subtracts the q-axis current calculated according to the discrete equation of the q-axis current measured at the time of preliminary driving of the motor 160 and the q-axis current. That is, the subtractor 134 calculates the difference between the measured q-axis current and the calculated q-axis current.
  • the magnetic flux amount calculating unit 136 adaptively adjusts the magnetic flux amount such that the difference between the currents, that is, the result of the subtractor 134, is minimized based on the q-axis current calculated from the discrete expression of the current and the current measured during the preliminary driving. Can be calculated.
  • the magnetic flux calculation unit 136 calculates an estimated magnetic flux amount according to the following equation,
  • I q may be the measured q-axis current
  • I q M may be the calculated q-axis current
  • k e may be an estimated gain of the magnetic flux amount
  • f SW may be a switching frequency (1 / T SW ).
  • the magnetic flux amount calculating unit 136 calculates a magnetic flux amount corresponding to the difference between the current measured from the electric motor 160 and the current calculated by the motor model, and the calculated magnetic flux amount is within an error range. If it is out of the error range, the current controller 120 applies at least three times to apply an additional magnetization or potato current to the electric motor 160 according to an adaptive algorithm, in order to increase or decrease the amount of magnetic flux within the error range. The above can be controlled to generate the corresponding magnetization or potato currents. In addition, when the magnetic flux amount calculating unit 136 determines that the calculated magnetic flux amount is within an error range, the magnetic flux amount calculating unit 136 may control the current controller 120 to drive the electric motor with a current corresponding to the calculated magnetic flux amount.
  • the motor driver 140 may drive the motor 160 according to the control current of the current controller 120.
  • the motor driver 140 may generate a three-phase AC voltage according to the current of the current controller 120 and apply it to the motor 160.
  • the measurement unit 150 measures a driving current flowing in each phase of the motor 160 and a driving voltage corresponding thereto.
  • the measurement unit 150 may measure a phase current between the motor driver 140 and the motor 160 and a driving voltage corresponding thereto.
  • the electric motor 160 is a permanent magnet electric motor, and includes a stator and a rotor installed at an outer side thereof, the stator includes a stator core and a stator winding, and the rotor has a rotor core and a plurality of permanent magnets integrally formed by a mold resin. Can be configured.
  • the electric motor 160 may be driven by applying a three-phase AC voltage from the motor driver 140 to the stator windings.
  • the magnetic flux estimator 130 configured as described above will be described in more detail with reference to the drawings.
  • FIG. 3 is a current waveform diagram illustrating a low speed mode operation of a control device of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a high speed mode of a control device of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention. This is a current waveform diagram for explaining the operation.
  • the magnetization current I 1 set in the setting unit 110 is applied in the form of a sine wave of at least 10 cycles to pre-drive the motor 160, and the magnetic flux amount estimating unit 130 is performed.
  • the magnetic flux amount estimating unit 130 determines whether the amount of magnetic flux is within the error range.
  • an additional magnetization current ⁇ I 2 in a predetermined unit to increase the magnetic flux amount.
  • the magnetic flux amount estimating unit 130 determines that the magnetic flux amount is out of an error range and exceeds the appropriate magnetic flux amount as shown in FIG. 3 (b)
  • the additional potato current ⁇ I of a predetermined unit to reduce the magnetic flux amount. 1 is applied repeatedly and the above magnetic flux amount estimation and appropriate judgment are repeatedly performed until the magnetic flux amount is within the error range.
  • the normal driving of the electric motor 160 is started according to the control current corresponding to the estimated magnetic flux.
  • the potato current I 3 set in the setting unit 110 is applied in the form of a sine wave of at least 10 cycles so that the electric motor 160 is preliminarily driven, and the magnetic flux amount estimating unit is performed.
  • the 130 estimates the magnetic flux amount to determine whether the magnetic flux amount is within the error range.
  • the magnetic flux amount estimating unit 130 determines that the magnetic flux amount is out of an error range, and as shown in FIG. 4 (a), the magnetic flux amount is lower than the proper potato magnetic flux amount, the additional potato current ⁇ I of a predetermined unit is reduced to reduce the magnetic flux amount. 3 ) is applied repeatedly and the above magnetic flux amount estimation and appropriate judgment are repeatedly performed until the magnetic flux amount is within the error range.
  • the magnetic flux amount estimating unit 130 determines that the magnetic flux amount is out of an error range and exceeds the appropriate potato magnetic flux amount as shown in FIG. 4 (b)
  • the additional magnetization current ⁇ I of a predetermined unit to increase the magnetic flux amount. 4 is applied repeatedly until the magnetic flux amount is within the error range, and the above magnetic flux amount estimation and appropriate judgment are repeatedly performed.
  • the normal driving of the electric motor 160 is started according to the control current corresponding to the estimated magnetic flux amount.
  • the control device of the permanent magnet motor can effectively control the amount of magnetic flux by the motor model based on the measured current of the motor, thus, the efficiency of the permanent magnet motor Since the estimated magnetic flux is controlled and the estimated magnetic flux is controlled, the optimum magnetic flux can be adaptively calculated even if the environment, such as the age of the motor, changes, thus optimizing the efficiency of the motor regardless of the environment. Can be maintained.
  • Figure 5 is a flow chart of a control method of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.
  • the control method 500 of the permanent magnet motor includes the steps of setting or initializing an initial current for driving the motor (step S501), applying a set current to the motor 160 (step S502), and applying the motor according to the applied current. Preliminarily driving 160 at a rated speed to estimate the optimum magnetic flux amount (step S503), and driving the motor 160 with a current corresponding to the estimated magnetic flux amount (step S504).
  • the initial current for the magnetizing or potato current for varying the amount of magnetic flux of the electric motor 160 may be set or initialized (step S501). This is, for example, to determine the operation mode of the electric motor 160 according to the user's selection by the initial value or the set value stored in the control device 100 of the permanent magnet motor, for example, to the motor 160 Set the potato current I 1 to 0 and the magnetizer current I 2 to the first set value I 20 for the low speed and high torque operation in which magnetization is required, and the potato current ( I 3 ) may be set to the second set value I 30 and the potato current I 4 may be set to zero.
  • step S502 After applying the set or initialized current to the motor 160 to pre-drive the motor 160 at the rated speed (step S502), by measuring the current and voltage of the motor 160 to measure the electric motor 160 Based on the measured current and the voltage model of the motor according to the measured voltage, the magnetic flux of the motor 160 may be estimated (step S503). At this time, the magnetization or the potato current of the electric motor 160 can be adaptively controlled repeatedly until the estimated magnetic flux amount is within the error range.
  • the electric motor 160 may be driven according to the magnetization or potato current corresponding to the estimated magnetic flux amount.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a low speed mode operation of a method of controlling a permanent magnet motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the low speed mode operation method 600 of the method of controlling the permanent magnet motor may first perform initialization and setting of the magnetic flux mode operation (step S601). .
  • the magnetizing current I 2 may be set to the first set value I 20 and the potato current I 1 may be set to zero.
  • the motor 160 can be preliminarily driven at the rated speed by the magnetizing current I 2 of the first set value (step S603).
  • the U phase current is controlled to +, and the V and W phases are negative for magnetization. Current control is made.
  • Step S604 the voltage and current of the pre-driven motor 160 may be measured, the q-axis current may be calculated according to the voltage model of the motor, and the magnetic flux may be calculated based on the calculated q-axis current and the measured current.
  • the q-axis current can be calculated according to a mathematical model such as
  • I q is the measured q-axis current
  • T SW is the switching interval
  • L q is the q-axis inductance
  • V q * is the q-axis voltage
  • R s is the phase resistance
  • ⁇ e is the electrical angular velocity
  • L d may be a d-axis inductance
  • I d may be a d-axis current.
  • the estimated magnetic flux amount can be calculated according to a mathematical model such as
  • I q may be the measured q-axis current
  • I q M may be the calculated q-axis current
  • k e may be an estimated gain of the magnetic flux amount
  • f SW may be a switching frequency (1 / T SW ).
  • step S605 it is determined whether the amount of magnetic flux calculated as described above is within the error range (step S605), and when it is determined that the error is not within the error range, that is, when it is determined that the amount of magnetic flux of the motor 160 is insufficient, the amount of magnetic flux is determined.
  • step S606 After applying a certain unit of additional magnetizing current ⁇ I 2 to the electric motor 160 (step S606), the process returns to step S603, and as shown in FIG. According to ⁇ I 2 ), the magnetic flux amount calculation and the error range determination of steps S604 and 605 are performed after the motor 160 is driven at the rated speed.
  • step S605 when it is determined that the calculated magnetic flux amount exceeds the error range, that is, when it is determined that the magnetized magnetic flux amount of the electric motor 160 is excessive, an additional potato current ( ⁇ I) of a predetermined unit is reduced to reduce the magnetized magnetic flux amount. 1 ) is applied to the motor 160 (step S607), and then returns to step S603, as shown in Figure 3 (b), the motor 160 is rated rotation in accordance with the additional potato current ⁇ I 1 .
  • the magnetic flux amount calculation and the error range determination in steps S604 and 605 are performed.
  • the amount of magnetic flux is adaptively calculated so that the difference between the currents is minimized based on the calculated q-axis current and the measured current, that is, until the amount of magnetic flux is within the error range. can do.
  • step S605 When it is determined in step S605 that the calculated magnetic flux amount is within the error range, the electric motor 160 can be driven in the low speed mode by applying a current corresponding to the estimated magnetic flux amount to the motor 160 (step S608).
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a high speed mode operation of a method of controlling a permanent magnet motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • initializing and setting of the magnetic flux mode operation may be performed (step S701). .
  • the potato current I 3 may be set to the second set value I 30 and the magnetizing current I 4 may be set to zero.
  • step S702 when the set potato current is applied to the electric motor 160 (step S702), the electric motor 160 can be preliminarily driven at the rated speed by the potato current I 3 of the second set value (step S703).
  • the U phase current is controlled by-for the potato, and the V and W phases are controlled by +, and a sinusoidal wave shape of at least 10 cycles is sufficient for sufficient potatoes. Current control is made.
  • Step S704 the voltage and current of the pre-driven motor 160 may be measured, the q-axis current may be calculated according to the voltage model of the motor, and the magnetic flux may be calculated based on the calculated q-axis current and the measured current.
  • the q-axis current can be calculated according to a mathematical model such as
  • I q is the measured q-axis current
  • T SW is the switching interval
  • L q is the q-axis inductance
  • V q * is the q-axis voltage
  • R s is the phase resistance
  • ⁇ e is the electrical angular velocity
  • L d may be a d-axis inductance
  • I d may be a d-axis current.
  • the estimated magnetic flux amount can be calculated according to a mathematical model such as
  • I q may be the measured q-axis current
  • I q M may be the calculated q-axis current
  • k e may be an estimated gain of the magnetic flux amount
  • f SW may be a switching frequency (1 / T SW ).
  • step S705 it is determined whether the amount of magnetic flux calculated as described above is within the error range (step S705), and when it is determined that the error is less than the error range, that is, when it is determined that the amount of magnetic flux of the electric motor 160 is insufficient, the amount of potato magnetic flux is determined.
  • step S706 After applying a certain unit of additional potato current ⁇ I 3 to the electric motor 160 (step S706), the process returns to step S703, and as shown in FIG. According to ⁇ I 3 ), the magnetic flux amount of the steps S704 and S705 is calculated and the error range is determined after the motor 160 is driven at the rated speed.
  • step S705 when it is determined that the calculated magnetic flux amount exceeds the error range, that is, when it is determined that the potato magnetic flux amount of the electric motor 160 is excessive, the additional magnetization current ⁇ I of a predetermined unit to reduce the potato magnetic flux amount. 4 ) is applied to the motor 160 (step S707), and the flow returns to step S703 to rotate the motor 160 by the additional magnetizing current ⁇ I 4 , as shown in FIG. 4 (b).
  • the magnetic flux amount calculation and error range determination of steps S704 and S705 are performed.
  • the amount of magnetic flux is adaptively estimated so that the difference between the currents is minimized based on the calculated q-axis current and the measured current, that is, until the amount of magnetic flux is within the error range. can do.
  • step S705 When it is determined in step S705 that the calculated magnetic flux amount is within the error range, the electric motor 160 can be driven in the high speed mode by applying a current corresponding to the estimated magnetic flux amount to the motor 160 (step S708).
  • the control apparatus 100 of the permanent magnet motor can effectively control the magnetic flux amount by the electric motor model based on the measured current of the electric motor, and thus, the permanent magnet electric motor. It is possible to improve the efficiency of the magnetic flux and to control the estimated amount of magnetic flux, so that the optimum magnetic flux can be adaptively calculated even if the environment, such as the age of the motor, changes, thus improving the efficiency of the motor regardless of the environment. It can be kept optimal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치는 초기 설정 전류 또는 추정 자속량에 대응하는 전류에 따라 전동기를 구동하기 위한 제어 전류를 생성하는 전류 제어부, 전류 제어부의 제어 전류에 따라 전동기를 구동하는 전동기 구동부; 전동기의 구동 전압 및 전류를 측정하는 측정부, 및 전동기를 초기 설정 전류 또는 추정 자속량에 대응하는 전류로 예비 구동하여, 예비 구동시 측정된 전류, 및 측정된 전압에 따른 전동기의 전압 모델에 기반하여 전동기의 자속량을 추정하고, 추정 자속량이 오차범위 내가 되도록 전동기의 착자 또는 감자 전류를 적응적으로 제어하는 자속량 추정부를 포함한다.

Description

영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법
본 발명은 영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 가변자속 전동기의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 영구자석 전동기는 속도제어 모드나 토크제어 모드로 동작하며, 응용분야 따라서는 속도 및 토크를 모두 제어하는 방식을 이용할 수 있고, 이 경우, 동작 모드에 따라 영구자속의 자속량을 가변시킬 수 있는 가변자속 영구자석 전동기가 사용되고 있다.
이와 같은 가변자속 영구자석 전동기는 착자 및 감자에 의해 전동기의 자속량을 가변시킨다. 예를 들면, 가변자속 영구자석 전동기의 대표적인 응용분야인 세탁기의 경우, 탈수시 고속 회전과 저 토크가 필요하고, 세탁시에는 저속 회전과 고 토크가 필요하게 되기 때문에, 영구자석의 착자량 또는 감자량을 변화시킴으로써 전동기의 자속량을 가변시킨다.
한편, 종래의 영구자석 전동기는 속도 또는 토크를 선택적으로 제어할 수 있도록 자속량을 가변시키기 위해서 자속량 자체를 제어하는 것이 매우 곤란하기 때문에 대부분 착자 또는 감자 전류 제어를 이용하고 있다.
그러나, 이러한 착자 또는 감자 전류 제어만으로는 정확하게 전동기의 자속량을 제어할 수 없을 뿐만 아니라, 특히, 제어에 활용되는 착자 및 감자 전류는 초기 설정되거나 고정 값을 갖기 때문에 기기의 노후 등 환경 변화에 적응적으로 제어하지 못하는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 전동기의 착자 또는 감자 동작시 설정 자속량과 실제 측정 전류를 이용한 수학적 모델링을 통하여 얻어진 자속량에 기반하여 오차범위 내에서 정확한 자속량을 제어할 수 있는 영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 초기 설정 전류 또는 추정 자속량에 대응하는 전류에 따라 전동기를 구동하기 위한 제어 전류를 생성하는 전류 제어부; 상기 전류 제어부의 제어 전류에 따라 상기 전동기를 구동하는 전동기 구동부; 상기 전동기의 구동 전압 및 전류를 측정하는 측정부; 및 상기 전동기를 상기 초기 설정 전류 또는 추정 자속량에 대응하는 전류로 예비 구동하여, 상기 예비 구동시 측정된 전류, 및 측정된 전압에 따른 상기 전동기의 전압 모델에 기반하여 상기 전동기의 자속량을 추정하고, 상기 추정 자속량이 오차범위 내가 되도록 상기 전동기의 착자 또는 감자 전류를 적응적으로 제어하는 자속량 추정부를 포함하는 영구자석 전동기의 제어 장치가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 자속량 추정부는 상기 예비 구동에 의해 상기 전동기의 전압 모델에 따른 q축 전류를 산출하는 전동기 모델 전류 산출부; 및 상기 산출된 q축 전류 및 상기 측정된 전류에 기반하여 상기 전류들의 차이가 최소가 되도록 적응적으로 자속량을 산출하는 자속량 산출부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전동기 모델 산출부는 하기의 식에 따라 상기 q축 전류를 산출하고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000001
여기서, Iq는 측정된 q축 전류, TSW는 스위칭 간격, Lq는 q축 인덕턴스, Vq *는 q축 전압, Rs는 상저항, ωe는 전기적 각속도,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000002
은 추정 자속량인, Ld는 d축 인덕턴스, Id는 d축 전류일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 자속량 산출부는 하기의 식에 따라 상기 추정 자속량을 산출하고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000003
여기서, Iq는 측정된 q축 전류, Iq M은 상기 산출된 q축 전류, ke는 자속량의 추정 이득, fSW는 스위칭 주파수(1/TSW)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 자속량 추정부는 상기 산출된 자속량이 오차범위를 벗어난 경우, 상기 전류 제어부가 적어도 3회 이상의 착자 또는 감자 전류를 발생하도록 제어하고, 상기 산출된 자속량이 오차범위 내인 경우, 해당 자속량에 대응하는 전류로 상기 전동기를 구동하도록 상기 전류 제어부를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 예비 구동은 적어도 10 주기 이상의 사인파 형태의 전류로 구동할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 초기 전류를 설정하고, 설정된 초기 전류를 전동기로 인가하는 단계; 상기 전동기의 전류 및 전압을 측정하여 상기 측정된 전류, 및 측정된 전압에 따른 상기 전동기의 전압 모델에 기반하여 상기 전동기의 자속량을 추정하고, 상기 추정 자속량이 오차범위 내가 되도록 상기 전동기의 착자 또는 감자 전류를 적응적으로 제어하는 자속량 추정 단계; 및 상기 추정된 자속량에 대응하는 전류에 따라 상기 전동기를 구동하는 전동기 구동 단계를 포함하는 영구자석 전동기의 제어 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 자속량 추정 단계는 상기 설정된 착자 전류 또는 감자 전류에 따라 상기 전동기를 정격 회전수로 예비 구동하는 단계; 상기 예비 구동에 의해 상기 전동기의 전압 모델에 따른 q축 전류를 산출하고, 상기 산출된 q축 전류 및 상기 측정된 전류에 기반하여 상기 전류들의 차이가 최소가 되도록 적응적으로 자속량을 산출하는 단계; 상기 산출된 자속량이 오차 범위 내인지를 판별하는 단계; 및 상기 판별 결과에 따라 감자 전류 또는 착자 전류를 추가로 인가하여 자속량을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 자속량을 산출하는 단계는 하기의 식에 따라 상기 q축 전류를 산출하고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000004
여기서, Iq는 측정된 q축 전류, TSW는 스위칭 간격, Lq는 q축 인덕턴스, Vq *는 q축 전압, Rs는 상저항, ωe는 전기적 각속도,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000005
은 추정 자속량인, Ld는 d축 인덕턴스, Id는 d축 전류일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 자속량을 산출하는 단계는 하기의 식에 따라 상기 추정 자속량을 산출하고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000006
여기서, Iq는 측정된 q축 전류, Iq M은 상기 산출된 q축 전류, ke는 자속량의 추정 이득, fSW는 스위칭 주파수(1/TSW)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 예비 구동하는 단계는 적어도 10 주기의 사인파 형태의 전류로 구동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법은 실측된 전동기의 전류를 기반으로 한 전동기 모델에 의해 자속량을 효과적으로 제어할 수 있고, 따라서, 영구자석 전동기의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법은 추정된 자속량을 제어하기 때문에, 전동기의 노후 등 환경이 변화에 따라서도 적응적으로 최적의 자속량을 산출할 수 있고, 따라서, 환경과 무관하게 전동기의 효율을 최적 상태로 유지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 자속량 추정부의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치의 저속 모드 동작을 설명하기 위한 전류 파형도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치의 고속 모드 동작을 설명하기 위한 전류 파형도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 순서도 이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 저속 모드 동작을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 고속 모드 동작을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치의 블록도이다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치(100)는 설정부(110), 전류 제어부(120), 자속량 추정부(130), 전동기 구동부(140), 측정부(150), 및 전동기(160)를 포함한다.
설정부(110)는 전동기(160)의 자속량을 가변시키기 위한 착자 또는 감자 전류의 설정값 또는 초기값이 저장되며, 사용자의 선택에 따라 전동기(160)의 동작 모드가 선택된다. 예를 들면, 설정부(110)는 전동기(160)에 착자가 필요한 저속 고토크 동작에 대하여 감자 전류(I1)를 0으로, 착자 전류(I2)를 제 1 설정값(I20)으로 설정하고, 감자가 필요한 고속 저토크 동작에 대하여 감자 전류(I3)를 제 2 설정값(I30)으로, 감자 전류(I4)를 0으로 설정할 수 있다.
전류 제어부(120)는 초기 설정 전류 또는 추정 자속량에 대응하는 전류에 따라 전동기(160)를 구동하기 위한 제어 전류를 생성한다. 예를 들면, 전류 제어부(120)는 초기 동작시 선택된 동작에 따라 초기 설정된 제 1 설정값을 갖는 착자 전류를 생성하거나, 초기 설정된 제 2 설정값을 갖는 감자 전류를 생성할 수 있다. 또한, 전류 제어부(120)는 후술하는 바와 같은 자속량 추정에 따른 예비 구동시 추정된 자속량에 대응하는 감자 전류 또는 착자 전류를 생성할 수 있다.
자속량 추정부(130)는 전동기(160)를 초기 설정 전류로 예비 구동하거나, 추정된 자속량에 대응하는 감자 전류 또는 착자 전류에 의해 예비 구동할 수 있다. 여기서, 상기와 같은 예비 구동은 충분한 착자 및 감자를 위해 적어도 10 주기 이상의 사인파 형태의 전류로 구동할 수 있다.
또한, 자속량 추정부(130)는 예비 구동시 전동기(160)로부터 측정된 전류, 및 측정된 전압에 따른 전동기(160)의 전압 모델에 기반하여 전동기(160)의 자속량을 추정하고, 추정 자속량이 오차범위 내가 되도록 전동기(160)의 착자 또는 감자 전류를 적응적으로 제어할 수 있다.
이하, 도면을 달리하여 자속량 추정부(130)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 자속량 추정부의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 자속량 추정부(130)는 전동기 모델 전류 산출부(132), 감산기(134), 및 자속량 산출부(136)를 포함한다.
전동기 모델 전류 산출부(132)는 예비 구동에 의해 전동기(160)의 전압 모델에 따른 q축 전류를 산출할 수 있다. 여기서, 전동기(160)의 q축 전압에 대한 수학적 모델을 아래와 같이 정의할 수 있고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000007
여기서, Vq는 q축 전압, Lq는 q축 인덕턴스, iq는 q축 전류, Rs는 상저항, id 는 d축 전류, ωe는 전기적 각속도,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000008
은 추정 자속량, Ld는 d축 인덕턴스일 수 있다.
상기 식을 이용하면, 전동기(160)의 q축 전압 방정식은 매개변수 추정 알고리즘을 기반으로 다음과 같은 이산식으로 변형할 수 있다.
Figure PCTKR2014012957-appb-I000009
여기서,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000010
은 시간에 대한 모델링된 q축 전류 변화량을 스위칭 간격(TSW)으로 계측한 것이며,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000011
은 추정 자속량이다.
상기의 이산식을 이용하면, 전동기(160)의 q축 전류의 증분형 이산식은 다음과 같다.
Figure PCTKR2014012957-appb-I000012
즉, 자속량 산출부(136)는 상기의 q축 전류의 증분형 이산식에 따라 전동기(160)의 q축 전류를 산출할 수 있다.
감산기(134)는 전동기(160)의 예비 구동시 측정된 q축 전류와 상기의 q축 전류의 이산식에 따라 산출된 q축 전류를 감산한다. 즉, 감산기(134)는 측정된 q축 전류와 산출된 q축 전류의 차이를 연산한다.
자속량 산출부(136)는 상기 전류의 이산식으로부터 산출된 q축 전류 및 예비 구동시 측정된 전류에 기반하여 전류들의 차이, 즉, 감산기(134)의 결과가 최소가 되도록 적응적으로 자속량을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 자속량 산출부(136)는 하기의 식에 따라 추정 자속량을 산출하고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000013
여기서, Iq는 측정된 q축 전류, Iq M은 상기 산출된 q축 전류, ke는 자속량의 추정 이득, fSW는 스위칭 주파수(1/TSW)일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자속량 산출부(136)는 전동기(160)로부터 실측된 전류와 전동기 모델에 의해 산출된 전류의 차에 대응하는 자속량을 산출하며, 산출된 자속량이 오차 범위 내인지를 판단하여, 오차범위를 벗어난 경우, 자속량을 오차 범위 내가 되도록 증가 또는 감소시키기 위해, 적응 알고리즘에 따라 추가적인 착자 또는 감자 전류를 전동기(160)로 인가하도록 전류 제어부(120)가 적어도 3회 이상의 대응하는 착자 또는 감자 전류를 발생하도록 제어할 수 있다. 또한, 자속량 산출부(136)는 산출된 자속량이 오차범위 내라고 판단한 경우, 해당 산출된 자속량에 대응하는 전류로 전동기를 구동하도록 전류 제어부(120)를 제어할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 전동기 구동부(140)는 전류 제어부(120)의 제어 전류에 따라 전동기(160)를 구동할 수 있다. 예를 들면, 전동기 구동부(140)는 전류 제어부(120)의 전류에 따른 3상 교류 전압을 생성하여 전동기(160)로 인가할 수 있다.
측정부(150)는 전동기(160)의 각 상에 흐르는 구동 전류 및 그에 대응하는 구동 전압을 측정한다. 예를 들면, 측정부(150)는 전동기 구동부(140)와 전동기(160) 사이의 상전류 및 그에 대응하는 구동 전압을 측정할 수 있다.
전동기(160)는 영구자석 전동기로서, 고정자와 그 외곽에 설치된 회전자를 포함하고, 고정자는 고정자 코어 및 고정자 권선을 포함하며, 회전자는 회전자 코어와 복수의 영구자석이 몰드 수지에 의해 일체로 구성될 수 있다. 이러한 전동기(160)는 전동기 구동부(140)로부터 3상 교류 전압이 고정자 권선에 인가됨에 따라 구동할 수 있다.
이와 같이 구성된 자속량 추정부(130)는 동작을 도면을 달리하여 더 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치의 저속 모드 동작을 설명하기 위한 전류 파형도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치의 고속 모드 동작을 설명하기 위한 전류 파형도이다.
도 3을 참조하면, 저속 모드 동작시, 설정부(110)에 설정된 착자 전류(I1)가 적어도 10 주기 이상의 사인파 형태로 인가되어 전동기(160)가 예비 구동되고, 자속량 추정부(130)가 자속량을 추정하여 자속량이 오차범위 내인지를 판단한다. 자속량 추정부(130)가 자속량이 오차 범위 내에서 벗어나고, 도 3(a)와 같이, 적정 착자 자속량에 미달한다고 판단한 경우에는 자속량을 증가시키기 위해 일정 단위의 추가 착자 전류(ΔI2)를 인가하여 자속량이 오차범위 내가 될 때까지 상기와 같은 자속량 추정 및 적정 판단을 반복적으로 수행한다. 또한, 자속량 추정부(130)가 자속량이 오차 범위 내에서 벗어나고, 도 3(b)와 같이, 적정 착자 자속량을 초과한다고 판단한 경우에는 자속량을 감소시키기 위해 일정 단위의 추가 감자 전류(ΔI1)를 인가하여 자속량이 오차범위 내가 될 때까지 상기와 같은 자속량 추정 및 적정 판단을 반복적으로 수행한다. 이와 같이, 추정된 자속량에 따라 추가의 착자 또는 감자 제어가 수행되어 자속량이 오차범위 내가 되면, 추정 자속에 대응하는 제어 전류에 따라 전동기(160)의 정상적인 구동이 개시된다.
유사하게, 도 4를 참조하면, 고속 모드 동작시, 설정부(110)에 설정된 감자 전류(I3)가 적어도 10 주기 이상의 사인파 형태로 인가되어 전동기(160)가 예비 구동되고, 자속량 추정부(130)가 자속량을 추정하여 자속량이 오차범위 내인지를 판단한다. 자속량 추정부(130)가 자속량이 오차 범위 내에서 벗어나고, 도 4(a)와 같이, 자속량이 적정 감자 자속량에 미달한다고 판단한 경우에는 자속량을 감소시키기 위해 일정 단위의 추가 감자 전류(ΔI3)를 인가하여 자속량이 오차범위 내가 될 때까지 상기와 같은 자속량 추정 및 적정 판단을 반복적으로 수행한다. 또한, 자속량 추정부(130)가 자속량이 오차 범위 내에서 벗어나고, 도 4(b)와 같이, 적정 감자 자속량을 초과한다고 판단한 경우에는 자속량을 증가시키기 위해 일정 단위의 추가 착자 전류(ΔI4)를 인가하여 자속량이 오차범위 내가 될 때까지 상기와 같은 자속량 추정 및 적정 판단을 반복적으로 수행한다. 이와 같이, 추정된 자속량에 따라 추가의 착자 또는 감자 제어가 수행되어 자속량이 오차범위 내가 되면, 추정 자속량에 대응하는 제어 전류에 따라 전동기(160)의 정상적인 구동이 개시된다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치는 실측된 전동기의 전류를 기반으로 한 전동기 모델에 의해 자속량을 효과적으로 제어할 수 있고, 따라서, 영구자석 전동기의 효율을 향상시킬 수 있으며, 추정된 자속량을 제어하기 때문에, 전동기의 노후 등 환경이 변화에 따라서도 적응적으로 최적의 자속량을 산출할 수 있고, 따라서, 환경과 무관하게 전동기의 효율을 최적 상태로 유지시킬 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예의 영구자석 전동기의 제어 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 순서도 이다.
영구자석 전동기의 제어 방법(500)은 전동기를 구동하기 위한 초기 전류 설정 또는 초기화하는 단계(단계 S501), 설정된 전류를 전동기(160)에 인가하는 단계(단계 S502), 인가된 전류에 따라 전동기(160)를 정격 회전수로 예비 구동하여 최적 자속량을 추정하는 단계(단계 S503), 및 추정된 자속량에 대응하는 전류로 전동기(160)를 구동하는 단계(단계 S504)로 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 전동기(160)의 자속량을 가변시키기 위한 착자 또는 감자 전류에 대한 초기 전류가 설정되거나 초기화될 수 있다(단계 S501). 이는, 예를 들면, 영구자석 전동기의 제어 장치(100) 내부에 저장된 초기값 또는 설정값으로 전동기(160)의 동작 모드를 사용자의 선택에 따라 결정하는 것으로, 예를 들면, 전동기(160)에 착자가 필요한 저속 고토크 동작에 대하여 감자 전류(I1)를 0으로, 착자 전류(I2)를 제 1 설정값(I20)으로 설정하고, 감자가 필요한 고속 저토크 동작에 대하여 감자 전류(I3)를 제 2 설정값(I30)으로, 감자 전류(I4)를 0으로 설정할 수 있다.
다음으로, 설정되거나 초기화된 전류를 전동기(160)에 인가하여 전동기(160)를 정격 회전수로 예비 구동한 후(단계 S502), 전동기(160)의 전류 및 전압을 측정하여 전동기(160)의 측정된 전류, 및 측정된 전압에 따른 전동기의 전압 모델에 기반하여 전동기(160)의 자속량을 추정할 수 있다(단계 S503). 이 때, 추정 자속량이 오차 범위 내가 될 때까지 전동기(160)의 착자 또는 감자 전류를 적응적으로 반복 제어할 수 있다.
다음으로, 이와 같이 추정된 자속량에 대응하는 착자 또는 감자 전류에 따라 전동기(160)를 구동할 수 있다.
이하, 도면을 달리하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 저속 모드 동작을 더 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 저속 모드 동작을 나타낸 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 저속 모드 동작방법(600)은 먼저, 자속 모드 동작에 대한 초기화 및 설정이 수행될 수 있다(단계 S601). 예를 들면, 착자 전류(I2)가 제 1 설정값(I20)으로 설정되고, 감자 전류(I1)는 0으로 설정될 수 있다.
다음으로, 설정된 착자 전류가 전동기(160)에 인가되면(단계 S602), 제 1 설정값의 착자 전류(I2)에 의해 전동기(160)가 정격 회전수로 예비 구동할 수 있다(단계 S603). 이때, 전동기(160)의 회전자의 N극을 U 상에 정렬후 착자를 위해 U 상 전류를 +로, V상 및 W 상을 -로 제어하며, 충분한 착자를 위하여 적어도 10 주기 이상의 사인파 형태의 전류 제어가 이루어진다.
다음으로, 예비 구동된 전동기(160)의 전압 및 전류를 측정하고, 전동기의 전압 모델에 따라 q축 전류를 산출하며, 산출된 q축 전류 및 측정된 전류에 기반하여 자속량을 산출할 수 있다(단계 S604).
이 때, 하기의 식과 같은 수학적 모델에 따라 q축 전류를 산출할 수 있고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000014
여기서, Iq는 측정된 q축 전류, TSW는 스위칭 간격, Lq는 q축 인덕턴스, Vq *는 q축 전압, Rs는 상저항, ωe는 전기적 각속도,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000015
은 추정 자속량, Ld는 d축 인덕턴스, Id는 d축 전류일 수 있다.
다음으로, 하기의 식과 같은 수학적 모델에 따라 추정 자속량을 산출할 수 있고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000016
여기서, Iq는 측정된 q축 전류, Iq M은 상기 산출된 q축 전류, ke는 자속량의 추정 이득, fSW는 스위칭 주파수(1/TSW)일 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 산출된 자속량이 오차 범위 내인지를 판별하여(단계 S605), 오차 범위에 미달한다고 판단한 경우, 즉, 전동기(160)의 착자 자속량이 부족하다고 판단한 경우에는, 착자 자속량을 증가시키기 위해 일정 단위의 추가의 착자 전류(ΔI2)를 전동기(160)로 인가한 후(단계 S606), 단계 S603으로 복귀하여, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 추가의 착자 전류(ΔI2)에 따라 전동기(160)를 정격 회전수 구동후 단계 S604 및 605의 자속량 산출 및 오차범위 판별을 수행한다.
단계 S605의 판단 결과, 산출된 자속량이 오차 범위를 초과한다고 판단한 경우, 즉, 전동기(160)의 착자 자속량이 과도하다고 판단한 경우에는, 착자 자속량을 감소시키기 위해 일정 단위의 추가의 감자 전류(ΔI1)를 전동기(160)로 인가한 후(단계 S607), 단계 S603으로 복귀하여, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 추가의 감자 전류(ΔI1)에 따라 전동기(160)를 정격 회전수 구동후 단계 S604 및 605의 자속량 산출 및 오차 범위 판별을 수행한다.
이와 같이, 단계 S603 내지 단계 S607의 단계를 반복함으로써, 산출된 q축 전류 및 측정된 전류에 기반하여 전류들의 차이가 최소가 되도록 즉, 자속량이 오차 범위 내가 될 때까지 적응적으로 자속량을 산출할 수 있다.
단계 S605의 판단 결과, 산출된 자속량이 오차 범위 내라고 판단한 경우, 추정 자속량에 대응하는 전류를 전동기(160)에 인가함으로써 전동기(160)를 저속 모드로 구동할 수 있다(단계 S608).
이하, 도면을 달리하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 고속 모드 동작을 더 구체적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 고속 모드 동작을 나타낸 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 방법의 고속 모드 동작방법(700)은 먼저, 자속 모드 동작에 대한 초기화 및 설정이 수행될 수 있다(단계 S701). 예를 들면, 감자 전류(I3)가 제 2 설정값(I30)으로 설정되고, 착자 전류(I4)는 0으로 설정될 수 있다.
다음으로, 설정된 감자 전류가 전동기(160)에 인가되면(단계 S702), 제 2 설정값의 감자 전류(I3)에 의해 전동기(160)가 정격 회전수로 예비 구동할 수 있다(단계 S703). 이때, 전동기(160)의 회전자의 N극을 U상에 정렬후 감자를 위해 U 상 전류를 -로, V상 및 W 상을 +로 제어하며, 충분한 감자를 위하여 적어도 10 주기 이상의 사인파 형태의 전류 제어가 이루어진다.
다음으로, 예비 구동된 전동기(160)의 전압 및 전류를 측정하고, 전동기의 전압 모델에 따라 q축 전류를 산출하며, 산출된 q축 전류 및 측정된 전류에 기반하여 자속량을 산출할 수 있다(단계 S704).
이 때, 하기의 식과 같은 수학적 모델에 따라 q축 전류를 산출할 수 있고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000017
여기서, Iq는 측정된 q축 전류, TSW는 스위칭 간격, Lq는 q축 인덕턴스, Vq *는 q축 전압, Rs는 상저항, ωe는 전기적 각속도,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000018
은 추정 자속량, Ld는 d축 인덕턴스, Id는 d축 전류일 수 있다.
다음으로, 하기의 식과 같은 수학적 모델에 따라 추정 자속량을 산출할 수 있고,
Figure PCTKR2014012957-appb-I000019
여기서, Iq는 측정된 q축 전류, Iq M은 상기 산출된 q축 전류, ke는 자속량의 추정 이득, fSW는 스위칭 주파수(1/TSW)일 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 산출된 자속량이 오차 범위 내인지를 판별하여(단계 S705), 오차 범위에 미달한다고 판단한 경우, 즉, 전동기(160)의 감자 자속량이 부족하다고 판단한 경우에는, 감자 자속량을 증가시키기 위해 일정 단위의 추가의 감자 전류(ΔI3)를 전동기(160)로 인가한 후(단계 S706), 단계 S703으로 복귀하여, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 추가의 감자 전류(ΔI3)에 따라 전동기(160)를 정격 회전수 구동후 단계 S704 및 S705의 자속량 산출 및 오차범위 판별을 수행한다.
단계 S705의 판단 결과, 산출된 자속량이 오차 범위를 초과한다고 판단한 경우, 즉, 전동기(160)의 감자 자속량이 과도하다고 판단한 경우에는, 감자 자속량을 감소시키기 위해 일정 단위의 추가의 착자 전류(ΔI4)를 전동기(160)로 인가한 후(단계 S707), 단계 S703으로 복귀하여, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 추가의 착자 전류(ΔI4)에 따라 전동기(160)를 정격 회전수 구동후 단계 S704 및 S705의 자속량 산출 및 오차 범위 판별을 수행한다.
이와 같이, 단계 S703 내지 단계 S707의 단계를 반복함으로써, 산출된 q축 전류 및 측정된 전류에 기반하여 전류들의 차이가 최소가 되도록 즉, 자속량이 오차 범위 내가 될 때까지 적응적으로 자속량을 추정할 수 있다.
단계 S705의 판단 결과, 산출된 자속량이 오차 범위 내라고 판단한 경우, 추정 자속량에 대응하는 전류를 전동기(160)에 인가함으로써 전동기(160)를 고속 모드로 구동할 수 있다(단계 S708).
이와 같은 방법에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 전동기의 제어 장치(100)는 실측된 전동기의 전류를 기반으로 한 전동기 모델에 의해 자속량을 효과적으로 제어할 수 있고, 따라서, 영구자석 전동기의 효율을 향상시킬 수 있으며, 추정된 자속량을 제어하기 때문에, 전동기의 노후 등 환경이 변화에 따라서도 적응적으로 최적의 자속량을 산출할 수 있고, 따라서, 환경과 무관하게 전동기의 효율을 최적 상태로 유지시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 초기 설정 전류 또는 추정 자속량에 대응하는 전류에 따라 전동기를 구동하기 위한 제어 전류를 생성하는 전류 제어부;
    상기 전류 제어부의 제어 전류에 따라 상기 전동기를 구동하는 전동기 구동부;
    상기 전동기의 구동 전압 및 전류를 측정하는 측정부; 및
    상기 전동기를 상기 초기 설정 전류 또는 추정 자속량에 대응하는 전류로 예비 구동하여, 상기 예비 구동시 측정된 전류, 및 측정된 전압에 따른 상기 전동기의 전압 모델에 기반하여 상기 전동기의 자속량을 추정하고, 상기 추정 자속량이 오차범위 내가 되도록 상기 전동기의 착자 또는 감자 전류를 적응적으로 제어하는 자속량 추정부를 포함하는, 영구자석 전동기의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자속량 추정부는,
    상기 예비 구동에 의해 상기 전동기의 전압 모델에 따른 q축 전류를 산출하는 전동기 모델 전류 산출부; 및
    상기 산출된 q축 전류 및 상기 측정된 전류에 기반하여 상기 전류들의 차이가 최소가 되도록 적응적으로 자속량을 산출하는 자속량 산출부를 포함하는, 영구자석 전동기의 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전동기 모델 산출부는 하기의 식에 따라 상기 q축 전류를 산출하고,
    Figure PCTKR2014012957-appb-I000020
    여기서, Iq는 측정된 q축 전류, TSW는 스위칭 간격, Lq는 q축 인덕턴스, Vq *는 q축 전압, Rs는 상저항, ωe는 전기적 각속도,
    Figure PCTKR2014012957-appb-I000021
    은 추정 자속량인, Ld는 d축 인덕턴스, Id는 d축 전류인, 영구자석 전동기의 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 자속량 산출부는 하기의 식에 따라 상기 추정 자속량을 산출하고,
    Figure PCTKR2014012957-appb-I000022
    여기서, Iq는 측정된 q축 전류, Iq M은 상기 산출된 q축 전류, ke는 자속량의 추정 이득, fSW는 스위칭 주파수(1/TSW)인, 영구자석 전동기의 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자속량 추정부는 상기 산출된 자속량이 오차범위를 벗어난 경우, 상기 전류 제어부가 적어도 3회 이상의 착자 또는 감자 전류를 발생하도록 제어하고, 상기 산출된 자속량이 오차범위 내인 경우, 해당 자속량에 대응하는 전류로 상기 전동기를 구동하도록 상기 전류 제어부를 제어하는, 영구자석 전동기의 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 예비 구동은 적어도 10 주기 이상의 사인파 형태의 전류로 구동하는, 영구자석 전동기의 제어 장치.
  7. 초기 전류를 설정하고, 설정된 초기 전류를 전동기로 인가하는 단계;
    상기 전동기의 전류 및 전압을 측정하여 상기 측정된 전류, 및 측정된 전압에 따른 상기 전동기의 전압 모델에 기반하여 상기 전동기의 자속량을 추정하고, 상기 추정 자속량이 오차범위 내가 되도록 상기 전동기의 착자 또는 감자 전류를 적응적으로 제어하는 자속량 추정 단계; 및
    상기 추정된 자속량에 대응하는 전류에 따라 상기 전동기를 구동하는 전동기 구동 단계를 포함하는, 영구자석 전동기의 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 자속량 추정 단계는,
    상기 설정된 착자 전류 또는 감자 전류에 따라 상기 전동기를 정격 회전수로 예비 구동하는 단계;
    상기 예비 구동에 의해 상기 전동기의 전압 모델에 따른 q축 전류를 산출하고, 상기 산출된 q축 전류 및 상기 측정된 전류에 기반하여 상기 전류들의 차이가 최소가 되도록 적응적으로 자속량을 산출하는 단계;
    상기 산출된 자속량이 오차 범위 내인지를 판별하는 단계; 및
    상기 판별 결과에 따라 감자 전류 또는 착자 전류를 추가로 인가하여 자속량을 조정하는 단계를 포함하는, 영구자석 전동기의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 자속량을 산출하는 단계는 하기의 식에 따라 상기 q축 전류를 산출하고,
    Figure PCTKR2014012957-appb-I000023
    여기서, Iq는 측정된 q축 전류, TSW는 스위칭 간격, Lq는 q축 인덕턴스, Vq *는 q축 전압, Rs는 상저항, ωe는 전기적 각속도,
    Figure PCTKR2014012957-appb-I000024
    은 추정 자속량인, Ld는 d축 인덕턴스, Id는 d축 전류인, 영구자석 전동기의 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 자속량을 산출하는 단계는 하기의 식에 따라 상기 추정 자속량을 산출하고,
    Figure PCTKR2014012957-appb-I000025
    여기서, Iq는 측정된 q축 전류, Iq M은 상기 산출된 q축 전류, ke는 자속량의 추정 이득, fSW는 스위칭 주파수(1/TSW)인, 영구자석 전동기의 제어 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 예비 구동하는 단계는 적어도 10 주기의 사인파 형태의 전류로 구동하는, 영구자석 전동기의 제어 방법.
PCT/KR2014/012957 2014-06-27 2014-12-29 영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법 WO2015199302A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/320,354 US10135373B2 (en) 2014-06-27 2014-12-29 Apparatus and method for controlling permanent magnet motor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140079907A KR101601964B1 (ko) 2014-06-27 2014-06-27 영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법
KR10-2014-0079907 2014-06-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015199302A1 true WO2015199302A1 (ko) 2015-12-30

Family

ID=54938365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2014/012957 WO2015199302A1 (ko) 2014-06-27 2014-12-29 영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10135373B2 (ko)
KR (1) KR101601964B1 (ko)
WO (1) WO2015199302A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6954150B2 (ja) * 2018-01-23 2021-10-27 株式会社デンソー 交流電動機の制御装置
JP6981272B2 (ja) * 2018-01-23 2021-12-15 株式会社デンソー 交流電動機の制御装置
JP7052373B2 (ja) * 2018-01-23 2022-04-12 株式会社デンソー 交流電動機の制御装置
JP6954149B2 (ja) * 2018-01-23 2021-10-27 株式会社デンソー 交流電動機の制御装置
CN109873585B (zh) * 2019-04-02 2020-12-01 深圳市振邦智能科技股份有限公司 压缩机永磁链在线估计方法、***及存储介质
EP3965286A1 (en) 2020-09-04 2022-03-09 Schneider Toshiba Inverter Europe SAS Magnetic flux estimate

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001161099A (ja) * 1999-11-30 2001-06-12 Meidensha Corp 同期電動機の制御方式
JP2001309679A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Toyo Electric Mfg Co Ltd 電動機制御装置
JP2005304204A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Mitsubishi Electric Corp 永久磁石型同期モータおよび駆動装置
JP2009095084A (ja) * 2007-10-04 2009-04-30 Yaskawa Electric Corp 電動機制御装置と誘起電圧定数補正方法
KR20090055321A (ko) * 2007-11-28 2009-06-02 주식회사 에이디티 하이브리드 전기자동차의 영구자석형 전기모터 감자 검출장치 및 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001161009A (ja) 1999-11-30 2001-06-12 Omron Corp 電力計測器の設置方法および住宅用分電盤
CN102624314B (zh) * 2006-07-24 2015-02-18 株式会社东芝 可变磁通电动机驱动器***
JP4811495B2 (ja) * 2009-04-10 2011-11-09 株式会社デンソー 回転機の制御装置
KR101230164B1 (ko) 2009-09-10 2013-02-05 가부시끼가이샤 도시바 모터 제어 장치와 세탁기
JP5152207B2 (ja) * 2010-01-11 2013-02-27 株式会社デンソー 多相回転機の制御装置
JP5447477B2 (ja) * 2011-09-28 2014-03-19 株式会社デンソー モータ制御装置及びモータ制御方法
CN105340172B (zh) * 2013-06-28 2018-02-16 日产自动车株式会社 可变磁化机控制器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001161099A (ja) * 1999-11-30 2001-06-12 Meidensha Corp 同期電動機の制御方式
JP2001309679A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Toyo Electric Mfg Co Ltd 電動機制御装置
JP2005304204A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Mitsubishi Electric Corp 永久磁石型同期モータおよび駆動装置
JP2009095084A (ja) * 2007-10-04 2009-04-30 Yaskawa Electric Corp 電動機制御装置と誘起電圧定数補正方法
KR20090055321A (ko) * 2007-11-28 2009-06-02 주식회사 에이디티 하이브리드 전기자동차의 영구자석형 전기모터 감자 검출장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160007765A (ko) 2016-01-21
US20170155349A1 (en) 2017-06-01
KR101601964B1 (ko) 2016-03-10
US10135373B2 (en) 2018-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015199302A1 (ko) 영구자석 전동기의 제어 장치 및 방법
EP1535389B1 (en) Motor drive control
KR100761928B1 (ko) 영구 자석 센서리스 제어를 위한 셀프 튜닝 방법 및 장치
Chi et al. Implementation of a sliding-mode-based position sensorless drive for high-speed micro permanent-magnet synchronous motors
JP2005198490A (ja) 永久磁石同期モータの制御システム及び制御方法
JP2014513911A (ja) 電気機器を制御する方法及び装置
EP2258043A1 (en) Sensorless control of salient-pole machines
WO2017104871A1 (ko) 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기 및 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체
JPWO2018230140A1 (ja) 電動工具
JP4010195B2 (ja) 永久磁石式同期モータの制御装置
CN112204869A (zh) 电力转换装置
JP2008173006A (ja) 交流電動機の制御装置
JP2008286779A (ja) Ｉｐｍモータのためのトルク推定器
JP2009290962A (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
JP3707659B2 (ja) 同期電動機の定数同定方法
KR20130020081A (ko) Ｐｍｓｍ의 초기 회전자 추정 방법 및 장치
JP2011067066A (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
US20210165011A1 (en) Systems, methods and computer-readable mediums for detecting position sensor faults
WO2020105838A1 (ko) 인버터 제어장치
JP6108114B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
Üstün et al. Identification of mechanical parameters for the switched reluctance motor
JP5228435B2 (ja) インバータ制御装置とその制御方法
JP2005039912A (ja) 交流電動機の制御装置
Chang et al. Improved rotor position detection speed based on optimized BP neural network for permanent magnet synchronous motor
KR100451370B1 (ko) 유도전동기 회전자 시정수 추정 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14895803

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15320354

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14895803

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1