WO2023200124A1 - 파라미터 차이가 있는 복수의 전동기를 구동하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Definitions
- One embodiment of the present disclosure relates to an inverter device and an operating method for stably driving a plurality of electric motors connected by connecting a plurality of electric motors with different parameters to one inverter.
- An inverter is a power conversion device that can freely control voltage and frequency by converting AC or DC power to AC power.
- the application fields of inverters are so diverse that it is impossible to mention them all.
- Home appliances include washing machines, air conditioners, refrigerators, induction cooking devices, and electric ovens, and industrial electrical devices include elevators, escalators, moving walks, UPS, electric welders, and electric appliances.
- Cars, electric scooters, etc. are countless.
- motor parallel operation which drives multiple motors with one inverter, has the advantage of being able to drive two loads with one inverter.
- Figure 1 shows a connection diagram for driving multiple electric motors using one inverter. Although only two motors are shown in Figure 1, if the motor is an induction motor, more motors can be connected to one inverter and operated.
- the inverter is shown as a device including a DC link (Vdc) and a switching element, but it may further include a rectifier including a diode element that rectifies AC power to establish the DC link.
- An example of an application in which two or more electric motors are operated in parallel by an inverter is the outdoor unit of an air conditioner.
- the outdoor unit fans are operated at the same speed, and in this case, multiple outdoor unit fans can be operated with one inverter.
- Another application example is two electric motors driving a conveyor belt in a factory. It is desirable for the electric motors on both sides of the conveyor belt to be driven equally. In this case, two electric motors can be operated in parallel with one inverter.
- An air conditioner includes an inverter that is driven by connecting a first electric motor for driving a first outdoor unit and a second electric motor for driving a second outdoor unit in parallel, and parameters of the first electric motor and the second electric motor. Determine the parameters, compare the determined parameters of the first motor and the parameters of the second motor to determine whether there is a difference of more than a predetermined value, and determine whether the detected parameters of the first motor and the parameters of the second motor are predetermined. If there is a difference of more than the value of , it includes a processor that controls the inverter through heterogeneous control of the first electric motor and the second electric motor.
- determining parameters of a first electric motor driving a first outdoor unit and parameters of a second electric motor driving a second outdoor unit comparing the determined parameters of the first electric motor and the parameters of the second electric motor.
- a step of determining whether there is a difference of more than a predetermined value If the detected parameters of the first motor and the parameters of the second motor are different than a predetermined value as a result of the determination, the inverter is controlled through heterogeneous control of the first motor and the second motor.
- a method of driving a plurality of electric motors for driving outdoor units having different parameters in parallel is provided through an air conditioner including an inverter, including the step of controlling.
- Figure 1 shows a connection diagram for driving multiple electric motors using one inverter.
- Figure 2A is a block diagram of a device for driving a plurality of electric motors in parallel according to an embodiment of the present disclosure.
- Figure 2b is a block diagram of a control unit in a power conversion device that drives a plurality of electric motors in parallel according to an embodiment of the present disclosure.
- Figure 2c is a circuit diagram of a power supply unit and an inverter according to an embodiment of the present disclosure.
- Figure 3 is a block diagram of a device for driving a plurality of electric motors in parallel in consideration of parameters of the plurality of electric motors according to an embodiment of the present disclosure.
- Figure 4 is a block diagram of a configuration for displaying errors as heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 5A is a block diagram of a configuration for limiting the motor driving current as heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 5B is a diagram illustrating d-q axis current and voltage when the load and parameters of the first and second motors match according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 5C shows d-q axis voltages applied to the first and second motors when the rotational speeds of the first and second motors are different from each other according to an embodiment of the present disclosure.
- 5D, 5E, and 5F show an example of increasing the d1-axis current of the first electric motor according to an embodiment of the present disclosure.
- 5G, 5H, and 5I show an example of reducing the d1-axis current of the first electric motor according to an embodiment of the present disclosure.
- FIGS. 6A, 6B, and 6C are current waveform diagrams when two electric motors are driven by limiting the motor driving current as heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- Figure 7 is a block diagram of a configuration for selecting a master control target as heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- Figure 8 is a block diagram of a power conversion device that performs heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- Figure 9 is a flowchart for performing heterogeneous control when a plurality of motor parameters are different according to an embodiment of the present disclosure.
- Figure 10 is a block diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present disclosure.
- a method for optimally controlling heterogeneous motors with different parameters and an inverter control device are described. According to embodiments of the present disclosure, a plurality of electric motors with different parameters can be efficiently controlled and driven at an optimal control point.
- An air conditioner includes an inverter that is driven by connecting a first electric motor for driving a first outdoor unit and a second electric motor for driving a second outdoor unit in parallel, and parameters of the first electric motor and the second electric motor. Determine the parameters, compare the determined parameters of the first motor and the parameters of the second motor to determine whether there is a difference of more than a predetermined value, and determine whether the detected parameters of the first motor and the parameters of the second motor are It includes a processor that controls the inverter through heterogeneous control of the first electric motor and the second electric motor if there is a difference of more than a predetermined value.
- the parameters of the first motor and the parameters of the second motor include at least one of resistance, inductance, and back electromotive force of each motor.
- the air conditioner further includes a display
- the heterogeneous control is characterized in that the processor displays on the display that the first electric motor and the second electric motor are heterogeneous.
- it further includes a current sensor that detects the parameters of the first motor and the current of the second motor, and the heterogeneous control determines that the current sensed by the processor through the current sensor is a predetermined current value that the inverter wants to control. When it is determined that the overcurrent exceeds a predetermined value, the overcurrent is determined to be due to a difference between the detected parameters of the first motor and the parameters of the second motor.
- the air conditioner further includes a display, and the heterogeneous control is characterized by displaying on the display that the overcurrent is due to a difference between the detected parameters of the first electric motor and the parameters of the second electric motor by a predetermined value or more. .
- heterogeneous control is characterized in that the processor controls the inverter by setting the driving current limit value of the first electric motor and the driving current limit value of the second electric motor differently based on determined parameters.
- q of the electric motor subject to driving current limitation It is characterized by independent control of the axis current and d-axis current.
- heterogeneous control is characterized in that the processor sets the sum of the driving current limit value of the first electric motor and the driving current limit value of the second electric motor to be equal to or smaller than the driving current limit value of the inverter.
- the processor configures the inverter so that the larger of the differently set driving current limit values of the first electric motor and the driving current limit value of the second electric motor is smaller than the demagnetization level current of the first electric motor or the second electric motor. It is characterized by control.
- heterogeneous control is characterized in that the processor selects one of the first electric motor and the second electric motor as the master control target.
- the processor selects the motor applying a greater torque among the two motors as the master control target in consideration of the difference in parameters between the first motor and the second motor.
- the processor considers the difference in parameters between the first motor and the second motor and the load on the first motor and the second motor, and selects the motor in which the larger current flows among the two motors as the master control target. It is characterized by
- the processor when a speed difference occurs between the first and second motors, the processor performs control to compensate for the d-axis current of the master control target motor among the first and second motors.
- a difference in torque applied to the first electric motor and a torque applied to the second electric motor occurs due to a difference in parameters of the first electric motor and the second electric motor, and a speed difference occurs between the first electric motor and the second electric motor.
- the processor compensates for the d-axis current of the first motor to reduce the torque applied to the second motor.
- a difference in torque applied to the first motor and torque applied to the second motor occurs due to a difference in parameters of the first motor and the second motor, and the loads applied to the first motor and the second motor are different from each other.
- the first motor and the second motor are driven to minimize conduction loss based on the parameter difference.
- a torque difference and a speed difference occur between the first electric motor and the second electric motor due to a difference in the parameters of the first electric motor and the second electric motor, but the rotational speed of the second electric motor is the rotational speed of the first electric motor. If slower, the processor compensates for the d-axis current of the first motor to increase the output torque of the second motor.
- the speed difference between the first electric motor and the second electric motor is characterized in that it occurs due to the difference between the parameters of the first electric motor and the parameters of the second electric motor and the difference in load applied to each of the first electric motor and the second electric motor. do.
- a method of driving a plurality of electric motors for driving an outdoor unit having different parameters in parallel through an air conditioner including an inverter includes the parameters of the first electric motor driving the first outdoor unit and the parameters of the second electric motor driving the second outdoor unit. determining the parameters of the second electric motor, comparing the determined parameters of the first electric motor and the parameters of the second motor to determine whether there is a difference by more than a predetermined value, the parameters of the first electric motor detected as a result of the determination and the second electric motor. 2 If the parameters of the electric motors differ by more than a predetermined value, it includes controlling the inverter through heterogeneous control of the first electric motor and the second electric motor.
- the step of controlling the inverter through heterogeneous control includes controlling the inverter by setting the limit value of the driving current of the first electric motor and the limiting value of the driving current of the second electric motor to be different from each other based on the determined parameters. do.
- the method when a speed difference occurs between the first electric motor and the second electric motor, the method further includes performing control to compensate for the d-axis current of the master control target electric motor among the first electric motor and the second electric motor.
- Figure 2A is a block diagram of a device for driving a plurality of electric motors in parallel according to an embodiment of the present disclosure.
- the power conversion device 1000 includes a power supply unit 1100 that supplies power, an inverter 1200, a control unit 2000, a first current sensor 1300, a second current sensor 1400, a first motor 1500, and a first electric motor 1500. It consists of two electric motors (1600), a first position detector (1700), and a second position detector (1800).
- the power supply unit 1100 supplies direct current power to the inverter 1200.
- the input of the power supply unit 1100 may be three-phase AC power or single-phase AC power.
- the input of the power unit 1100 will be the 220V single-phase AC power entering the home.
- the first motor 1500 and the second motor 1600 are motors provided at both ends of a conveyor belt installed in a factory, three-phase AC power can be supplied to the factory, so at this time, three-phase AC power input is used.
- the input to the power supply unit 1100 will be a three-phase AC power source.
- the power supply unit 1100 may optionally further include a DC-DC converter for converting the rectified direct current power to an appropriate level.
- FIG. 2C to further describe the rectifier and inverter 1200 included in the power supply unit 1100.
- FIG. 2C is a circuit diagram of the power supply unit 1100 and the inverter 1200 according to an embodiment of the present disclosure.
- the rectifier unit 1100-1 does not need 6 rectifier diodes but only needs 4 rectifier diodes.
- the input power of the power supply unit 1100 is three-phase
- the power supply unit 1100 is a rectifier consisting of six rectifier diodes (1101, 1102, 1103, 1104, 1105, and 1106) to rectify the three-phase AC power. Includes (1100-1).
- the rectified direct current voltage is smoothed by the DC link capacitor 1220.
- the inverter 1200 includes six switching elements SW1 (1201) that switch the DC link voltage (Vdc) established by the DC link capacitor 1220 by pulse width modulation (PWM), as described in FIGS. 1A and 1B. ), SW2 (1202), SW3 (1203), SW4 (1204), SW5 (1205), and SW6 (1206).
- the switching element may be a transistor capable of high-speed switching, a field effect transistor (FET), or an insulated gate bipolar transistor (IGBT), but is not limited thereto, and any switching element capable of high-speed switching may be used.
- the inverter 1200 opens and closes the switching element according to the PWM signal from the control unit 2000 to drive the first motor 1500 and the second motor 1600.
- the first motor 1500 and the second motor 1600 may use an induction motor or a synchronous motor, but are not limited thereto, and any AC motor driven by an inverter may be used.
- the first position detector 1700 and the second position detector 1800 may be used to measure the speeds of the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600, respectively. It is not limited. The speeds of the first motor 1500 and the second motor 1600 may be estimated using a method of estimating the speed without a position detector in the motor, such as sensorless control.
- the control unit 2000 calculates the rotation speed of the first electric motor 1500 based on the position ( ⁇ 1) of the rotor detected by the first position detector 1700, and the second position detector 1700
- the inverter 1200 is controlled by calculating the rotational speed of the second electric motor 1600 based on the rotor position ⁇ 2 detected by 1800.
- the first position detector 1700 and the second position detector 1800 may include a Hall sensor that detects the magnetic field generated by the rotor.
- the Hall sensor is placed at an appropriate position on the stator included in the first motor 1500 and the second motor 1600, detects changes in the magnetic field according to the rotation of the rotor, and determines the position of the rotor based on the detected magnetic field. detect.
- the first position detector 1700 and the second position detector 1800 may include an encoder that detects the rotation of the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600.
- the encoder outputs a signal in the form of a pulse according to the rotation of the motor rotor, and can calculate the rotational displacement and rotational speed of the rotor based on the period and number of pulses.
- the first position detector 1700 and the second position detector 1800 may include a resolver that detects the rotation of the rotor.
- the first position detector 1700 and the second position detector 1800 detect the driving current (Iabc1) of the first electric motor 1500 detected by the first current sensor 1300 and the second current sensor 1400. ) and the driving current (Iabc2) of the second electric motor, the position ( ⁇ 1) of the rotor of the first electric motor (1500) and the position ( ⁇ 2) of the rotor of the second electric motor (1600) can be calculated.
- the control unit 2000 provides a PWM control signal for controlling the inverter 1200 based on the rotor position ( ⁇ 1, ⁇ 2), the driving current (Iabc1) of the first motor 1500, and the driving current (Iabc2) of the second motor. creates .
- the control unit 2000 operates the inverter 1200 so that the rotation speed of the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 are the same. You can control it.
- this control method is performed under the assumption that the parameters of the first motor 1500 and the second motor 1600 - rotor resistance of the motor, stator resistance of the motor, stator inductance of the motor, back electromotive force, etc. - are the same. If the parameters of the first motor 1500 and the second motor 1600 are different from each other, the first motor 1500 and the second motor 1600 cannot be operated at the optimal control operating point, or at least one motor cannot be operated. It can happen.
- the control unit 2000 which controls the inverter 1200, determines that the protection operation is due to a large parameter difference between the motors. Because of this, the operation method of the inverter (1200) can be changed by confirming that this occurs.
- the control unit 2000 controls the inverter 1200 so that a plurality of electric motors connected in parallel to the inverter 1200 can be stably driven at the optimal control operating point with minimal conduction loss based on the identified parameters, and prevents motor failure when necessary. By recognizing this, you can actively respond to it.
- control unit 2000 may be implemented with one or more processors. Additionally, the processor may be equipped with an artificial intelligence (AI) processor. Artificial intelligence (AI) processors may be manufactured in the form of dedicated hardware chips for artificial intelligence (AI), or may be manufactured as part of an existing general-purpose processor (e.g. CPU or application processor) or graphics-specific processor (e.g. GPU). It may also be mounted on the power conversion device 1000.
- AI artificial intelligence
- Figure 2b is a block diagram of a control unit in a power conversion device that drives a plurality of electric motors in parallel according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2B shows the control unit 2000 of FIG. 2A in more detail.
- the control unit 2000 includes a speed control unit 2040, a q-axis current control unit 2001, a d-axis current control unit 2002, a d-axis current compensation unit 2812, and an input coordinate conversion unit ( 2010), a speed calculation unit (2020), a current selection unit (2030), an output coordinate conversion unit (2050), and a PWM signal generation unit (2060).
- the speed calculation unit 2020 calculates the rotational speed (w1) of the first electric motor 1500 through the phase difference per time measured from the first electric motor 1500.
- the hourly phase difference of an electric motor can be measured using a Hall sensor, or it can be estimated by calculation while monitoring the current and voltage values while driving the motor without a Hall sensor.
- the speed of the first electric motor 1500 may be measured by an encoder attached to the rotor of the first electric motor 1500, but is not limited to this and various methods are used to measure the speed of the electric motor or estimate it by calculation. The motor speed can be determined using this method.
- the speed calculation unit 2020 determines the rotational speed (w2) of the second electric motor (1600) through the difference in phase ( ⁇ 2) per time measured from the second electric motor (1600).
- the input coordinate conversion unit 2010 takes the three-phase currents (Iabc1, Iabc2) of the first motor 1500 and the second motor 1600 as input and converts them into d-axis current and q-axis current through the d-q axis orthogonal coordinate system. do.
- the sum of the three-phase currents is constant, so in reality, in a three-phase drive system, there are only two variables for the three-phase current, which can be expressed as d-axis current and q-axis current.
- the d-axis current usually refers to the axis in the direction that coincides with the direction of the magnetic field generated by the rotor of an electric motor
- the q-axis refers to the axis in the direction that is 90 degrees ahead of the direction of the magnetic field generated by the rotor.
- 90 degrees does not mean the mechanical angle of the rotor, but rather the electrical angle calculated by converting the angle between adjacent N poles or the angle between adjacent S poles included in the rotor into 360 degrees.
- an electric motor is expressed in terms of three phases: U, V, and W
- the direction of magnetic flux generated in the stator U-phase winding is selected. Therefore, the d-axis becomes the reference axis in vector control.
- Equation 1 is a d-q axis transformation matrix (T( ⁇ )) that rotates the U, V, and W phases at an arbitrary rotation speed ⁇ ( ⁇ /t).
- the input coordinate conversion unit 2010 receives the three-phase voltages (Vabc1, Vabc2) of the first motor 1500 and the second motor 1600 as input and converts them to d through the d-q axis orthogonal coordinate system. Convert to axis voltage (Vd1, Vd2) and q-axis current (Vd1, Vd2).
- Equation 2 There is a relationship between the d-axis voltage (Vd), q-axis voltage (Vq), d-axis current (Id), and q-axis current (Iq) as shown in Equation 2.
- Vdk is the d-axis voltage of the k-th motor
- Vqk is the q-axis voltage of the k-th motor
- Rs is the coil resistance included in the motor stator
- Ls is the coil inductance included in the stator
- ⁇ f is The magnetic flux of the permanent magnet included in the motor rotor
- ⁇ r is the rotation speed of the rotor
- Idk is the d-axis current of the kth motor
- Iqk is the q-axis current of the kth motor.
- Te is the torque of the motor
- P is the number of poles of the rotor
- ⁇ f is the magnetic flux of the permanent magnet included in the motor rotor
- Ls is the coil inductance included in the stator
- ⁇ r is the rotation speed of the rotor
- Iqk is the q-axis current of the kth motor.
- the torque Te of the first motor 1500 and the second motor 1600 depends on the q-axis current. Therefore, if the loads of the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 are the same and the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 rotate at the same speed, the control unit 2000 controls the first electric motor 1500 ) and the q-axis current (Iqk) according to the load of the second motor 1600 is supplied, and the three-phase (a, b, c) driving voltage (Vabc) is controlled so that the d-axis current (Idk) is “0”. do.
- the input coordinate conversion unit 2010 converts the three-phase current Iabc1 (Ia1, Ib1, Ic1) input to the first motor 1500 into Iq1 and Id1, and converts the three-phase current input to the second motor 1600 into Iq1 and Id1.
- Iabc2(Ia2, Ib2, Ic2) is converted to Iq2, Id2 and output.
- Iq1, Id1, Iq2, Id2 output from the input coordinate conversion unit 2010 is input to the current selection unit 2030.
- the d-axis current compensation unit 2812 is based on the speed ⁇ 1 of the first motor 1500, the speed ⁇ 2 of the second motor 1600, the respective phases ⁇ 1 and ⁇ 2, and the current input selected by the current selection unit 2030. to output the d-axis current command.
- the d-axis current control unit 2002 uses the d-axis current converted from the actual detected current by the d-q-axis conversion matrix and the d-axis current command of the d-axis current compensation unit 2812 as input to generate the final d-axis command voltage (Vd1*). ) is created.
- the d-axis current control unit 2002 uses a PI controller, but it is not limited to this.
- the speed control unit 2040 which inputs the current motor rotation speed ( ⁇ 1) and the speed command ⁇ *, which are the output of the speed calculation unit 2020, generates a q-axis current command by the PI controller based on the two inputs
- the q-axis current control unit 2001 generates the final q-axis command voltage (Vq1*) through a PI controller that inputs the q-axis current command and the current output current (Iq1) of the input coordinate conversion unit 2010.
- Vq1* the final q-axis command voltage
- Iq1 current output current
- Figure 2b mainly shows that the final voltage command is calculated based on the current and rotation speed of the first motor 1500, but depending on the embodiment, the final voltage command is calculated using the current and rotation speed of the second motor 1600. can also be calculated.
- the generated d-axis command voltage (Vd1*) and q-axis command voltage (Vq1*) are converted into a three-phase voltage command (Vabc*) by the d-q axis inversion matrix.
- the PWM signal generator 2060 determines the switching pattern of the switching element, and thereby applies the final PWM gate signal to the inverter 1200 to generate the rectified DC
- the first motor 1500 and the second motor 1600 are driven by converting the link voltage into alternating current voltage.
- Figure 3 is a block diagram of a device for driving a plurality of electric motors in parallel in consideration of parameters of the plurality of electric motors according to an embodiment of the present disclosure.
- the parallel driving device according to FIG. 3 further includes a parameter determination unit 2100.
- the parameter determination unit 2100 estimates or measures the motor parameters of the first motor 1500 and the second motor 1600 and determines the parameter difference between the two motors.
- Representative parameters of the motor include, but are not limited to, the winding resistance of the motor, the winding inductance of the motor, and the back electromotive force constant of the motor.
- the motor parameters are measured in real time while the first motor 1500 and the second motor 1600 are operated in parallel. can be estimated or measured.
- the voltage applied to the first motor 1500 and the second motor 1600 is known, and the voltage applied to the first motor 1500 and the second motor 1600 is known. Since the current flowing in 1600 can be sensed through the first current sensor 1300 and the second current sensor 1400, the first motor 1500 and the second motor 1600 are operated in parallel in real time. Motor parameters can be estimated or measured.
- V EMF back electromotive force
- V EMF K E * w ... (Equation 4)
- the above motor parameter estimation or measurement method is only an example, and various real-time motor parameter estimation/measurement methods can be used.
- the parameter determination unit 2100 includes a first motor parameter measurement unit 2101 that measures the parameters of the first motor 1500 and a second motor parameter measurement unit 2102 that measures the parameters of the second motor 1600. do. However, this is assuming the case where there are two motors operating in parallel, and in the case where there are three or more motors operating in parallel, the third motor parameter measurement unit, the Nth motor parameter measurement unit (N is a natural number greater than 3) ) may further be included.
- the parameter determination unit 2100 further includes a parameter comparison unit 2110.
- the parameter comparison unit 2110 compares the parameters of the first motor measured by the first motor parameter measurement unit 2101 with the parameters of the second motor measured by the second motor parameter measurement unit 2102.
- Parameter comparison unit 2110 Parameter comparison can be performed in various ways. According to one embodiment, when the resistance, inductance, and back electromotive force of each of the plurality of electric motors are compared with each other and exceed a predetermined error value, the parameter comparison unit 2110 determines that the two electric motors do not have the same parameters and compares the resistance, inductance, and back electromotive force with each other. ) Generates command output for control. Command output for heterogeneous control is described in more detail below.
- the parameter comparison unit 2110 may generate a command output for heterogeneous control when any one of the parameters exceeds a predetermined error value. , or a command output may be generated when the error value exceeds a predetermined number of parameters.
- the predetermined error value may be, for example, a % value (for example, the two values of the back electromotive force of the first motor and the back electromotive force of the second motor among the parameters differ by more than 10%).
- Figure 4 is a block diagram of a configuration for displaying errors as heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- the parameter comparison unit 2110 determines that the first motor 1500 and the second motor 1600 do not have the same parameters and outputs a command for heterogeneous control. Create.
- the error determination unit 2201 senses the current flowing in the first motor 1500 and the second motor 1600 by the first current sensor 1300 and the second current sensor 1400, respectively, and detects at least one of the two motors. Detects overcurrent that occurs when one motor is not controlled to the desired current.
- the error determination unit 2201 notifies the error selection unit 2203 of the result of overcurrent detection due to overcurrent.
- the error selection unit 2203 controls at least one of the two motors to the desired current based on the heterogeneous control command generated as a result of the two motors not having the same parameters and the overcurrent detection result received from the error determination unit 2201.
- the overcurrent that occurs due to this failure is judged to be an error due to the difference in parameters between the two motors.
- the power conversion device 1000 including the control unit 2000 may further include a display 2900.
- the display 2900 may compare parameters of the first motor 1500 and the second motor 1600 and display an indication that the two motors are of different types if the parameters differ by more than a predetermined value.
- the control unit 2000 displays that the overcurrent detected by the current sensor is caused by a difference between the previously detected parameters of the first motor 1500 and the parameters of the second motor 1600 by a predetermined value or more. It can be displayed at (2900).
- the control unit 2000 may display the message 'Second motor overcurrent detected - parameter difference between motors occurs' on the display 2900.
- the power conversion device 1000 may notify the user through the display 2900 that the overcurrent and step-out phenomenon currently occurring in at least one of the motors is a parameter difference between the two motors.
- the power conversion device 1000 recognizes that a parameter difference between the two electric motors has occurred and notifies the user of this, the user can recheck or find out errors in the assembly process that cause misassembly of the electric motor on the production line and drive the electric motor. By determining changes in motor characteristics due to motor aging or external damage, the cause of the failure can be quickly determined and eliminated.
- FIG. 5A is a block diagram of a configuration for limiting the motor driving current as heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- the parameter comparison unit 2110 determines that the first motor 1500 and the second motor 1600 do not have the same parameters and generates a command output for heterogeneous control.
- the commands for heterogeneous control are the d-axis current limit (id_Limit) command and the q-axis current limit command (iq_Limit).
- the d-axis current limit command (id_Limit) may include a d-axis current limit value
- the q-axis current limit command (iq_Limit) may include a q-axis current limit value.
- the control unit 2000 may perform control to limit the driving current of the motor when overcurrent occurs due to a difference in parameters of the two motors.
- the inverter 1200 When two electric motors are operated in parallel, when the inverter 1200 outputs a driving voltage to the two electric motors, this driving voltage is equally applied to the two electric motors. In the case where two motors are handling the same load, if the parameter difference between the two motors is not large, the amount of current flowing through the two motors will be the same or within the minimum error value.
- the difference between the current values flowing through the two motors may be greater than the minimum error value. In this case, at least one of the currents flowing through the two motors exceeds the previously set current limit value. In this way, when at least one of the currents flowing through the two motors exceeds the previously set current limit value, the difference in parameters between the two motors is recognized and the current is adjusted so that both the current of each motor and the output current of the inverter (1200) do not exceed the limit value. By changing the limit value, an electric motor that previously stopped operating due to overcurrent can be driven to a certain range.
- the limit value of the current flowing in each motor is set to 2.2 [A] and the current limit value of the inverter (1200) is set to 4.5 [A]. If the parameter deviates from the expected value and there is a difference of more than a predetermined value from the parameter of the second motor (1600) and the current flowing in the first motor (1500) exceeds the limit value of 2.4 [A], when following the existing method Since the first electric motor 1500 exceeds the current limit value - for example, 2.2 [A] - the power conversion device 1000 has no choice but to stop the operation of the first electric motor 1500. Since the operation of the first electric motor 1500 is stopped, the power conversion device 1000 has no choice but to also stop the operation of the second electric motor 1600 that is operating in parallel.
- the parameters of the first electric motor 1500 deviate from the expected value, causing a difference of more than a predetermined value from the parameters of the second electric motor 1600, and the
- the control unit 2000 changes the current limit value of the first motor - for example, to 2.5 [A] - and takes into account the current limit value of 4.5 [A] of the inverter 1200.
- the current limit value of the second motor 1600 needs to be adjusted below 2.0 [A].
- the first electric motor (1500) can be operated without stopping the operation of the inverter 1200 due to overcurrent exceeding the current limit value in the first motor 1500. Operation of the inverter 1200 can be continued by actively changing the current limit values of each of the 1500) and the second electric motor 1600.
- the current limit value of the first motor 1500 must be set to be smaller than the demagnetization level current value of the first motor 1500.
- the demagnetization level current value may be previously stored in the memory of the power conversion device 1000 when the specifications of the first electric motor 1500 are determined.
- the current limit value of the second motor 1600 is greater than the current limit value of the first motor 1500, the current limit value of the second motor 1600 must be smaller than the demagnetization level current value of the second motor 1600.
- the demagnetization level current value of the second motor 1600 also needs to be stored in advance in the memory of the power conversion device.
- heterogeneous control by the control unit 2000 is performed by at least one of the driving current of the first electric motor 1500 and the driving current of the second electric motor 1600 based on the detected parameters of each electric motor.
- the inverter 1200 is controlled to be below a predetermined limit value.
- the control unit 2000 limits the driving current of each motor to be below a predetermined limit value
- the q-axis current of the motor subject to driving current limitation is transferred from the q-axis current limiting unit 2011, and the d-axis current is transferred from the d-axis current limiting unit. (2012), each can be restricted independently.
- the power conversion device 1000 may change one of the driving current limit value of the first electric motor 1500 and the driving current limit value of the second electric motor 1600 to be larger based on the parameter difference between the two electric motors.
- the driving current limit value of the other electric motor may be changed to be smaller than the original predetermined current limit value in consideration of the overall limit value of the inverter 1200. For example, if the resistance value of the first motor 1500 among the parameters is smaller than the resistance value of the second motor 1600, the driving current limit value of the first motor 1500 may be changed to be larger.
- control unit 2000 controls the inverter 1200 by setting the driving current limit value of the first electric motor 1500 and the driving current limit value of the second electric motor 1600 differently based on the detected parameters of the two electric motors. and can drive two electric motors.
- the control unit 2000 controls the load of the first motor 1500 and the second motor 1600. Due to parameter differences, or when the loads applied to the two motors are different and the parameters of the two motors are also different, a difference may occur between the rotation speed of the first motor 1500 and the rotation speed of the second motor 1600. At this time, a compensation current command can be generated based on the parameter difference and/or load difference between the two motors.
- the compensation current command is centered around the d-axis current compensation unit 2812.
- the control unit 2000 removes this difference and provides a current command (Id1*) so that the rotation speeds of the two motors are the same. ) is compensated.
- FIG. 5B is a diagram illustrating d-q axis current and voltage when the load and parameters of the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 match according to an embodiment of the present disclosure.
- the control unit 2000 controls the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600, as shown in FIG. 5B.
- control unit 2000 can control the d0-axis current of '0' and the q0-axis current of 'I0q0' to flow in the first motor 1500 and the second motor 1600.
- the back electromotive force (E0) caused by the rotational speed of the motor rotor ( ⁇ r ) and the magnetic flux of the rotor ( ⁇ f ) is generated in the direction consistent with the q0 axis, and the voltage drop by the coil of the stator is ⁇ r *Ls* I0 occurs in a direction perpendicular to the dq-axis current I0.
- the voltage drop ⁇ r *Ls*I0 caused by the coil wound around the stator occurs in the d0 axis direction.
- V0 is the sum of the d0-axis voltage V0d0 and the q0-axis voltage V0q0 on the vector.
- the control unit 2000 sets d0 to the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 as shown in FIG. 5B.
- the inverter 1200 is controlled to apply the axis voltage V0d0 and the q0 axis voltage V0q0.
- the d0-axis current of '0' and the q0-axis current of I0q0 are supplied to the first motor 1500 and the second motor 1600.
- the control unit 2000 can control the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 based on the driving current and rotation speed of the first electric motor 1500. Specifically, the control unit 2000 converts the a, b, and c phase currents supplied to the first motor 1500 into d-q, and converts the first motor (1500) based on the converted d-q axis current and the rotation speed of the first motor 1500. 1500) generates d-q axis current commands id1* and iq1* to be supplied.
- the d-axis current command Id1* is converted into a current command Id1** limited by the d-axis current limiter (2012), and the q-axis current command Iq1* is converted into a current command Iq1** limited by the q-axis current limiter (2011).
- the control unit 2000 applies the limited current command of the d-q axis to the input of the d-axis current control unit 2002 and the q-axis current control unit 2001, respectively, and finally provides a d-q axis voltage command to be applied to the first motor 1500.
- Vd1* and Vq1* are generated.
- the generated d-q axis voltage commands Vd1*, Vq1* are converted into a, b, and c phase voltage commands (Vabc*) through the output coordinate conversion unit 2050 and sent to the inverter 1200 by the PWM signal generator 2060.
- the first motor 1500 and the second motor 1600 are driven by outputting the PWM signal (Vpwm) to be applied.
- the a, b, and c phase currents supplied to the first motor 1500 are the same as those of the second motor 1500. It is the same as the a, b, and c phase currents supplied to (1600).
- the load on the first electric motor 1500 and the load on the second electric motor 1600 are different or the load on the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 are different due to disturbance or other factors. If the parameters are different, the rotation speed of the first electric motor 1500 and the rotation speed of the second electric motor 1600 are different, and the rotor position ( ⁇ 1) of the first electric motor 1500 and the rotor position of the second electric motor 1600 ( ⁇ 2) changes. As a result, the d1 axis - q1 axis of the first motor (1500) and the d2 axis - q2 axis of the second motor (1600) become different from each other.
- Figure 5c shows the d-q axis voltage applied to the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 when the rotation speeds of the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 are different from each other according to an embodiment of the present disclosure. shows.
- the d1-q1 axis of the first motor 1500 and the second motor 1500 2 The d2 axis and q2 axis of the electric motor 1600 are misaligned with each other.
- the d-q axis voltage in the first motor 1500 and the second motor 1600 according to FIG. 5B.
- V0 When V0 is applied, the d1-axis voltage of V0d1 and the q-axis voltage of V0q1 are applied to the first motor 1500, while the d2-axis voltage of V0d2 and the q2-axis voltage of V0q2 are applied to the second motor 1600.
- the first voltage supplied to the first motor 1500 The driving current (Iabc1) and the second driving current (Iabc2) supplied to the second motor 1600 are different from each other. In other words, if the loads on the first motor 1500 and the second motor 1600 are different and/or the parameters of the two motors are different, the driving current and rotation speed of the first motor 1500 are no longer used.
- the second electric motor 1600 cannot be controlled.
- the control unit 2000 operates the first electric motor 1500 without changing the output torque of the first electric motor 1500.
- the d1-axis current (Id1) of the first electric motor 1500 can be changed.
- the control unit 2000 can change the q1-axis voltage (Vq1).
- Equation 3 since the output torque (Te) of the motor depends on the q-axis current (Iqk) of the motor and the d-axis voltage (Vdk) of the motor, the d1-axis current (Id1) and q1 of the first motor (1500) Even if the shaft voltage Vq1 is changed, the output torque of the first motor 1500 is not affected.
- the control unit 2000 fixes the q1-axis current and d1-axis voltage of the first electric motor 1500 to be constant and the output torque of the second electric motor 1600.
- the d1-axis current and q1-axis voltage of the first motor 1500 can be changed.
- the output torque of the second electric motor 1600 can be changed by changing the d1-axis current and q1-axis voltage of the first electric motor 1500.
- control unit 2000 receives feedback on the rotation speed of the second electric motor 1600 and operates the first motor ( 1500) d1 axis current can be controlled.
- 5D to 5F illustrate an example of increasing the d1-axis current of the first electric motor 1500 according to an embodiment of the present disclosure.
- the control unit 2000 may increase the d1-axis current to the initial dq-axis current I0 and add I1d1 to supply the dq-axis current I1 to the first motor 1500.
- the control unit 2000 operates the inverter so that the dq-axis voltage V1 corresponding to the vector sum of the back electromotive force E0 and the voltage drop due to the coil ⁇ r * Ls * I0 is applied to the first motor 1500 and the second motor 1600. (1200) can be controlled.
- the inverter 1200 can be controlled to do so.
- the d-q axis applied to the second motor 1600 When the voltage is changed from V0 to V1, the d2-axis voltage applied to the second motor 1600 increases from V0d2 to V1d2, and the q-axis voltage increases from V0q2 to V1q2, as shown in FIG. 5E. Additionally, as the d2-axis voltage of the second motor 1600 increases, the q2-axis current increases, and the output torque of the second motor 1600 increases due to the increase in q2-axis current.
- d-q applied to the second motor 1600 when there is a difference of + ⁇ between the d1 axis-q1 axis of the first motor 1500 and the d2 axis-q2 axis of the second motor 1600, d-q applied to the second motor 1600
- the axis voltage changes from V0 to V1 the d2-axis voltage applied to the second motor 1600 decreases from V0d2' to V1d2', and the q-axis voltage increases from V0q2' to V1q2', as shown in FIG. 5F.
- the q2-axis current decreases, and the output torque of the second electric motor 1600 decreases due to the decrease in q2-axis current.
- 5G to 5I are diagrams illustrating an example of reducing the d1-axis current of the first electric motor according to an embodiment of the present disclosure.
- the control unit 2000 adds a negative d1-axis current I2d2 to the initial dq-axis current I0, and controls the inverter 12000 to supply the dq-axis current I2 to the first motor 1500.
- the control unit 2000 operates the inverter so that the dq-axis voltage V2 corresponding to the vector sum of the back electromotive force E0 and the voltage drop due to the coil ⁇ r * Ls * I0 is applied to the first motor 1500 and the second motor 1600. (1200).
- the d-q axis applied to the second motor 1600 When the voltage is changed from V0 to V2, the d2-axis voltage applied to the second motor 1600 decreases from V0d2 to V2d2, and the q-axis voltage decreases from V0q2 to V2q2, as shown in FIG. 5h. Additionally, as the d2-axis voltage of the second motor 1600 decreases, the q2-axis current decreases, and the output torque of the second electric motor 1600 decreases due to the decrease in q2-axis current.
- d-q applied to the second motor 1600 when there is a difference of + ⁇ between the d1 axis-q1 axis of the first motor 1500 and the d2 axis-q2 axis of the second motor 1600, d-q applied to the second motor 1600
- the d2-axis voltage applied to the second motor 1600 increases from V0d2' to V2d2', and the q-axis voltage decreases from V0q2' to V2q2', as shown in FIG. 5I.
- the d2-axis voltage of the second motor 1600 increases, the q2-axis current increases, and the output torque of the second motor 1600 increases due to the increase in q2-axis current.
- the control unit 2000 operates the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600 according to the positions of the rotors of the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600.
- the output torque of the second electric motor 1600 can be increased or decreased by increasing or decreasing the d1-axis current of the first electric motor 1500.
- the control unit 2000 operates the first electric motor so that the output torque of the second electric motor 1600 is reduced.
- the d1-axis current of (1500) can be reduced.
- the control unit 2000 may change the d1-axis current of the first motor 1500 to increase the output torque of the second motor.
- FIGS. 6A, 6B, and 6C are current waveform diagrams when two electric motors are driven by limiting the motor driving current as heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- a first driving current 6010 flowing through the first electric motor 1500 and a second driving current 6020 flowing through the second electric motor 1600 are shown.
- the first drive current 6010 and the second drive current 6020 flowing in each motor during parallel operation have the same magnitude. has the same phase as According to Figure 6a, the peak value of the current flowing in each motor is 2 [A].
- the current limit value of the inverter 1200 driving two electric motors in parallel is 4 [A]. In the case of Figure 6a, the driving current limit value flowing through the two motors is each 2 [A].
- Figure 6b shows the driving current waveform flowing through each motor when the back electromotive force of the first motor 1500 is about 16% smaller than that of the second motor 1600.
- a parameter difference occurred between the first electric motor 1500 and the second electric motor 1600, and the second driving current 6020 flowing in the second electric motor 1600 according to the parameter difference is greater than that of the first electric motor 1500.
- the peak value of the second driving current 6020 is about 3 [A], so even if the second driving current 6020 is slightly out of phase with the first driving current 6010, the first driving current 6010 and the second driving current 6010 A section occurs where the sum of the driving currents 6020 exceeds 4 [A]. Therefore, the power conversion device 1000 cannot stop operation because the driving current of the inverter 1200, which is the sum of the first driving current 6010 and the second driving current 6020, exceeds the current limit value of 4 [A]. There is no choice but to do so.
- Figure 6c is a waveform of the driving current when the limit value of the driving current flowing in the motor is set differently based on parameter differences according to an embodiment of the present disclosure.
- each current limit value is actively set to prevent operation of the power conversion device 1000 from stopping.
- the driving current limit value is set to the first driving current 6010 and the second driving current 6020 so that the sum of the first driving current 6010 and the second driving current 6020 does not exceed 4 [A].
- Each setting at 6020 is set differently to prevent operation of the power conversion device 1000 from stopping. As shown in FIG. 6b, in order to prevent sections exceeding the inverter 1200 current limit value of 4[A], in FIG. 6c, if the current limit value of the first driving current 6010 is set slightly lower than the existing 2[A], all sections The sum of the first driving current 6010 and the second driving current 6020 does not exceed the current limit value of the inverter 1200.
- Figure 7 is a block diagram of a configuration for selecting a master control target as heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- the power conversion device 1000 controls one of the first motor 1500 and the second motor 1600 by designating it as a master through the control unit 2000. Usually, it is desirable to designate and control the motor with greater torque among the two motors as the master.
- the control unit 2000 receives the current values (iq1, id1, iq2, id2) of the two motors as input and selects which of the two motors has a larger load. Simply identify the motor, designate that motor as the master, and designate another motor as the slave to control it. However, when there is a difference in the parameters of the two motors, the control selection unit 2300 of the control unit 2000 selects the current values (iq1, id1, iq2, id2) of the two motors to compare and determine the size of the load applied to the two motors. In addition, since the difference in parameters between the two electric motors must be considered, the decision value (Select) of the parameter comparison unit 2110 is also received as an input.
- the control selection unit 2300 finally designates the master by considering not only the load size of the two motors but also the parameter differences between the two motors. At this time, if there are differences in parameters, we will learn how to select the d-q axis current that minimizes loss.
- equation 5 can be derived from equation 2.
- V is the dq voltage applied to the first motor 1500 and the second motor 1600
- Vd1 is the d-axis voltage of the first motor 1500
- Vq1 is the q-axis voltage of the first motor 1500
- Vd2 is the d-axis voltage of the second motor 1600
- Vq2 is the q-axis voltage of the second motor 1600
- Rs is the resistance of the coil included in the stator
- Ls is the inductance of the coil included in the stator
- ⁇ f is The magnetic flux of the permanent magnet included in the rotor
- ⁇ r is the rotation speed of the rotor
- Id1 is the d-axis current of the first motor 1500
- Iq1 is the q-axis current of the first motor 1500
- Id2 is the second motor.
- the d-axis current of (1600), Iq2, is the q-axis current of the second motor (1600).
- Equation 5 it is difficult to change the q-axis current (Iq1) of the first motor 1500 and the q-axis current (Iq2) of the second motor 1600 in order to generate output torque corresponding to the load.
- the d-axis current (Id1) of the first motor (1500) and the d-axis current (Id2) of the second motor (1600) are within a range where the first motor (1500) and the second motor (1600) have the same rotation speed. Changes are possible within.
- Equation 6 the relationship between Id1 and Id2 is summarized in Equation 5 as the following Equation 6.
- P(loss) is the conduction loss of the first motor 1500 and the second motor 1600.
- the q-axis current (Iq1) of the first motor 1500 and the q-axis current (Iq2) of the second motor 1600 are difficult to change to generate output torque according to the load, so the first motor ( 1500) and the second motor 1600, (Id1 2 + Id2 2 ) must be minimized.
- Id1 and Id2 have a hyperbolic relationship. At this time, when the circle by (Id1 2 + Id2 2 ) and the hyperbola by Equation 6 touch, (Id1 2 + Id2 2 ) will be the minimum. When (Id1 2 + Id2 2 ) becomes minimum, the relationship in Equation 8 below is established between Id1 and Id2.
- the relationship between Id1 and Id2 according to Equation 8 shows that the Id1 and Id2 values that minimize P(loss) are determined assuming that the motor parameters such as Rs, Ls, and ⁇ f are the same. If there is a difference in parameters between the two motors, the motor that can be controlled to minimize P (loss) is designated as the master according to an embodiment of the present disclosure. For example, the load on the first motor 1500 is greater than the load on the second motor 1600, but when calculating the current that minimizes loss by considering parameters, the second motor 1600 is designated as the master. If the loss P(loss) decreases, the control selection unit 2300 designates the second motor 1600 as the master.
- Equation 5 For example, if the stator resistance is different between the first motor 1500 and the second motor 1600, Equation 5 will be changed as Equation 9 below.
- Equation 9 it is assumed that the stator resistances of the first motor 1500 and the second motor 1600 are different from each other, but the inductance Ls of the coil included in the stator of the first motor 1500 and the second motor 1600 is Even if the magnetic flux ⁇ f of the permanent magnets included in the rotor is different from each other, it can be expressed through Equation 10 and Equation 11 below.
- stator resistance Rs of the first motor 1500 and the second motor 1600, and the inductance Ls of the coil included in the stator of the first motor 1500 and the second motor 1600 or the first It is conceivable that at least two of the magnetic fluxes ⁇ f of the permanent magnets included in the rotors of the electric motor 1500 and the second electric motor 1600 are different from each other, or all different, and when all three parameters are different, Equation 12 It was expressed as .
- Equations 9 to 12 the equations related to the applied voltage are the same as Equations 9 to 12, and the optimal control point that minimizes conduction loss can be found according to the equations in the preceding equations 6 to 8.
- the control selection unit 2300 may select a master control target based only on the parameter differences between the two electric motors without considering the load on the two electric motors. Based on the parameter difference between the two motors, if a larger current flows in the first motor 1500 than the second motor 1600 based on the same load, the first motor 1500 is selected as the master control target. In other words, the motor carrying a larger current can be designated as the master.
- the load on the first motor 1500 is slightly larger than the load on the second motor 1600, but the back electromotive force of the first electric motor 1500 is smaller than the back electromotive force of the second electric motor 1600, resulting in
- the control selection unit 2300 designates the second motor 1600 as the master.
- the control selection unit 2300 applies the master control current commands Iqm* and Idm* to the inputs of the q-axis current control unit 2001 and the d-axis current control unit 2002, respectively, based on the master control target selection, and the q-axis current
- the output of the control unit 2001 and the d-axis current control unit 2002 generates master control voltage commands Vqm* and Vdm* and are applied as a voltage command input to the final PWM signal generation unit 2060 through the output coordinate conversion unit 2050. do.
- Figure 8 is a block diagram of a power conversion device that performs heterogeneous control according to an embodiment of the present disclosure.
- the control unit 2000 of the power conversion device 1000 includes a parameter comparison function through the parameter determination unit 2100, an error determination unit 2201, and an error selection unit ( 2203) and display 2900 for error display (different types of display due to parameter differences between the two motors), and the q-axis current limiter (2011) and d-axis current limiter (2012) considering the parameter differences between the two motors. It includes both a current limiting function and a function of a control selection unit 2300 that selects a master control target among electric motors considering parameter differences and/or load current differences. Since each function has been described in detail with reference to FIGS. 3, 4, 5, and 7 above, separate description will be omitted here. However, each function may be added or deleted by the designer of the power conversion device 1000 as needed.
- Figure 9 is a flowchart for performing heterogeneous control when a plurality of motor parameters are different according to an embodiment of the present disclosure.
- step 9010 the processor of the power conversion device 1000 drives the inverter 1200 to connect the first motor 1500 and the second motor 1600 in parallel to perform parallel operation.
- step 9020 the processor of the power conversion device 1000 estimates/measures and determines the parameters of the first electric motor 1500 and the parameters of the second electric motor 1600.
- the motor parameter estimation/measurement method has been described in detail with reference to FIG. 3, so it is omitted here.
- Parameters include, but are not limited to, resistance of the motor, inductance of the motor, and back electromotive force.
- the leakage inductance of an electric motor can also be included as a parameter.
- the processor of the power conversion device 1000 compares the estimated (measured) parameters of the first motor 1500 and the parameters of the second motor 1600 to determine whether there is a difference of more than a predetermined value.
- step 9040 if the processor of the power conversion device 1000 determines that the parameters of the first electric motor 1500 and the parameters of the second electric motor 1600 are different by a predetermined value or more as a result of the previous parameter comparison, the first electric motor 1500
- the inverter 1200 is controlled through heterogeneous control of the and second electric motors 1600.
- Heterogeneous control according to the parameter difference between the two motors includes a function of indicating (9051) that the first motor (1500) and the second motor (1600) are heterogeneous, and a limit value of the driving current of the first motor (1500) based on the different parameters.
- a function to perform control to compensate for the d-axis current of the master control target motor (9054), and when a parameter difference occurs, the first motor (1500) and the second motor (1600) are operated at the optimal control point (9055) Includes at least one of the required functions.
- Figure 10 is a block diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present disclosure.
- the power conversion device 1000 may include an inverter 1200 and a control unit 2000. However, not all of the illustrated components are essential components.
- the power conversion device 1000 may be implemented with more components than the illustrated components, or the power conversion device 1000 may be implemented with fewer components than the illustrated components.
- the power conversion device 1000 according to an embodiment of the present disclosure includes, in addition to the inverter 1200 and the control unit 2000, a first current sensor 1300, a second current sensor 1400, It may include a first position detector 1700, a second position detector 1800, a communication interface 2500, an input interface 2600, a memory 2700, and a display 2900.
- the inverter uses switching elements SW1 (1201), SW2 (1202), SW3 (1203), SW4 (1204), SW5 (1205), and SW6 (1206) to convert the DC link voltage to alternating voltage by a PWM signal. Includes.
- the first motor 1500 and the second motor 1600 connected in parallel are driven through the alternating voltage generated by switching the switching elements.
- the control unit 2000 controls the overall operation of the power conversion device 1000.
- the control unit 2000 includes a processor 2400 for overall control of the power conversion device 1000.
- the processor 2400 can control the inverter 1200, the communication interface 2500, the display 2900, the input interface 2600, and the memory 2700 by executing programs stored in the memory 2700.
- the power conversion device 1000 may be equipped with an artificial intelligence (AI) processor.
- Artificial intelligence (AI) processors may be manufactured in the form of dedicated hardware chips for artificial intelligence (AI), or may be manufactured as part of an existing general-purpose processor (e.g. CPU or application processor) or graphics-specific processor (e.g. GPU). It may also be mounted on the power conversion device 1000.
- the processor 2400 may perform functions within the control unit 2000 shown in FIG. 8.
- the processor 2400 includes the speed control unit 2040, the q-axis current limiter 2011, and the q-axis within the control unit 2000 shown in FIGS. 2B, 3, 4, 5, 7, and 8.
- the functions of the current selection unit 2030, the output coordinate conversion unit 2050, and the PWM signal generation unit 2060 can all be performed.
- the processor 2400 can control the display 2900 to display the content of the notification by the error selection unit 2203.
- the first current sensor 1300 and the second current sensor 1400 sense the driving currents of the first motor 1500 and the second motor 1600, respectively.
- the first current sensor 1300 and the second current sensor 1400 may be a current transformer (CT) that measures driving current in real time by allowing a wire connected to an electric motor to pass through.
- CT current transformer
- the first position detector 1700 and the second position detector 1800 are attached to each of the first motor 1500 and the second motor 1600 and are used to detect the position of the rotor and calculate the motor speed.
- the first position detector 1700 and the second position detector 1800 may be Hall sensors, encoders, or resolvers.
- the communication interface 2500 may include one or more components that enable communication between the power conversion device 1000 and a server device (not shown), or between the power conversion device 1000 and a mobile device (not shown).
- the communication interface 2500 may include a short-range communication unit 2510, a long-distance communication unit 2520, etc.
- the short-range wireless communication unit (2510) includes a Bluetooth communication unit, a Bluetooth Low Energy (BLE) communication unit, a near field communication unit (NFC), a WLAN (Wi-Fi) communication unit, a Zigbee communication unit, and an infrared communication unit. (IrDA, infrared Data Association) communication unit, WFD (Wi-Fi Direct) communication unit, UWB (ultra wideband) communication unit, Ant+ communication unit, etc., but is not limited thereto.
- the long-distance communication unit 2520 may be used to communicate with a server device when the power conversion device 1000 is remotely controlled by a server device (not shown) in an IoT (Internet of Things) environment.
- the long-distance communication unit 1520 may include the Internet, a computer network (eg, LAN or WAN), and a mobile communication unit.
- the mobile communication unit may include, but is not limited to, a 3G module, 4G module, 5G module, LTE module, NB-IoT module, LTE-M module, etc.
- Display 2900 is used to display necessary data.
- the display 2900 can also be used as an input interface 2600.
- the display 2900 may be a liquid crystal display, a thin film transistor-liquid crystal display, a light-emitting diode (LED), an organic light-emitting diode, or a flexible display. It may include at least one of a flexible display, a 3D display, and an electrophoretic display. And depending on the implementation form of the power conversion device 1000, the power conversion device 1000 may include two or more displays 2900.
- the input interface 2600 is for receiving input from the user.
- the input interface 2600 includes a key pad, a dome switch, and a touch pad (contact capacitive type, pressure resistance type, infrared detection type, surface ultrasonic conduction type, and integral tension measurement type). , piezo effect method, etc.), a jog wheel, or a jog switch, but is not limited thereto.
- the input interface 2600 may include a voice recognition module.
- the power conversion device 1000 may receive a voice signal, which is an analog signal, through a microphone, and convert the voice portion into computer-readable text using an Automatic Speech Recognition (ASR) model.
- ASR Automatic Speech Recognition
- NLU Natural Language Understanding
- the ASR model or NLU model may be an artificial intelligence model.
- Artificial intelligence models can be processed by an artificial intelligence-specific processor designed with a hardware structure specialized for processing artificial intelligence models. Artificial intelligence models can be created through learning.
- An artificial intelligence model may be composed of multiple neural network layers. Each of the plurality of neural network layers has a plurality of weight values, and neural network calculation is performed through calculation between the calculation result of the previous layer and the plurality of weights.
- Linguistic understanding is a technology that recognizes and applies/processes human language/characters, including Natural Language Processing, Machine Translation, Dialog System, Question Answering, and Voice Recognition. /Speech Recognition/Synthesis, etc.
- the memory 2700 may store programs for processing and controlling the processor 2400, and may store input/output data (e.g., recipe information, area table, interval table, crop area size information, distortion correction value, brightness level table, etc.) can also be saved.
- the memory 2700 may store an artificial intelligence model.
- the memory 2700 may store an artificial intelligence model for object recognition, an artificial intelligence model for recipe recommendation, etc.
- the memory 2700 is a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, SD or XD memory, etc.), and RAM.
- RAM Random Access Memory
- SRAM Static Random Access Memory
- ROM Read-Only Memory
- EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
- PROM Programmable Read-Only Memory
- magnetic memory magnetic disk
- magnetic disk and may include at least one type of storage medium among optical disks.
- the power conversion device 1000 may operate a web storage or cloud server that performs a storage function on the Internet.
- Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination.
- Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for this disclosure or may be known and available to those skilled in the art of computer software.
- Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
- Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.
- Computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and non-volatile media, removable and non-removable media. Additionally, computer-readable media may include both computer storage media and communication media.
- Computer storage media includes both volatile and non-volatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, program modules or other data.
- Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transmission mechanism, and includes any information delivery medium. Additionally, some embodiments of the present disclosure may be implemented as a computer program or computer program product that includes instructions executable by a computer, such as a computer program executed by a computer.
- a storage medium that can be read by a device may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
- 'non-transitory storage medium' simply means that it is a tangible device and does not contain signals (e.g. electromagnetic waves). This term refers to cases where data is semi-permanently stored in a storage medium and temporary storage media. It does not distinguish between cases where it is stored as .
- a 'non-transitory storage medium' may include a buffer where data is temporarily stored.
- Computer program products are commodities and can be traded between sellers and buyers.
- a computer program product may be distributed in the form of a machine-readable storage medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)) or through an application store or between two user devices (e.g. smartphones). It may be distributed in person or online (e.g., downloaded or uploaded). In the case of online distribution, at least a portion of the computer program product (e.g., a downloadable app) is stored on a machine-readable storage medium, such as the memory of a manufacturer's server, an application store's server, or a relay server. It can be temporarily stored or created temporarily.
- a machine-readable storage medium such as the memory of a manufacturer's server, an application store's server, or a relay server. It can be temporarily stored or created temporarily.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
본 개시의 일 실시예에 따른 공기 조화기는 제 1 전동기와 제 2 전동기를 병렬로 연결하여 구동하는 인버터, 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터를 결정하고, 결정된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터를 비교하여 소정의 값 이상 차이가 있는지 여부를 판단하고, 및 판단 결과 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터가 소정의 값 이상 차이가 있으면 제 1 전동기와 제 2 전동기의 이종 제어를 통해 상기 인버터를 제어하는 프로세서를 포함한다.
Description
본 개시의 일 실시예에들은 파라미터 차이가 있는 복수의 전동기를 하나의 인버터에 연결하여 연결된 복수의 전동기를 안정적으로 구동하기 위한 인버터 장치와 운전 방법에 관한 것이다.
인버터는 교류 전원 혹은 직류 전원을 교류 전원으로 전환하여 전압과 주파수를 자유롭게 제어할 수 있는 전력변환장치이다. 인버터의 응용 분야는 일일이 거론할 수 없을 만큼 다양한데, 가전 기기로는 세탁기, 에어컨, 냉장고, 인덕션 조리 장치, 전기오븐 등이 있고 산업 전기 장치로는 엘리베이터, 에스컬레이터, 무빙 워크, UPS, 전기 용접기, 전기 자동차, 전동 스쿠터 등 이루 헤아릴 수 없다.
이 중 복수의 전동기를 하나의 인버터로 구동하는 전동기 병렬 운전은 두가지 부하를 하나의 인버터로 구동할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 하나의 인버터를 이용하여 복수의 전동기를 구동하는 연결도를 나타낸다. 도 1에서는 2개의 전동기만 표시되었지만 전동기가 유도기(induction motor)인 경우 보다 많은 전동기를 하나의 인버터에 연결하여 운전할 수도 있다.
도 1에서는 인버터를 DC 링크(Vdc)와 스위칭 소자를 포함하는 장치로 도시하였으나 DC 링크를 확립하기 위해 교류 전원을 정류하는 다이오드 소자를 포함하는 정류부를 더 포함할 수도 있다.
두 개 이상의 전동기를 인버터에 의해 병렬로 운전하는 응용 예로는 공기 조화기(에어컨)의 실외기를 예로 들 수 있다. 사무실이나 가정 내에서 복수의 실외기 - 복수의 팬 각각에 연결된 복수의 전동기 -를 사용하는 경우 실외기 팬은 동일한 속도로 운전되는데, 이 때 복수의 실외기 팬을 하나의 인버터로 운전할 수 있다. 또 다른 응용 예로는 공장의 컨베이어 벨트를 구동하는 두 개의 전동기를 예로 들 수 있다. 컨베이어 벨트는 양쪽의 전동기가 동일하게 구동되는 것이 바람직한데, 이 경우 하나의 인버터로 두 개의 전동기를 병렬 운전할 수 있다.
이러한 병렬 운전 방법은 유도기에 대해서 가장 먼저 연구되었는데, 이는 유도기가 계통(system)에 병렬로 연결되어 구동되어 왔던 것에 기인한다. 유도기 자체가 운전 시 슬립(slip)을 가지고 있기 때문에 고정 전압, 고정 주파수 전원에 대하여 안정적인 구동 특성을 가지는 것은 널리 알려져 있으며 이러한 특성이 인버터를 사용하는 경우에도 동일하게 적용된다. 인버터 병렬 운전은 시스템 자체의 무게나 가격 절감 효과가 있기 때문에 가변 주파수 운전을 요구하는 다양한 응용 분야에 많이 적용되어 사용되어 왔다. 최근에는 동기 전동기가 높은 효율과 전력 밀도를 이유로 많이 사용되면서 동기 전동기를 병렬로 구동하는 방법들에 대한 논의도 많이 진행되어 왔다.
하나의 인버터로 복수의 전동기를 병렬 운전하는 경우 복수의 전동기들이 동일한 특성을 가지는 것에 기반하여 복수의 전동기를 운전한다. 따라서, 복수의 전동기 간 파라미터(저항, 인덕턴스, 역기전력 등) 차이가 큰 경우 최적 제어 동작점에서 전동기들을 동작할 수 없거나, 운전 자체가 불가능해진다. 복수의 전동기를 하나의 인버터로 병렬 운전하는 구조는 1개의 인버터에 병렬로 복수의 전동기를 연결하여 운전하기 때문에, 복수의 전동기 특성 차이가 발생하면 제어 대상이 아닌 전동기에 전류가 과도하게 인가될 수도 있고, 이 경우 계통 자체의 보호 동작에 의하여 전동기 구동이 불가할 수 있다. 또한, 전동기의 노화가 진행되는 경우 전동기의 파라미터가 변화할 수 있으므로, 이러한 전동기의 파라미터 변화에 대응하기 위한 구동 방법이 필요하다.
본 개시의 일 실시예에 따른 공기 조화기는, 제 1 실외기를 구동하는 제 1 전동기와 제 2 실외기를 구동하는 제 2 전동기를 병렬로 연결하여 구동하는 인버터, 및 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터를 결정하고, 결정된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터를 비교하여 소정의 값 이상 차이가 있는지 여부를 판단하고, 판단 결과 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터가 소정의 값 이상 차이가 있으면 제 1 전동기와 제 2 전동기의 이종 제어를 통해 인버터를 제어하는 프로세서를 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따라 제 1 실외기를 구동하는 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 실외기를 구동하는 제 2 전동기의 파라미터를 결정하는 단계, 결정된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터를 비교하여 소정의 값 이상 차이가 있는지 여부를 판단하는 단계, 판단 결과 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터가 소정의 값 이상 차이가 있으면 제 1 전동기와 제 2 전동기의 이종 제어를 통해 인버터를 제어하는 단계를 포함하는, 인버터를 포함하는 공기 조화기를 통해 파라미터 차이가 있는 복수의 실외기 구동용 전동기를 병렬로 구동하는 방법이 제공된다.
도 1은 하나의 인버터를 이용하여 복수의 전동기를 구동하는 연결도를 나타낸다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 전동기를 병렬로 구동하는 장치의 블록도이다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 전동기를 병렬 구동하는 전력 변환 장치에서 제어부의 블록도이다.
도 2c는 본 개시의 일 실시예에 따른 전원부와 인버터의 회로도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 전동기의 파라미터를 고려하여 복수의 전동기를 병렬로 구동하는 장치의 블록도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어로서 에러 표시를 하는 구성의 블록도이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어로서 전동기 구동 전류를 제한하는 구성의 블록도이다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따라 제 1 전동기와 제 2 전동기의 부하 및 파라미터가 일치하는 경우 d-q 축 전류와 전압을 도시하는 도면이다.
도 5c는 본 개시의 일 실시예에 따라 제 1 전동기와 제 2 전동기의 회전 속도가 서로 달라지는 경우 제 1 전동기와 제 2 전동기에 인가되는 d-q축 전압을 도시한다.
도 5d, 도 5e 및 도 5f는 본 개시의 일 실시예에 따라 제 1 전동기의 d1축 전류를 증가시키는 일례를 도시한다.
도 5g, 도 5h 및 도 5i는 본 개시의 일 실시예에 따라 제 1 전동기의 d1축 전류를 감소시키는 일례를 도시한다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c 는 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어로서 전동기 구동 전류를 제한하여 두 대의 전동기를 구동하는 경우 각 전류 파형도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어로서 마스터 제어 대상을 선택하는 구성의 블록도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어를 수행하는 전력 변환 장치의 블록도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 전동기 파라미터가 상이한 경우 이종 제어를 수행하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시에에 따른 전력 변환 장치의 블록도이다.
본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시의 일 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시의 일 실시예에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 본 개시의 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 본 개시에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 일 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시의 일 실시예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 본 개시 전체를 통하여 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 동일하거나 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 개시에서는 파라미터 차이가 있는 복수의 전동기를 최적으로 이종 제어하는 방법과 인버터 제어 장치에 대해 기술한다. 본 개시의 일 실시예들에 따라 파라미터 차이가 있는 복수의 전동기를 효율적으로 제어하고 최적 제어점에서 구동할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 공기 조화기는, 제 1 실외기를 구동하는 제 1 전동기와 제 2 실외기를 구동하는 제 2 전동기를 병렬로 연결하여 구동하는 인버터, 및 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터를 결정하고, 결정된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터를 비교하여 소정의 값 이상 차이가 있는지 여부를 판단하고, 및 판단 결과 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터가 소정의 값 이상 차이가 있으면 제 1 전동기와 제 2 전동기의 이종 제어를 통해 인버터를 제어하는 프로세서를 포함한다.
일 실시예에 따라, 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터는 각 전동기의 저항, 인덕턴스 및 역기전력 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따라, 공기 조화기는 디스플레이를 더 포함하고, 이종 제어는 프로세서가 디스플레이에 제 1 전동기와 제 2 전동기가 이종이라는 표시를 하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 전류를 검출하는 전류 센서를 더 포함하고, 이종 제어는 프로세서가 전류 센서를 통해 센싱한 전류가 인버터가 제어하고자 하는 소정의 전류값을 넘어서는 과전류인 것으로 판단된 경우, 과전류는 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터가 소정의 값 이상 차이로 인한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 공기 조화기는 디스플레이를 더 포함하고, 이종 제어는 과전류는 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터가 소정의 값 이상 차이로 인한 것임을 디스플레이에 표시하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 이종 제어는 프로세서가 결정된 파라미터에 기초하여 제 1 전동기의 구동 전류의 제한값과 제 2 전동기의 구동 전류의 제한값을 서로 다르게 설정하여 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 프로세서가 제 1 전동기의 구동 전류의 제한값 또는 제 2 전동기의 구동 전류의 제한값 이하가 되도록 제 1 전동기 또는 제 2 전동기의 구동 전류를 제한할 때, 구동 전류 제한 대상 전동기의 q축 전류와 d축 전류를 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 이종 제어는 프로세서가 제 1 전동기의 구동 전류의 제한값과 제 2 전동기의 구동 전류의 제한값의 합이 인버터의 구동 전류 제한값보다 같거나 작도록 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 프로세서는 서로 다르게 설정되는 제 1 전동기의 구동 전류의 제한값과 제 2 전동기의 구동 전류의 제한값 중 더 큰 값은 제 1 전동기 또는 제 2 전동기의 감자 레벨 전류보다는 작도록 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 이종 제어는 프로세서가 제 1 전동기와 제 2 전동기 중 어느 하나를 마스터 제어 대상으로 선택하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 프로세서는 제 1 전동기와 제 2 전동기의 파라미터 차이를 고려하여 두 전동기 중 더 큰 토크가 걸리고 있는 전동기를 마스터 제어 대상으로 선택하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 프로세서는 제 1 전동기와 제 2 전동기의 파라미터 차이 및 제 1 전동기와 제 2 전동기에 걸리는 부하를 함께 고려하여 두 전동기 중 더 큰 전류가 흐르고 있는 전동기를 마스터 제어 대상으로 선택하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 프로세서는 제 1 전동기와 제 2 전동기의 속도 차이가 발생하면, 제 1 전동기와 제 2 전동기 중 마스터 제어대상 전동기의 d축 전류를 보상하는 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터 차이로 인해 제 1 전동기에 걸리는 토크와 제 2 전동기에 걸리는 토크 차이가 발생하고, 제 1 전동기와 제 2 전동기의 속도 차이가 발생하되, 제 2 전동기의 회전 속도가 제 1 전동기의 회전 속도보다 빠르면 프로세서는 제 2 전동기에 걸리는 토크가 감소하도록 제 1 전동기의 d축 전류를 보상하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터 차이로 인해 제 1 전동기에 걸리는 토크와 제 2 전동기에 걸리는 토크 차이가 발생하고, 제 1 전동기와 제 2 전동기에 걸리는 부하가 서로 상이할 때, 파라미터 차이에 기초해서 도통 손실을 최소화하도록 제 1 전동기와 제 2 전동기를 구동하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터 차이로 인해 제 1 전동기와 제 2 전동기 간 토크 차이 및 속도 차이가 발생하되, 제 2 전동기의 회전 속도가 제 1 전동기의 회전 속도보다 느리면 프로세서는 제 2 전동기의 출력 토크가 증가하도록 제 1 전동기의 d축 전류를 보상하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 제 1 전동기와 제 2 전동기의 속도 차이는 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터 간의 차이 및 제 1 전동기와 제 2 전동기 각각에 걸리는 부하 차이로 인해 발생하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 인버터를 포함하는 공기 조화기를 통해 파라미터 차이가 있는 복수의 실외기 구동용 전동기를 병렬로 구동하는 방법은 제 1 실외기를 구동하는 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 실외기를 구동하는 제 2 전동기의 파라미터를 결정하는 단계, 결정된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터를 비교하여 소정의 값 이상 차이가 있는지 여부를 판단하는 단계, 판단 결과 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기의 파라미터가 소정의 값 이상 차이가 있으면 제 1 전동기와 제 2 전동기의 이종 제어를 통해 인버터를 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따라, 이종 제어를 통해 인버터를 제어하는 단계는, 결정된 파라미터에 기초하여 제 1 전동기의 구동 전류의 제한값과 제 2 전동기의 구동 전류의 제한값을 서로 다르게 설정하여 인버터를 제어하는 것을 포함한다.
일 실시예에 따라, 제 1 전동기와 제 2 전동기의 속도 차이가 발생하면, 제 1 전동기와 제 2 전동기 중 마스터 제어대상 전동기의 d축 전류를 보상하는 제어를 수행하는 단계를 더 포함한다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 전동기를 병렬로 구동하는 장치의 블록도이다.
전력 변환 장치(1000)는 전원을 공급하는 전원부(1100), 인버터(1200), 제어부(2000), 제 1 전류 센서(1300), 제 2 전류 센서(1400), 제 1 전동기(1500), 제 2 전동기(1600), 제 1 위치 검출기(1700), 제 2 위치 검출기(1800)로 구성된다.
전원부(1100)는 인버터(1200)에 직류 전원을 공급한다.
전원부(1100)의 입력은 3상 교류 전원일 수도 있고 단상 교류 전원일 수도 있다. 예를 들어 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)가 가정에서 사용하는 공기 조화기(에어컨)의 두 대의 실외기를 나타내는 경우 전원부(1100) 입력은 가정에 들어오는 220V 단상 교류 전원이 될 것이다. 일 실시예에서, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)가 공장에 설치된 컨베이어 벨트 양단에 구비된 전동기일 경우 보통 공장에는 3상 교류 전원 공급이 가능하므로 이 때 3상 교류 전원 입력을 사용하는 상업용 제품의 경우 전원부(1100)의 입력은 3상 교류 전원이 될 것이다. 전원부(1100)는 정류한 직류 전원을 적절한 레벨로 변환시키기 위한 DC-DC 컨버터를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
전원부(1100)에 포함된 정류부와 인버터(1200)를 좀더 상술하기 위해 도 2c를 참조하도록 한다.
도 2c는 본 개시의 일 실시예에 따른 전원부(1100)와 인버터(1200)의 회로도이다.
도 2c를 참조하면 전원부(1100)의 입력 전원이 3상인 경우를 도시하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 만일 전원부(1100)에 공급되는 전원이 단상 전원인 경우 정류부(1100-1)는 6개의 정류 다이오드가 필요하지 않고 4개의 정류 다이오드만 있으면 된다.
도 2c에서는 전원부(1100)의 입력 전원이 3상으로 가정하였고, 전원부(1100)는 3상 교류 전원을 정류하기 위해 6개의 정류 다이오드(1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106)로 구성된 정류부(1100-1)를 포함한다. 정류된 직류 전압은 DC 링크 커패시터(1220)에 의해 평활화된다.
인버터(1200)는 앞선 도 1a와 도 1b에서 설명된 바와 같이 DC 링크 커패시터(1220)에 의해 확립된 DC 링크 전압(Vdc)을 PWM(pulse width modulation)에 의해 스위칭하는 6개의 스위칭 소자 SW1(1201), SW2(1202), SW3(1203), SW4(1204), SW5(1205), 및 SW6(1206)를 포함한다. 스위칭 소자는 고속 스위칭이 가능한 트랜지스터, FET(field effect transistor), 또는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor)가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 고속 스위칭이 가능한 스위칭 소자는 어떤 것이든 사용될 수 있다.
다시 도 2a를 참조하여 인버터(1200)에 의한 복수의 전동기 병렬 제어에 대하여 설명하도록 한다.
인버터(1200)는 제어부(2000)의 PWM 신호에 따라 스위칭 소자를 개폐하여 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)를 구동한다. 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)는 유도 전동기(induction motor) 또는 동기 전동기(synchronous motor)를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 인버터에 의해 구동되는 교류 모터는 어떤 것이든 가능하다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 속도를 측정하기 위해 각각 제 1 위치 검출기(1700)와 제 2 위치 검출기(1800)를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 센서리스(sensorless) 제어와 같이 전동기에 위치 검출기 없이 속도를 추정하는 방식에 의해 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 속도를 추정할 수도 있다.
위 전력 변환 장치(1000)에서 제어부(2000)는 제 1 위치 검출기(1700)에 의해 검출되는 회전자의 위치(θ1)에 의해 제 1 전동기(1500)의 회전 속도를 산출하고, 제 2 위치 검출기(1800)에 의해 검출되는 회전자의 위치(θ2)에 의해 제 2 전동기(1600)의 회전 속도를 산출하여 인버터(1200)를 제어하게 된다. 제 1 위치 검출기(1700)와 제 2 위치 검출기(1800)는 회전자가 생성하는 자기장을 검출하는 홀 센서(hall sensor)를 포함할 수 있다. 홀 센서는 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 포함된 고정자의 적절한 위치에 배치되어 회전자의 회전에 따른 자기장의 변화를 감지하고, 감지된 자기장을 기초로 회전자의 위치를 검출한다. 일 실시예에서, 제 1 위치 검출기(1700)와 제 2 위치 검출기(1800)는 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)의 회전을 검출하는 엔코더(encoder)를 포함할 수 있다. 엔코더는 전동기 회전자의 회전에 따라 펄스 형태의 신호를 출력하며, 펄스의 주기 및 개수를 기초로 회전자의 회전 변위 및 회전 속도를 산출할 수 있다. 일 실시예로, 제 1 위치 검출기(1700)와 제 2 위치 검출기(1800)는 회전자의 회전의 검출하는 리졸버(resolver)를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 제 1 위치 검출기(1700)와 제 2 위치 검출기(1800)는 제 1 전류 센서(1300)와 제 2 전류 센서(1400)가 검출한 제 1 전동기(1500)의 구동 전류(Iabc1)와 제 2 전동기의 구동 전류(Iabc2)를 기초로 제 1 전동기(1500) 회전자의 위치(θ1) 및 제 2 전동기(1600) 회전자의 위치(θ2)를 산출할 수 있다. 제어부(2000)는 회전자의 위치(θ1, θ2)와 제 1 전동기(1500)의 구동 전류(Iabc1) 및 제 2 전동기의 구동 전류(Iabc2)를 기초로 인버터(1200)를 제어하는 PWM 제어 신호를 생성한다.
제어부(2000)는 제 1 전동기(1500)의 회전 속도와 제 2 전동기(1600)의 회전 속도가 달라지면 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 회전 속도가 같아지도록 인버터(1200)를 제어할 수 있다.
하지만, 이러한 제어 방식은 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 파라미터 - 전동기의 회전자 저항, 전동기의 고정자 저항, 전동기의 고정자 인덕턴스, 역기전력 등 - 가 동일하다는 가정 하에 이루어지게 되므로, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 파라미터가 서로 다른 경우 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 최적 제어 동작점에서 동작할 수 없거나 적어도 어느 하나의 전동기 운전이 불가능해질 수 있다.
따라서, 인버터(1200)와 병렬로 연결된 복수의 전동기의 파라미터를 파악하고 이를 기반으로 전동기들 간에 파라미터 차이가 있는 경우 이상 동작을 방지하기 위한 제어가 필요하다. 만일 전동기들 간 파라미터 차이가 소정의 임계값을 넘어서는 경우, 일 실시예로서 인버터(1200)의 동작을 제한하여 전동기 구동을 정지할 수 있다. 일 실시예로, 어느 하나의 전동기로 유입되는 전류가 소정의 값 이상 커서 보호 동작이 발생하는 경우, 인버터(1200)를 제어하는 제어부(2000)는 이러한 보호 동작이 전동기들 간의 파라미터 차이가 큰 이유 때문에 발생함을 확인하여 인버터(1200) 운전 방식을 변경할 수 있다. 제어부(2000)는 파악된 파라미터 기반으로 인버터(1200)에 병렬 연결된 복수의 전동기가 도통 손실이 최소화되는 최적 제어 동작점에서 안정적으로 구동될 수 있도록 인버터(1200)를 제어하며, 필요 시 전동기의 고장을 인식하여 이에 능동적으로 대응할 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐서 제어부(2000)는 하나 또는 하나 이상의 프로세서(processor)로 구현될 수 있다. 또한 프로세서는 인공 지능(AI) 프로세서를 탑재할 수 있다. 인공 지능(AI) 프로세서는, 인공 지능(AI)을 위한 전용 하드웨어 칩 형태로 제작될 수도 있고, 기존의 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor) 또는 그래픽 전용 프로세서(예: GPU)의 일부로 제작되어 전력 변환 장치(1000)에 탑재될 수도 있다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 전동기를 병렬 구동하는 전력 변환 장치에서 제어부의 블록도이다.
도 2a의 제어부(2000) 를 좀더 상세하게 나타낸 것이 도 2b이다.
도 2b에 따른 일 실시예에 따른 제어부(2000)는 속도제어부(2040), q축 전류제어부(2001), d축 전류제어부(2002), d축 전류보상부(2812), 입력좌표 변환부(2010), 속도 연산부(2020), 전류 선택부(2030), 출력좌표변환부(2050), PWM 신호 생성부(2060)로 구성된다.
속도 연산부(2020)는 제 1 전동기(1500)로부터 측정된 시간 당 위상 차이를 통해 제 1 전동기(1500)의 회전 속도(w1)를 계산한다. 보통 전동기의 시간 당 위상 차이는 홀 센서를 이용해서 측정할 수도 있고, 홀 센서 없이 전동기를 구동하는 중 전류와 전압값을 모니터링하면서 계산에 의해 추정할 수도 있다. 일 실시예에서, 제 1 전동기(1500)의 속도는 제 1 전동기(1500)의 회전자에 부착된 엔코더에 의해 측정될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 전동기의 속도를 측정하거나 계산에 의해 추정하는 다양한 방법으로 전동기 속도를 결정할 수 있다. 마찬가지로 속도 연산부(2020)는 제 2 전동기(1600)로부터 측정된 시간 당 위상(θ2) 차이를 통해 제 2 전동기(1600)의 회전 속도(w2)를 결정한다.
입력좌표변환부(2010)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 3상 전류(Iabc1, Iabc2)를 입력으로 하여 이를 d-q축 직교 좌표계를 통해 d축 전류와 q축 전류로 변환한다. 보통 3상 전류의 합은 일정하므로 실질적으로는 3상 구동 시스템에서 3상 전류는 2개의 변수 만이 존재하게 되고 이는 d축 전류와 q축 전류로 표현될 수 있다. d축 전류는 통상 전동기의 회전자가 생성하는 자기장의 방향과 일치하는 방향의 축을 의미하며, q축이라 함은 회전자가 생성하는 자기장의 방향에 90도 앞서는 방향의 축을 의미한다. 여기서 90도는 회전자의 기계적인 각도가 아닌 회전자에 포함된 인접한 N극 사이의 각도 또는 인접한 S극 사이의 각도를 360도로 환산한 전기각을 의미한다. 보통 전동기를 U, V, W 3의 상으로 표현할 때 고정자 U상 권선에서 발생한 자속의 방향으로 선정된다. 따라서, d축은 벡터 제어에서 기준이 되는 축이 된다.
그리고, q축은 d축과 직교를 이루는 축으로, 토크에 대응되는 전류 축이 된다. 따라서, 전동기 전류 제어를 하는 경우 q축 전류를 제어하게 된다. 수학식 1은 U, V, W상을 임의의 회전 속도 ω(θ/t)로 회전하는 d-q축 변환 행렬(T(θ))이다.
...(수학식 1)
도 2b에 도시되지는 않았으나, 입력좌표변환부(2010)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 3상 전압(Vabc1, Vabc2)를 입력으로 하여 이를 d-q축 직교 좌표계를 통해 d축 전압(Vd1, Vd2)와 q축 전류(Vd1, Vd2)로 변환한다.
d축 전압(Vd), q축 전압(Vq), d축 전류(Id), 및 q축 전류(Iq) 사이에는 수학식 2와 같은 관계가 있다.
수학식 2에서, Vdk는 제 k 전동기의 d축 전압, Vqk는 제 k 전동기의 q축 전압, Rs는 전동기 고정자(stator)에 포함된 코일 저항, Ls는 고정자에 포함된 코일 인덕턴스, λf는 전동기 회전자(rotor)에 포함된 영구 자석의 자속, ωr 은 회전자의 회전 속도, Idk는 제 k 전동기의 d축 전류, Iqk는 제 k 전동기의 q축 전류이다.
이 때, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 고정자에 포함된 코일의 저항을 무시하면 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 토크(Te)는 수학식 3과 같다.
수학식 3에서, Te는 전동기의 토크, P는 회전자의 극수, λf는 전동기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속, Ls는 고정자에 포함된 코일 인덕턴스, ωr 은 회전자의 회전 속도, Iqk는 제 k 전동기의 q축 전류이다.
수학식 3에 의하면 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 토크(Te)는 q축 전류에 의존한다. 따라서, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 부하가 동일하고, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)가 동일한 속도로 회전하면 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 부하에 따른 q축 전류(Iqk)가 공급되고, d축 전류(Idk)는 "0"이 되도록 3상(a, b, c) 구동 전압(Vabc)을 제어한다.
또한, 입력좌표변환부(2010)는 제 1 전동기(1500)에 입력되는 3상 전류 Iabc1(Ia1, Ib1, Ic1)를 Iq1, Id1으로 변환하고, 제 2 전동기(1600)에 입력되는 3상 전류(Iabc2(Ia2, Ib2, Ic2)를 Iq2, Id2로 변환하여 출력한다. 입력좌표변환부(2010)로부터 출력된 Iq1, Id1, Iq2, Id2는 전류 선택부(2030)에 입력된다.
d축 전류보상부(2812)는 제 1 전동기(1500)의 속도 ω1, 제 2 전동기(1600)의 속도 ω2와 각각의 위상 θ1, θ2 그리고, 전류 선택부(2030)에 의해 선택된 전류 입력에 기초하여 d축 전류 지령을 출력한다. d축 전류제어부(2002)는 실제 검출된 전류를 d-q축 변환 행렬에 의해 변환한 d축 전류와 d축 전류보상부(2812)의 d축 전류 지령을 입력으로 하여 최종 d축 지령 전압(Vd1*)을 생성한다. 보통 d축 전류제어부(2002)는 PI 제어기를 사용하나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 속도 연산부(2020)의 출력인 현재 전동기의 회전 속도(ω1)와 속도 지령 ω*을 입력으로 하는 속도 제어부(2040)는 두가지 입력을 기초로 PI 제어기에 의해 q축 전류 지령을 생성하고, q축 전류 제어부(2001)는 q축 전류 지령과 입력 좌표 변환부(2010)의 현재 출력 전류(Iq1)를 입력으로 하는 PI 제어기를 통해 최종 q축 지령 전압(Vq1*)을 생성한다. 앞선 실시예에서 제어부들이 모두 PI 제어기를 사용하는 것으로 설명하였으나 이는 실시예에 불과할 뿐 다른 제어기를 사용할 수도 있다. 또한 도 2b에서는 주로 제 1 전동기(1500)의 전류와 회전 속도 기준으로 최종 전압 지령을 산출하는 것을 도시하고 있으나 실시예에 따라, 제 2 전동기(1600)의 전류와 회전 속도를 사용하여 최종 전압 지령을 산출할 수도 있다.
생성된 d축 지령 전압(Vd1*)과 q축 지령 전압(Vq1*)은 d-q축 역변환 행렬에 의해 3상 전압 지령(Vabc*)으로 변환된다. 최종 전압 지령으로 결정된 3상 전압 지령(Vabc*)을 기초로 PWM 신호 생성부(2060)는 스위칭 소자의 스위칭 패턴을 결정하게 되고 이를 통해 최종 PWM 게이트 신호를 인버터(1200)에 인가하여 정류된 DC 링크 전압을 교류 전압으로 변환함으로써 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)를 구동한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 전동기의 파라미터를 고려하여 복수의 전동기를 병렬로 구동하는 장치의 블록도이다.
도 2b에 따른 병렬 구동 장치의 블록도와 달리 도 3에 따른 병렬 구동 장치는 파라미터 판단부(2100)를 더 포함한다.
파라미터 판단부(2100)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 전동기 파라미터를 추정 혹은 측정하여 두 전동기 간의 파라미터 차이를 판별한다.
전동기의 파라미터로 대표적인 것은 전동기의 권선 저항, 전동기의 권선 인덕턴스, 및 전동기의 역기전력 상수가 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전동기 파라미터는 전동기가 동작하지 않는 상태에서 저항과 인덕턴스를 측정하는 방법도 있으나, 본 개시의 일 실시예에 따르면 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)를 병렬 운전하는 중 실시간으로 전동기 파라미터를 추정 또는 측정할 수 있다. 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)를 병렬 운전할 때 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)에 인가된 전압을 알고 있고, 각각의 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)에서 흐르고 있는 전류를 제 1 전류 센서(1300)와 제 2 전류 센서(1400)를 통해 센싱할 수 있으므로, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)를 병렬 운전하는 중 실시간으로 전동기 파라미터를 추정 또는 측정할 수 있다.
전동기 파라미터 추정 또는 측정 방법은 많은 방법이 제시되어 있다. 예를 들어 전동기의 고정자 저항을 측정하기 위해서는 d축 전류만 인가하고 이 때 얻어지는 전압과 전류의 비로 고정자 저항과 인덕턴스를 측정할 수 있다. 인덕턴스 성분 없이 전동기의 회전자 저항은 일반적으로 회전자 구속 시험을 통해 구하고 회전자 인덕턴스는 무부하 시험을 통해 구할 수 있다. 역기전력(VEMF)의 경우 회전 속도 w에 비례하므로 이미 알고 있는 역기전력 상수 KE를 회전 속도에 곱하여 구할 수 있다.
VEMF = KE*w ... (수학식 4)
이상의 전동기 파라미터 추정 혹은 측정 방법은 일 실시예에 불과할 뿐 다양한 실시간 전동기 파라미터 추정/측정 방법이 사용될 수 있다.
파라미터 판단부(2100)는 제 1 전동기(1500)의 파라미터를 측정하는 제 1 전동기 파라미터 측정부(2101)와 제 2 전동기(1600)의 파라미터를 측정하는 제 2 전동기 파라미터 측정부(2102)를 포함한다. 다만, 이는 병렬로 운전하는 전동기가 2개인 경우를 가정한 경우이고, 병렬로 운전하는 전동기가 3개 이상인 경우에는 제 3 전동기 파라미터 측정부, 쪋 제 N 전동기 파라미터 측정부(N은 3보다 큰 자연수)를 더 포함할 수 있다.
파라미터 판단부(2100)는 파라미터 비교부(2110)를 더 포함한다. 파라미터 비교부(2110)에서는 제 1 전동기 파라미터 측정부(2101)에 의해 측정된 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 전동기 파라미터 측정부(2102)에 의해 측정된 제 2 전동기의 파라미터를 비교한다. 파라미터 비교부(2110) 파라미터 비교는 여러가지 방식으로 수행될 수 있다. 일 실시예에 따라, 복수의 전동기들 각각의 저항, 인덕턴스, 역기전력들을 서로 비교하여 소정의 오차값을 넘어서면, 파라미터 비교부(2110)는 두 전동기가 동일한 파라미터를 가지지 않은 것으로 판단하고 이종(異種) 제어를 위한 커맨드(command) 출력을 생성한다. 이종 제어를 위한 커맨드 출력은 이하에서 더 상세히 설명한다. 파라미터 비교부(2110)가 복수의 전동기들의 파라미터를 비교할 때, 파라미터 비교부(2110)는 파라미터들 중 어느 하나라도 소정의 오차값을 넘을 때 이종 제어를 위한 커맨드(command) 출력을 생성할 수도 있고, 혹은 파라미터 중 소정의 개수 이상 오차값을 넘을 때 커맨드(command) 출력을 생성할 수도 있다. 소정의 오차값은 예를 들어 % 값(예) 파라미터 중 제 1 전동기의 역기전력과 제 2 전동기의 역기전력 두 개의 값이 10% 이상 서로 차이가 있음)일 수 있다.
이하에서는 파라미터 비교부(2110)의 판단에 따라 두 전동기가 동일한 파라미터를 가지지 않는 것으로 판단된 경우 이종 제어를 위한 커맨드가 출력되는 경우 이종 제어를 위한 커맨드에 대해서 상술한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어로서 에러 표시를 하는 구성의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 파라미터 비교부(2110)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 두 전동기가 동일한 파라미터를 가지지 않은 것으로 판단하고 이종(異種) 제어를 위한 커맨드(command) 출력을 생성한다.
에러 판정부(2201)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 두 전동기에 흐르는 전류를 각각 제 1 전류 센서(1300)와 제 2 전류 센서(1400)에 의해 센싱하여 두 전동기 중 적어도 하나의 전동기가 원하는 전류로 제어되지 못하여 발생하는 과전류를 검출한다.
에러 판정부(2201)는 에러 선택부(2203)에 과전류로 인한 과전류 검출 결과를 통지한다. 에러 선택부(2203)는 두 전동기가 동일한 파라미터를 가지지 않은 결과 발생한 이종 제어 커맨드 및 에러 판정부(2201)로부터 수신한 과전류 검출 결과에 기초하여, 현재 두 전동기 중 적어도 하나의 전동기가 원하는 전류로 제어되지 못하여 발생하는 과전류는 두 전동기 간의 파라미터 차이로 인한 에러라고 판단한다.
도 4에서 제어부(2000)를 포함하는 전력 변환 장치(1000)는 디스플레이(2900)를 더 포함할 수 있다. 디스플레이(2900)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 파라미터 비교에 의해 파라미터가 소정의 값 이상 차이가 있는 경우 두 전동기가 이종이라는 표시가 디스플레이될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제어부(2000)는 전류 센서에 의해 검출한 과전류가 앞서 검출된 제 1 전동기(1500)의 파라미터와 제 2 전동기(1600)의 파라미터가 소정의 값 이상 차이로 기인한 것임을 디스플레이(2900)에 표시할 수 있다. 예를 들어 앞에서와 같은 경우 제어부(2000)는 디스플레이(2900)에 '제 2 전동기 과전류 탐지 - 전동기 간 파라미터 차이 발생' 이라는 메시지를 표시할 수 있다. 메시지의 내용은 다를 수 있으나 전력 변환 장치(1000)는 디스플레이(2900)를 통해 현재 전동기 중 적어도 어느 하나에서 발생하는 과전류와 탈조 현상이 두 전동기 간 파라미터 차이임을 사용자에게 통지할 수 있다.
이와 같이 두 전동기 간 파라미터 차이가 발생한 것을 전력 변환 장치(1000)가 인지하고 이를 사용자에게 통지하게 되면, 사용자는 생산 라인에서 전동기를 오조립하는 조립 공정의 오류를 재점검하거나 알아낼 수 있고, 전동기 구동 중에는 전동기의 노화 혹은 외부 손상으로 인한 전동기 특성 변화를 판단하여 고장의 원인을 신속하게 판단하고 제거할 수 있다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어로서 전동기 구동 전류를 제한하는 구성의 블록도이다.
도 5a를 참조하면, 파라미터 비교부(2110)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)가 동일한 파라미터를 가지지 않은 것으로 판단하고 이종(異種) 제어를 위한 커맨드(command) 출력을 생성한다. 이 때 이종 제어를 위한 커맨드는 d축 전류 제한(id_Limit) 명령과 q축 전류 제한 명령(iq_Limit)이다. 일 실시예에서 d축 전류 제한(id_Limit) 명령은 d축 전류 제한값을 포함할 수 있고, q축 전류 제한 명령(iq_Limit)은 q축 전류 제한값을 포함할 수 있다.
두 전동기의 병렬 운전 시 두 전동기 파라미터 차이로 인한 과전류 현상은 앞에서 이미 살펴보았다. 이러한 과전류는 전동기 감자(減磁)를 발생시킬 수 있고, 인버터(1200)의 스위칭 소자(스위칭 모듈)를 파손시킬 수도 있다. 따라서, 제어부(2000)는 두 전동기 파라미터 차이로 인한 과전류 발생 시 전동기 구동 전류에 제한을 가하는 제어를 수행할 수 있다. 두 전동기의 병렬 운전 시 인버터(1200)에서 두 전동기에 구동 전압이 출력되면, 이 구동 전압은 두 전동기에 동일하게 인가된다. 두 전동기가 동일한 부하를 감당하고 있는 조건인 경우, 두 전동기 간의 파라미터 차이가 크지 않으면 두 전동기에 흐르는 전류 크기가 동일하거나 최소한의 에러값 이내가 될 것이다. 하지만, 두 전동기 간의 파라미터 차이가 크다면 두 전동기에 흐르는 전류 값 간 차이가 최소한의 에러값 이상이 될 수 있다. 이 경우, 두 전동기에 흐르는 전류 중 적어도 하나는 기존에 설정된 전류 제한값을 넘어서는 현상이 발생한다. 이와 같이 두 전동기에 흐르는 전류 중 적어도 하나의 전류가 기존에 설정된 전류 제한값을 넘어서는 경우, 두 전동기 간의 파라미터 차이를 인식하여 각 전동기의 전류와 인버터(1200)의 출력 전류가 모두 제한값을 넘지 않도록 전류의 제한값을 변경하면, 기존에 과전류로 인하여 구동을 정지하던 전동기를 소정 범위까지 구동할 수 있다.
예를 들어, 두 전동기가 동일함을 전제로 각 전동기에 흐르는 전류의 제한값을 각각 2.2[A]로 설정하고 인버터(1200) 전류 제한값을 4.5[A]로 설정하였는데, 제 1 전동기(1500)의 파라미터가 예상된 값을 벗어나서 제 2 전동기(1600)의 파라미터와 소정의 값 이상 차이가 발생하고 제 1 전동기(1500)에 흐르는 전류가 제한값을 넘어서는 2.4[A] 가 되면, 기존의 방식에 따를 때 제 1 전동기(1500)가 전류 제한값 - 예를 들어 2.2[A] - 을 넘으므로 전력 변환 장치(1000)는 제 1 전동기(1500)의 운전을 정지할 수 밖에 없다. 제 1 전동기(1500)의 운전을 정지하므로 전력 변환 장치(1000)는 병렬 운전 중인 제 2 전동기(1600)의 운전도 정지시킬 수 밖에 없다.
하지만, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 제 1 전동기(1500)의 파라미터가 예상된 값을 벗어나서 제 2 전동기(1600)의 파라미터와 소정의 값 이상 차이가 발생하고 제 1 전동기(1500)에 흐르는 전류가 제한값을 넘어서는 2.4[A] 가 되었을 때, 제어부(2000)는 제 1 전동기의 전류 제한값을 변경 - 예를 들어 2.5[A]로 - 하고 인버터(1200)의 전류 제한값 4.5[A]를 고려할 때 제 2 전동기(1600)의 전류 제한값은 2.0[A] 밑으로 조정할 필요가 있다. 이와 같이 두 전동기의 전류 제한값을 인버터(1200) 제한값을 고려하여 능동적으로 변경함으로써, 제 1 전동기(1500)에서 전류 제한값을 넘어서는 과전류로 인해 인버터(1200)의 운전을 정지하지 않고서도 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 각각의 전류 제한값을 능동적으로 변경하여 인버터(1200)의 운전을 계속할 수 있다. 앞선 경우에서 제 1 전동기(1500)의 전류 제한값이 2.5[A]로 변경되더라도 제 1 전동기(1500)의 전류 제한값은 제 1 전동기(1500)의 감자 레벨 전류값보다는 작도록 설정되어야 한다. 감자 레벨 전류값은 제 1 전동기(1500)의 스펙이 결정되면 전력 변환 장치(1000)의 메모리에 기 저장될 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 전동기(1600)의 전류 제한값이 제 1 전동기(1500)의 전류 제한값보다 커지더라도 제 2 전동기(1600) 전류 제한값은 제 2 전동기(1600)의 감자 레벨 전류값보다는 작아야 하므로 제 2 전동기(1600) 감자 레벨 전류값도 미리 전력 변환장치의 메모리에 저장될 필요가 있다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 제어부(2000)에 의한 이종 제어는 검출된 각 전동기의 파라미터에 기초하여 제 1 전동기(1500)의 구동 전류와 제 2 전동기(1600)의 구동 전류 중 적어도 하나가 소정의 제한값 이하가 되도록 인버터(1200)를 제어한다. 제어부(2000)가 소정의 제한값 이하가 되도록 각 전동기의 구동 전류를 제한할 때, 구동 전류 제한 대상 전동기의 q축 전류를 q축 전류제한부(2011)에서, d축 전류를 d축 전류제한부(2012)에서 독립적으로 각각 제한할 수 있다.
그리고, 전력 변환 장치(1000)는 두 전동기 간의 파라미터 차이에 기초하여 제 1 전동기(1500)의 구동 전류의 제한값 및 제 2 전동기(1600)의 구동 전류 제한값 중 어느 하나를 더 크게 변경할 수 있다. 이 때 다른 전동기의 구동 전류 제한값은 인버터(1200) 전체 제한값을 고려하여 원래의 소정의 전류 제한값보다 더 작게 변경될 수 있다. 예를 들어 파라미터 중 제 1 전동기(1500)의 저항값이 제 2 전동기(1600)의 저항값보다 작은 경우 제 1 전동기(1500)의 구동 전류 제한값을 더 크게 변경할 수 있다.
따라서, 제어부(2000)는 검출된 두 전동기의 파라미터에 기초하여 제 1 전동기(1500)의 구동 전류의 제한값과 제 2 전동기(1600)의 구동 전류의 제한값을 각각 다르게 설정하여 인버터(1200)를 제어하고 두 전동기를 구동할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 부하가 다른 경우, 각 전동기에 걸리는 부하는 같으나 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 파라미터 차이로 인해, 또는 두 전동기에 걸리는 부하도 다르고 두 전동기의 파라미터도 다른 경우 제 1 전동기(1500)의 회전 속도와 제 2 전동기(1600)이 회전 속도 간에 차이가 발생할 수 있다. 이 때 두 전동기 간의 파라미터 차이 및/또는 부하 차이를 기초로 보상 전류 지령을 생성할 수 있다. 여기서 보상 전류 지령은 d축 전류보상부(2812)를 중심으로 이루어진다. 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500)의 회전 속도(ω1)와 제 2 전동기의 회전 속도(ω2)간에 차이가 발생하면 이 차이를 없애서 두 전동기의 회전 속도가 동일해지도록 전류 지령(Id1*)을 보상하게 된다.
이하 도 5b 내지 도 5i를 참조하여 d축 전류 지령을 보상하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른 제 1 전동기(1500)의 부하와 제 2 전동기(1600)의 부하와 파라미터가 일치하는 경우 d-q 축 전류와 전압을 도시하는 도면이다.
도 5b를 참조하면, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 부하와 파라미터가 일치하는 경우 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축은 서로 일치한다. 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축이 서로 일치하는 축을 d0축-q0축이라 하자. 또한, 제 1 전동기(1500)의 부하와 제 2 전동기(1600)의 부하와 파라미터가 동일한 경우 도 5b에 도시된 바와 같이 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 q0축과 일치하는 방향의 d-q축 전류 I0가 공급되도록 제어할 수 있다. 다시 말해서 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 '0'의 d0축 전류와 'I0q0'의 q0축 전류가 흐르도록 제어할 수 있다.
이하에서는, d-q축 전류 I0가 두 전동기에 공급되도록 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 인가되어야 할 d-q축 전압에 대하여 설명한다.
우선, 전동기 회전자의 회전 속도(ωr)와 회전자의 자속(λf)에 의한 역기전력(E0)은 q0축과 일치하는 방향으로 발생하며, 고정자의 코일에 의한 전압 강하 ωr*Ls*I0 는 d-q축 전류 I0와 수직한 방향으로 발생한다. 즉, 고정자에 권취된 코일에 의한 전압 강하 ωr*Ls*I0는 d0축 방향으로 발생한다.
제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 d-q축 전류 I0가 공급되려면 전동기 고정자의 코일에 의한 전압 강하 ωr*Ls*I0와 역기전력 E0의 벡터 합에 해당하는 d-q축 전압 V0가 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 인가되어야 한다. 도 5b에 따르면 V0는 벡터 상 d0축 전압 V0d0와 q0축 전압 V0q0의 합이다.
요약하면, 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)의 부하와 파라미터가 동일한 경우 제어부(2000)는 도 5b에 도시된 바와 같이 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 d0축 전압 V0d0와 q0축 전압 V0q0을 인가하도록 인버터(1200)를 제어한다. 그 결과 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에는 '0'의 d0축 전류와 I0q0의 q0축 전류가 공급된다.
이와 같이, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 부하와 파라미터가 동일할 경우, 제 1 전동기(1500)의 d1-q1 축과 제 2 전동기(1600)의 d2-q2축이 일치하므로 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500)의 구동 전류와 회전 속도를 기초로 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500)에 공급되는 a, b, c상 전류를 d-q 변환하고, 변환된 d-q축 전류와 제 1 전동기(1500) 회전 속도를 기초로 제 1 전동기(1500)에 공급될 d-q축 전류 지령 id1*와 iq1*를 생성한다. d축 전류 지령 Id1*은 d축 전류제한부(2012)에 의해 제한된 전류 지령 Id1**로 변환되고, q축 전류 지령 Iq1*은 q축 전류제한부(2011)에 의해 제한된 전류 지령 Iq1**로 변환된다. 이후, 제어부(2000)는 d-q축의 제한된 전류 지령을 각각 d축 전류제어부(2002)와 q축 전류제어부(2001)의 입력으로 인가하면, 최종적으로 제 1 전동기(1500)에 인가될 d-q축 전압 지령 Vd1*, Vq1*이 생성된다. 생성된 d-q축 전압 지령 Vd1*, Vq1*은 출력좌표변환부(2050)를 통해 a, b, c상 전압 지령(Vabc*)으로 변환되어 PWM 신호 생성부(2060)에 의해 인버터(1200)에 인가될 PWM 신호(Vpwm)를 출력하여 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)가 구동된다.
제 1 전동기(1500)에 걸리는 부하와 제 2 전동기(1600)에 걸리는 부하가 동일하고 두 전동기의 파라미터가 동일하므로, 제 1 전동기(1500)에 공급되는 a, b, c상 전류는 제 2 전동기(1600)에 공급되는 a, b, c상 전류와 동일하다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 외란이나 다른 요인으로 인해 제 1 전동기(1500)에 걸리는 부하와 제 2 전동기(1600)의 부하가 상이하거나 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 파라미터가 상이하면 제 1 전동기(1500)의 회전 속도와 제 2 전동기(1600)의 회전 속도가 달라지고, 제 1 전동기(1500)의 회전자 위치(θ1) 제 2 전동기(1600)의 회전자 위치(θ2)가 달라진다. 그 결과 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축이 서로 달라지게 된다.
도 5c는 본 개시의 일 실시예에 따라 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 회전 속도가 서로 달라지는 경우 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d-q축 전압을 도시한다.
도 5c를 참조하면, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)에 걸리는 부하가 서로 상이하거나 및/또는 두 전동기의 파라미터가 다른 경우 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축이 서로 어긋나게 된다.
제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축이 서로 어긋난 결과 도 5b에 따른 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)에 d-q축 전압 V0을 인가하면, 제 1 전동기(1500)에는 V0d1의 d1축 전압과 V0q1의 q축 전압이 인가되는 반면, 제 2 전동기(1600)에는 V0d2의 d2축 전압과 V0q2의 q2축 전압이 인가된다. 이와 같이 제 1 전동기(1500)에 인가되는 d1축 전압 및 q1축 전압과 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d2축 전압 및 q2축 전압이 상이하므로, 제 1 전동기(1500)에 공급되는 제 1 구동 전류(Iabc1)와 제 2 전동기(1600)에 공급되는 제 2 구동 전류(Iabc2)가 서로 달라진다. 다시 말해, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)에 걸리는 부하가 서로 상이하거나 및/또는 두 전동기의 파라미터가 다른 경우 더 이상 제 1 전동기(1500)의 구동 전류와 회전 속도를 기초로 제 2 전동기(1600)를 제어할 수 없게 된다.
이와 같이 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)에 걸리는 부하가 서로 상이하거나 및/또는 두 전동기의 파라미터가 다른 경우, 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500)의 출력 토크 변화 없이 제 2 전동기(1600)의 출력 토크를 변화시키기 위해서 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류(Id1)를 변경시킬 수 있다. 또한, d1축 전류를 변화시키기 위해서 제어부(2000)는 q1축 전압(Vq1)을 변경시킬 수 있다.
수학식 3에 의하면, 전동기의 출력 토크(Te)는 전동기의 q축 전류(Iqk)와 전동기의 d축 전압(Vdk)에 의존하기 때문에 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류(Id1)와 q1축 전압(Vq1)을 변경하더라도 제 1 전동기(1500)의 출력 토크에는 영향이 없다.
이와 같이, 제 1 전동기(1500)의 출력 토크를 일정하게 유지시키기 위해 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500)의 q1축 전류 및 d1축 전압은 일정하게 고정시키고, 제 2 전동기(1600)의 출력 토크를 변화시키기 위해 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류 및 q1축 전압을 변화시킬 수 있다.
제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축이 서로 어긋나 있으므로, 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류가 변하면, 제 2 전동기(1600)는 d2축 전류 뿐 아니라 q2축 전류도 변하고, q2축 전류 변화로 인하여 제 2 전동기(1600)의 출력 토크가 변화한다. 따라서, 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류 및 q1축 전압을 변화시켜 제 2 전동기(1600)의 출력 토크를 변화시킬 수 있다.
또한, 제어부(2000)는 제 2 전동기(1600)의 회전 속도를 피드백 받고, 제 1 전동기(1500)의 회전 속도와 제 2 전동기(1600)의 회전 속도 차이가 '0'이 되도록 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류를 제어할 수 있다.
도 5d 내지 도 5f는 본 개시의 일 실시예에 따라 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류를 증가시키는 일례를 도시한다.
도 5d에 따르면, 제어부(2000)는 초기 d-q축 전류 I0에 d1축 전류를 증가시켜 I1d1을 부가하여 제 1 전동기(1500)에 d-q축 전류 I1이 공급되도록 할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(2000)는 역기전력 E0와 코일에 의한 전압 강하 ωr*Ls*I0 의 벡터 합에 해당하는 d-q축 전압 V1이 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 인가되도록 인버터(1200)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 V0d1(=V1d1)의 d1축 전압과 V0q1 + ωr*Ls*I1d1(=V1q1)의 q1축 전압을 인가하도록 인버터(1200)를 제어할 수 있다.
제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 부하가 달라지거나 및/또는 두 전동기 간에 파라미터가 달라져서 제 1 전동기(1500)의 회전 속도와 제 2 전동기(1600)의 회전 속도가 차이나면 도 5e와 도 5f에 도시된 바와 같이 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 간 -Δθ 또는 +Δθ 만큼 차이가 날 수 있다.
일 실시예로, 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 사이에 -Δθ만큼 차이가 나면, 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d-q축 전압을 V0에서 V1으로 변경하면 도 5e에 도시된 바와 같이 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d2축 전압은 V0d2에서 V1d2로 증가하며, q축 전압은 V0q2에서 V1q2로 증가한다. 또한, 제 2 전동기(1600)의 d2축 전압이 증가하므로 q2축 전류가 증가하며, q2축 전류의 증가로 인하여 제 2 전동기(1600)의 출력 토크가 증가한다. 따라서, 회전 방향에 대하여 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축이 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 보다 앞서는 경우, 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류를 증가시키면 제 2 전동기(1600)의 출력 토크를 증가시킬 수 있다.
일 실시예로, 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 사이에 +Δθ만큼 차이가 날 때, 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d-q축 전압은 V0에서 V1으로 변경되면 도 5f에 도시된 바와 같이 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d2축 전압은 V0d2'에서 V1d2'로 감소하며, q축 전압은 V0q2'에서 V1q2'로 증가한다. 또한, 제 2 전동기(1600)의 d2축 전압이 감소하므로 q2축 전류가 감소하며, q2축 전류의 감소로 인하여 제 2 전동기(1600)의 출력 토크가 감소한다. 따라서, 회전 방향에 대하여 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축이 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 보다 뒤처지는 경우, 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류를 증가시키면 제 2 전동기(1600)의 출력 토크를 감소시킬 수 있다.
도 5g 내지 도 5i는 본 개시의 일 실시예에 의해 제 1 전동기의 d1축 전류를 감소시키는 일례를 나타내는 도면이다.
제어부(2000)는 도 5g에 도시된 바와 같이 초기 d-q축 전류 I0에 음의 d1축 전류 I2d2을 부가하여, 제 1 전동기(1500)에 d-q축 전류 I2가 공급되도록 인버터(12000를 제어할 수 있다. 이를 위하여 제어부(2000)는 역기전력 E0와 코일에 의한 전압 강하 ωr*Ls*I0 의 벡터 합에 해당하는 d-q축 전압 V2가 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 인가되도록 인버터(1200)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 V0d1(=V2d1)의 d1축 전압과 V0q1 + ωr*Ls*I2d1(=V2q1)의 q1축 전압을 인가하도록 인버터(1200)를 제어할 수 있다.
제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 부하가 달라지거나 및/또는 두 전동기 간에 파라미터가 달라져서 제 1 전동기(1500)의 회전 속도와 제 2 전동기(1600)의 회전 속도가 차이나면 도 5h와 도 5i에 도시된 바와 같이 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 간 -Δθ 또는 +Δθ만큼 차이가 날 수 있다.
일 실시예로, 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 사이에 -Δθ만큼 차이가 나면, 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d-q축 전압을 V0에서 V2으로 변경하면 도 5h에 도시된 바와 같이 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d2축 전압은 V0d2에서 V2d2로 감소하며, q축 전압은 V0q2에서 V2q2로 감소한다. 또한, 제 2 전동기(1600)의 d2축 전압이 감소하므로 q2축 전류가 감소하며, q2축 전류의 감소로 인하여 제 2 전동기(1600)의 출력 토크가 감소한다. 따라서, 회전 방향에 대하여 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축이 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 보다 앞서는 경우, 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류를 감소시키면 제 2 전동기(1600)의 출력 토크를 감소시킬 수 있다.
일 실시예로, 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축과 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 사이에+Δθ만큼 차이가 날 때, 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d-q축 전압을 V0에서 V2으로 변경하면 도 5i에 도시된 바와 같이 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d2축 전압은 V0d2'에서 V2d2'로 증가하며, q축 전압은 V0q2'에서 V2q2'로 감소한다. 또한, 제 2 전동기(1600)의 d2축 전압이 증가하므로 q2축 전류가 증가하며, q2축 전류의 증가로 인하여 제 2 전동기(1600)의 출력 토크가 증가한다. 따라서, 회전 방향에 대하여 제 1 전동기(1500)의 d1축-q1축이 제 2 전동기(1600)의 d2축-q2축 보다 뒤처지는 경우, 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류를 감소시키면 제 2 전동기(1600)의 출력 토크를 증가시킬 수 있다.
결론적으로, 제어부(2000)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 간에 회전 속도 차이가 발생하면, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 회전자의 위치에 따라 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류를 증가시키거나 감소시킴으로써 제 2 전동기(1600)의 출력 토크를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 다시 말해, 부하나 파라미터 차이로 인해 제 2 전동기(1600)의 회전 속도가 제 1 전동기(1500)의 회전 속도보다 빠르면 제어부(2000)는 제 2 전동기(1600)의 출력 토크가 감소되도록 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류를 감소시킬 수 있다. 또한, 제 2 전동기(1600)의 회전 속도가 제 1 전동기의 회전 속도보다 느리면 제어부(2000)는 제 2 전동기의 출력 토크가 증가하도록 제 1 전동기(1500)의 d1축 전류를 변화시킬 수 있다.
이상에서는 제 1 전동기(1500)를 마스터로 가정하여 d1축 전류를 변경하는 방법을 설명하였으나, 제 2 전동기(1600)를 마스터로 지정할 경우 d2축 전류를 앞서와 같은 동일한 방법으로 제어하여 두 전동기의 회전 속도를 동일하게 할 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c 는 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어로서 전동기 구동 전류를 제한하여 두 대의 전동기를 구동하는 경우 각 전류 파형도이다.
도 6a를 참조하면, 제 1 전동기(1500)에 흐르는 제 1 구동 전류(6010)와 제 2 전동기(1600)에 흐르는 제 2 구동 전류(6020)가 도시되어 있다. 도 6a에서 보는 바와 같이 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 파라미터가 모두 동일하다면 병렬 운전 시 각각의 전동기에 흐르는 제 1 구동 전류(6010)와 제 2 구동 전류(6020)는 크기와 위상이 동일하다. 도 6a에 따르면 각 전동기에 흐르는 전류의 피크값은 2[A]이다. 도 6a 내지 도 6c를 걸쳐 두 전동기를 병렬로 구동하고 있는 인버터(1200)의 전류 제한값은 4[A]라고 가정한다. 도 6a의 경우 두 전동기에 흐르는 구동 전류 제한값은 각 2[A]이다.
도 6b는 제 1 전동기(1500)의 역기전력이 제 2 전동기(1600) 대비 16% 정도 작은 경우 각 전동기에 흐르는 구동 전류 파형을 도시한다. 도 6b에 따르면, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 간에 파라미터 차이가 발생했고, 파라미터 차이에 따라 제 2 전동기(1600)에 흐르는 제 2 구동 전류(6020)가 제 1 전동기(1500)에 흐르는 제 1 구동 전류(6010)보다 더 커졌다. 제 2 구동 전류(6020)의 피크값은 약 3[A] 정도이므로 제 2 구동 전류(6020)가 제 1 구동 전류(6010)와 위상 차이가 약간 발생하더라도 제 1 구동 전류(6010)와 제 2 구동 전류(6020)의 합이 4[A]를 넘는 구간이 발생한다. 따라서, 전력 변환 장치(1000)는 제 1 구동 전류(6010)와 제 2 구동 전류(6020)의 합인 인버터(1200) 구동 전류가 전류 제한값인 4[A]를 넘는 경우가 발생하므로 운전을 정지시킬 수 밖에 없다.
도 6c는 본 개시의 일 실시예에 따라 전동기에 흐르는 구동 전류의 제한값을 파라미터 차이에 기초하여 서로 다르게 설정한 경우 구동 전류의 파형이다.
도 6c에 따르면, 도 6b와 달리 파라미터(역기전력) 차이에 의해 두 전동기에 흐르는 전류가 달라지더라도 각각의 전류 제한값을 능동적으로 설정하여 전력 변환 장치(1000)의 운전 정지를 방지한다. 일 실시예에서, 제 1 구동 전류(6010)와 제 2 구동 전류(6020)의 합이 4[A]를 넘는 구간이 발생하지 않도록 구동 전류 제한값을 제 1 구동 전류(6010)와 제 2 구동 전류(6020)에 각각 다르게 설정하여 전력 변환 장치(1000)의 운전 정지를 방지한다. 도 6b에서와 같이 인버터(1200) 전류 제한값인 4[A]를 넘는 구간이 발생하지 않도록 도 6c에서는 제 1 구동 전류(6010)의 전류 제한값을 기존 2[A]보다 조금 더 낮게 설정하면 모든 구간에서 제 1 구동 전류(6010)와 제 2 구동 전류(6020)의 합이 인버터(1200) 전류 제한값을 넘지 않게 된다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어로서 마스터 제어 대상을 선택하는 구성의 블록도이다.
전력 변환 장치(1000)는 제어부(2000)를 통해 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 중 어느 하나의 전동기를 마스터로 지정하여 제어한다. 보통 두 전동기 중 더 큰 토크가 걸리는 전동기를 마스터로 지정하여 제어하는 것이 바람직하다.
제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 파라미터가 동일하다면, 제어부(2000)는 두 전동기의 전류값(iq1, id1, iq2, id2)을 입력으로 받아 두 전동기 중 더 큰 부하가 걸린 전동기를 판별하여 그 전동기를 마스터로 지정하고 다른 하나의 전동기를 슬레이브로 지정하여 제어하면 된다. 하지만, 두 전동기의 파라미터 차이가 발생하는 경우, 제어부(2000)의 제어 선택부(2300)는 두 전동기에 걸린 부하 크기를 비교하고 판별하기 위한 두 전동기의 전류값(iq1, id1, iq2, id2) 뿐만 아니라 두 전동기의 파라미터 차이도 고려하여야 하므로 파라미터 비교부(2110)의 판단값(Select)도 입력으로 수신한다.
제어 선택부(2300)는 두 전동기의 부하 크기 뿐 아니라 두 전동기의 파라미터 차이도 고려하여 최종적으로 마스터를 지정한다. 이 때 파라미터가 차이가 있는 경우 손실을 최소화하는 d-q축 전류를 선택하는 방법에 대해 알아본다.
제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)이 병렬 연결되므로 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)에 인가되는 구동 전압은 동일하다. 이를 이용하면 수학식 2 로부터 수학식 5가 유도될 수 있다.
V2 = Vd12 + Vq12 = Vd22 + Vq22
= (RSId1 - ωrLSIq1)2 + [RSIq1 + ωr(λf + LSId1)]2
= (RSId2 - ωrLSIq2)2 + [RSIq2 + ωr(λf + LSId2)]2
... (수학식 5)
(단, V는 제 1 전동기(1500) 및 제 2 전동기(1600)에 인가되는 d-q 전압이고, Vd1은 제 1 전동기(1500)의 d축 전압, Vq1은 제 1 전동기(1500)의 q축 전압, Vd2는 제 2 전동기(1600)의 d축 전압, Vq2는 제 2 전동기(1600)의 q축 전압, Rs는 고정자에 포함된 코일의 저항, Ls는 고정자에 포함된 코일의 인덕턴스, λf는 회전자에 포함된 영구 자석의 자속, ωr은 회전자의 회전 속도, Id1은 제 1 전동기(1500)의 d축 전류, Iq1은 제 1 전동기(1500)의 q축 전류, Id2는 제 2 전동기(1600)의 d축 전류, Iq2는 제 2 전동기(1600)의 q축 전류이다.)
수학식 5에서 제 1 전동기(1500)의 q축 전류(Iq1)와 제 2 전동기(1600)의 q축 전류(Iq2)는 부하에 대응하는 출력 토크를 발생시키기 위하여 변경하기 곤란하다. 이에 비해 제 1 전동기(1500)의 d축 전류(Id1)와 제 2 전동기(1600)의 d축 전류(Id2)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)가 동일한 회전 속도를 갖는 범위 내에서 변경이 가능하다. 여기서, Id1과 Id2 사이의 관계를 수학식 5를 정리하면 다음 수학식 6과 같다.
다시 말해, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)가 병렬로 연결되고, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 회전 속도가 동일한 경우 Id1과 Id2는 수학식 6의 관계를 갖는다.
이 때, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 손실은 수학식 7과 같다.
P(loss) = 3/2*Rs(Id12 + Iq12 + Id22 + Iq22) ... (수학식 7)
(단, P(loss)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 도통 손실이다.)
상술한 바와 같이 제 1 전동기(1500)의 q축 전류(Iq1)와 제 2 전동기(1600)의 q축 전류(Iq2)는 부하에 따른 출력 토크를 생성하기 위해 변경하기 곤란하므로, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 손실을 최소화하기 위해서는 (Id12 + Id22)가 최소가 되도록 하여야 한다.
수학식 6에 의하면, Id1과 Id2는 쌍곡선의 관계를 갖는다. 이 때, (Id12 + Id22) 에 의한 원과 수학식 6에 의한 쌍곡선이 접할 때 (Id12 + Id22)가 최소가 될 것이다. (Id12 + Id22)가 최소가 될 때, Id1과 Id2 간에는 아래 수학식 8의 관계가 성립한다.
그런데, 수학식 8에 따른 Id1과 Id2 간의 관계는 Rs, Ls, λf 등의 전동기 파라미터가 동일하다고 가정하여 P(loss)가 최소화되는 Id1, Id2 값을 결정하는 것을 보여준다. 만일 두 전동기 간에 파라미터가 차이가 있다면, 본 개시의 일 실시예에 따라 P(loss)를 최소로 하는 제어가 가능한 전동기를 마스터로 지정한다. 예를 들어 제 1 전동기(1500)에 걸린 부하가 제 2 전동기(1600)에 걸린 부하보다 크지만, 파라미터를 고려하여 손실이 최소화되는 전류를 계산 시 제 2 전동기(1600)를 마스터로 지정하였을 때 손실 P(loss)가 감소한다면, 제어 선택부(2300)는 제 2 전동기(1600)를 마스터로 지정한다.
일례로 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 간에 고정자 저항이 서로 다르다면, 수학식 5는 아래 수학식 9와 같이 변경될 것이다.
V2 = Vd12 + Vq12 = Vd22 + Vq22
= (RS1Id1 - ωrLSIq1)2 + [RS1Iq1 + ωr(λf + LSId1)]2
= (RS2Id2 - ωrLSIq2)2 + [RS2Iq2 + ωr(λf + LSId2)]2 (단, Rs1 ≠ Rs2)
... (수학식 9)
수학식 9에서는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 고정자 저항이 서로 다른 것을 가정하였으나, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 고정자에 포함된 코일의 인덕턴스 Ls 또는 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 λf 가 서로 상이한 경우도 아래 수학식 10, 수학식 11을 통해 나타낼 수 있다.
V2 = Vd12 + Vq12 = Vd22 + Vq22
= (RSId1 - ωrLS1Iq1)2 + [RSIq1 + ωr(λf + LS1Id1)]2
= (RSId2 - ωrLS2Iq2)2 + [RSIq2 + ωr(λf + LS2Id2)]2 (단, LS1 ≠ LS2)
... (수학식 10)
V2 = Vd12 + Vq12 = Vd22 + Vq22
= (RSId1 - ωrLSIq1)2 + [RSIq1 + ωr(λf1 + LsId1)]2
= (RSId2 - ωrLSIq2)2 + [RSIq2 + ωr(λf2 + LsId2)]2 (단, λf1 ≠ λf2)
... (수학식 11)
이는 일 실시예일 뿐, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 고정자 저항 Rs와, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 고정자에 포함된 코일의 인덕턴스 Ls 또는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 λf 중 적어도 2개가 서로 다른 경우, 또는 모두 다른 경우도 생각해 볼 수 있으며, 세가지 파라미터가 모두 다른 경우 수학식 12로 표현하였다.
V2 = Vd12 + Vq12 = Vd22 + Vq22
= (RS1Id1 - ωrLS1Iq1)2 + [RS1Iq1 + ωr(λf1 + LS1Id1)]2
= (RSId2 - ωrLS2Iq2)2 + [RS2Iq2 + ωr(λf2 + LS2Id2)]2 (단, Rs1 ≠ Rs2, LS1 ≠LS2, λf1 ≠λf2) ... (수학식 12)
두 전동기 간에 파라미터가 서로 다른 경우 가해지는 전압과 관련된 수학식은 수학식 9 내지 12와 같고, 앞선 수학식 6 내지 8에 의한 수식에 따라 도통 손실이 최소가 되는 최적 제어점을 찾을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어 선택부(2300)는 두 전동기에 걸리는 부하의 고려 없이 두 전동기의 파라미터 차이에만 기초하여 마스터 제어 대상을 선택할 수도 있다. 두 전동기의 파라미터 차이에 기초할 때 동일 부하 기준 제 1 전동기(1500)에 제 2 전동기(1600) 보다 더 큰 전류가 흐르게 되면 제 1 전동기(1500)를 마스터 제어 대상으로 선택한다. 다시 말해서, 더 큰 전류가 흐르는 전동기를 마스터로 지정할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 전동기(1500)에 걸린 부하가 제 2 전동기(1600)에 걸린 부하보다 약간 크지만, 제 1 전동기(1500)의 역기전력이 제 2 전동기(1600)의 역기전력보다 작아서 결과적으로 제 2 전동기(1600)에 흐르는 전류가 더 클 때에는 제어 선택부(2300)는 제 2 전동기(1600)를 마스터로 지정한다.
위에서는 파라미터 차이로 역기전력을 일 실시예로 들었으나, 파라미터로서 저항이나 인덕턴스 차이에 의해 두 전동기에 흐르는 전류 크기가 달라지는 경우도 마찬가지 방법이 적용될 것이다.
제어 선택부(2300)는 마스터 제어 대상 선택에 기초하여 마스터 제어 전류 지령 Iqm*, Idm*을 각각 q축 전류 제어부(2001)와 d축 전류 제어부(2002) 입력으로 각각 인가하게 되고, q축 전류 제어부(2001)와 d축 전류 제어부(2002)의 출력은 마스터 제어 전압 지령 Vqm*, Vdm*이 생성되어 출력 좌표 변환부(2050)를 거쳐 최종 PWM 신호 생성부(2060)에 전압 지령 입력으로 인가된다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 이종 제어를 수행하는 전력 변환 장치의 블록도이다.
도 8을 참조하면, 전력 변환 장치(1000)의 제어부(2000)는 앞선 이종 제어를 모두 수행할 수 있도록 파라미터 판단부(2100)를 통한 파라미터 비교 기능, 에러 판정부(2201), 에러 선택부(2203) 및 디스플레이(2900)를 통한 에러 표시(두 전동기의 파라미터 차이로 인한 이종 표시) 기능, 두 전동기의 파라미터 차이를 고려하여 q축 전류제한부(2011) 및 d축 전류제한부(2012)를 통한 전류 제한 기능, 그리고 파라미터 차이 및/또는 부하 전류 차이를 고려한 전동기들 중 마스터 제어 대상을 선택하는 제어 선택부(2300)의 기능을 모두 포함한다. 각각의 기능은 위 도 3, 도 4, 도 5 및 도 7을 참조하여 상세히 설명되었으므로 여기서 별도의 설명은 생략한다. 다만, 각각의 기능은 필요에 따라 전력 변환 장치(1000) 설계자에 의해 부가되거나 삭제될 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따라 복수의 전동기 파라미터가 상이한 경우 이종 제어를 수행하기 위한 흐름도이다.
단계 9010에서, 전력 변환 장치(1000)의 프로세서는 인버터(1200)를 구동하여 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)를 병렬로 연결하여 병렬 운전을 수행한다.
단계 9020에서, 전력 변환 장치(1000)의 프로세서는 제 1 전동기(1500)의 파라미터와 제 2 전동기(1600)의 파라미터를 추정/측정하여 결정한다. 전동기 파라미터 추정/측정 방법은 도 3을 참조하여 상술하였으므로 여기서는 생략한다. 파라미터는 전동기의 저항, 전동기의 인덕턴스, 및 역기전력을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 전동기의 누설 인덕턴스도 파라미터에 포함될 수 있다.
단계 9030에서, 전력 변환 장치(1000)의 프로세서는 추정(측정)된 제 1 전동기(1500)의 파라미터와 제 2 전동기(1600)의 파라미터를 비교하여 소정의 값 이상 차이가 있는지 여부를 판단한다. 소정의 값은 전동기의 스펙에 따른 절대값일 수도 있고 전동기 간 동종의 파라미터를 비교하는 %값일 수도 있다. 일례에서, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 전동기 저항이 2[Ω]으로 표시되어 생산된다고 할 때, 2[Ω]의 10%인 2.2[Ω]- 2[Ω] = 0.2[Ω]이 소정의 값이라고 할 수 있다.
단계 9040에서 전력 변환 장치(1000)의 프로세서는 앞선 파라미터 비교 결과 제 1 전동기(1500)의 파라미터와 제 2 전동기(1600)의 파라미터가 소정의 값 이상 차이가 있다고 결정되면, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 이종 제어를 통해 인버터(1200)를 제어하게 된다.
두 전동기 간 파라미터 차이에 따른 이종 제어는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)가 이종이라고 표시(9051)하는 기능, 서로 상이한 파라미터에 기초하여 제 1 전동기(1500)의 구동 전류의 제한값과 제 2 전동기(1600)의 구동 전류의 제한값을 서로 다르게 설정하여 인버터(1200)를 구동(9052)하는 기능, 파라미터 차이 및/또는 부하 전류 차이에 기초하여 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 중 어느 하나를 마스터 제어 대상으로 선택(9053)하는 기능, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 속도 차이가 발생하면, 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 중 마스터 제어대상 전동기의 d축 전류를 보상하는 제어를 수행(9054)하는 기능, 및 파라미터 차이가 발생하는 경우 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)가 최적 제어점에서 운전(9055)되도록 하는 기능 중 적어도 하나를 포함한다.
도 10은 본 개시의 일 실시에에 따른 전력 변환 장치의 블록도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(1000)는, 인버터(1200) 및 제어부(2000)를 포함할 수 있다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 전력 변환 장치(1000)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 전력 변환 장치(1000)는 구현될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(1000)는, 인버터(1200), 제어부(2000) 외에 제 1 전류 센서(1300), 제 2 전류 센서(1400), 제 1 위치 검출기(1700), 제 2 위 치 검출기(1800), 통신 인터페이스(2500), 입력 인터페이스(2600), 메모리(2700), 및 디스플레이(2900)를 포함할 수 있다.
이하 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.
인버터(1200)의 상세한 내부 구성과 동작에 대해서는 도 2c를 참조하여 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다. 인버터는 DC 링크 전압을 PWM 신호에 의해 교류 전압으로 변환하기 위해 스위칭 소자들인 SW1(1201), SW2(1202), SW3(1203), SW4(1204), SW5(1205), 및 SW6(1206)를 포함한다. 스위칭 소자들의 스위칭에 의해 생성된 교류 전압을 통해 병렬로 연결된 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)를 구동하게 된다.
제어부(2000)는, 전력 변환 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(2000)는 전력 변환 장치(1000)의 전반적인 제어를 위해 프로세서(2400)를 구비한다. 프로세서(2400)는 메모리(2700)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 인버터(1200), 통신 인터페이스(2500), 디스플레이(2900), 입력 인터페이스(2600), 및 메모리(2700)를 제어할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 전력 변환 장치(1000)는, 인공 지능(AI) 프로세서를 탑재할 수 있다. 인공 지능(AI) 프로세서는, 인공 지능(AI)을 위한 전용 하드웨어 칩 형태로 제작될 수도 있고, 기존의 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor) 또는 그래픽 전용 프로세서(예: GPU)의 일부로 제작되어 전력 변환 장치(1000)에 탑재될 수도 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 프로세서(2400)는 도 8에 도시된 제어부(2000) 내의 기능들을 수행할 수 있다. 다시 말해서, 프로세서(2400)는 도 2b, 도 3, 도 4, 도 5, 도 7, 도 8에 도시된 제어부(2000) 내의 속도제어부(2040), q축 전류제한부(2011), q축 전류제어부(2001), d축 전류제한부(2012), d축 전류제어부(2002), d축 전류보상부(2812), 입력좌표 변환부(2010), 파라미터 판단부(2100), 제 1 전동기 파라미터 측정부(2101), 제 2 전동기 파라미터 측정부(2102), 파라미터 비교부(2110), 속도 연산부(2020), 에러 판정부(2201), 에러 선택부(2203), 제어 선택부(2300), 전류 선택부(2030), 출력좌표변환부(2050), PWM 신호 생성부(2060)의 기능을 모두 수행할 수 있다.
프로세서(2400)는 에러 선택부(2203)에 의한 통지 내용을 디스플레이(2900)로 하여금 디스플레이하도록 제어할 수 있다.
제 1 전류 센서(1300)와 제 2 전류 센서(1400)는 각각 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600)의 구동 전류를 센싱한다. 일 실시예에서, 제 1 전류 센서(1300)와 제 2 전류 센서(1400)는 전동기로 연결된 전선이 관통하도록 하여 구동 전류를 실시간으로 측정하는 CT(current transformer)일 수 있다.
제 1 위치 검출기(1700)와 제 2 위치 검출기(1800)는 제 1 전동기(1500)와 제 2 전동기(1600) 각각에 부착되어 회전자의 위치를 검출하여 전동기 속도를 산출하는데 사용된다. 제 1 위치 검출기(1700)와 제 2 위치 검출기(1800)는 홀 센서(hall sensor)이거나 엔코더 혹은 리졸버일 수 있다.
통신 인터페이스(2500)는, 전력 변환 장치(1000)와 서버 장치(미도시), 또는 전력 변환 장치(1000)와 모바일 장치(미도시) 간의 통신을 하게 하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 인터페이스(2500)는, 근거리 통신부(2510), 원거리 통신부(2520) 등을 포함할 수 있다.
근거리 통신부(short-range wireless communication unit, 2510)는, 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(NFC, Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(ultra wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 원거리 통신부(2520)는 전력 변환 장치(1000)가 IoT(사물 인터넷) 환경에서 원격으로 서버 장치(미도시)에 의해 제어되는 경우, 서버 장치와 통신하는데 사용될 수 있다. 원거리 통신부(1520)는 인터넷, 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN), 이동 통신부를 포함할 수 있다. 이동 통신부는, 3G 모듈, 4G 모듈, 5G 모듈, LTE 모듈, NB-IoT 모듈, LTE-M 모듈 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
디스플레이(2900)는 필요한 데이터를 표시하는데 사용된다.
디스플레이(2900)가 터치패드와 함께 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이(2900)는 입력 인터페이스(2600)로도 사용될 수 있다. 디스플레이(2900)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 발광 다이오드(LED, light-emitting diode), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 전력 변환 장치(1000)의 구현 형태에 따라 전력 변환 장치(1000)는 디스플레이(2900)를 2개 이상 포함할 수도 있다.
입력 인터페이스(2600)는, 사용자로부터의 입력을 수신하기 위한 것이다. 입력 인터페이스(2600)는, 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(접촉식 정전 용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 표면 초음파 전도 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조 효과 방식 등), 조그 휠, 조그 스위치 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
입력 인터페이스(2600)는, 음성 인식 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 변환 장치(1000)는 마이크로폰을 통해 아날로그 신호인 음성 신호를 수신하고, ASR(Automatic Speech Recognition) 모델을 이용하여 음성 부분을 컴퓨터로 판독 가능한 텍스트로 변환할 수 있다. 전력 변환 장치(1000)는 자연어 이해(Natural Language Understanding, NLU) 모델을 이용하여 변환된 텍스트를 해석하여, 사용자의 발화 의도를 획득할 수 있다. 여기서 ASR 모델 또는 NLU 모델은 인공지능 모델일 수 있다. 인공지능 모델은 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조로 설계된 인공지능 전용 프로세서에 의해 처리될 수 있다. 인공지능 모델은 학습을 통해 만들어 질 수 있다. 여기서, 학습을 통해 만들어진다는 것은, 기본 인공지능 모델이 학습 알고리즘에 의하여 다수의 학습 데이터들을 이용하여 학습됨으로써, 원하는 특성(또는, 목적)을 수행하도록 설정된 기 정의된 동작 규칙 또는 인공지능 모델이 만들어짐을 의미한다. 인공지능 모델은, 복수의 신경망 레이어들로 구성될 수 있다. 복수의 신경망 레이어들 각각은 복수의 가중치들(weight values)을 갖고 있으며, 이전(previous) 레이어의 연산 결과와 복수의 가중치들 간의 연산을 통해 신경망 연산을 수행한다.
언어적 이해는 인간의 언어/문자를 인식하고 응용/처리하는 기술로서, 자연어 처리(Natural Language Processing), 기계 번역(Machine Translation), 대화 시스템(Dialog System), 질의 응답(Question Answering), 음성 인식/합성(Speech Recognition/Synthesis) 등을 포함한다.
메모리(2700)는, 프로세서(2400)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예컨대, 레시피 정보, 면적 테이블, 간격 테이블, 크롭 영역의 사이즈 정보, 왜곡 보정 값, 밝기 단계 테이블 등)을 저장할 수도 있다. 메모리(2700)는 인공지능 모델을 저장할 수도 있다. 예를 들어, 메모리(2700)는 객체 인식을 위한 인공지능 모델, 레시피 추천을 위한 인공지능 모델 등을 저장할 수도 있다.
메모리(2700)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 전력 변환 장치(1000)는 인터넷(Internet)상에서 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 또는 클라우드 서버를 운영할 수도 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
본 개시의 일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. 또한, 본 개시의 일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품 (computer program product)으로도 구현될 수 있다.
기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적 저장매체'는 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예로, '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
Claims (15)
- 제 1 실외기를 구동하는 제 1 전동기와 제 2 실외기를 구동하는 제 2 전동기를 병렬로 연결하여 구동하는 인버터; 및상기 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터를 결정하고,상기 결정된 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터를 비교하여 소정의 값 이상 차이가 있는지 여부를 판단하고, 및상기 판단 결과 상기 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터가 상기 소정의 값 이상 차이가 있으면 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기의 이종 제어를 통해 상기 인버터를 제어하는 프로세서를 포함하는 공기 조화기.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터는 각 전동기의 저항, 인덕턴스 및 역기전력 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 전류를 검출하는 전류 센서를 더 포함하고,상기 이종 제어는 상기 프로세서가 상기 전류 센서를 통해 센싱한 전류가 상기 인버터가 제어하고자 하는 소정의 전류값을 넘어서는 과전류인 것으로 판단된 경우, 상기 과전류는 상기 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터가 소정의 값 이상 차이로 인한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이종 제어는 상기 프로세서가 상기 결정된 파라미터에 기초하여 상기 제 1 전동기의 구동 전류의 제한값과 상기 제 2 전동기의 구동 전류의 제한값을 서로 다르게 설정하여 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 4 항에 있어서,상기 프로세서가 상기 제 1 전동기의 구동 전류의 제한값 또는 상기 제 2 전동기의 구동 전류의 제한값 이하가 되도록 상기 제 1 전동기 또는 상기 제 2 전동기의 구동 전류를 제한할 때, 구동 전류 제한 대상 전동기의 q축 전류와 d축 전류를 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 4 항에 있어서,상기 이종 제어는 상기 프로세서가 상기 제 1 전동기의 구동 전류의 제한값과 상기 제 2 전동기의 구동 전류의 제한값의 합이 상기 인버터의 구동 전류 제한값보다 같거나 작도록 설정하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 4 항에 있어서,상기 프로세서는 서로 다르게 설정되는 상기 제 1 전동기의 구동 전류의 제한값과 상기 제 2 전동기의 구동 전류의 제한값 중 더 큰 값은 상기 제 1 전동기 또는 상기 제 2 전동기의 감자 레벨 전류보다는 작도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이종 제어는 상기 프로세서가 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기 중 어느 하나를 마스터 제어 대상으로 선택하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 8 항에 있어서,상기 프로세서는 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기의 파라미터 차이를 고려하여 두 전동기 중 더 큰 토크가 걸리고 있는 전동기를 마스터 제어 대상으로 선택하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 9 항에 있어서,상기 프로세서는 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기의 파라미터 차이 및 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기에 걸리는 부하를 함께 고려하여 두 전동기 중 더 큰 전류가 흐르고 있는 전동기를 마스터 제어 대상으로 선택하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 프로세서는 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기의 속도 차이가 발생하면, 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기 중 마스터 제어대상 전동기의 d축 전류를 보상하는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터 차이로 인해 상기 제 1 전동기에 걸리는 토크와 상기 제 2 전동기에 걸리는 토크 차이가 발생하고, 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기의 속도 차이가 발생하되, 상기 제 2 전동기의 회전 속도가 상기 제 1 전동기의 회전 속도보다 빠르면 상기 프로세서는 상기 제 2 전동기에 걸리는 토크가 감소하도록 상기 제 1 전동기의 d축 전류를 보상하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터 차이로 인해 상기 제 1 전동기에 걸리는 토크와 상기 제 2 전동기에 걸리는 토크 차이가 발생하고, 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기에 걸리는 부하가 서로 상이할 때, 상기 파라미터 차이에 기초해서 도통 손실을 최소화하도록 제 1 전동기와 제 2 전동기를 구동하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터 차이로 인해 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기 간 토크 차이 및 속도 차이가 발생하되, 상기 제 2 전동기의 회전 속도가 상기 제 1 전동기의 회전 속도보다 느리면 상기 프로세서는 상기 제 2 전동기의 출력 토크가 증가하도록 상기 제 1 전동기의 d축 전류를 보상하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화기.
- 제 1 실외기를 구동하는 제 1 전동기의 파라미터와 제 2 실외기를 구동하는 제 2 전동기의 파라미터를 결정하는 단계;상기 결정된 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터를 비교하여 소정의 값 이상 차이가 있는지 여부를 판단하는 단계;상기 판단 결과 상기 검출된 제 1 전동기의 파라미터와 상기 제 2 전동기의 파라미터가 소정의 값 이상 차이가 있으면 상기 제 1 전동기와 상기 제 2 전동기의 이종 제어를 통해 인버터를 제어하는 단계를 포함하는, 인버터를 포함하는 공기 조화기를 통해 파라미터 차이가 있는 복수의 실외기 구동용 전동기를 병렬로 구동하는 방법.
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