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KR0179872B1 - 모터구동 인버터의 데드타임 보상방법 - Google Patents

모터구동 인버터의 데드타임 보상방법

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Publication number
KR0179872B1
KR0179872B1 KR1019960008383A KR19960008383A KR0179872B1 KR 0179872 B1 KR0179872 B1 KR 0179872B1 KR 1019960008383 A KR1019960008383 A KR 1019960008383A KR 19960008383 A KR19960008383 A KR 19960008383A KR 0179872 B1 KR0179872 B1 KR 0179872B1
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voltage
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이재택
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이종수
엘지산전 주식회사
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Abstract

본 발명은 모터구동 인버터의 데드타임 보상에 관한 것으로, 종래의 방법은 단순히 전류의 극성이 바뀌는 것만 고려함으로 인해 즉, 전류의 극성을 판단할때 양과 음의 오프셋을 사용하기 때문에 데드타임 보상전압이 음에서 양으로 또는 양에서 음으로 바뀌는 순간에 발생하는 실제 전류파형의 왜곡으로 인하여 토오크리플이 발생하며, 이러한 전류파형의 왜곡은 저속일수록 토오크리플의 발생을 크게 하는 문제점이 있다.
본 발명은 기존의 보상장치에 추가로 전류의 극성이 변화할 시점을 계산하여 이로부터 히스테리시스 밴드사이에서 전류지령을 산출하고 이 전류지령으로 부터 새로운 전압지령을 인버터에 하달함으로써 종래 데드타임 보상에도 불구하고 발생하는 전류의 왜곡을 최소한으로 줄일 수 있게 되어 토오크리플, 특히 저속운전시 발생하는 토오크리플을 감소시키는 효과가 있다.

Description

모터구동 인버터의 데드타임 보상방법
제1도는 일반적인 전압형 인버터 모터구동장치의 구성도.
제2도는 제1도 인버터부의 스위칭 트랜지스터의 게이트에 인가되는 구동신호도로서,
(a)는 데드타임을 고려하지 않은 TR1과 TR4의 게이트 인가 신호파형도.
(b)는 데드타임을 고려한 TR1과 TR4의 게이트 인가신호파형도.
(c)는 출력전류(i1)에 따른 전류극성을 나타낸 파형도.
제3도는 종래 인버터의 출력전류를 이용한 데드타임 보상방법의 동작 흐름도.
제4도는 제1도 제어부의 상세 구성도.
제5도는 본 발명 모터구동 인버터의 데드타임 보상방법의 동작흐름도.
제6도는 본 발명에 따른 제1도 제어부의 상세 구성도.
제7도는 본 발명에 따른 전류지령 및 전류검출 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 컨버터부 2 : 인버터부
3 : A/D변환부 4 : 제어부
43 : 제1가산기 44 : 지령전류발생기
45 : 비례적분 제어기 46 : 제2가산기
47 : 부호기
본 발명은 모터구동 인버터의 데드타임 보상에 관한 것으로, 인버터의 출력전류가 변환되는 시점에서 발생하는 데드타임으로 인한 이 출력전류의 왜곡을 보상하는 모터구동 인버터의 데드타임 보상방법에 관한 것이다.
일반적인 데드타임 보상방법은 모터를 구동하는 인버터를 구성하는 스위칭 트랜지스터의 양단에 걸리는 전압을 이용하는 방법과 인버터의 출력전류를 이용하는 방법이 있다. 스위칭 트랜지스터의 양단전압을 이용하는 방법은 별도의 전압 검출장치가 필요하고 실제 구현시 노이즈에 의한 영향 등의 검출방법의 문제에 의하여 인버터의 출력전류를 이용하는 경우가 일반적이다.
제1도는 일반적인 전압형 인버터 모터 제어장치의 구성도로서, 3상 입력전원(AC)은 컨버터(1)의 6개의 다이오드(D11-D16)를 통하여 정류되고 직렬접속된 2개의 평활용 콘덴서(C1)(C2)에서 평활되고 인버터(2)의 6개의 스위칭 트랜지스터(TR1-TR6)의 게이트에 공급되는 신호에 따라 스위칭된 후 모터(IM)에 공급된다.
또한, 아날로그/디지탈 변환부(3)는 상기 모터(IM)에 공급되는 전류를 검출하여 디지탈 값으로 변환하여 제어부(4)에 공급하고, 이 변환된 전류간에 따라 제어부(4)에서 제어하여 상기 인버터부(2) 스위칭 트랜지스터(TR1-TR6)의 각각의 게이트에 공급한다.
미설명부호 D1-D6는 프리휠 다이오드이다.
상기와 같은 모터 제어장치를 사용하는 종래 모터구동 인버터의 데드타임 보상방법을 제2도 및 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
컨버터(1)애서 정류,평활되어 직류전압으로 변환된 입력전원(AC)은 인버터(2)의 직렬로 연결된 두개의 스위칭 트랜지스터(TR1과 TR4, TR2와 TR5, TR3와 TR6)를 서로 번갈아 가면서 온 또는 오프를 행하게 되는데, 이 경우 2개의 스위칭 트랜지스터, 예를 들어 TR1과 TR4가 동시에 온되는 경우에는 제2도의 (a)에 도시한 바와 같이, 단락상태가 되기 때문에 인버터(2)가 파손된다. 따라서 상기 스위칭 트랜지스터(TR1)(TR4)가 동시에 온되는 것을 방지하기 위해서는 제2도의 (b)와 같이 스위칭 상태가 바뀔 때마다 상기 2개의 스위칭 트랜지스터(TR1)(TR4)가 동시에 오프되는, 즉 데드타임(t)이 필요하다.
이 데드타임(t)은 인버터(2)로 모터(IM)를 구동할 경우에 필요하나 이 데드타임(t)으로 인하여 인버터(2)에서 지령전압과 출력전압 사이에서 오차가 발생하게 되고 그 결과 전류왜곡과 헌팅 등의 문제가 발생하게 되므로 이 오차를 보상하기 위한 보상 방법이 필요하며, 따라서 제2도의 (c)에 도시한 바와 같은 출력전류(i1)를 검출하여 이 출력전류의 극성을 판단하여 데드타임에 의한 에러전압을 보상함으로서 데드타임에 의한 영향을 방지하게 된다.
또한 상기 제어부(4)를 상세히 나타낸 제4도와 같이, 히스테리시스 밴드를 고려하여 상기 출력전류(i1)의 극성이 양인지 음인지를 판단하여, 극성이 양으로 판단되면 양의 부족전압이 발생하므로 부호기(Sign)(41)에서 양(+)의 부호가 곱하여 진후 데드타임 보상전압(Vdead)이 인버터의 지령전압(Vas*)에 가산기(42)에서 더하여 짐으로써 전압지령(Vas*_new)이 출력된다.
또한, 상기와 반대로 극성이 음으로 판단되면 상기 인버터의 지령전압(Vas*)에 데드타임 보상전압(Vdead)을 뺀 전압지령(Vas*_new)이 출력된다.
한편, 상기 히스테리시스 밴드는 전류검출회로가 갖는 오프셋 등에 의하여 발생할 수 있는 오보상을 방지하기 위하여, 전류 검출시 영전류 부근에서 적당한 오프셋 값을 설정하여 검출전류가 음의 값에서 양의 값으로 변화하는 경우 음의 오프셋 값에서 전압지령에 의해 양의 보상 전압을 추가하고, 상기 검출전류가 양의 값에서 음의 값으로 변화하는 경우 양의 오프셋 값에서 전압지령에 음의 보상전압을 추가하는 방법을 사용하는것을 의미한다.
이와 같은 방법은 검출전류의 극성이 바뀐 이후에도 계속적으로 노이즈가 발생하는 경우 오동작할 우려가 있으므로 전류의 극성을 판단한 이후에 기존의 전류의 극성을 근거로 데드타임을 보상하게 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 방법은, 단순히 전류의 극성이 바뀌는 것만 고려함으로 인해 즉, 전류의 극성을 판단할 때 양과 음의 오프셋을 사용하기 때문에 데드타임 보상전압이 음에서 양으로 또는 양에서 음으로 바뀌는 순간에 발생하는 실제 전류파형의 왜곡으로 인하여 토오크리플이 발생하며, 이러한 전류파형의 왜곡은 저속일수록 토오크리플의 발생을 크게 하는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전류의 극성이 변화할 시점을 계산하여 이로부터 전류지령치를 산출하고 이 전류지령치를 비례적분하여 새로운 전압지령을 인버터에 하달함으로서 종래 데드타임 보상에도 불구하고 발생하는 전류의 왜곡을 최소한으로 줄이는 것을 목적으로 한다.
상기 목석을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 인버터에서 모터로 출력되는 출력전류를 검출하여 이 출력전류의 극성이 음인경우 인버터 지령전압에 데드타임 보상전압을 빼고 극성이 양인경우 상기 인버터 지령전압에 데드타임 보상전압을 더하여 새로운 지령전압을 산출하는 제1단계와; 상기 출력전류가 히스테리시스 밴드내부에 존재하면 지령전류를 생성하는 제2단계와; 상기 제2단계의 지령전류를 검출전류와 비교하여 비례적분제어를 실시하여 새로운 보상전압을 산출하는 제3단계와; 상기 비례적분의 결과로 산출된 새로운 보상전압을 상기 제1단계로 부터 구한 지령전압과 합하여 인버터의 각각의 스위칭 트랜지스터의 게이트에 인가하는 제4단계로 이루어진다.
또한, 상기 제2단계에서 생성한 지형전류의 크기는 d-q변환한 후의 d축 및 q축 전류의 크기를 제곱하여 더한 값에 평방근을 취하여 구하고, 주파수는 검출전류가 상기 히스테리시스밴드와 만나는 시점을 근거로 산출한다.
이와 같은 과정을 수행하기 위한 장치는 제1도와 같으며, 제6도는 상기 제1도 제어부(4)의 상세 구성도로서, 히스테리시스 밴드를 고려하여 출력전류의 극성에 따라 데드타임 보상전압(Vdead)과 지령전압(Vas*)을 합하여 인버터 지령전압을 만드는 제1가산기(43)와, 검출전류(ias)로 부터 지령전류(ias*)를 발생하는 지령전류발생기(44)와, 상기 지령전류(ias*)와 검출전류(ias)를 연산하여 비례적분제어기(45)에서 비례적분제어하고 이를 상기 제1가산기(43)의 인버터 지령전압과 합하는 제2가산기(46)로 구성되어 이 제2가산기(46)에서 최종적인 전압지령(Vas*_new)이 출력된다.
이와 같이 구성된 본 발명 모터구동 인버터의 데드타임 보상방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제5도는 본 발명 모터구동 인버터의 데드타임 보상방법의 동작흐름도로서, 인버터의 출력전류(ias)를 검출하여 이 출력전류(ias)의 극성에 따라 데드타임 보상전압을 더하거나 빼는 과정은 종래와 동일하다.
이때, 상기 검출전류(ias*)가 히스테리시스 밴드 내부에 존재하는 지를 판단하게 된다.
즉, 제7도에 도시한 바와 같이, 인버터로 부터 모터로 공급되는 검출전류(ias)의 값이 히스테리시스 밴드의 상한치(+I_hys)와 하한치(-I_hys)사이에 존재하는 지를 판단한다.
이때, 이 검출전류(ias)가 양의 값에서 음의 값으로 변화하면 히스테리시스 값을 인버터 출력전류의 최대값으로 나눈 후 이의 역사인함수를 구하여 양의 히스테리시스 밴드값과 같아지는 시점을 구하며 아래식과 같다.
여기서, │ias*│는 3상을 2상 dq변환하여 그 d축전류(ids) 및 q축전류(iqs)로 부터 다음식과 같이 구한다.
또한, 상기 검출전류(ias)가 음의 값과 같아지는 시점을 구하면 아래식과 같이, 시간의 경과에 따른 인버터의 출력주파수 ωe를 적분하여 구한다.
다음으로 상기 인버터 출력전류의 최대값(│ias*│)에 sin함수를 곱하여 전류지령(ias*)을 만든다.
한편, 상기 검출전류(ias*)가 음의 값에서 양의 값으로 변화할 때는 θo를 계산할 때 양의 히스테리시스 밴드값 대신에 음의 히스테리시스 밴드값을 사용한다.
상기한 과정은 제6도 지령전류발생기(44)에서 수행되며 이 지령전류발생기(44)의 출력, 즉 인버터 지령전류(ias*)는 비례적분제어기(45)를 통하여 다음식과 같이 계산된다.
이 비례적분제어기(45)의 출력은 상기 제2가산기(46)에서 상기 제1가산기(43)의 출력과 합하여져 최종적으로 인버터의 지령전압(Vas*_new)이 제1도에 도시된 인버터부(2)의 6개의 트랜지스터(TR1-TR6)의 게이트에 인가됨으로써 이 6개의 트랜지스터(TR1-TR6)의 턴온/오프 시간이 조절된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 기존의 보상장치에 추가로 전류의 극성이 변화할 시점을 계산하여 이로부터 히스레리시스 밴드사이에서 전류지령을 산출하고 이 전류지령으로 부터 새로운 전압지령을 인버터에 하달함으로서 종래 데드타임 보상에도 불구하고 발생하는 전류의 왜곡을 최소한으로 줄일 수 있게되어 토오크리플, 특히 저속운전시 발생하는 토오크리플을 감소시키는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 인버터에거 모터로 출력되는 출력전류를 검출하여 이 출력전류의 극성이 음인경우 인버터 지령전압에 데드타임 보상전압을 빼고, 극성이 양인경우 상기 인버터 지령전압에 데드타임 보상전압을 더하여 새로운 지령전압을 산출하는 제1단계와; 상기 출력전류가 히스테리시스 밴드내부에 존재하면 지령전류를 생성하는 제2단계와; 상기 제2단계의 지령전류를 검출전류와 비교하여 비례적분제어를 실시하여 새로운 보상전압을 산출하는 제3단계와; 상기 비례적분의 결과로 산출된 새로운 보상전압을 상기 제1단계로 부터 구한 지령전압과 합하여 인버터의 각각의 스위칭 수단에 인가하는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터구동 인버터의 데드타임 보상방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2단계에서 생성한 지령전류의 크기는 d-q변환한 후의 d축 및 q축 전류의 크기를 제곱하여 더한 값에 평방근을 취하여 구하고, 주파수는 검출전류가 상기 히스테리시스밴드와 만나는 시점을 근거로 산출하는 것을 특징으로 하는 모터구동 인버터의 데드타임 보상방법.
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