KR0125326B1 - 가변속 구동기의 전류 제어를 실시하는 장치 및 그 실시 방법 - Google Patents

Abstract

3 아암 변조 방법을 이용한 PWM 인버터에 있어서, 전압 포화 부근에서 2 아암 변조 방법으로 전환해서 0 벡터 누락이 없는 전류 제어를 실시하는 장치 및 그 실시하는 방법이다. 그 구성으로서, PWM 패턴 연산부(31)에서의 전압 벡터 시간 Tλ, Tμ 및 T₀에서 3 아암 변조용의 시각 데이타를 작성하는 시각 데이타 작성부(32)와, 이 시각 데이타를 각각 상 시각으로 전환하는 시각 전환 스위치(33)을 구비한 3 아암 변조 방법을 이용한 PWM 인버터에 있어서, 전압 벡터 시간에서 2 아암 변조용의 시각 데이타를 작성하는 시각 데이타 작성부(4)를 설치하고, 이른바 히스테리시스를 갖는 비교 회로(45)에서 0 벡터 시간 T₀와 데드타임 보상 설정치 K·Tdly를 비교하여, 0 벡터 시간이 작아지면, 변조 전환 스위치(47)에 의해 시각 데이타 작성부(41)의 데이타를 PWM 패턴이 2 아암 변조 방법이 되도록 시각 전환 스위치(33)에 출력한다.

Description

[발명의 명칭]

가변속 구동기의 전류 제어를 실시하는 장치 및 그 실시방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 일본국 특허 출원 평2-7983호에 개시된 가변속 구동기의 블록 회로 다이어그램이다.

제2도는 본 발명의 실시예를 도시한 PWM 패턴 발생기에 있어서의 기능 블록 다이어그램이다.

제3도는 제2도에 도시한 PWM 패턴 발생기에 있어서의 실시예의 0 벡터 배치 설명도이다.

제4도는 제2도에 도시한 PWM 패턴 발생기에 있어서의 실시예의 전류 벡터의 궤적을 설명한 도면이다.

제5도는 제1도에 관련된 종래의 PWM 패턴 밭생기를 도시한 기능 블륵 다이어그램이다.

제6도는 3 아암 변조에 있어서의 시간 데이타 및 시각 데이타를 설명하는 도면이다.

제7도는 0 벡터의 이동을 설명하는 도면이다.

제8도는 0 벡터 이동때의 전류 벡터 궤적의 설명도이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술 분야]

본 발명은, 전압형 PWM 인버터의 전류 제어계인 전압 포화 부근에서의 전류 제어 특성을 향상시키는 이른바 가변속 구동 장치(이하, 가변속 구동기라 칭함)의 전류 제어를 실시하는 장치 및 그 실시 방법에 관한 것이다.

[배경 기술]

제1도에는 1990년 1월 17일자로 출원한 일본국 특허 출원 평성 2년 제7983호에 개시된 전압형 PWM(펄스폭 변조) 인버터를 사용한 가변속 구동기의 구성을 도시한다.

제1도에 있어서, 부호(1)은 속도 또는 토크 지령 및 속도 검출 등의 데이타를 이용한 벡터 제어부, 부호(2)는 벡터 제어부의 전류 지령에 의해 전류 제어 연산을 행하는 ACR(전류) 제어부, 부호(3)은 ACR 제어부의 전압 공간 벡터의 전압 진폭과 위상 지령으로 3상 PWM 패턴을 연산하고, PWM 패턴에 기초해서 PWM 지령을 발생하는 PWM 폐턴 발생기, 부호(4)는 데드타임 보상 회로, 부호(5)는 게이트 신호 회로, 부호(6)은 구동 회로, 부호(7)은 인버터 주 회로, 부호(8)은 유도 전동기이다.

또한, 제1도 중 부호(9)는 전압 검출기, 부호(10)은 전류 검출기, 부호(11)은 속도 검출기, 부호(12)는 PWM 패턴 발생기로부터의 0(제로) 벡터의 중간 샘플 홀드 신호와 동기해서 그 때의 출력 전류를 A/D 변환 종료시까지 보존하는 샘플 홀드 회로, 부호(13)은 A/D 변환기, 부호(22)는 속도 검출기(11)에서의 회전자 속도 ω_r와 슬립각 속도 ω_s에서 전원 속도 ω_o을 얻는 가산기를 도시한다.

제5도는, PWM 패턴 발생기(3)의 블록 회로를 도시하는 것으로, 제5도에 있어서, 부호(31)는 ACR 제어부(1)에서의 벡터 전압 지령 V와, 출력 전압 위상 지령 θv에서 60°사이에 한정된 출력 전압 위상및 직류 전원 전압 Vdc, PWM 반송파 주기(PWM 시간) Tc에서 PWM 패턴을 원근사법으로 계산하고, 60°위상을 다르게 하는 전압 벡터 시간 Tλ, Tμ 및 0 벡터 시간 T₀를 출력하는 PWM 패턴 연산부를 도시한다.

다음으로, 부호(32)는 제6도에 도시하듯이 반 PWM 시간 T₀/2에 0 벡터 시간 T₀를 전압 백터 시간 Tλ,Tμ 양측으로 2등분한 시간 데이타를 작성하여, 시각 데이타 T₁, T₂및 T₃을 출력하는 3 아암 변조용 시간데이타 작성부를 도시한다.

또, 부호(33)은 시각 데이타, T₁, T₂및 T₃을 각각 상전압 시각 Tu, Tv 및 Tw로 변환하는 시각 전환 스위치, 부호(34)는 시각 Tu, Tv 및 Tw를 스위칭해서 각각 상전압 신호 Vu, Vv 및 Vw(PWM 패턴)을 출력하는 ON/OFF 전환 회로를 도시한다.

또한, 제5도 중 부호(35)는 ACR 제어부에서의 출력 전압 위상 θv의 60°마다 모드 선택 회로, 부호(36)은 60°마다 모드 선택 회로 출력이 입력하여 60°마다의 기준 위상 Ψλ를 출력하는 기준 위상 출력 테이블, 부호(37)은 출력 전압 위상 θv에서 60°마다의 기준 위상 Ψλ를 감산하고 60°사이에 한정된 출력 전압 위상를 PWM 패턴 연산부(31)에 출력하는 감산기, 부호(38)은 60°마다의 모드 선택 회로(35)의 출력에 의해 시각 전환 스위치(33)을 제어하는 스위치 선택 테이블, 부호(39)는 ON/ OFF 전환 회로를 PWM 시간 Tc로 제어함과 동시에 전류를 샘플링하는 스위칭 ON/ OFF 컨트롤 회로를 각각 도시한다.

그런데, 상기 PWM 패턴을 원근사법으로 계산해서, 0 벡터 시간 T₀를 시간 Tλ, Tμ 양측에 2등분해서 출력하고, 전류는 PWM 패턴의 구분점에서 커플링하는 방법(이하, 3 아암 변조 방법이라 함)은, 출력 전압이 높아지면, 0 벡터의 폭이 좁아진다.

0 벡터 폭이 좁아지면, 데드타임 보상에 의해 0 벡터 누락이 발생한다. 이때, 전류 벡터 궤적은 반지름이 큰 방향으로 이동한다.

제7도(A),(B)에 0 벡터의 누락 발생 전, 후의 벡터를 각각 도시한다. 제7도에 있어서, (B)에 도시하듯이 데드 타임 보상에 의해 B점의 0 벡터 기간이 D점으로 이동하고, B점에서 0 벡터가 누락되며, D점에서는 0 벡터가 빨리 나타났을 경우, 전류 벡터의 궤적은 제8도와 같이 된다.

이 경우, 전류 백터의 궤적은,「1」,「2」까지는 동일하나,「3」의 기간이 길어진다. 이로 인해, 전류 벡터는 크게 이동한다. 「4」,「5」,「6」은 원래대로이므로, 0 벡터가 누락되지 않은 제7도(A) 경우의 전류 벡터 궤적(도시 생략)에 비해,「3」의 기간이 길어진 몫만큼 평행 이동한 위치에 존재한다. 「7」의 벡터 기간은 0 벡터가 증가한 몫만큼 짧아지고,「8」의 0 벡터 기간은 「3」의 기간 중에 있어야 했던 0 벡터 몫도 길어지고, 그 결과로서 「9」의 끝은 「1」의 시작점과 일치한다.

요컨대, 0 벡터의 누락이 발생하면, 전류 벡터 최종 궤적의 점은 0 벡터가 없는 부분과 균등하게 되지만, 그 기간중의 궤적은 전류 반지름이 큰쪽으로 평행 이동한다. 그로 인해, 이 기간중의 전류 적분치는 0 벡터에 누락이 없는 전류보다 커져버린다. 이로 인해, 같은 전압 성분의 PWM 패턴이지만 0 벡터의 삽입 장소에 따라 전류가 다르게 된다.

본 발명은, 종래의 이와 같은 문제점에 비추어 보아, 그 목적하는 바는, ACR 제어계는 그대로 해서 전압포화 부근에서 PWM 패턴을 3 아암 변조 방식에서 2 아암 변조 방식으로 전환함으로써, 전압 포화 부근에서의 ACR 제어 특성이 향상되도록 한 가변속 구동기의 전류 제어를 실시하는 장치 및 그 실시하는 방법을 제공함에 있다.

[발명의 개시]

본 발명에 관계되는 가변속 구동기의 전류 제어를 실시하는 장치는, 전류 제어부의 전압 지령과 출력 전압 위상에서 3상 PWM 패턴을 연산하는 PWM 패턴 연산부와, 이 연산부에서 연산된 0 벡터 시간을 포함하는 전압 벡터 시간애서 3 아암 변조용의 시각 데이타를 작성하는 3 아암 변조용 시각 데이타 작성부와, 이 시각 데이타를 각각 상 시각 전환하는 시각 전환 스위치와 상기 전압 벡터 시간에서 2 아암 변조 방식의 시각 데이타를 작성하는 2 아암 변조용 시각 데이타 작성부와, 상기 0 벡터 시간과 데드타임 보상 설정치를 비교해서 0 벡터 시간이 작아지면, 3 아암/2 아암 변조 전환 신호를 출력하는 비교 회로와, 이 비교 회로의 전환 신호로 인해 상기 3 아암 변조용 시각 데이타와 2 아암 변조용 시각 데이타를 전환해서 상기 시각 전환 스위치에 출력하는 변조 전환 스위치를 설치해서 되는 것이다.

또, 상기 비교 회로에는 히스테리시스 특성을 지니게 하면 좋다.

또한, 상기 비교 회로는 0 벡터 시간과 데드타임 보상 설정치에 비례한 시간을 비교하게 하면 좋다.

또, 본 발명에 관계되는 가변속 구동기의 전류 제어를 실시하는 방법은, 전류 제어부의 전압 지령과 출력전압 위상에서 3상 PWM 패턴을 연산하고, 이 연산 공정으로 연산된 0 벡터 시간을 포함하는 전압 벡터 시간에서 3 아암 변조용의 시각 데이타를 작성하여, 이 시각 데이타를 각각 상 시각 전환하는 시각 전환 스위치를 이용하고, 또한, 상기 전압 벡터 시간에서 2 아암 변조 방법의 시각 데이타를 작성해서, 상기 0 백터 시간과 데드타임 보상 설정치를 비교해서 0 벡터의 시간이 작아지면 3 아암/2 아암 변조 전환 신호를 출력하고, 이 비교에 의해 출력된 전환 신호에 따라 상기 아암 변조용 시각 데이타와 2 아암 변조용 시각 데이타를 전환해서 상기 구비한 시각 전환 스위치에 출력하도록 변조 전환 스위치를 이용하는 공정으로 이루어진 것이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명에 있어서의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

제2도는, 본 발명에 있어서의 실시예의 PWM 패턴 발생기를 도시한다. 또한, 제5도에 도시한 것과 동일구성 부분은 동일 부호를 붙여서 그 중복되는 설명을 생략한다.

제2도에서, 부호(32)는 3 아암 변조용 시각 데이타 작성부, 부호(41)는 부호(42) 및 (43)으로 이루어진 2 아암 변조용 시각 데이타 작성부이며, 부호(42)은 PWM 패턴 연산부(31)에서의 전압 벡터 시간 Tλ, Tμ및 0 벡터 시간 T₀가 입력되고, 0 벡터 시간 T₀를 시간 Tλ 및 Tμ 후에 집중시켜서 시각 데이타 T₁, T₂및 T₃을 출력하는 시각 데이타 작성부, 부호(43)는 동일하게 시간 Tλ, Tμ 및 T₀가 입력되어, 0 벡터 시간 T₀를 시간 Tλ 및 Tμ 이전에 집중시켜서 시각 데이타 T₁, T₂및 T₃을 출력하는 시각 데이타 작성부를 도시한다.

또, 부호(45)는 PWM 패턴 연산부(31)의 0 벡터 기간 T₀와 데드타임 보상 설정치 Tdly에 비율 회로(44)에서 계수 K를 곱한 값 K·Tdly가 입력되고, T₀K·Tdly에서 3 아암/2 아암 변조 전환 신호를 출력하는 히스테리시스형의 비교기로 이루어진 비교 회로를 도시한다.

또한, 부호(46)는 3 아암/2 아암 변조 전환 신호 회로(45)의 출력과 60°마다 모드 선택 회로의 출력 및 스위치 ON/OFF 제어 회로(39)의 출력이 입력되고, 3 아암/2 아암 변조 전환 데이타를 출력하는 스위치 선택 데이블을 도시한다.

또, 부호(47)는 스위치 선택 테이블(46)의 데이타로 제어되는 변조 전환 스의치를 도시하고, 3 아암 변조시에는, 시각 데이타 작성부(32)의 시각 데이타 T₁, T₂및 T₃을 그대로 T₁', T₂' 및 T₃'로 해서 출력하고, ON/OFF 전환 회로(34)에서 3 아암 변조 방법에 의한 PWM 패턴을 출력시킨다.

또, 2 아암 변조시에는, 시각 데이타 작성부(42) 및 (43)의 시각 데이타 T₁, T₂및 T₃을, 제3도와 같이 종래 PWM 반주기 간의 0 벡터 시간 T₀를 2등분해서 전압 벡터 시간 Tλ와 Tμ 양측으로 배분하고 있던 것을 변경한다. 즉,

(1) 반 PWM 기간의 0 벡터 시간을 그대로 시간 Tλ측 또는 Tμ측 끝에 설정한다.

(2) 반 PWM 기간을 다음의 반 PWM 기간의 0 벡터 시간이 연속되게 시간 Tλ와 Tμ측의 어느 쪽으로 할 것인지를 결정한다.

(3) 또한, 대상이 될 점으로부터 출력 전압 위상 60°구간마다 0 백터 시간 T₀를 모으는 점을 변경한다.

이러므로써, 스위치 선택 테이블(46)의 데이타에 의해 전환되고, 시각 데이타 T₁', T₂', T₃'를 출력하여, ON/OFF 전환 회로(34)에서 2 아암 변조 방식의 PWM 패턴[전학론(電學論) D.l09권 11호, 평성 원년, P809.의 2 아암 변조에 해당]을 출력시킨다.

이때, 전류 샘플은 종래대로 PWM 반주기마다 행하면 좋고, 제4도와 같은 전류 궤적의 1 PWM 주기 간의 중심을 샘플하게 된다. 따라서, 종래 제1도(일본국 특허 출원 평2-7083호)의 ACR 제어계가 그대로 적용 가능하게 된다.

[산업상 이용 가능성]

이상 설명했듯이, 본 발명에 관계되는 가변슥 구동기의 전류 제어를 실시하는 장치 및 그 실시하는 방법에 있어서는, 출력 전압이 높아져서 0 벡터의 폭이 좁아지면 3 아암 변조 방법의 PWM 패턴에 0 벡터 누락이 발생되므로, 비교 회로에서는 PWM 패턴 연산부로부터의 0 벡터 시간을 데드타임 보상 설정치와 비교해서 0 벡터 누락이 발생하기 전에 전환 신호를 변조 전환 스위치에 출력한다. 변조 전환 스위치는 3 아암 변조에 있어서의 시각 데이타를 2 아암 변조의 시각 데이타로 전환해서, 시각 전환 스위치에 출력하여, 2 아암변조의 PWM 패턴에 의한 전류 제어로 전환한다. 2 아암 변조 방법은 3 아암변조 방법에 비해서 전류 리플이 약 2배로 되는 결점이 있으나, 0 벡터 기간의 폭이 2배로 되어 있으므로, 출력 전압이 높아져도 전압포화 부근에서 0 벡터 누락이 없는 전류 제어의 실시가 가능해진다.

또, 비교 회로로서 이른바 히스테리시스를 갖게 되므로, 전압 포화 부근에서의 3 아암 변조와 2 아암 변조사이를 빈번하게 왕래하는 일은 없어진다. 또한, 비교 회로에서 0 벡터 시간과 비교하는 시간을 데드타임 보상치에 비율을 곱한 값으로 하면, 비율을 변경함으로써 전압 지령에 대한 3 아암 변조와 2 아암 변조의 전환 시기를 조정할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 여러가지 우수한 산업상의 이용 가능성을 지닌다.

Claims (4)

1. a) 전류 제어부의 전압 지령과 출력 전압 위상으로부터 3상 PWM 패턴을 연산하는 PWM 패턴 연산부와, b) 상기 PWM 패턴 연산부에서 연산된 0 벡터 시간을 포함하는 전압 벡터 시간으로부터 3 아암 변조용 시각 데이타를 작성하는 3 아암 변조용 시각 데이타 작성부와, c) 상기 시각 데이타를 각각 상 시각전환하는 시각 전환 스위치와, d) 상기 전압 벡터 시간으로부터 2 아암 변조 방법의 시각 데이타를 작성하는 2 아암 변조용 시각 데이타 작성부와, e) 상기 0 벡터 시간과 데드타임 보상 설정치를 비교해서 0 벡터시간이 단축되면 3 아암/2 아암 변조 전환 신호를 출력하는 비교 회로와, f) 상기 비교 회로의 전환 신호에 의해 상기 3 아암 변조용 시각 데이타와 2 아암 변조용 시각 데이타를 전환해서 상기 시간 전환 스위치에 출력하는 변조 전환 스위치를 설치하고, 상기 전압 지령의 크기에 따라 3 아암 및 2 아암 변조 방법이 전환되도록 한 것을 특징으로 하는 PWM 인버터로 이루어진 가변속 구동기의 전류 제어를 실시하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비교 회로가 히스테리시스 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 가변속 구동기의 전류 제어를 실시하는 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비교 회로에서 0 벡터 시간과 비교하는 시간을 데드타임 보상 설정치에 비율을 곱한 값으로 한 것을 특징으로 하는 가변속 구동기의 전류 제어를 실시하는 장치.
4. a) 전류 제어부의 전압 지령과 출력 전압 위상으로부터 3상 PWM 패턴을 연산하고, b) 상기 3상 PWM 패턴을 연산하는 중에 연산된 0 벡터 시간을 포함하는 전압 벡터 시간으로부터 3 아암 변조용의 시각 데이타를 작성하고, c) 시각 전환 스위치를 이용해서 상기 시각 데이타를 각각 상 시각 전환하고, d) 상기 전압 벡터 시간으로부터 2 아암 변조 방법의 시각 데이타를 작성하고, e) 상기 0 백터 시간과 데드타임 보상 설정치를 비교해서 0 벡터 시간이 단축되면 3 아암/2 아암 변조 전환 신호를 출력하고, f) 상기 공정 e)의 출력 3 아암/2 아암 변조 전환 신호에 따라 상기 3 아암 변조용 시각 데이타와 2 아암 변조용 시각 데이타를 전환해서 상기 시간 전환 스위치에 출력하도륵 변조 전환 스위치를 사용하므로써, 상기 전압 지령의 크기에 따라 3 아암 및 2 아암 변조 방법이 전환되도록 한 것을 특징으로 하는 PWM 인버터로 이루어진 가변속 구동기의 전류 제어를 실시하는 방법.