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KR100256315B1 - A apparatus of slip frequency type vector control for in duction motor - Google Patents

A apparatus of slip frequency type vector control for in duction motor Download PDF

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KR100256315B1
KR100256315B1 KR1019970035065A KR19970035065A KR100256315B1 KR 100256315 B1 KR100256315 B1 KR 100256315B1 KR 1019970035065 A KR1019970035065 A KR 1019970035065A KR 19970035065 A KR19970035065 A KR 19970035065A KR 100256315 B1 KR100256315 B1 KR 100256315B1
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KR
South Korea
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induction motor
vector control
command value
time constant
slip
Prior art date
Application number
KR1019970035065A
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Korean (ko)
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Inventor
이동명
Original Assignee
구자홍
엘지전자주식회사
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: A slip frequency vector control apparatus of an induction motor is provided to compensate the rotor time constant of the induction motor controlled by an inverter of slip frequency vector control method, thereby preventing the degradation of a vector controller due to the variance of the rotor time constant. CONSTITUTION: A speed controller(1) receives a signal which subtracted the speed of an induction motor(8) from an externally transferred speed command value, and outputs a torque current command value. A current transformer(6) transforms the d, q currents(ia,ib) of a stator into rotation coordinates to output stator current(ids,iqs). A current controller(2) receives torque current and magnetic flux current from a vector control inverter(7) to output a magnetic flux voltage command value and a torque voltage command value through a rotation coordinate control circuit. A coordinate converter(4) receives the magnetic flux voltage command value and torque voltage command value and converts the coordinates of the values to output voltage command values(Va,Vb,Vc). The vector control inverter(7) receives the voltage command values(Va,Vb,Vc) to apply voltage to the induction motor(8). A slip operator(3) output slip frequency(Wsl). An integrator(5) integrates stator appliance frequency(We) to output the position of rotor magnetic flux to the coordinate converter(4) and current transformer(6). A time constant estimator(100) estimates the variance of time constant of the vector control inverter(7) to output a rotor time constant compensating signal to the slip operator(3).

Description

유도전동기의 슬립주파수형 벡터 제어장치{A apparatus of slip frequency type vector control for in duction motor}Slip frequency type vector control device for induction motors

본 발명은 유도전동기에 관한 것으로, 특히 슬립주파수 벡터 제어방식의 인버터에 의해 제어되는 유도전동기의 회전자 시정수를 보상하여 장시간의 운전에 의하여 회전자 시정수가 변동함에 따라 벡터제어기의 성능이 저하되는 것을 방지하도록 한 유도전동기의 슬립주파수형 벡터 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to an induction motor, and in particular, compensates the rotor time constant of an induction motor controlled by an inverter of a slip frequency vector control method so that the performance of the vector controller is degraded as the rotor time constant is changed by a long time operation. The present invention relates to a slip frequency type vector control apparatus of an induction motor, which is intended to prevent the occurrence of a defect.

일반적으로 유도전동기의 슬립주파수형 벡터 제어장치는 유도전동기에 흐르는 3상의 변수값들을 서로 직교하는 d, q축으로 변환하여 서로 간섭이 일어나지 않도록 상호 독립적으로 제어하는 장치이다.In general, the slip frequency type vector control device of an induction motor is a device that independently controls each other so as not to interfere with each other by converting the three-phase variable values flowing in the induction motor into the d, q axis orthogonal to each other.

종래 유도전동기의 슬립주파수형 벡터 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부에서 전달된 속도지령치(Wr*)에서 속도검출기(9)가 검출한 유도전동기(8)의 속도(Wr)가 감산된 신호를 입력받아 토오크 전류지령치(iqs*)를 출력하는 속도제어기(1)와, 유도전동기(8)에서 고정자의 d, q측 전류(ia, ib)를 회전좌표계로 변환하여 고정자 전류 ids와 iqs를 출력하는 전류변환기(6)와, 자속분과 토오크분으로 분리 제어되는 벡터제어 인버터(7)에서 정토오크 영역의 운전을 위한 자속분전류(ids*)와 상기 토오크 전류지령치(iqs*)에서 상기 고정자 전류 ids와 iqs가 각각 감산된 토오크분과 자속분전류를 입력받아 회전좌표 제어회로를 통하여 각각 자속분 전압지령치(Vds*)와 토오크분 전압지령치(Vqs*)를 출력하는 전류제어기(2)와, 상기 자속분 전압지령치(Vds*)와 토오크분 전압지령치(Vqs*)를 입력받아 좌표를 변환하여 전압지령치(Va, Vb, Vc)를 출력하는 좌표변환기(4)와, 상기 전압지령치(Va, Vb, Vc)를 입력받아 유도전동기(8)에 전압을 인가하는 벡터제어 인버터(7)와, 상기 고정자 전류 ids와 iqs 및 상기 벡터제어 인버터(7)에 입력된 값들로 슬립 주파수(Wsl)를 출력하는 슬립 연산기(3)와, 상기 슬립 주파수(Wsl)에 상기 속도검출기(9)가 검출한 속도(Wr)가 가산되어 입력된 고정자 인가 주파수(We)를 적분하여 상기 좌표변환기(4)와 상기 전류변환기(6)에 사용되는 회전자 자속의 위치(θ)를 출력하는 적분기(5)로 구성되어져 있다.In the conventional induction motor slip frequency type vector control apparatus, as illustrated in FIG. 1, the speed Wr of the induction motor 8 detected by the speed detector 9 is subtracted from the speed command value Wr * transmitted from the outside. Speed controller (1) that receives the received signal and outputs torque current command value (iqs *), and induction motor (8) converts the st and d currents (ia, ib) of the stator to the rotational coordinate system to stator current ids and In the current converter 6 which outputs iqs, and the vector control inverter 7 separately controlled by the magnetic flux and torque, the magnetic flux current (ids *) and the torque current command value (iqs *) for the operation of the constant torque range. A current controller (2) receiving the torque component and the flux component current subtracted from the stator currents ids and iqs, respectively, and outputting the magnetic flux component voltage command value Vds * and the torque component voltage command value Vqs * through the rotational coordinate control circuit, respectively; And the magnetic flux voltage command value Vds * and the torque voltage Coordinate converter 4 that receives the command value Vqs * and converts the coordinates to output voltage command values Va, Vb, Vc, and the voltage command values Va, Vb, Vc to the induction motor 8. A vector control inverter 7 for applying a voltage, a slip calculator 3 for outputting a sleep frequency Wsl with values input to the stator current ids and iqs and the vector control inverter 7, and the sleep frequency ( The speed Wr detected by the speed detector 9 is added to Wsl) to integrate the input stator applied frequency We, and thus to determine the rotor flux used in the coordinate converter 4 and the current converter 6. It consists of the integrator 5 which outputs the position (theta).

이와 같이 구성된 종래 벡터 제어장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the conventional vector control device configured as described above are as follows.

먼저, 속도제어기(1)는 외부에서 전달된 속도지령치(Wr*)에서 속도검출기(9)가 검출한 유도전동기(8)의 속도(Wr)가 감산된 신호가 입력되면 토오크 전류지령치(iqs*)를 출력하게 된다.First, the speed controller 1 receives the torque current command value iqs * when a signal obtained by subtracting the speed Wr of the induction motor 8 detected by the speed detector 9 from the speed command value Wr * transmitted from the outside is input. ) Will be printed.

그리고, 전류변환기(6)는 유도전동기(8)에서 고정자의 d, q측 전류(ia, ib)를 적분기(5)가 출력한 회전자 자속의 위치(θ)를 사용해 회전좌표계로 변환하여 고정자 전류 ids와 iqs를 출력하게 된다.The current transformer 6 converts the st, d-side currents (ia, ib) of the stator in the induction motor 8 into the rotational coordinate system using the position (θ) of the rotor magnetic flux output from the integrator 5. Outputs current ids and iqs.

그러면, 자속분과 토오크분으로 분리 제어되는 벡터제어 인버터(7)에서 정토오크 영역의 운전을 위한 자속분전류(ids*)에서 고정자 전류 ids가 감산되고, 상기 토오크 전류지령치(iqs*)에서 고정자 전류 iqs가 각각 감산되어 토오크분과 자속분전류가 전류제어기(2)에 입력되게 된다.Then, the stator current ids is subtracted from the flux current (ids *) for the operation of the constant torque region in the vector control inverter 7 separately controlled by the flux content and the torque content, and the stator current at the torque current command value iqs *. Each of iqs is subtracted so that the torque component and the flux component current are input to the current controller 2.

다음으로, 전류제어기(2)는 회전좌표 제어회로를 통하여 각각 자속분 전압지령치(Vds*)와 토오크분 전압지령치(Vqs*)를 출력하게 되고, 이를 입력받은 좌표변환기(4)는 적분기(5)가 출력한 회전자 자속의 위치(θ)를 사용해 좌표를 변환하여 전압지령치(Va, Vb, Vc)를 출력하게 된다.Next, the current controller 2 outputs the magnetic flux voltage command value Vds * and the torque voltage command value Vqs * through the rotational coordinate control circuit, respectively, and the coordinate converter 4 receives the integrator 5 The coordinates are converted using the position (θ) of the rotor magnetic flux outputted by) to output the voltage command values Va, Vb, and Vc.

그러면, 벡터제어 인버터(7)는 전압지령치(Va, Vb, Vc)를 입력받아 유도전동기(8)에 전압을 인가하게 된다.Then, the vector control inverter 7 receives the voltage command values Va, Vb, and Vc to apply the voltage to the induction motor 8.

한편, 슬립연산기(3)는 상기 전류변환기(6)가 출력한 고정자 전류 ids와 iqs 및 유도전동기(8)를 테스트하여 얻은 상수를 입력받아 슬립 주파수(Wsl)를 출력하게 되고, 이 슬립 주파수(Wsl)에 상기 속도검출기(9)가 검출한 속도(Wr)가 가산되면 이 신호를 적분기(5)가 적분하여 상기 좌표변환기(4)와 전류변환기(6)에 사용되는 회전자 자속의 위치(θ)를 출력하게 된다.On the other hand, the slip operator 3 receives the constants obtained by testing the stator current ids and iqs and the induction motor 8 output by the current converter 6, and outputs a slip frequency Wsl. When the speed Wr detected by the speed detector 9 is added to Wsl), the integrator 5 integrates this signal to the position of the rotor magnetic flux used for the coordinate converter 4 and the current converter 6. θ) will be output.

그러나, 이러한 종래 유도전동기의 슬립주파수형 벡터 제어장치에서 슬립연산기에 사용되는 값들은 유도전동기를 운전하기 이전에 유도전동기를 테스트하여 필요한 상수를 운전 전에 구한 후 설정하게 된다. 이때 구하여진 유도전동기의 상수들은 운전 중에 발열 등에 의하여 변동되는 값들이다.However, in the slip frequency type vector control apparatus of the conventional induction motor, the values used for the slip operator are set after the induction motor is tested and the necessary constants are obtained before the induction motor is operated. The constants of the induction motors obtained at this time are values that are changed by heat generation during operation.

따라서, 슬립연산기의 값을 전류변환기에 의하여 구하여진 고정자 전류값과 인버터에 입력된 값들로 슬립주파수를 생성하게 되면 벡터 제어장치는 과도상태 및 정상상태에서의 제어 성능이 저하되는 문제점이 있었다.Therefore, when the slip frequency is generated using the stator current value obtained by the current converter and the values input to the inverter, the vector control device has a problem in that the control performance in the transient state and the normal state is degraded.

따라서, 본 발명의 목적은 슬립주파수 벡터 제어방식의 인버터에 의해 제어되는 유도전동기의 회전자 시정수를 보상 즉, 슬립연산기에 사용되는 유도전동기 상수들의 운전 중에 발생되는 변화를 추정 보상하여 장시간의 운전에 의하여 회전자 시정수가 변동함에 따라 벡터제어기의 성능이 저하되는 것을 방지하도록 한 유도전동기의 슬립주파수형 벡터 제어장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to compensate for the rotor time constant of an induction motor controlled by an inverter of a slip frequency vector control method, that is, to estimate and compensate for a change generated during operation of induction motor constants used in a slip operation, for a long time of operation. The present invention provides a slip frequency type vector control apparatus for an induction motor which prevents the performance of the vector controller from deteriorating as the rotor time constant changes.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 자속분 전압지령치와 토오크분 전압지령치 및 슬립주파수를 기초로 하여 전동기의 속도를 제어하는 벡터제어 인버터를 포함한 유도전동기에 있어서, 상기 유도전동기를 테스트하여 획득한 회전자 시정수 보상신호와 회전좌표계로 표시된 유도전동기의 고정자 전류를 이용하여 슬립 주파수를 출력하는 슬립 연산부, 및 상기 고정자 전류와 회전좌표계로 표시된 자속분 및 토오크분의 전압지령치를 각각 입력받아 보상함수를 출력하는 보상함수발생기와, 상기 유도전동기의 회전자 자속분 유기전압과 토오크분 유기전압을 이용하여 기준함수를 출력하는 기준함수발생기와, 상기 보상함수발생기와 기준함수발생기로부터 보상함수와 기준함수를 각각 입력받아 비교하여 오차를 보정한 후 상기 슬립 연산부로 회전자 시정수 보상신호를 출력하여 상기 벡터제어 인버터의 회전자 시정수를 보상하는 슬립보상제어기를 포함한 회전자시정수추정부를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Technical means of the present invention for achieving the above object, in the induction motor including a vector control inverter for controlling the speed of the motor based on the magnetic flux voltage command value, the torque voltage command value and the slip frequency, the induction motor test A slip calculation unit for outputting a slip frequency using the rotor time constant compensation signal obtained by the stepwise and the stator current of the induction motor indicated by the rotary coordinate system, and a voltage command value of the magnetic flux and the torque component indicated by the stator current and the rotary coordinate system, respectively. A compensation function generator that receives the output of the compensation function, a reference function generator that outputs a reference function using the rotor flux induced voltage and torque component induced voltage of the induction motor, and a compensation function from the compensation function generator and the reference function generator. The slip after correcting the error by comparing the input and the reference function respectively And a rotor time constant estimator including a slip compensation controller for outputting a rotor time constant compensation signal to a calculation unit to compensate for the rotor time constant of the vector control inverter.

도 1은 종래 유도전동기의 슬립주파수형 벡터제어장치를 나타낸 블록도이고,1 is a block diagram showing a slip frequency type vector control apparatus of a conventional induction motor,

도 2는 본 발명에 의한 유도전동기의 슬립주파수형 벡터제어장치를 나타낸 블록도이고,2 is a block diagram showing a slip frequency type vector control apparatus of an induction motor according to the present invention;

도 3은 도 2에 도시된 회전자 시정수 추정부의 상세 회로를 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a detailed circuit of the rotor time constant estimation unit illustrated in FIG. 2.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100: 회전자 시정수 추정부 101: 보상함수 발생기100: rotor time constant estimator 101: compensation function generator

102: 기준함수 발생기 103: 오차판단기102: reference function generator 103: error determiner

104: 곱셈기 105: 슬립보상 제어기104: multiplier 105: slip compensation controller

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 유도전동기의 슬립주파수형 벡터 제어장치를 나타낸 블록도로서, 외부에서 전달된 속도지령치(Wr*)에서 속도검출기(9)가 검출한 유도전동기(8)의 속도(Wr)가 감산된 신호를 입력받아 토오크 전류지령치(iqs*)를 출력하는 속도제어기(1)와, 유도전동기(8)에서 고정자의 d, q측 전류(ia, ib)를 회전좌표계로 변환하여 고정자 전류 ids와 iqs를 출력하는 전류변환기(6)와, 자속분과 토오크분으로 분리 제어되는 벡터제어 인버터(7)에서 정토오크 영역의 운전을 위한 자속분전류(ids*)와 상기 토오크 전류지령치(iqs*)에서 상기 고정자 전류 ids와 iqs가 각각 감산된 토오크분과 자속분전류를 입력받아 회전좌표 제어회로를 통하여 각각 자속분 전압지령치(Vds*)와 토오크분 전압지령치(Vqs*)로 출력하는 전류제어기(2)와, 상기 자속분 전압지령치(Vds*)와 토오크분 전압지령치(Vqs*)를 입력받아 좌표를 변환하여 전압지령치(Va, Vb, Vc)를 출력하는 좌표변환기(4)와, 상기 전압지령치(Va, Vb, Vc)를 입력받아 유도전동기(8)에 전압을 인가하는 벡터제어 인버터(7)와, 상기 고정자 전류 ids와 iqs 및 벡터 제어 인버터(7)에 입력된 값들로 슬립 주파수(Wsl)를 출력하는 슬립 연산기(3)와, 상기 슬립 주파수(Wsl)에 상기 속도검출기(9)가 검출한 속도(Wr)가 가산되어 입력된 고정자 인가 주파수(We)를 적분하여 상기 좌표변환기(4)와 상기 전류변환기(6)에 사용되는 회전자 자속의 위치(θ)를 출력하는 적분기(5)와, 상기 고정자 전류 ids와 iqs 및 자속분 전압지령치(Vds*)와 토오크분 전압지령치(Vqs*)를 입력받아 상기 벡터제어 인버터(7)의 회전자 시정수 변동을 추정하여 회전자 시정수 보상 신호를 상기 슬립연산기(3)로 출력하는 회전자 시정수 추정부(100)로 구성되어져 있다.2 is a block diagram showing a slip frequency type vector control apparatus of an induction motor according to the present invention, wherein the speed Wr of the induction motor 8 detected by the speed detector 9 at a speed command value Wr * transmitted from the outside is shown. The speed controller 1 receives the subtracted signal) and outputs the torque current command value (iqs *), and the induction motor 8 converts the st and d currents of the stator (ia, ib) into a rotational coordinate system. In the current converter 6 which outputs current ids and iqs, and in the vector control inverter 7 separately controlled by the magnetic flux and the torque, the magnetic flux current (ids *) and the torque current command value (iqs) for the operation of the constant torque range. *) The current controller receives the torque component and the flux component current subtracted from the stator current ids and iqs, respectively and outputs the magnetic flux component voltage command value (Vds *) and the torque component voltage command value (Vqs *) through the rotation coordinate control circuit. (2) and the flux voltage command value (Vds *) Coordinate converter 4 that receives the oak component voltage command value Vqs * and converts coordinates to output voltage command values Va, Vb, Vc, and the voltage command values Va, Vb, Vc. 8) a vector control inverter 7 for applying a voltage to it, a slip calculator 3 for outputting a sleep frequency Wsl with values input to the stator current ids and iqs and the vector control inverter 7, and the sleep Rotor used for the coordinate converter 4 and the current converter 6 by integrating the input stator applied frequency We by adding the speed Wr detected by the speed detector 9 to the frequency Wsl. The integrator 5 outputting the magnetic flux position θ, the stator current ids and iqs, the magnetic flux voltage command value Vds * and the torque voltage command value Vqs * are inputted. The rotor for estimating the rotor time constant variation and outputting the rotor time constant compensation signal to the slip operator 3 It has been composed of a constant estimation unit (100).

또한, 본 발명에 의한 상기 회전자 시정수 추정부(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 회전좌표계로 표시된 자속분의 전압지령치(Vds*)와 토오크분의 전압지령치(Vqs*) 및 고정자 전류(ids, iqs)를 입력받아 보상함수를 출력하는 보상함수 발생기(101)와, 상기 유도전동기(8)의 회전자 자속분 유기전압과 토오크분 유기전압을 이용하여 기준함수를 출력하는 기준함수 발생기(102)와, 상기 보상함수에서 기준함수가 감산되어 입력되면 부호를 판단하여 양일 때는 (+)신호를 출력하고 음일 때는 (-)신호를 출력하는 오차판단기(103)와, 이 오차판단기(103)의 출력 신호와 보상함수에서 기준함수가 감산된 신호를 곱셈기(104)를 거쳐 입력받아 상기 벡터제어 인버터(7)의 회전자 시정수를 보상하는 슬립보상제어기(105)로 구성되어져 있다.In addition, the rotor time constant estimation unit 100 according to the present invention, as shown in Figure 3, the voltage command value (Vds *) and the voltage command value (Vqs *) of the torque for the magnetic flux represented by the rotational coordinate system and the stator Compensation function generator 101 for receiving currents ids and iqs and outputting a compensation function, and a reference function for outputting a reference function using the rotor flux induced voltage and the torque induced induced voltage of the induction motor 8. The generator 102 and the error determiner 103 for subtracting the reference function from the compensation function and determining the sign and outputting a positive signal when the signal is positive and a negative signal when the signal is negative, and the error judgment And a slip compensation controller 105 which receives a signal obtained by subtracting the reference function from the output signal of the device 103 and the compensation function through the multiplier 104 and compensates the rotor time constant of the vector control inverter 7. have.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 2 및 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 2 and 3 attached to the operation and effect of the present invention configured as described above are as follows.

먼저, 유도전동기(8)에서 고정자 전압의 상태 방정식을 살펴보면 아래의 수학식 1과 같이 나타난다.First, look at the state equation of the stator voltage in the induction motor (8) as shown in Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, 수학식 1로부터 직교 회전자 좌표계 d, q축으로 표시된 유도전동기(8)의 전압방정식을 구하면 아래의 수학식 2와 같이 나타난다.Here, when the voltage equation of the induction motor 8 represented by the orthogonal rotor coordinate system d and q-axis is obtained from Equation 1, Equation 2 below is obtained.

Figure pat00002
Figure pat00002

아울러, 수학식 1로부터 회전자 자속방정식 및 슬립연산기(3)에 사용되는 슬립주파수는 각각 수학식 3과 4로 나타낼 수 있다.In addition, the slip frequency used in the rotor flux equation and the slip calculator 3 from Equation 1 may be represented by Equations 3 and 4, respectively.

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

이러한 유도전동기(8)에서 벡터 제어장치는 유도전동기에 흐르는 3상의 변수값들을 서로 직교하는 d, q축으로 변환하여 서로 간섭이 일어나지 않도록 상호 독립적으로 제어하게 되는 데, 이때 유도전동기(8)의 속도제어를 위해 고정자 전류의 자속분전류(ids)를 일정하게 하고, 토오크전류(iqs)를 제어하여 속도를 제어하게 된다.In the induction motor 8, the vector control device converts the three-phase variable values flowing in the induction motor into d and q axes that are orthogonal to each other to independently control each other so that interference does not occur. In this case, the induction motor 8 For speed control, the flux flux current ids of the stator current is made constant, and the torque current iqs is controlled to control the speed.

이러한 조건에서 유도전동기(8)에 인가되는 주파수와 동일한 속도로 회전하는 회전좌표계의 d축에 회전자 자속의 축을 일치시키면, d축의 자속이 유도전동기(8)의 자속과 같아지고, q축의 자속분은 존재하지 않는 아래의 수학식 5의 조건을 가정할 수 있다.Under these conditions, if the axis of the rotor magnetic flux coincides with the d axis of the rotary coordinate system rotating at the same speed as the frequency applied to the induction motor 8, the magnetic flux on the d axis becomes the magnetic flux of the induction motor 8, and the magnetic flux on the q axis. The minute may assume the condition of Equation 5 below, which does not exist.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, 수학식 5의 조건을 이용하여 슬립연산기(3)의 슬립주파수(Wsl)와 회전자 자속식을 구하면 아래의 수학식 6 및 7과 같이 나타난다.Here, when the slip frequency Wsl and the rotor magnetic flux equation of the slip operator 3 are obtained using the condition of Equation 5, Equations 6 and 7 are shown.

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

한편, 회전좌표에 d, q축으로 표시된 고정자 전압방정식은 아래의 수학식 8과 같이 나타난다.On the other hand, the stator voltage equation represented by the d, q axis in the rotational coordinates is expressed as shown in Equation 8 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

그리고, 슬립연산기(3)에서 슬립주파수(Wsl)는 회전좌표계로 표시된 자속분 전류(ids)와 토오크분 전류(iqs) 및 회전자 시정수(Tr)로 발생하게 된다.In the slip calculator 3, the slip frequency Wsl is generated as the flux current ids, the torque current iqs, and the rotor time constant Tr indicated by the rotational coordinate system.

이때, 회전자 시정수(Tr)는 유도전동기(8)의 회전자 인덕턴스와 회전자 저항의 비로 나타나며, 이 값들은 유도전동기(8)를 운전함에 따라서 변동하는 값으로 벡터제어 인버터(7)의 제어성능에 영향을 미치게 된다.At this time, the rotor time constant (Tr) is represented by the ratio of the rotor inductance and the rotor resistance of the induction motor (8), these values are values that vary as the induction motor (8) operates, the value of the vector control inverter (7) It affects the control performance.

따라서, 본 발명에서는 벡터 제어장치의 제어성능을 향상시키기 위해 수학식 8의 고정자 전압방정식에 기초하여 회전자 시정수(Tr)의 변동을 추정 보상하게 된다.Therefore, in the present invention, the variation of the rotor time constant Tr is estimated and compensated based on the stator voltage equation of Equation 8 to improve the control performance of the vector control apparatus.

수학식 8에서 회전자 유기전압 방정식을 구하면 아래의 수학식 9 및 10과 같다. 이때 토오크분 유기전압을 eT, 자속분 유기전압을 eM라고 정의한다.Obtaining the rotor induced voltage equation in Equation 8 is shown in Equations 9 and 10 below. In this case, the torque induced voltage is defined as e T , and the flux induced voltage is defined as e M.

Figure pat00009
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Figure pat00010
Figure pat00010

상기 수학식 9 및 10으로부터 수학식 5의 조건을 대입하여 정리하면, 벡터제어 인버터(7)의 수학식 9 및 10은 아래의 수학식 11 및 12로 나타난다.When the conditions of Equation 5 are substituted by Equations 9 and 10, Equations 9 and 10 of the vector control inverter 7 are represented by Equations 11 and 12 below.

Figure pat00011
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Figure pat00012
Figure pat00012

상기 수학식 11 및 12가 만족하는 조건이 벡터제어 인버터(7)의 슬립주파수 연산이 정확하여 고정자 전류성분이 토오크분으로 독립적으로 제어되는 조건이라고 볼 수 있다.The conditions satisfied by Equations 11 and 12 can be regarded as the conditions under which the slip frequency calculation of the vector control inverter 7 is accurate and the stator current components are independently controlled in terms of torque.

그리고, 회전자 시정수(Tr)의 변동을 보상하기 위한 기준함수로 수학식 9 및 10을 사용할 경우 우변에는 고정자 저항 Rs의 항이 포함되어 있으므로 이 값 역시 유도전동기(8)를 운전함으로 인하여 변동하는 값이 되므로 본 발명에서는 수학식 9와 10의 곱을 기준함수로 하여 사용한다. 기준함수를 F*라고 정의하고 보상함수를 F라고 정의하면 아래의 수학식 13 및 14와 같이 나타난다.In addition, when using Equations 9 and 10 as the reference function for compensating the variation of the rotor time constant (Tr), since the right side includes the term of the stator resistance Rs, this value is also changed by operating the induction motor (8). Since the value is used in the present invention, the product of Equations 9 and 10 is used as a reference function. If the reference function is defined as F * and the compensation function is defined as F, the following equations (13) and (14) are shown.

Figure pat00013
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Figure pat00014
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한편, 보상함수 발생기(101)는 회전좌표계로 표시된 자속분의 전압지령치(Vds*)와 토오크분의 전압 지령치(Vqs*) 및 고정자 전류(ids, IQs)를 검출하여 회전자표계로 표시된 고정자의 자속분 및 토오크분 전류로 보상함수 F를 발생시키게 된다. 이때 보상함수 F는 수학식 13을 이용한다.Meanwhile, the compensation function generator 101 detects the voltage command value Vds * for the magnetic flux represented by the rotational coordinate system, the voltage command value Vqs * for the torque, and the stator currents ids and IQs to detect the stator of the stator indicated by the rotor coordinate system. The compensating function F is generated by the magnetic flux and torque component currents. In this case, the compensation function F uses Equation 13.

그리고, 기준함수 발생기(102)는 수학식 14로부터 기준함수 F*를 발생시키게 된다. 이때는 수학식 14를 이용한다.The reference function generator 102 generates the reference function F * from Equation 14. In this case, Equation 14 is used.

이때, 오차판단기(103)는 고정자 인가 주파수의 위상이 양일 때는 (+)신호를 출력하고, 음일 때는 (-)신호를 출력하게 된다. 이는 수학식 14에서 알 수 있듯이 기준함수 F*는 고정자 인가 주파수(We)의 항이 포함되어 있으므로 We의 부호를 곱하여 주어야만 유도전동기(8)의 회전방향에 관계없이 기준함수 F* 및 보상함수 F의 사용이 가능하기 때문이다.In this case, the error determiner 103 outputs a positive signal when the phase of the stator applied frequency is positive, and outputs a negative signal when the phase of the stator applied frequency is positive. As shown in Equation 14, since the reference function F * includes the term of the stator applied frequency (We), it must be multiplied by the sign of We so that the reference function F * and the compensation function F are independent of the direction of rotation of the induction motor 8. It is possible to use.

그러면, 이 오차판단기(103)의 출력 신호와 보상함수 F에서 기준함수 F*가 감산된 신호가 곱셈기(104)를 거쳐 슬립보상 제어기(105)에 입력되어 벡터제어 인버터(7)의 회전자 시정수(Tr)의 값으로 사용되어 진다. 즉, 슬립연산기(3)에 사용되는 회전자 시정수 Tr의 역수를 유도전동기(8)의 운전 중에 보상하는 것이다.Then, the output signal of the error determiner 103 and the signal obtained by subtracting the reference function F * from the compensation function F are input to the slip compensation controller 105 via the multiplier 104 to rotate the rotor of the vector control inverter 7. It is used as the value of time constant (Tr). That is, the reciprocal of the rotor time constant Tr used in the slip operator 3 is compensated during the operation of the induction motor 8.

한편, 고정자의 전압이 지령치 전압과 달라지는 것은 벡터제어 인버터(7)에 사용되는 스위칭소자의 암(Arm) 쇼트를 방지하기 위해 좌표변환기(4)를 통하여 출력되는 Va, Vb, Vc에 임의의 시간을 가산하는 데드타임(Dead Time)에 의하여 생기게 되므로, 벡터제어 인버터(7)에 데드타임 보상 회로를 내장하여 고정자 전압의 지령치와 실제 고정자 전압을 동일하게 한다.On the other hand, the voltage of the stator differs from the setpoint voltage at any time for Va, Vb, Vc output through the coordinate converter 4 to prevent arm short of the switching element used in the vector control inverter 7. Since the dead time is added to add the dead time compensation circuit to the vector control inverter 7, the command value of the stator voltage and the actual stator voltage are made equal.

따라서, 상술한 바와 같이 슬립연산기에서 사용되는 유도전동기의 상수값들은 유도전동기가 운전을 함으로 인해 발생하는 가변 상수들인 바, 본 발명에서는 회전자 시정수 추정기를 사용하여 구동 중 유도전동기의 상수값들의 변화를 추정 보상함으로써, 회전좌표계로 변환하기 위하여 사용되는 회전자 자속의 축의 위치(θ)를 정확하게 구하므로 전류제어기와 속도제어기의 응답성을 향상시켜 장시간 운전에 의하여 회전자 시정수가 변동함에 따라 벡터제어기의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, as described above, the constant values of the induction motor used in the slip operator are variable constants generated by the induction motor operation. In the present invention, the constant values of the induction motor during the operation using the rotor time constant estimator are used. By estimating and compensating for the change, the position (θ) of the axis of the rotor flux used to convert to the rotational coordinate system is accurately obtained. Therefore, the response time of the current controller and the speed controller is improved, and the rotor time constant is changed by long time operation. The performance of the controller can be prevented from deteriorating.

Claims (1)

자속분 전압지령치와 토오크분 전압지령치 및 슬립주파수를 기초로 하여 전동기의 속도를 제어하는 벡터제어 인버터를 포함한 유도전동기에 있어서,In an induction motor including a vector control inverter for controlling the speed of the motor based on the magnetic flux voltage command value, the torque voltage command value and the slip frequency, 상기 유도전동기를 테스트하여 획득한 회전자 시정수 보상신호와 회전좌표계로 표시된 유도전동기의 고정자 전류를 이용하여 슬립 주파수를 출력하는 슬립 연산부; 및A slip calculation unit for outputting a slip frequency using a rotor time constant compensation signal obtained by testing the induction motor and a stator current of the induction motor indicated by a rotational coordinate system; And 상기 고정자 전류와 회전좌표계로 표시된 자속분 및 토오크분의 전압지령치를 각각 입력받아 보상함수를 출력하는 보상함수발생기와, 상기 유도전동기의 회전자 자속분 유기전압과 토오크분 유기전압을 이용하여 기준함수를 출력하는 기준함수발생기와, 상기 보상함수발생기와 기준함수발생기로부터 보상함수와 기준함수를 각각 입력받아 비교하여 오차를 보정한 후 상기 슬립 연산부로 회전자 시정수 보상신호를 출력하여 상기 벡터제어 인버터의 회전자 시정수를 보상하는 슬립보상제어기를 포함한 회전자시정수추정부를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유도전동기의 슬립주파수형 벡터 제어장치.A compensation function generator that receives the voltage command values of the magnetic flux and torque components indicated by the stator current and the rotational coordinate system, respectively, and outputs a compensation function, and a reference function using the induced flux voltage and the torque component induced voltage of the induction motor. The vector control inverter outputs a rotor time constant compensation signal to the slip operation unit after correcting an error by receiving and comparing a compensation function and a reference function from the reference function generator and the compensation function generator and the reference function generator, respectively. Slip frequency type vector control apparatus of an induction motor, characterized in that it comprises a rotor time constant estimation unit including a slip compensation controller to compensate for the rotor time constant of the motor.
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