KR20150121952A - Motor driving device and air conditioner including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전동기 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전동기 구동장치는, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 맥동하는 맥동 전원을 변환하여 변환된 직류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 계통 전류 쉐이핑(shaping)을 수행하는 제1 모드 또는 계통 전류 쉐이핑을 수행하지 않는 제2 모드로, 동작하도록 제어한다. 이에 따라, 고조파 저감 및 모터 효율 향이 가능하게 된다. The present invention relates to an electric motor drive apparatus and an air conditioner having the same. An electric motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention includes an inverter that has a plurality of switching elements and converts a pulsating power source to output a converted DC power source to a motor and a control unit that controls the inverter, , A first mode for performing grid current shaping or a second mode for not performing grid current shaping based on the speed and torque of the motor. As a result, it becomes possible to reduce the harmonics and improve the motor efficiency.
Description
본 발명은 전동기 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 저용량의 커패시터를 사용하는 전동기 구동 장치에서 고조파 저감 및 모터 효율 향상이 가능한 전동기 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric motor driving apparatus and an air conditioner having the same, and more particularly, to an electric motor driving apparatus capable of reducing harmonics and improving motor efficiency in a motor driving apparatus using a capacitor of a small capacity, will be.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다. The air conditioner is installed to provide a comfortable indoor environment for humans by discharging cold air to the room to adjust the room temperature and purify the room air to create a pleasant indoor environment. Generally, the air conditioner includes an indoor unit which is constituted by a heat exchanger and installed in a room, and an outdoor unit which is constituted by a compressor, a heat exchanger and the like and supplies the refrigerant to the indoor unit.
한편, 공기조화기에 전동기가 사용되는데, 근래, 환경 문제를 고려하여, 효율적인 전력 소모를 위한 다양한 방법이 강구되고 있다. 이에 따라, 동기 전동기(Synchronous Motor; SM), 특히 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)의 사용이 증대되고 있는 추세이다.On the other hand, an electric motor is used in an air conditioner. Recently, various methods for efficient power consumption have been proposed in consideration of environmental problems. Accordingly, the use of a synchronous motor (SM), particularly a permanent magnet synchronous motor (PMSM) using a permanent magnet, is increasing.
한편, 전동기 구동시, 제조 비용 저감 등을 위해, 저용량의 커패시터가 사용되고 있는 추세이다. 그러나, 저용량의 커패시터를 사용하는 경우, 커패시터 양단 전압이 맥동하게 되어, 결국, 계통 전류의 고조파가 증대되는 문제점이 있다. On the other hand, when driving an electric motor, a capacitor of a low capacity is being used in order to reduce manufacturing costs. However, when a capacitor having a small capacity is used, there is a problem that the voltage across the capacitor is pulsated, and as a result, harmonics of the system current are increased.
본 발명의 목적은, 저용량의 커패시터를 사용하는 전동기 구동 장치에서 고조파 저감 및 모터 효율 향상이 가능한 전동기 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide an electric motor drive apparatus capable of reducing harmonics and improving motor efficiency in a motor drive apparatus using a capacitor of a low capacity and an air conditioner having the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동기 구동장치는, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 맥동하는 맥동 전원을 변환하여 변환된 직류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 계통 전류 쉐이핑(shaping)을 수행하는 제1 모드 또는 계통 전류 쉐이핑을 수행하지 않는 제2 모드로, 동작하도록 제어한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electric motor drive apparatus including an inverter that includes a plurality of switching elements and converts pulsating pulsating power to output a converted DC power to a motor, And the control unit controls to operate in a first mode for performing grid current shaping or a second mode for not performing grid current shaping based on the speed and torque of the motor.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환기와, 압축기 내의 모터를 구동하기 위한 압축기 전동기 구동 장치를 포함하고, 압축기 전동기 구동 장치는, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 맥동하는 맥동 전원을 변환하여 변환된 직류 전원을 모터로 출력하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 계통 전류 쉐이핑(shaping)을 수행하는 제1 모드 또는 계통 전류 쉐이핑을 수행하지 않는 제2 모드로, 동작하도록 제어한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an air conditioner including a compressor for compressing refrigerant, a heat exchanger for performing heat exchange using compressed refrigerant, a compressor motor drive device for driving a motor in the compressor, Wherein the compressor motor driving apparatus includes an inverter that has a plurality of switching elements and converts the pulsating power supply to output the converted DC power to the motor and a control unit that controls the inverter, Based on the speed and torque of the motor, in a first mode for performing grid current shaping or in a second mode for not performing grid current shaping.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전동기 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는, 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 계통 전류 쉐이핑(shaping)을 수행하는 제1 모드 또는 계통 전류 쉐이핑을 수행하지 않는 제2 모드로, 동작함으로써, 고조파 저감 및 모터 효율 향상이 가능하게 된다.According to an embodiment of the present invention, an electric motor driving apparatus and an air conditioner having the same include a first mode for performing a grid current shaping or a second mode for performing grid current shaping 2 mode, it is possible to reduce the harmonics and improve the motor efficiency.
특히, 모터 출력이 소정치 이상인 경우에는, 계통 전류 쉐이핑에 의해, 고조파를 저감하며, 모터 출력이 소정치 미만인 경우에는 계통 전류 쉐이핑을 하지 않고, 모터 효율이 최대화되도록 함으로써, 모터 효율 향상이 가능하게 된다.Particularly, when the motor output is higher than a predetermined value, the harmonics are reduced by the grid current shaping, and when the motor output is less than the predetermined value, the motor efficiency is maximized without the grid current shaping, do.
한편, 수명이 긴 소용량의 필름 커패시터 사용이 가능하므로, 전동기 구동장치의 신뢰도가 향상되며, 제조 비용 및 그 부피가 작아지는 효과가 발생한다.On the other hand, since it is possible to use a small-capacity film capacitor having a long life, the reliability of the motor drive device is improved, and the manufacturing cost and the volume are reduced.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동기 구동장치의 일예를 도시한 회로도이다.
도 4는 도 3의 제어부의 내부 블록도이다.
도 5는 도 3의 커패시터의 용량에 따른 dc 단 전압을 예시하는 도면이다.
도 6은 전동기의 속도와 토크 대비 제1 모드와 제2 모드를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 제어부의 내부 블록도이다.
도 8a는 도 7의 제1 모드 동작부의 내부 블록도이다.
도 8b는 도 7의 제2 모드 동작부의 내부 블록도이다.
도 9는 도 8a의 전력 지령 생성부의 내부 블록도이다.
도 10a는 제1 모드에 의한 dc 단 전압과 계통 전류의 파형을 예시한다.
도 10b는 제2 모드에 의한 dc 단 전압과 계통 전류의 파형을 예시한다.1 is a diagram illustrating a configuration of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of the outdoor unit and the indoor unit of FIG.
3 is a circuit diagram showing an example of a motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is an internal block diagram of the control unit of FIG.
5 is a diagram illustrating a dc voltage stage according to the capacitance of the capacitor of FIG.
6 is a diagram illustrating the first mode and the second mode of the speed and torque of the electric motor.
7 is an internal block diagram of the control unit of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
8A is an internal block diagram of the first mode operation unit of FIG.
8B is an internal block diagram of the second mode operation unit of FIG.
9 is an internal block diagram of the power command generation unit of FIG. 8A.
10A illustrates the waveform of the dc voltage and the grid current according to the first mode.
FIG. 10B illustrates waveforms of the dc voltage and the grid current according to the second mode.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.The suffix "module" and " part "for components used in the following description are given merely for convenience of description, and do not give special significance or role in themselves. Accordingly, the terms "module" and "part" may be used interchangeably.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a configuration of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 공기조화기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실내기(31), 실내기(31)에 연결되는 실외기(21)를 포함할 수 있다. The
공기조화기의 실내기(31)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31)를 예시한다.The
한편, 공기조화기(100)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다. Meanwhile, the
실외기(21)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다. The
실외기(21)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31)로 냉매를 공급한다. 실외기(21)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다. The outdoor unit (21) operates the compressor and the outdoor heat exchanger to compress or heat-exchange the refrigerant according to the setting to supply the refrigerant to the indoor unit (31). The
이때, 실외기(21)는, 연결된 실내기(310)로 압축된 냉매를 공급한다. At this time, the
실내기(31)는, 실외기(21)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.The indoor unit (31) receives the refrigerant from the outdoor unit (21) and discharges the cold air to the room. The
이때, 실외기(21) 및 실내기(31)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다. At this time, the
리모컨(미도시)는 실내기(31)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다. A remote controller (not shown) is connected to the
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.2 is a schematic view of the outdoor unit and the indoor unit of FIG.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(31)와 실외기(21)로 구분된다. Referring to the drawings, an
실외기(21)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다. The
실내기(31)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109)와, 실내측 열교환기(109)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다. The
실내측 열교환기(109)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.At least one
또한, 공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.Further, the
도 1의 실외기(21) 내의 압축기(102)는, 압축기 모터(250)를 구동하는 압축기 전동기 구동장치(도 3의 200)에 의해 구동될 수 있다. The
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동기 구동장치의 일예를 도시한 회로도이다. 3 is a circuit diagram showing an example of a motor drive apparatus according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 전동기 구동장치(200)는, 정류부(210), 인버터(220), 제어부(230), 계통 전류 검출부(A), dc 단 전압 검출부(B), 직류단 커패시터(C), 및 전동기 전류 검출부(E), 계통 전압 검출부(F)를 포함할 수 있다. 또한, 도 3의 전동기 구동장치(200)는, 리액터(L1,L2) 등을 더 포함할 수도 있다.3 includes a
리액터(L1,L2)는, 상용 교류 전원(205, vg)과 정류부(210) 사이에 배치되어, 노이즈 제거 등의 동작을 수행할 수 있다. A reactor (L1, L2) may perform an action, such as, commercial AC power source (205, v g) and is arranged between the rectifying
계통 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(205)으로부터 입력되는 계통 전류(ig)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 계통 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 계통 전류(ig)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 전력 제어를 위해, 제어부(230)에 입력될 수 있다.The system current detection section A can detect the system current i g input from the commercial
계통 전압 검출부(F)는, 상용 교류 전원(205)으로부터 입력되는 계통 전압(vg)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, 계통 전압 검출부(F)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 계통 전압(vg)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 전력 제어를 위해, 제어부(230)에 입력될 수 있다.Grid voltage detector (F) is, it is possible to detect a system voltage (v g) is input from the commercial
정류부(210)는, 리액터(L1,L2)를 거친 상용 교류 전원(205)을 정류하여 출력한다. 예를 들어, 정류부(210)는, 4개의 다이오드가 연결된 풀 브릿지 다이오드를 구비할 수 있으나, 다양한 변형이 가능하다. The rectifying
커패시터(C)는, 입력되는 전원을 저장한다. 도면에서는, 직류단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다. The capacitor C stores the input power. In the figure, one element is exemplified by the DC short-circuit capacitor C, but a plurality of elements are provided to secure the element stability.
한편, 본 명세서에서의 직류단 커패시터(C)는, 소용량의 커패시터로서, 커패시터리스(capacitorless) 타입의 커패시터일 수 있다. 즉, 커패시터(C)는, 전해 커패시터가 아닌, 필름 타입의 커패시터일 수 있다. 이러한 커패시터리스 타입의 커패시터를 사용함으로써, 전동기 구동장치의 안정성이 향상되고, 제조 비용 및 그 부피가 작아지는 효과가 발생한다.On the other hand, the DC short-circuit capacitor C in the present specification may be a small-capacity capacitor, and it may be a capacitorless type capacitor. That is, the capacitor C may be a film type capacitor, not an electrolytic capacitor. By using such a capacitorless type capacitor, the stability of the electric motor drive apparatus is improved, and the manufacturing cost and the volume of the capacitor are reduced.
한편, 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다. On the other hand, since both ends of the capacitor C are stored with DC power, they may be referred to as a dc stage or a dc link stage.
dc 단 전압 검출부(B)는 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 생성을 위해, 제어부(230)에 입력될 수 있다.the dc short voltage detection unit B can detect the dc short voltage Vdc at both ends of the capacitor C. [ For this purpose, the dc voltage detection unit B may include a resistance element, an amplifier, and the like. The detected dc short voltage Vdc may be input to the
인버터(220)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 정류된 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 전동기(250)에 출력할 수 있다. The
인버터(220)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. The
인버터(220) 내의 스위칭 소자들은 제어부(230)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원(va,vb,vc)이 삼상 전동기(250)에 출력되게 된다. The switching elements in the
제어부(230)는, 인버터(220)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(230)는, 전동기 전류 검출부(E)에서 검출되는 전동기에 흐르는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.The
제어부(230)는, 인버터(220)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(220)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 PWM용 스위칭 제어신호로서, 전동기 전류 검출부(E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 제어부(230) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 4를 참조하여 후술한다.The
전동기 전류 검출부(E)는, 인버터(220)와 삼상 전동기(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 삼상 전동기(250)에 흐르는 전류를 검출한다. 전동기 전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.It detects the motor current detector (E), the
전동기 전류 검출부(E)는 인버터(220)와 삼상 전동기(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. The motor current detection unit E may be located between the
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(220)와 삼상 전동기(250) 사이에 위치하거나, 인버터(220)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(220) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.When a shunt resistor is used, three shunt resistors are placed between the
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제어부(230)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 하여 기술한다.The output (i o), a current detection is, as discrete signals (discrete signal) of the pulse type, may be applied to the
한편, 삼상 전동기(250)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. On the other hand, the three-
이러한 삼상 전동기(250)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다.The three-phase
이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다. Among them, SMPMSM and IPMSM are permanent magnet applied Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM), and Synrm is characterized by having no permanent magnet.
한편, 본 발명의 실시예와 관련하여, 제어부(230)는, 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 계통 전류 쉐이핑(shaping)을 수행하는 제1 모드 또는 계통 전류 쉐이핑을 수행하지 않는 제2 모드로, 동작하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, in connection with the embodiment of the present invention, the
특히, 제어부(230)는, 제1 모드 동작시, 계통 전류가 맥동 전압에 대응하도록 계통 전류 쉐이핑을 수행할 수 있다. In particular, the
제어부(230)는, 모터에 흐르는 출력 전류에 기초하여 연산된 속도, 및 토크 지령치에 기초하여, 제1 모드와 제2 모드 중 어느 하나를 선택하는 모드 선택부(도 7의 410)를 구비할 수 있다.The
제어부(230)는, 연산된 속도와 속도 지령치에 기초하여 토크 지령치를 생성하는 토크 지령 생성부(도 7의 325)를 더 포함할 수 있다.The
제어부(230)는, 모터를 제1 모드로 동작시키는 제1 모드 동작부(도 7의 420)와, 모터를 제2 모드로 동작시키는 제2 모드 동작부(도 7의 430)를 더 구비할 수 있다.The
제1 모드 동작부(도 7의 420)는, 토크 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부(도 8a의 330)와, 전류 지령치에 기초하여, 제1 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부(도 8a의 340)와, 토크 지령치에 기초하여 전력 지령치를 생성하는 전력 지령 생성부(도 8a의 520)와, 전력 지령치에 기초하여, 제2 전압 지령치를 생성하는 전력 제어기(도 8a의 525)와, 제1 및 제2 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부(도 8a의 360)를 구비할 수 있다. 이때, 전력 지령 생성부(도 8a의 520)와 전력 제어기(도 8a의 525)에 기초한 제2 전압 지령치에 의해, 맥동하는 dc 단 전압을 고려하여, 인버터의 계통 전류 제어, 즉 쉐이핑(shaping)이 가능하게 된다.The first mode operation section (420 in Fig. 7) includes a current command generation section (330 in Fig. 8A) for generating a current command value based on the torque command value, and a current command value generation section A power command generator (520 in FIG. 8A) for generating a power command value based on the torque command value; a power controller (520 in FIG. 8A) for generating a second voltage command value based on the power command value; (525 in Fig. 8A) and a switching control signal output unit (360 in Fig. 8A) for outputting a switching control signal based on the first and second voltage command values. At this time, the system current control, that is, shaping, of the inverter is performed in consideration of the pulsating dc voltage by the second voltage command value based on the power command generator (520 in Fig. 8A) and the power controller (525 in Fig. Lt; / RTI >
제2 모드 동작부(도 7의 430)는, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부(도 8b의 330)와, 전류 지령치에 기초하여,전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부(도 8b의 340)와, 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부(도 8b의 360)를 구비할 수 있다. 이러한 경우에는, 맥동하는 dc 단 전압을 고려한 계통 전류 제어는 수행되지 않으나, 부하에 대응하여, 최대 효율로 모터가 동작할 수 있게 된다. The second mode operation section (430 in FIG. 7) includes a current command generation section (330 in FIG. 8B) for generating a current command value and a voltage command generation section (340 in FIG. 8B) for generating a voltage command value based on the current command value And a switching control signal output unit (360 in Fig. 8B) for outputting a switching control signal based on the voltage command value. In this case, the system current control considering the pulsating dc voltage is not performed, but the motor can be operated at the maximum efficiency corresponding to the load.
한편, 제어부(230)는, 계통 전류 검출부(A)에서 검출되는 계통 전류(ig)와 계통 전압 검출부(F)에서 검출되는 계통 전압(vg), dc 단 전압 검출부(B)에서 검출되는 dc 단 전압(Vdc), 전동기 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)에 기초하여, 전력 제어를 수행한다.On the other hand, the
도 4는 도 3의 제어부의 내부 블록도이다. 4 is an internal block diagram of the control unit of FIG.
도 4를 참조하면, 제어부(230)는, 축변환부(310), 위치 추정부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.4, the
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.The
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다. On the other hand, the
위치 추정부(320)는, 정지 좌표계의 2상 전류(iα,iβ)와 정지 좌표계의 2상 전압(vα,vβ)을 입력받아, 회전자 위치(θ)를 추정한다. 또한, 위치 추정부(320)는, 추정된 위치치()에 기초하여, 추정된 속도()를 추청할 수 있다.The
이때의 정지 좌표계의 2상 전류(iα,iβ)는 축변환부(310)로부터 입력될 수 있으며, 정지 좌표계의 2상 전압(vα,vβ)은, dc 단 전압 검출부(B)로부터의 dc 단 전압(Vdc)과, 인버터(220)의 스위칭 동작 상태를 고려하여, 연산될 수 있다. 예를 들어, dc 단 전압 검출부(B)로부터의 dc 단 전압(Vdc)과, 인버터(220)의 스위칭 동작 상태에 따라, 소정 관계식에 의해, 3상 출력 전압(va,vb,vc)이 연산되며, 축변환부(310)에서 다시 정지 좌표계의 2상 전압(vα,vβ)으로 변환될 수 있다.The two-phase currents i alpha and i beta of the stationary coordinate system at this time can be input from the
한편, 위치 추정부(320)는, 정지 좌표계 하에서 추정된 위치()와 추정된 속도()를 출력할 수 있다.On the other hand, the
한편, 도 4에서는, 회전자 위치 감지를 위해, 별도의 센서가 없는 센서리스 타입의 위치 추정부(320)를 예시하나, 이와 달리, 홀 센서 등의, 위치 감지 센서가 사용되는 경우, 위치 추정부(320)는, 속도 연산부(미도시)로 대체 가능하다. 즉, 속도 연산부(미도시)에, 홀 센서에서 감지된 위치 신호가 입력되는 경우, 위치 신호에 기초하여, 속도()를 연산할 수 있다. 즉, 위치 신호에 기반하여, 시간에 대해, 나누면, 속도를 연산할 수 있게 된다. 이하에서는, 위치 추정부(320)를 중심으로 기술한다.4, there is illustrated a sensorless type
한편, 위치 추정부(320)는, 입력되는 회전자의 위치 신호(H)에 기초하여 연산된 위치()와 연산된 속도()를 출력할 수 있다.On the other hand, the
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다. On the other hand, the current
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.On the other hand, the current
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다. Next, the voltage
한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.The
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.On the other hand, the generated d-axis and q-axis voltage command values (v * d and v * q ) are input to the
축변환부(350)는, 위치 추정부(320)에서 연산된 위치()와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.The
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 위치 추정부(320)에서 연산된 위치()가 사용될 수 있다.First, the
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(2050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.Then, the
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다. The switching control
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(220) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.The output inverter switching control signal Sic may be converted into a gate driving signal in a gate driver (not shown) and input to the gate of each switching element in the
도 5는 도 3의 커패시터의 용량에 따른 dc 단 전압을 예시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating a dc voltage stage according to the capacitance of the capacitor of FIG.
먼저, 도 5의 (a)는, dc 단 커패시터(C)로서, 용량이 큰, 전해 커패시터를 사용하였을 때의, dc 단 전압 파형(Vdc1)을 예시한다.First, FIG. 5A illustrates the dc short-circuit voltage Vdc1 when an electrolytic capacitor having a large capacitance is used as the dc-short capacitor C. In FIG.
다음, 도 5의 (b)는, dc 단 커패시터(C)로서, 소용량의 필름 타입의 커패시터를 사용하였을 때의, dc 단 전압 파형(Vdc2)을 예시한다.Next, Fig. 5B illustrates the dc short-circuit voltage Vdc2 when a small-capacity film-type capacitor is used as the dc short-circuit capacitor C. Fig.
도 5의 (b)와 같이, 커패시터리스 타입의 커패시터를 사용하는 경우, 커패시턴스가 작으므로, 평활기능이 떨어지게 되어, dc 단 전압의 변동성이, 도 5의 (a)에 비해 월등히 커지게 된다.As shown in Fig. 5B, when the capacitor of the capacitorless type is used, since the capacitance is small, the smoothing function is deteriorated, and the fluctuation of the dc short-circuit voltage becomes much larger than that of Fig. 5A.
이하의 수학식 1은, 입력 전력(Pg), dc 단 전력(Pdc), 인버터 출력 전력(Pinv)의 관계를 나타낸다.Equation 1 below shows the relationship between the input power Pg, the dc short-circuit power Pdc, and the inverter output power Pinv.
여기서, Cdc는 dc 단 커패시터를 나타내며, ,는 각각 전동기에 인가되는 전압 벡터와 전동기에 흐르는 전류 벡터를 의미하며, θvi는 전압 벡터()와 전류 벡터()의 위상 차이를 나타낸다.Here, Cdc represents a dc-stage capacitor, , Denotes a voltage vector applied to the motor and a current vector flowing to the motor, and? Vi denotes a voltage vector ) And the current vector ( ) ≪ / RTI >
일반적인 인버터의 경우, 도 5의 (a)의 dc 단 커패시터(C)의 용량이 넉넉하여 전력의 차이를 충분히 보상할 수 있으므로, 입력 전력(Pg)을 고려하지 않고도 원하는 인버터 출력 전력(Pinv)을 출력할 수 있다. In the case of a general inverter, since the capacity of the dc short-circuit capacitor C in FIG. 5A is large enough to compensate for the difference in power, the desired inverter output power Pinv can be obtained without considering the input power Pg Can be output.
그러나, 도 5의 (b)와 같이, 소용량 직류단 캐패시터를 사용하면 dc 단 전력(Pdc)의 크기가 dc 단 커패시터(C)의 용량에 의해 제한되기 때문에 입력 전력(Pg)과 인버터 출력 전력(Pinv)의 차이를 충분히 보상할 수 없다. 5 (b), the magnitude of the dc short-circuit power Pdc is limited by the capacity of the dc short-circuit capacitor C, so that the input power Pg and the inverter output power Pinv) can not be sufficiently compensated.
특히, 단상 입력 전원을 사용하는 경우, 이로 인해 발생하는 입력 전력(Pg)의 큰 맥동 성분이, 인버터 출력 전력(Pinv)에 상당 부분 남아 있어, 전동기 출력의 맥동을 유발할 수 있다. Particularly, when a single-phase input power source is used, a large pulsation component of the input power Pg generated due to the single-phase input power source may remain in the inverter output power Pinv to a large extent, resulting in pulsation of the motor output.
본 발명의 실시예에서는, 커패시터리스 타입의 커패시터를 사용하는 전동기 구동장치에서, 변동성이 큰 dc 단 전압(Vdc)을 고려하여, 전동기를 구동하되, 계통 전류에 대한 고조파 저감 및 모터 효율 향상이 가능한 방안을 제시한다.In the embodiment of the present invention, in the motor drive apparatus using the capacitorless type capacitor, it is possible to drive the motor in consideration of the dc step voltage (Vdc) with high fluctuation, Suggest a plan.
도 6은 전동기의 속도와 토크 대비 제1 모드와 제2 모드를 예시하는 도면이다.6 is a diagram illustrating the first mode and the second mode of the speed and torque of the electric motor.
도면을 참조하면, 본 발명에서는, 전동기(250)의 속도 및 토크에 따라, 전류 쉐이핑을 수행하는 제1 모드와, 전류 쉐이핑을 수행하지 않는 제2 모드로 구분한다.Referring to the drawings, the present invention is divided into a first mode for performing current shaping and a second mode for not performing current shaping according to the speed and torque of the
특히, 전동기(250)의 속도 및 토크의 곱은, 모터의 출력에 비례하므로, 모터의 출력이 소정치 이상인 경우에는, 제1 모드로, 동작하고, 소정치 미만인 경우에는, 제2 모드로 동작하도록 할 수 있다.Particularly, since the product of the speed and the torque of the
특히, 모터 출력이 큰 경우에는, dc 단 맥동에 따라, 계통 전류의 고조파 성분이 커질 수 있으므로, 고조파 성분 저감을 위해, 전류 쉐이핑이 수행되도록 한다. 즉, 맥동하는 dc 단을 고려하여, 인버터를 제어하도록 할 수 있다.Particularly, when the motor output is large, the harmonic component of the system current can be increased in accordance with the short dc pulse, so that the current shaping is performed in order to reduce harmonic components. That is, the inverter can be controlled in consideration of the pulsating dc stage.
한편, 모터 출력이 작은 경우에는, dc 단 맥동이 상대적으로 작으므로, 계통 전류의 고조파 성분은 무시가능한 정도일 수 있다. 이때에는, 모터의 효율이 최대화되도록 인버터를 제어함으로써, 모터 효율을 향상시킬 수 있다.On the other hand, when the motor output is small, the dc short pulsation is relatively small, so that the harmonic component of the grid current can be negligible. At this time, the efficiency of the motor can be improved by controlling the inverter so that the efficiency of the motor is maximized.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 제어부의 내부 블록도이고, 도 8a는 도 7의 제1 모드 동작부의 내부 블록도이며, 도 8b는 도 7의 제2 모드 동작부의 내부 블록도이다.7 is an internal block diagram of the control unit of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention, FIG. 8A is an internal block diagram of the first mode operation unit of FIG. 7, and FIG. 8B is an internal block diagram of the second mode operation unit of FIG. to be.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예와 관련한, 제어부(230)는, 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 계통 전류 쉐이핑(shaping)을 수행하는 제1 모드 또는 계통 전류 쉐이핑을 수행하지 않는 제2 모드로, 동작하도록 제어할 수 있다.Referring to the drawings, in accordance with an embodiment of the present invention, the
특히, 제어부(230)는, 제1 모드 동작시, 계통 전류(Ig)가 맥동 전압에 대응하도록 계통 전류 쉐이핑을 수행할 수 있다. In particular, the
제어부(230)는, 모터에 흐르는 출력 전류(Io)에 기초하여 연산된 속도도(), 및 토크 지령치(T*)에 기초하여, 제1 모드와 제2 모드 중 어느 하나를 선택하는 모드 선택부(410)를 구비할 수 있다.The
제어부(230)는, 연산된 속도도()와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여 토크 지령치(T*)를 생성하는 토크 지령 생성부(325)를 더 포함할 수 있다.The
제어부(230)는, 모터를 제1 모드로 동작시키는 제1 모드 동작부(420)와, 모터를 제2 모드로 동작시키는 제2 모드 동작부(430)를 더 구비할 수 있다.The
제1 모드 동작부(420)는, 토크 지령치(T*)에 기초하여, 전류 지령치(I*)를 생성하는 전류 지령 생성부(330)와, 전류 지령치(I*)에 기초하여, 제1 전압 지령치(V* 1)를 생성하는 전압 지령 생성부(340)와, 토크 지령치(T*)에 기초하여 전력 지령치(P*)를 생성하는 전력 지령 생성부(520)와, 전력 지령치(P*)에 기초하여, 제2 전압 지령치(V* 2)를 생성하는 전력 제어기(525)와, 제1 및 제2 전압 지령치((V* 1,V* 2)에 기초하여, 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부(360)를 구비할 수 있다. 이때, 전력 지령 생성부(520)와 전력 제어기(525)에 기초한 제2 전압 지령치(V* 2)에 의해, 맥동하는 dc 단 전압(Vdc)을 고려하여, 인버터(220)의 계통 전류 제어, 즉 쉐이핑(shaping)이 가능하게 된다.The first
제2 모드 동작부(430)는, 전류 지령치(I*)를 생성하는 전류 지령 생성부(330)와, 전류 지령치에 기초하여, 전압 지령치(V*)를 생성하는 전압 지령 생성부(340)와, 전압 지령치(V*)에 기초하여, 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부(360)를 구비할 수 있다. 이러한 경우에는, 맥동하는 dc 단 전압을 고려한 계통 전류 제어는 수행되지 않으나, 부하에 대응하여, 최대 효율로 모터가 동작할 수 있게 된다. The second
한편, 제어부(230) 내의 토크 지령 생성부(325)는, 속도 지령과 연산된 속도값에 기초하여, 전동기의 회전을 위한, 토크 지령치(T*)를 출력할 수 있다. 특히, 토크 지령 생성부(325)는, 평균 토크 지령치를 출력할 수 있다. 한편, 연산된 속도는, 상술한, 전동기에 흐르는 출력 전류(io), 또는 위치 신호에 기반하여, 연산될 수 있다.On the other hand, the torque
전류 지령 생성부(330)는, 토크 지령치(T*)에 기초하여, 전류 지령치(I*)를 생성할 수 있다. 여기서, 전류 지령치(I*)는, 동기 좌표계의, d축 전류 지령치, q축 전류 지령치를 포함하는 의미일 수 있다.The current
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 전류 지령치(I*)와 실제 전동기에 흐르는 출력 전류에 기초하여, 전압 지령치(V*)를 생성할 수 있다. 여기서, 전압 지령치(V*)는, 동기 좌표계의, d축 전압 지령치, q축 전압 지령치를 포함하는 의미일 수 있다.Next, the voltage
다음, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 전압 지령치(V*)에 기초하여, 인버터120) 내의 스위칭 소자의 제어를 위한 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.Next, the switching control
한편, 도 8b의 제2 모드 동작부(430)는, 모터 출력이 소정치 미만인 경우에 수행되는, 모드로서, dc 단 전압, 특히, 커패시터(C)에 저장된 전압(Vdc)을 고려하지 않는 제어 방식이다. 8B is a mode which is performed when the motor output is less than a predetermined value and is a control mode that does not consider the dc step voltage and in particular the voltage Vdc stored in the capacitor C Method.
이에 따라, 커패시터리스 타입의 커패시터(C)를 사용하는 경우, dc단 전압의 크기 변동이 작으므로, 모터 구동시의 효율을 최대로 하여 동작시킬 수 있다.Accordingly, when the capacitor C of the capacitorless type is used, the fluctuation in the magnitude of the dc voltage is small, so that the efficiency at the time of driving the motor can be maximized.
한편, 모터의 출력이 커지는 경우, 도 8b과 같은 제2 모드로 구동하면, 전력 제어(power control)가 없어, 정확한 전력 보상 제어(Power Compensation Control)가 수행되지 않게 된다.On the other hand, when the output of the motor is increased, driving in the second mode as shown in FIG. 8B results in no power control and precise power compensation control.
특히, 전압 지령 생성부(340) 내의 PI 제어기의 한계로 인해, 출력 전압 제한을 초과할 수 있으며, 이에 따라, 역률 저하 및 전동기 운전 영역의 제한이 발생할 수 있게 된다. 이에 따라, 모터 출력이 소정치 이상인 경우에는, 전력 제어가 가능한 제1 모드로 동작하도록 한다.In particular, due to the limitation of the PI controller in the
도 8a의 제어부(230)는, 토크 지령 생성부(325), 전력 지령 생성부(520), 전력 제어기(525), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 가산기(555), 및 스위칭 제어 신호 출력부(360)를 구비할 수 있다. 한편, 도 4에서 설명한, 축변환부(310), 축변환부(350), 위치 추정부(320) 등도 더 구비가능하다. 이하에서는, 도 8a에 기술된 유닛들을 중심으로 기술한다.8A includes a torque
토크 지령 생성부(325)는, 연산 속도()와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전동기의 회전을 위한, 토크 지령치(T*)를 출력할 수 있다. 특히, 토크 지령 생성부(325)는, 평균 토크 지령치를 출력할 수 있다. 한편, 연산 속도()는, 상술한, 전동기(250)에 흐르는 출력 전류(io), 또는 위치 신호에 기반하여, 연산될 수 있다.The torque
전류 지령 생성부(330)는, 토크 지령치(T*)에 기초하여, 전류 지령치(I*)를 생성할 수 있다. 여기서, 전류 지령치(I*)는, 동기 좌표계의, d축 전류 지령치, q축 전류 지령치를 포함하는 의미일 수 있다.The current
전압 지령 생성부(340)는, 전류 지령치(I*), 및 실제 전동기에 흐르는 출력 전류에 기초하여, 제1 전압 지령치(V* 1)를 생성할 수 있다. 여기서, 제1 전압 지령치(V* 1)는, 동기 좌표계의, d축 전압 지령치, q축 전압 지령치를 포함하는 의미일 수 있다.The voltage
한편, 약계자 전류와 관련하여, 전류 지령 생성부(330)는, 약계자 제어시, 약계자 제어분 전류 지령치를 전압 지령 생성부(340)에 출력하는 것이 가능하다.On the other hand, in relation to the weak field current, the current
한편, 전력 지령 생성부(520)는, 계통 전압(Vg), 토크 지령치(T*), 연산 속도(), 및 dc 단 전압 검출부에서 검출된 dc 단 전압(Vdc)에 기초하여, 출력 전력 지령치(P*)를 생성하여 출력한다. 특히, 인버터(220)에서 출력 가능한 인버터 출력 전력 지령치(P*inv)를 생성하여 출력한다. 본 명세서에서는, 전력 지령 생성부(520)에서 생성되는 출력 전력 지령치에 대해, P* 와 P*inv 를 혼용하여 사용하나, 그 의미는 동일하다.On the other hand, the power
구체적으로, 전력 지령 생성부(520)는, 토크 지령 생성부(325)의 출력인 토크 지령치(T*)와, 연산된 현재 전동기 속도()와, 계통 전압(Vg)의 위상을 이용하여, 입력 전력의 순시치(P*g)를 산출한다.Specifically, the electric power
한편, 커패시터리스 방식의 인버터 구동을 위해, dc 단 전압 변동에 의한 전력 변화를 고려해야 하므로, 전력 지령 생성부(520)는, 입력 전력의 순시치(P*g) 외에, dc단 전력의 순시치도 연산(P*dc)한다. 그리고, 전력 지령 생성부(520)는, 입력 전력의 순시치(P*g)와, dc단 전력의 순시치(P*dc)를 이용하여, 인버터 출력 전력 지령치(P*inv)를 생성한다.In order to drive the capacitor-less inverter, the power change due to the dc step voltage variation must be considered. Therefore, in addition to the instantaneous value (P * g) of the input power, (P * dc). The power
도 9을 참조하여 상세히 설명하면, 계통 전압 검출부(F)에서 검출되는 계통 전압(Vg)은, 제로 크로싱 검출부(605), 및 전력 지령 생성부(520) 내의 위상 검출부(PLL)(607)에 입력될 수 있다.9, the system voltage Vg detected by the system voltage detection unit F is supplied to the zero
제로 크로싱 검출부(605)에서 검출되는 제로 크로싱 지점은, 토크 지령 생성부(325)에 입력되어 사용될 수 있다.The zero crossing point detected by the zero
위상 검출부(PLL)(607)는, 계통 전압 검출부(F)에서 검출되는 계통 전압(Vg)을 이용하여, 위상(θg)을 검출한다. 검출된 위상(θg)은, 제1 유닛(609)에서 사용된다.The phase detection unit (PLL) 607 detects the phase? G by using the system voltage Vg detected by the system voltage detection unit F. [ The detected phase [theta] g is used in the
한편, 제2 유닛(611)는, 토크 지령치(T*)와 연산 속도()를 입력받아, 이를 승산한다. 이에 의해, 입력 전력(P'g)이 연산될 수 있다. 제3 유닛(612)에 입력된다.On the other hand, the
제3 유닛(612)은, 연산된 입력 전력(P'g)과, 제1 유닛(609)에서 출력되는 사인파 함수(3sin2(θg))를 승산한다. 이에 의해, 입력 전력 순시치(P*g)가 연산된다.The
한편, 제4 유닛(614)은, 커패시터(C)의 커패시턴스(Cdc), dc 단 전압 검출부에서 검출된 dc 단 전압(Vdc)에 의해 연산되는, dc 단 전력 순시치(P*dc)를 생성하여 출력한다.On the other hand, the
제5 유닛(616)은, 입력 전력 순시치(P*g)에서, dc 단 전압 지령치(P*dc)를 감산한다. 그리고, 입력 전력 순시치(P*g)와 dc 단 전력 순시치(P*dc)의 차이, 즉 인버터 출력 전력 지령치(P*inv)를 출력한다. 인버터 출력 전력 지령치(P*inv)는, 인버터 전력 순시치라 명명할 수도 있다.The
이하의 수학식 2는, 상술한 도 9의 전력 지령 생성부(520) 내부에서 연산되는 인버터 출력 전력 지령치(P*inv)를 연산하는 방법을 예시한다. The following
여기서, Vg는 계통 전압, Ig는 계통 전류, Vdc는 dc 단 전압, Cdc는 커패시터(C)의 커패시턴스를 의미한다. 그리고, wgt는, 상술한 위상(θg)에 대응한다.Here, Vg denotes a system voltage, Ig denotes a grid current, Vdc denotes a dc short-circuit voltage, and Cdc denotes a capacitance of the capacitor C. Then, wgt corresponds to the above-mentioned phase? G.
도 8a의 전력 지령 생성부(520)에서 출력되는 전력 지령치(P*)와 도 9의 인버터 출력 전력 지령치(P*inv)는 동일한 값을 의미한다.The power command value P * output from the power
다음, 전력 제어기(525)는, 입력되는 인버터 출력 전력 지령치(P*inv)에 기초하여, 전력 제어를 수행한다.Next, the
전력 제어기(525)는, 인버터 출력 전력 지령치(P*inv)에 기초하여, 제2 전압 지령치(V* 2)를 생성할 수 있다. 여기서, 제2 전압 지령치(V* 2)는, dc 단 전압이 고려되지 않은 제1 전압 지령치(V* 1)를 보상하기 위한 보상 전압 지령치이다.The
가산기(555)는, 제1 전압 지령치(V* 1)와 제2 전압 지령치(V* 2)를 가산하여 출력한다. 즉, 제3 전압 지령치로서, 인버터 출력 전압 지령치(V*3)를 출력한다. The
그리고, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 제3 전압 지령치(V*3)에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 생성하여 출력한다.Then, the switching control
한편, 전력 제어기(525)의 상세 동작은 다음과 같다.The detailed operation of the
한편, 인버터 전력(Pinv)의 크기는, 전동기 출력 전류 벡터와 인버터 출력 전압 벡터의 내적(inner product)으로 결정될 수 있다. 이에 따라, 원하는 인버터 전력을 얻기 위해, 전동기 전류 벡터 또는 인버터 출력 전압 벡터를 조정할 수 있다.On the other hand, the magnitude of the inverter power (Pinv) can be determined by the inner product of the motor output current vector and the inverter output voltage vector. Accordingly, the motor current vector or the inverter output voltage vector can be adjusted to obtain the desired inverter power.
이 중 전동기 출력 전류 벡터를 조정하는 방법은, 전압 지령 생성부(340)에서 발생하는 지연으로 인해, 인버터 출력 전력 지령치를 신속하게 추종하지 못 할 수 있다. 또한, 주어진 전동기 출력 전류 상황에서, 필요한 인버터 출력 전압의 크기와 인버터 전력의 크기를 맞추기 위해, 필요한 전압의 크기가 다르므로, 정확한 인버터 전력 제어가 이뤄지지 않을 수 있게 된다.Among these methods, the method of adjusting the motor output current vector may not be able to quickly follow the inverter output power command value due to the delay generated in the
이에 따라, 본 명세서에서는, 인버터 출력 전압 벡터를 조정하는 방안을 제시한다. Accordingly, in this specification, a method of adjusting the inverter output voltage vector is presented.
본 발명의 실시예에 따르면, 전력 제어기(525)가, dc 단 전압에 대응하여, 제1 전압 지령치(V* 1)를 보상하기 위한 제2 전압 지령치(V* 2)를, 생성한다. 이에 따라, 전력 제어기(525)를 통해, 인버터 출력 전압의 제어가 가능하게 된다.According to the embodiment of the present invention, the
인버터 출력 전압 벡터는 인버터 출력 전력 뿐만 아니라 전동기 전류 벡터의 변화에도 영향을 줄 수 있으므로 적절한 전압 벡터의 선정을 통해 전압 지령 생성부(340)에 주는 영향을 최소화하는 것이 필요하다. The inverter output voltage vector may affect not only the output power of the inverter but also the change of the motor current vector. Therefore, it is necessary to minimize the influence on the
전력 제어기(525)는, 다양한 인버터 출력 전압 지령 벡터 중, 인버터 출력 전력 지령치를 고려하여, 어느 하나의 벡터를 선정할 수 있다.The
즉, 전력 제어기(525)는, 전동기에 흐르는 출력 전류의 벡터()에 평행하며, 최종 전압 지령치의 벡터()가, 제1 전압 지령치의 벡터()에 가장 가까운 벡터가 되도록 하는, 벡터를, 보상 전압 지령치의 벡터()로 산출할 수 있다. 그리고, 전력 제어기(525)는, 산출된 보상 전압 지령치의 벡터()를 제2 전압 지령치의 벡터()로 출력할 수 있다.That is, the
인버터 출력 전압 벡터, 즉 제3 전압 지령치(V*3)는, 결국, 제1 전압 지령치(V* 1)와 제2 전압 지령치(V* 2)의 합에 의해 산출될 수 있다.The inverter output voltage vector, that is, the third voltage command value V * 3 can be finally calculated by the sum of the first voltage command value V * 1 and the second voltage command value V * 2 .
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따르면, 원하는 인버터 출력 전력 제어를 위해, 출력 전압의 실시간 보상이 가능해진다. 즉, 부하에 따른 실시간 보상이 가능해지며, 따라서, 커패시터리스 하에 인버터 구동시, 계통 전류가, 정현파에 근접하게 되어, 고조파 성분이 상당히 저감하게 된다. 따라서, 고조파 규제를 만족하게 된다.Thus, according to the embodiment of the present invention, real-time compensation of the output voltage becomes possible for desired inverter output power control. In other words, real-time compensation according to the load becomes possible. Therefore, when the inverter is driven under the capacitorless operation, the system current becomes close to the sinusoidal wave and the harmonic component is considerably reduced. Therefore, the harmonic regulation is satisfied.
도 10a는 제1 모드에 의한 dc 단 전압과 계통 전류의 파형을 예시한다.10A illustrates the waveform of the dc voltage and the grid current according to the first mode.
도 8a의 제1 모드 동작부(420)의 동작에 따라, 상술한 바와 같이, 계통 전류 쉐이핑이 수행되며, 따라서, 도면과 같이, dc단 전압 파형(Vdc_mode1)에, 대응하여, 계통 전류(Ig_mode1) 파형이 형성된다. 이에 따라, 고조파가 저감되며, 고조파 규제도 만족하게 된다. The grid current shaping is performed according to the operation of the first
도 10b는 제2 모드에 의한 dc 단 전압과 계통 전류의 파형을 예시한다.FIG. 10B illustrates waveforms of the dc voltage and the grid current according to the second mode.
도 8b의 제2 모드 동작부(430)의 동작에 따라, 상술한 바와 같이, 계통 전류 쉐이핑이 수행되지 않으며, 따라서, 도면과 같이, dc단 전압 파형(Vdc_mode2)에, 추종하지 않는, 계통 전류(Ig_mode2) 파형이 형성된다. 그러나, 모터 출력이 소정치 미만이므로, 계통 전류의 고조파는 그리 크지 않으며, 대신에 모터의 출력이 향상되게 된다. According to the operation of the second
본 발명에 따른 전동기 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The motor driving apparatus and the air conditioner having the same according to the present invention are not limited to the configuration and the method of the embodiments described above, but the embodiments can be applied to all of the embodiments Or some of them may be selectively combined.
한편, 본 발명의 전동기 구동장치 또는 공기조화기의 동작방법은, 전동기 구동장치 또는 공기조화기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the method of operating the motor driving apparatus or the air conditioner of the present invention can be implemented as a processor-readable code on a recording medium readable by a processor included in the motor driving apparatus or the air conditioner. The processor-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by the processor is stored. Examples of the recording medium that can be read by the processor include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave such as transmission over the Internet . In addition, the processor-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that code readable by the processor in a distributed fashion can be stored and executed.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
Claims (13)
상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 계통 전류 쉐이핑(shaping)을 수행하는 제1 모드 또는 계통 전류 쉐이핑을 수행하지 않는 제2 모드로, 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.An inverter having a plurality of switching elements, for converting pulsating pulsating power and outputting the converted DC power to the motor; And
And a control unit for controlling the inverter,
Wherein,
And controls to operate in a first mode for performing grid current shaping or a second mode for not performing grid current shaping based on the speed and torque of the motor.
상기 제어부는,
상기 모터의 속도 및 토크에 기초한 모터 출력이 소정치 이상인 경우, 상기 제1 모드가 수행되도록 제어하며, 상기 소정치 미만인 경우, 상기 제2 모드가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method according to claim 1,
Wherein,
Wherein the controller controls the first mode to be performed when the motor output based on the speed and torque of the motor is greater than or equal to a predetermined value and controls the second mode to be performed when the motor output is less than the predetermined value.
상기 계통 전류를 정류하는 정류부;를 더 구비하고,
상기 제어부는,
상기 제1 모드 동작시, 상기 계통 전류가 상기 맥동 전압에 대응하도록 상기 계통 전류 쉐이핑을 수행하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method according to claim 1,
And a rectifying unit for rectifying the grid current,
Wherein,
And performs the grid current shaping such that the grid current corresponds to the ripple voltage in the first mode of operation.
상기 제어부는,
상기 모터에 흐르는 출력 전류에 기초하여 연산된 속도, 및 토크 지령치에 기초하여, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 중 어느 하나를 선택하는 모드 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method according to claim 1,
Wherein,
And a mode selection unit for selecting either the first mode or the second mode based on a speed calculated based on an output current flowing through the motor and a torque command value.
상기 제어부는,
상기 연산된 속도와 속도 지령치에 기초하여 상기 토크 지령치를 생성하는 토크 지령 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.5. The method of claim 4,
Wherein,
Further comprising a torque command generator for generating the torque command value based on the calculated speed and speed command value.
상기 제어부는,
상기 모터를 제1 모드로 동작시키는 제1 모드 동작부를 더 구비하며,
상기 제1 모드 동작부는,
상기 토크 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
상기 전류 지령치에 기초하여, 제1 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;
상기 토크 지령치에 기초하여 전력 지령치를 생성하는 전력 지령 생성부;
상기 전력 지령치에 기초하여, 제2 전압 지령치를 생성하는 전력 제어기; 및
상기 제1 및 제2 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.5. The method of claim 4,
Wherein,
Further comprising a first mode operation unit for operating the motor in a first mode,
Wherein the first mode operation unit comprises:
A current command generator for generating a current command value based on the torque command value;
A voltage command generator for generating a first voltage command value based on the current command value;
A power command generation unit for generating a power command value based on the torque command value;
A power controller for generating a second voltage command value based on the power command value; And
And a switching control signal output unit for outputting a switching control signal based on the first and second voltage instruction values.
상기 제어부는,
상기 모터를 제2 모드로 동작시키는 제2 모드 동작부를 더 구비하며,
상기 제2 모드 동작부는,
상기 토크 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
상기 전류 지령치에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
상기 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.5. The method of claim 4,
Wherein,
And a second mode operation unit for operating the motor in a second mode,
Wherein the second mode operation unit comprises:
A current command generator for generating a current command value based on the torque command value;
A voltage command generator for generating a voltage command value based on the current command value; And
And a switching control signal output unit for outputting a switching control signal based on the voltage command value.
상기 제1 모드 구간에서의 상기 모터의 효율 보다, 상기 제2 모드 구간에서의 상기 모터의 효율이 더 큰 것을 특징으로 하는 전동기 구동장치.The method according to claim 1,
Wherein the efficiency of the motor in the second mode section is greater than the efficiency of the motor in the first mode section.
상기 압축된 냉매를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환기; 및
상기 압축기 내의 모터를 구동하기 위한 압축기 전동기 구동 장치;를 포함하고,
상기 압축기 전동기 구동 장치는,
복수의 스위칭 소자를 구비하며, 맥동하는 맥동 전원을 변환하여 변환된 직류 전원을 모터로 출력하는 인버터; 및
상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 계통 전류 쉐이핑(shaping)을 수행하는 제1 모드 또는 계통 전류 쉐이핑을 수행하지 않는 제2 모드로, 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.A compressor for compressing the refrigerant;
A heat exchanger for performing heat exchange using the compressed refrigerant; And
And a compressor motor drive device for driving a motor in the compressor,
The compressor motor drive apparatus includes:
An inverter having a plurality of switching elements, for converting pulsating pulsating power and outputting the converted DC power to the motor; And
And a control unit for controlling the inverter,
Wherein,
And controls to operate in a first mode for performing grid current shaping or a second mode for not performing grid current shaping based on the speed and torque of the motor.
상기 제어부는,
상기 모터의 속도 및 토크에 기초한 모터 출력이 소정치 이상인 경우, 상기 제1 모드가 수행되도록 제어하며, 상기 소정치 미만인 경우, 상기 제2 모드가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.10. The method of claim 9,
Wherein,
Wherein the controller controls the first mode to be performed when the motor output based on the speed and torque of the motor is greater than or equal to a predetermined value and controls the second mode to be performed when the motor output is less than the predetermined value.
상기 계통 전류를 정류하는 정류부;를 더 구비하고,
상기 제어부는,
상기 제1 모드 동작시, 상기 계통 전류가 상기 맥동 전압에 대응하도록 상기 계통 전류 쉐이핑을 수행하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.10. The method of claim 9,
And a rectifying unit for rectifying the grid current,
Wherein,
Wherein in the first mode of operation, the grid current shaping is performed such that the grid current corresponds to the ripple voltage.
상기 제어부는,
상기 모터에 흐르는 출력 전류에 기초하여 연산된 속도, 및 토크 지령치에 기초하여, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 중 어느 하나를 선택하는 모드 선택부;
상기 연산된 속도와 속도 지령치에 기초하여 상기 토크 지령치를 생성하는 토크 지령 생성부;
상기 모터를 제1 모드로 동작시키는 제1 모드 동작부; 및
상기 모터를 제2 모드로 동작시키는 제2 모드 동작부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.10. The method of claim 9,
Wherein,
A mode selecting unit that selects either the first mode or the second mode based on a speed calculated based on an output current flowing to the motor and a torque command value;
A torque command generator for generating the torque command value based on the calculated speed and speed command value;
A first mode operation unit for operating the motor in a first mode; And
And a second mode operation unit for operating the motor in a second mode.
상기 제1 모드 동작부는,
상기 토크 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
상기 전류 지령치에 기초하여, 제1 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;
상기 토크 지령치에 기초하여 전력 지령치를 생성하는 전력 지령 생성부;
상기 전력 지령치에 기초하여, 제2 전압 지령치를 생성하는 전력 제어기; 및
상기 제1 및 제2 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
13. The method of claim 12,
Wherein the first mode operation unit comprises:
A current command generator for generating a current command value based on the torque command value;
A voltage command generator for generating a first voltage command value based on the current command value;
A power command generation unit for generating a power command value based on the torque command value;
A power controller for generating a second voltage command value based on the power command value; And
And a switching control signal output unit for outputting a switching control signal based on the first and second voltage instruction values.
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|---|---|---|---|
| KR1020140048219A KR102242773B1 (en) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | Motor driving device and air conditioner including the same |
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