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KR20200134766A - Method and apparatus for driving motor and compressor including the same - Google Patents

Method and apparatus for driving motor and compressor including the same Download PDF

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KR20200134766A
KR20200134766A KR1020190060724A KR20190060724A KR20200134766A KR 20200134766 A KR20200134766 A KR 20200134766A KR 1020190060724 A KR1020190060724 A KR 1020190060724A KR 20190060724 A KR20190060724 A KR 20190060724A KR 20200134766 A KR20200134766 A KR 20200134766A
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KR
South Korea
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motor
magnetic flux
current
flux angle
error
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Application number
KR1020190060724A
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Korean (ko)
Inventor
남상훈
조용수
김태경
최순용
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것으로 특히, 모터의 구동 장치 및 그 구동 방법 및 이를 포함하는 압축기에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 인버터를 이용하여 모터를 제어하는 방법에 있어서, 전류를 인가하여 모터를 제1 자속각으로 강제 정렬 및 기동시키는 단계; 상기 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계; 상기 추정한 자속각을 상기 제1 자속각과 비교하는 단계; 상기 추정한 자속각과 상기 제1 자속각 사이의 오차를 보상하는 단계; 및 상기 오차가 보상된 자속각에 따라 상기 모터를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention relates to a compressor, and more particularly, to a motor driving apparatus and a driving method thereof, and a compressor including the same. The present invention provides a method for controlling a motor using an inverter, comprising: applying a current to forcibly align and start the motor at a first magnetic flux angle; Estimating the speed and magnetic flux angle of the motor; Comparing the estimated magnetic flux angle with the first magnetic flux angle; Compensating for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle; And driving the motor according to the magnetic flux angle for which the error is compensated.

Figure P1020190060724
Figure P1020190060724

Description

모터의 구동 장치 및 그 구동 방법 및 이를 포함하는 압축기 {Method and apparatus for driving motor and compressor including the same}TECHNICAL FIELD [Method and apparatus for driving motor and compressor including the same}

본 발명은 압축기에 관한 것으로 특히, 모터의 초기 기동 실패를 방지할 수 있는 모터의 구동 장치 및 그 구동 방법 및 이를 포함하는 압축기에 관한 것이다.The present invention relates to a compressor, and more particularly, to a motor driving apparatus capable of preventing an initial starting failure of the motor, a driving method thereof, and a compressor including the same.

스크롤형 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부공간에 고정 스크롤이 고정되고, 이 고정 스크롤에 선회 스크롤이 맞물려 선회운동을 하면서 냉매 등의 유체를 압축할 수 있는 압축기의 한 종류이다.A scroll type compressor is a type of compressor capable of compressing a fluid such as a refrigerant while a fixed scroll is fixed in an inner space of a sealed casing, and a orbiting scroll is engaged with the fixed scroll to perform orbital motion.

이러한 스크롤형 압축기는 다른 종류의 압축기에 비하여 상대적으로 높은 압축비를 얻을 수 있으며, 또한 유체의 흡입, 압축 및 토출 과정이 부드럽게 이어져 안정적인 토크를 얻을 수 있는 장점을 가지므로 공조장치 등에서 냉매 압축용으로 널리 사용되고 있다.These scroll type compressors can obtain a relatively high compression ratio compared to other types of compressors, and also have the advantage of obtaining stable torque by smoothly continuing the suction, compression and discharge processes of fluids, so they are widely used for refrigerant compression in air conditioners, etc. Is being used.

이와 같은 스크롤형 압축기를 포함하는 압축기는 인버터에 의하여 모터를 구동함으로써 동작할 수 있다.A compressor including such a scroll type compressor can be operated by driving a motor by an inverter.

이러한 모터는 센서가 없어 회전자의 초기 위치를 알 수 없기 때문에 강제적인 기동방법을 이용한다. 센서가 없이 영구자석 동기 모터를 구동하기 위해서는 모터를 강제 정렬시키고 회전자의 위치 정보 없이는 회전자의 실제 속도를 알 수 없기 때문에 초기 구동에는 속도 제어기를 사용하지 않고 전류 제어기를 사용할 수 있다. Since such a motor does not have a sensor, it is impossible to know the initial position of the rotor. In order to drive a permanent magnet synchronous motor without a sensor, the motor is forcibly aligned and the actual speed of the rotor cannot be known without the position information of the rotor. Therefore, a current controller can be used without using a speed controller for initial driving.

이때, 전류 제어기를 센서리스 속도 제어기로 전환하는 순간에 전류 제어기에서 사용한 회전자 위치와 속도 제어기에서 사용한 회전자 위치의 오차 인해 회전자 속도 및 전류의 오버슈트(over shoot)가 발생할 수 있다.At this time, when the current controller is converted to a sensorless speed controller, an overshoot of the rotor speed and current may occur due to an error between the rotor position used in the current controller and the rotor position used in the speed controller.

또한 기체 냉매를 사용하는 압축기에서는 실제 인가되는 부하를 정확히 알 수 없기 때문에 초기 전류 제어기의 지령전류를 크게 설정해야 하며, 전환 후 회전자 위치를 보상하지 않으면 속도 및 전류의 오버슈트가 크게 발생하여 순간적으로 회전자의 위치 정보(자속각)를 정확하게 추정하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.In addition, in a compressor using a gaseous refrigerant, the actual applied load cannot be accurately known, so the command current of the initial current controller must be set large. If the rotor position is not compensated after switching, the overshoot of the speed and current occurs largely. As a result, the position information (magnetic flux angle) of the rotor may not be accurately estimated.

또한, 이러한 전류의 오버슈트 및 회전자의 위치 정보(자속각)를 정확하게 추정하지 못하는 현상으로 인하여 모터의 기동 실패가 발생할 확률이 높아질 수 있다.In addition, due to the overshoot of the current and failure to accurately estimate the position information (magnetic flux angle) of the rotor, the probability of the motor starting failure may increase.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모터의 초기 기동 시 센서리스 알고리즘으로 전환할 때 전류의 오버슈트를 방지할 수 있는 모터의 구동 장치 및 그 구동 방법 및 이를 포함하는 압축기를 제공하고자 한다.The technical problem to be achieved by the present invention is to solve the above problems, a driving device for a motor capable of preventing overshoot of current when switching to a sensorless algorithm when the motor is initially started, and a driving method thereof, and the same It is intended to provide a compressor including.

또한, 모터의 초기 기동 시 기동 실패를 최소화할 수 있는 모터의 구동 장치 및 그 구동 방법 및 이를 포함하는 압축기를 제공하고자 한다.In addition, it is an object to provide a motor driving apparatus and a driving method and a compressor including the same capable of minimizing starting failure when the motor is initially started.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 저속과 낮은 토크 영역에서는 전류 제어를 통해 일정속도까지 제어한 후에 센서리스(sensorless) 속도 제어로 전환하고, 이때의 자속각의 오차를 보상하는 모터의 구동 장치 및 그 구동 방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is a motor that controls a constant speed through current control in a low speed and low torque region, and then switches to sensorless speed control, and compensates for the error in the magnetic flux angle at this time. It is intended to provide a driving device and a driving method thereof.

이를 통하여, 본 발명에서는 전류 제어에서 센서리스(sensorless) 속도 제어로 전환 시 발생하는 전류 오버슈트(over shoot) 저감과 모터의 기동 실패를 최소화할 수 있는 개선된 전환 기법을 제안한다.Through this, the present invention proposes an improved switching technique that can reduce current over shoot that occurs when switching from current control to sensorless speed control and minimize motor startup failure.

구체적인 일례로서, 본 발명은, 인버터를 이용하여 모터를 제어하는 방법에 있어서, 전류를 인가하여 모터를 제1 자속각으로 강제 정렬 및 기동시키는 단계; 상기 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계; 상기 추정한 자속각을 상기 제1 자속각과 비교하는 단계; 상기 추정한 자속각과 상기 제1 자속각 사이의 오차를 보상하는 단계; 및 상기 오차가 보상된 자속각에 따라 상기 모터를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.As a specific example, the present invention provides a method for controlling a motor using an inverter, comprising: forcibly aligning and starting the motor at a first magnetic flux angle by applying a current; Estimating the speed and magnetic flux angle of the motor; Comparing the estimated magnetic flux angle with the first magnetic flux angle; Compensating for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle; And driving the motor according to the magnetic flux angle for which the error is compensated.

또한, 상기 강제 정렬 및 기동시키는 단계는, 상기 모터에 dc 전류 및 ac 전류를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the forcibly aligning and starting may include applying a dc current and an ac current to the motor.

또한, 상기 dc 전류를 인가하는 단계는, 전기각 0도에 해당하는 dc 전류를 dq 동기 좌표계의 d-축에 인가할 수 있다.In addition, in the step of applying the dc current, a dc current corresponding to an electric angle of 0 degrees may be applied to the d-axis of the dq synchronous coordinate system.

또한, 상기 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계는, 상기 강제 정렬시키는 단계에서 발생한 역기전력을 이용하여 수행될 수 있다.In addition, the step of estimating the speed and the magnetic flux angle of the motor may be performed using the back electromotive force generated in the forced alignment step.

또한, 상기 강제 정렬 및 기동시키는 단계는, dq 동기 좌표계의 d-축에 양의 전류를 인가하고, q-축에 0의 크기의 전류를 인가할 수 있다.In addition, in the step of forcibly aligning and starting, a positive current may be applied to the d-axis of the dq synchronous coordinate system and a current of zero magnitude may be applied to the q-axis.

또한, 상기 모터를 구동하는 단계는, 상기 추정한 자속각과 상기 제1 자속각 사이의 오차가 설정값 이하가 되면 상기 오차가 보상된 자속각에 따라 상기 모터를 구동할 수 있다.In addition, in the driving of the motor, when an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle is less than or equal to a set value, the motor may be driven according to the magnetic flux angle for which the error is compensated.

구체적인 다른 예로서, 본 발명은, 모터; 상기 모터를 구동하기 위한 인버터; 상기 인버터의 출력 전류를 감지하는 전류 감지부; 및 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 상기 인버터 제어부는, 전류를 인가하여 모터를 제1 자속각으로 강제 정렬 및 기동시키는 전류 제어기; 상기 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 속도 및 위치 추정부; 상기 추정한 자속각을 상기 제1 자속각과 비교하여, 상기 추정한 자속각과 상기 제1 자속각 사이의 오차를 보상하는 오차 보상부를 포함할 수 있다.As another specific example, the present invention, the motor; An inverter for driving the motor; A current sensing unit sensing the output current of the inverter; And an inverter control unit for controlling the inverter, wherein the inverter control unit includes: a current controller for forcibly aligning and starting the motor at a first magnetic flux angle by applying a current; A speed and position estimation unit that estimates the speed and magnetic flux angle of the motor; An error compensator for compensating for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle by comparing the estimated magnetic flux angle with the first magnetic flux angle.

또한, 상기 전류 제어기는, 상기 모터에 dc 전류 및 ac 전류를 인가할 수 있다.In addition, the current controller may apply a dc current and an ac current to the motor.

또한, 상기 전류 제어기는, 전기각 0도에 해당하는 dc 전류를 dq 동기 좌표계의 d-축에 인가할 수 있다.In addition, the current controller may apply a dc current corresponding to an electric angle of 0 degrees to the d-axis of the dq synchronous coordinate system.

또한, 상기 속도 및 위치 추정부는, 상기 전류 제어기의 강제 정렬 및 기동시키는 과정에서 발생한 역기전력을 이용하여 상기 모터의 속도 및 자속각을 추정할 수 있다.In addition, the speed and position estimating unit may estimate the speed and magnetic flux angle of the motor using the back electromotive force generated during the process of forcibly aligning and starting the current controller.

또한, 상기 전류 제어기는, dq 동기 좌표계의 d-축에 양의 전류를 인가하고, q-축에 0의 크기의 전류를 인가할 수 있다.Further, the current controller may apply a positive current to the d-axis of the dq synchronous coordinate system and apply a current of zero magnitude to the q-axis.

또한, 상기 인버터 제어부는, 상기 추정한 자속각과 상기 제1 자속각 사이의 오차가 설정값 이하가 되면 상기 오차 보상부에서 오차가 보상된 자속각에 따라 상기 모터를 구동할 수 있다.In addition, when an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle is less than or equal to a set value, the inverter controller may drive the motor according to the magnetic flux angle for which the error is compensated by the error compensation unit.

구체적인 다른 예로서, 본 발명은, 위에서 설명한 바와 같은 특징을 가지는 구동 장치를 포함하는 압축기를 제공할 수 있다.As another specific example, the present invention may provide a compressor including a driving device having the characteristics as described above.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.The present invention has the following effects.

먼저, 본 발명에 의하면, 모터의 전류 제어에서 센서리스(sensorless) 속도 제어로 전환 시 발생할 수 있는 전류 오버슈트(over shoot)를 저감시킬 수 있고, 이에 따른 모터의 기동 실패를 최소화할 수 있다.First, according to the present invention, it is possible to reduce a current over shoot that may occur when switching from current control of a motor to sensorless speed control, thereby minimizing a failure to start the motor.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the detailed description below. However, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention can be clearly understood by those skilled in the art, specific embodiments such as the detailed description and preferred embodiments of the present invention should be understood as being given by way of example only.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터의 구동을 위한 구동 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 d-축 전류 지령치를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 q-축 전류 지령치를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 오차 보상 과정을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 인가 전류를 나타내는 그래프이다.
도 7은 자속각 보상을 수행하지 않은 경우의 전류 파형을 나타내는 파형도이다.
도 8은 본 발명에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 전류 파형을 나타내는 파형도이다.
도 9는 본 발명이 적용될 수 있는 압축기를 나타내는 단면도이다.
1 is a block diagram of a drive device for driving a motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart showing a method of driving a motor according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a d-axis current command value according to a motor driving apparatus and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a q-axis current command value according to a motor driving apparatus and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing an error compensation process according to a motor driving apparatus and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing an applied current according to a motor driving apparatus and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention.
7 is a waveform diagram showing a current waveform when magnetic flux angle compensation is not performed.
8 is a waveform diagram showing a current waveform according to a motor driving apparatus and a driving method thereof according to the present invention.
9 is a cross-sectional view showing a compressor to which the present invention can be applied.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but identical or similar elements are denoted by the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used interchangeably in consideration of only the ease of preparation of the specification, and do not have meanings or roles that are distinguished from each other by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the subject matter of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed in the present specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터의 구동을 위한 구동 장치의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of a drive device for driving a motor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 모터(200)를 구동하기 위한 구동 장치는, 크게, 모터(200)에 구동 신호를 출력하여 모터(200)를 구동하는 인버터(210)와, 이러한 인버터(210)를 제어하는 인버터 제어부(100)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a driving device for driving the motor 200 is, largely, an inverter 210 that drives the motor 200 by outputting a driving signal to the motor 200, and controls the inverter 210 It may include an inverter control unit 100.

이러한 구동 장치는, 모터(200)의 속도 및 위치가 추정된 경우, 이러한 추정된 속도 및 위치에 따라 모터(200)의 회전 속도를 제어할 수 있는 센서리스(sensorless) 구동부(300, 310)를 더 포함할 수 있다. 이러한 센서리스 구동부(300, 310)는 인버터 제어부(100)에 포함되는 구성일 수 있다.When the speed and position of the motor 200 are estimated, the driving device includes a sensorless driving unit 300 and 310 that can control the rotational speed of the motor 200 according to the estimated speed and position. It may contain more. These sensorless driving units 300 and 310 may be a component included in the inverter control unit 100.

여기서, 모터(200)는 동기 모터(synchronous motor)일 수 있다. 동기 모터란 고정자가 만드는 자계에 따라서 회전자가 따라가게 되어 회전하는 모터를 말한다. 즉, 고정자와 회전자의 자속의 방향이 동기 되어 회전하는 모터를 뜻한다. 이하, 여기서 모터(200)라 함은 동기 모터를 뜻한다. 그러나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Here, the motor 200 may be a synchronous motor. Synchronous motor refers to a motor that rotates by following the rotor according to the magnetic field created by the stator. In other words, it refers to a motor that rotates in synchronization with the directions of the magnetic flux of the stator and the rotor. Hereinafter, the motor 200 means a synchronous motor. However, the present invention is not limited thereto.

인버터 제어부(100)는, 일정 주파수 및 크기를 가지거나 속도 지령에 따른 목표 전류를 출력하는 제어 전환부(110)를 포함할 수 있다.The inverter controller 100 may include a control switching unit 110 having a predetermined frequency and size or outputting a target current according to a speed command.

이러한 제어 전환부(110)는 모터(200)의 초기 구동시 오픈 루프 제어(open loop 제어; I/F 제어)에 의하여 일정 주파수 및 크기를 가지는 전류를 출력하거나 센서리스(sensorless) 구동부(300, 310)로부터 속도 지령에 따른 목표 전류를 출력할 수 있다.When the motor 200 is initially driven, the control switching unit 110 outputs a current having a predetermined frequency and size by open loop control (I/F control) or a sensorless driving unit 300, The target current according to the speed command can be output from 310).

즉, 제어 전환부(110)는 모터(200)의 초기 오픈 루프 제어로 모터(200)를 구동할지 아니면 모터(200)가 동기화된 이후에 센서리스 제어로 모터(200)를 구동할지 여부를 전환할 수 있다.That is, the control conversion unit 110 switches whether to drive the motor 200 by initial open loop control of the motor 200 or to drive the motor 200 by sensorless control after the motor 200 is synchronized. can do.

인버터 제어부(100)는, 이러한 제어 전환부(110)에서 출력된 목표 전류에 기초하여 목표 전압을 생성하는 전류 제어기(120)를 포함할 수 있다.The inverter controller 100 may include a current controller 120 that generates a target voltage based on the target current output from the control conversion unit 110.

이러한 전류 제어기(120)로부터 전압 지령이 출력되는데, 이 전압 지령은 인버터(210)로 전달되고, 인버터(210)에서는 이 전압 지령에 따라 구동 신호를 생성할 수 있다.A voltage command is output from the current controller 120, and the voltage command is transmitted to the inverter 210, and the inverter 210 may generate a driving signal according to the voltage command.

이때, 구동 신호는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호일 수 있다.In this case, the driving signal may be a pulse width modulation (PWM) signal.

즉, 인버터(PWM 인버터; 210)는 다수의 스위칭 소자를 포함하고, 이 스위칭 소자는 PWM 신호에 의하여 동작하여 교류 파형을 생성할 수 있다.That is, the inverter (PWM inverter) 210 includes a plurality of switching elements, and the switching elements may be operated by a PWM signal to generate an AC waveform.

인버터(210)와 모터(200) 사이에는 전류 감지부(220)가 구비될 수 있다. 이러한 전류 감지부(220)는 인버터(210)의 출력 전류를 감지할 수 있다.A current sensing unit 220 may be provided between the inverter 210 and the motor 200. The current sensing unit 220 may detect the output current of the inverter 210.

인버터 제어부(100)는 전류를 인가하여 모터(200)를 제1 자속각으로 강제 정렬 및 기동시키는 전류 제어기(120), 모터(200)의 속도 및 자속각을 추정하는 속도 및 위치 추정부(310), 속도 및 위치 추정부(310)에서 추정한 자속각을 제1 자속각과 비교하여, 추정한 자속각과 제1 자속각 사이의 오차를 보상하는 오차 보상부(130)를 포함할 수 있다.The inverter control unit 100 applies a current to the current controller 120 forcibly aligning and starting the motor 200 at a first magnetic flux angle, and a speed and position estimation unit 310 that estimates the speed and magnetic flux angle of the motor 200. ), and comparing the magnetic flux angle estimated by the speed and position estimation unit 310 with the first magnetic flux angle, and compensating for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle.

이때, 속도 및 위치 추정부(310)는 센서리스(sensorless) 전환이 이루어진 후에도 이용되어 센서리스(sensorless) 구동부의 일부로 볼 수도 있다.In this case, the speed and position estimating unit 310 may be used even after sensorless conversion is made, and may be regarded as a part of a sensorless driving unit.

이러한 인버터 제어부(100)의 전류 제어기(120)는, 모터(200)에 dc 전류 및 ac 전류를 인가할 수 있다.The current controller 120 of the inverter controller 100 may apply a dc current and an ac current to the motor 200.

이때, 전류 제어기(120)는, 전기각 0도에 해당하는 dc 전류를 dq 동기 좌표계의 d-축에 인가할 수 있다.At this time, the current controller 120 may apply a dc current corresponding to an electric angle of 0 degrees to the d-axis of the dq synchronous coordinate system.

또한, 속도 및 위치 추정부(310)는, 전류 제어기(120)의 강제 정렬 및 기동시키는 과정에서 발생한 역기전력을 이용하여 모터(200)의 속도 및 자속각을 추정할 수 있다.In addition, the speed and position estimating unit 310 may estimate the speed and magnetic flux angle of the motor 200 using the back electromotive force generated in the process of forcibly aligning and starting the current controller 120.

즉, 속도 및 위치 추정부(310)는 인버터(210)의 출력 전류를 감지한 전류 감지부(220)의 출력을 이용하여 모터(200)의 속도 및 자속각을 추정할 수 있다.That is, the speed and position estimating unit 310 may estimate the speed and magnetic flux angle of the motor 200 by using the output of the current sensing unit 220 that senses the output current of the inverter 210.

전류 제어기(120)는, dq 동기 좌표계의 d-축에 양의 전류를 인가하고, 또한, q-축에 0의 크기의 전류를 인가할 수 있다.The current controller 120 may apply a positive current to the d-axis of the dq synchronous coordinate system, and may also apply a current of zero magnitude to the q-axis.

이때, 구체적으로, 전류 제어기(120)는 모터(200)에 dc 전류를 인가하고, 이후, 이러한 dc 전류와 동일한 크기의 ac 전류를 인가할 수 있다.At this time, specifically, the current controller 120 may apply a dc current to the motor 200, and then, may apply an ac current having the same magnitude as the dc current.

위에서 언급한 바와 같이, 오차 보상부(130)는 속도 및 위치 추정부(310)에서 추정한 자속각을 제1 자속각과 비교하여, 추정한 자속각과 제1 자속각 사이의 오차를 보상할 수 있다.As mentioned above, the error compensating unit 130 may compensate for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle by comparing the magnetic flux angle estimated by the speed and position estimation unit 310 with the first magnetic flux angle. .

이때, 오차 보상부(130)는 d-축 전류를 음으로 감소시키고, q-축 전류는 양으로 증가시킴으로써 오차를 보상할 수 있다.At this time, the error compensating unit 130 may compensate for the error by reducing the d-axis current to negative and increasing the q-axis current to positive.

즉, 오차 보상부(130)는 d-축 상의 전류벡터를 -d축 및 +q축의 전류벡터로 이동시킴으로써 오차를 보상할 수 있다.That is, the error compensating unit 130 may compensate for the error by moving the current vector on the d-axis to the current vectors on the -d axis and the +q axis.

이러한 과정을 통하여, 인버터 제어부(100)는, 추정한 자속각과 제1 자속각 사이의 오차가 설정값 이하가 되면 오차 보상부(130)에서 오차가 보상된 자속각에 따라 모터(200)를 구동할 수 있다.Through this process, the inverter control unit 100 drives the motor 200 according to the magnetic flux angle for which the error is compensated by the error compensation unit 130 when the error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle becomes less than a set value. can do.

예를 들어, 추정한 자속각과 제1 자속각 사이의 오차가 ±5도 이내가 되면 오차 보상부(130)에서 오차가 보상된 자속각에 따라 모터(200)를 구동할 수 있다. 이러한 오차의 판단은 오차 판단부(140)에서 이루어질 수 있다.For example, when an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle is within ±5 degrees, the error compensator 130 may drive the motor 200 according to the magnetic flux angle for which the error is compensated. The error determination unit 140 may determine such an error.

이후, 제어 전환부(110)는 센서리스(sensorless) 구동부(300, 310)로부터 전달되는 속도 지령에 따른 목표 전류를 출력할 수 있다.Thereafter, the control conversion unit 110 may output a target current according to the speed command transmitted from the sensorless driving units 300 and 310.

이러한 센서리스(sensorless) 구동부(300, 310)는 출력 전류를 이용하여 모터의 속도 및 위치를 추정하는 속도 및 위치 추정부(310) 및 이러한 추정된 모터의 속도 및 위치에 따라 속도 지령에 따른 목표 전류를 출력하는 속도 제어기(300)를 포함할 수 있다.These sensorless (sensorless) driving units (300, 310) are a speed and position estimation unit 310 that estimates the speed and position of the motor using the output current and the target according to the speed command according to the estimated speed and position of the motor. It may include a speed controller 300 to output the current.

즉, 제어 전환부(110)는, 모터(200)의 초기 기동이 성공한 경우, 속도 제어기(300)의 출력을 이용하여 속도 지령에 따른 목표 전류를 출력할 수 있다.That is, when the initial start of the motor 200 is successful, the control conversion unit 110 may output a target current according to the speed command using the output of the speed controller 300.

이를 통하여, 모터(200)의 구동을 위한 전류 제어에서 센서리스(sensorless) 속도 제어로 전환 시 발생하는 전류 오버슈트(over shoot)를 저감시킬 수 있고 모터의 기동 실패를 최소화할 수 있다.Through this, it is possible to reduce a current over shoot that occurs when switching from current control for driving the motor 200 to sensorless speed control, and minimize failure of starting the motor.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flow chart showing a method of driving a motor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 의한 모터의 구동 방법에 의하면, 전류를 인가하여 모터를 제1 자속각으로 강제 정렬 및 기동시키는 단계(S10), 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계(S20), 이와 같이 추정한 자속각을 제1 자속각과 비교하는 단계(S30), 추정한 자속각과 제1 자속각 사이의 오차를 보상하는 단계(S40) 및 이러한 단계들에 의하여 오차가 보상된 자속각에 따라 모터를 구동하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.According to the method of driving a motor according to an embodiment of the present invention, the step of forcibly aligning and starting the motor at a first magnetic flux angle by applying a current (S10), estimating the speed and magnetic flux angle of the motor (S20), Comparing the estimated magnetic flux angle with the first magnetic flux angle (S30), compensating for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle (S40), and the error compensated for by these steps. It may include a step (S50) of driving the motor.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 모터의 구동 방법을 자세히 설명한다.Hereinafter, a method of driving a motor according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 전류를 인가하여 모터(200)를 제1 자속각으로 강제 정렬 및 기동시키는 단계(S10)가 수행될 수 있다.First, a step (S10) of forcibly aligning and starting the motor 200 at a first magnetic flux angle by applying a current may be performed.

이러한 강제 정렬 및 기동시키는 단계(S10)는, 모터에 dc 전류 및 ac 전류를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 강제 정렬 및 기동시키는 단계(S10)는, 모터에 dc 전류를 인가하여 모터를 강제 정렬시키는 단계(S11) 및 모터에 ac 전류를 인가하여 모터를 강제 기동시키는 단계(S12)를 포함할 수 있다.The forced alignment and activation step (S10) may include applying a dc current and an ac current to the motor. That is, the step of forcibly aligning and starting (S10) may include a step of forcibly aligning the motor by applying a dc current to the motor (S11) and a step of forcibly starting the motor by applying an ac current to the motor (S12). have.

일례로서, 모터에 ac 전류를 인가하여 모터를 강제 기동시키는 단계(S12)는 모터를 강제 정렬시키는 단계(S11)에서 모터에 인가된 dc 전류와 동일한 크기의 ac 전류를 인가할 수 있다.As an example, in the step of forcibly starting the motor by applying an ac current to the motor (S12), an ac current having the same magnitude as the dc current applied to the motor in the step of forcibly aligning the motor (S11) may be applied.

또한, dc 전류를 인가하는 단계(S11; 강제 정렬시키는 단계)는, 전기각 0도에 해당하는 dc 전류를 dq 동기 좌표계의 d-축에 인가할 수 있다.In addition, in the step of applying a dc current (S11; forcibly aligning), a dc current corresponding to an electric angle of 0 degrees may be applied to the d-axis of the dq synchronous coordinate system.

즉, 강제 정렬 및 기동시키는 단계(S10)에서 dq 동기 좌표계의 d-축에 양의 전류를 인가하고, 또한, q-축에 0의 크기의 전류를 인가할 수 있다.That is, in the forcibly aligning and starting step (S10), a positive current may be applied to the d-axis of the dq synchronous coordinate system, and a zero-magnitude current may be applied to the q-axis.

이후, 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계(S20)가 수행될 수 있다.Thereafter, the step S20 of estimating the speed and magnetic flux angle of the motor may be performed.

이때, 강제 정렬 및 기동시키는 단계(S10)를 수행하는 과정에서 발생한 역기전력을 이용하여 모터의 속도 및 자속각을 추정할 수 있다.In this case, the speed and magnetic flux angle of the motor may be estimated using the back electromotive force generated in the process of performing the forced alignment and starting step (S10).

즉, 강제 정렬 및 기동시키는 단계(S10)에서 출력된 인버터(210)의 출력 전류를 감지하여 모터의 속도 및 자속각을 추정할 수 있다.That is, it is possible to estimate the speed and magnetic flux angle of the motor by sensing the output current of the inverter 210 output in the forced alignment and starting step (S10).

이와 같이, 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계(S20)에서 추정된 자속각을 강제 정렬 및 기동시키는 단계(S10)에서 강제 정렬된 제1 자속각과 비교하는 단계(S30)가 수행될 수 있다.In this way, a step (S30) of comparing the magnetic flux angle estimated in the step (S20) of estimating the speed and the magnetic flux angle of the motor with the first magnetic flux angle that is forcibly aligned in the step (S10) of forcibly aligning and starting may be performed. .

이후, 추정한 자속각과 제1 자속각 사이의 오차를 보상하는 단계(S40)가 수행될 수 있다.Thereafter, a step (S40) of compensating for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle may be performed.

이때, d-축 전류를 음으로 감소시키고, q-축 전류는 양으로 증가시킴으로써 오차를 보상할 수 있다. 즉, d-축 상의 전류벡터를 -d축 및 +q축의 전류벡터로 이동시킴으로써 오차를 보상할 수 있다(S41).At this time, the error can be compensated by reducing the d-axis current negatively and increasing the q-axis current positively. That is, the error can be compensated by moving the current vector on the d-axis to the current vectors on the -d and +q axes (S41).

이러한 과정을 통하여, 추정한 자속각과 제1 자속각 사이의 오차가 설정값 이하인지를 판단하고(S42), 오차가 설정값 이하가 되면 오차가 보상된 자속각에 따라 모터를 구동할 수 있다.Through this process, it is determined whether an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle is less than or equal to a set value (S42), and when the error is less than or equal to the set value, the motor may be driven according to the magnetic flux angle for which the error is compensated.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 d-축 전류 지령치를 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 q-축 전류 지령치를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing a d-axis current command value according to a motor driving apparatus and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a graph showing a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention and a driving method thereof. This is a graph showing the q-axis current command value.

이하, 도 1 내지 도 4를 함께 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 모터의 구동 방법을 위주로 자세히 설명한다.Hereinafter, a method of driving a motor according to an embodiment of the present invention will be mainly described in detail with reference to FIGS. 1 to 4 together.

벡터 제어는 압축기 분야에서 요구하는 고정밀 제어를 수행하기 위해 사용된다. 벡터 제어를 통한 독립적인 토크와 자속 제어를 위해 모터(200)의 회전자의 위치정보가 필요하다. Vector control is used to perform the high-precision control required in the compressor field. Position information of the rotor of the motor 200 is required for independent torque and magnetic flux control through vector control.

회전자의 위치정보를 얻기 위해 엔코더 같은 위치 센서를 시스템에 추가할 필요가 있다. 하지만 이러한 센서들은 장시간 사용에 따른 온도 상승과 모터의 구동 중에 생기는 기계적인 진동에 의해 정확도와 신뢰성의 문제가 발생할 수 있다. It is necessary to add a position sensor such as an encoder to the system to obtain the rotor position information. However, these sensors may have problems of accuracy and reliability due to a rise in temperature due to long-term use and mechanical vibrations that occur while driving the motor.

또한 위치정보를 얻기 위한 장비는 시스템의 추가적인 비용과 이를 운용하기 위한 하드웨어가 부가적으로 필요하다. 따라서 회전자의 위치 측정을 위한 센서를 사용하지 않는 다양한 센서리스 제어기법에 대한 연구가 진행되고 있다.In addition, equipment for obtaining location information requires additional cost of the system and additional hardware for operating it. Therefore, research on various sensorless control methods that do not use a sensor for measuring the position of the rotor is in progress.

그 중에서 동기 모터(200)의 기전력(Electromotive force; EMF)를 기초로 하는 확장 기전력(Extended EMF; EEMF) 센서리스 알고리즘은 매우 간단하여 알고리즘 설계가 쉽다는 장점이 있다. Among them, the extended electromotive force (EEMF) sensorless algorithm based on the electromotive force (EMF) of the synchronous motor 200 is very simple and thus has the advantage of easy algorithm design.

EEMF 알고리즘에 의하면 모터(200)의 전류와 전압에 의해 추정할 수 있으며, 회전자의 위치정보를 내재하고 있다. 따라서 EEMF를 추정함으로써 회전자의 위치(자속각)과 속도에 대한 정보를 얻을 수 있다. 하지만 저속과 낮은 토크 영역에서는 모터(200)의 기전력이 작기 때문에 회전자의 위치각과 속도를 정확히 추정하기가 어렵다.According to the EEMF algorithm, it can be estimated by the current and voltage of the motor 200, and the position information of the rotor is embedded. Therefore, by estimating the EEMF, information about the position (magnetic flux angle) and speed of the rotor can be obtained. However, since the electromotive force of the motor 200 is small in the low speed and low torque regions, it is difficult to accurately estimate the position angle and speed of the rotor.

이러한 영구자석 동기 모터(200)는 센서가 없어 회전자의 초기 위치를 알 수 없기 때문에 강제적인 기동방법을 이용한다. 센서가 없이 영구자석 동기 모터를 구동하기 위해서는 전기각 0도로 d-축에 dc전류를 인가하여 모터를 강제 정렬시키고 회전자의 위치 정보 없이는 회전자의 실제 속도를 알 수 없기 때문에 초기 구동에는 속도 제어기(300)를 사용하지 않고 전류 제어기(120)를 사용할 수 있다. Since the permanent magnet synchronous motor 200 does not have a sensor, the initial position of the rotor cannot be known, so a forced starting method is used. In order to drive a permanent magnet synchronous motor without a sensor, the motor is forcedly aligned by applying a dc current to the d-axis at an electric angle of 0 degrees, and the actual speed of the rotor cannot be known without the position information of the rotor. It is possible to use the current controller 120 without using 300.

전류 제어기(120)를 센서리스 속도 제어기(300)로 전환하는 순간에 전류 제어기(120)에서 사용한 회전자 위치와 속도 제어기(300)에서 사용한 회전자 위치의 오차 인해 회전자 속도 및 전류의 오버슈트(over shoot)가 발생할 수 있다.At the moment of switching the current controller 120 to the sensorless speed controller 300, overshoot of the rotor speed and current due to an error in the rotor position used by the current controller 120 and the rotor position used by the speed controller 300 (over shoot) may occur.

또한 기체 냉매를 사용하는 압축기에서는 실제 인가되는 부하를 정확히 알 수 없기 때문에 초기 전류 제어기(120)의 지령전류를 크게 설정해야 하며, 전환 후 회전자 위치를 보상하지 않으면 속도 및 전류의 오버슈트가 크게 발생하여 순간적으로 회전자의 위치 정보를 정확하게 추정하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이렇듯 회전자 위치를 보상하면 전환 시 발생하는 오버슈트의 크기를 감소시킬 수 있다.In addition, in a compressor using a gaseous refrigerant, since the actual applied load cannot be accurately known, the command current of the initial current controller 120 must be set large, and if the rotor position is not compensated after switching, the overshoot of the speed and current is large. As a result, there may be a case in which it is not possible to accurately estimate the position information of the rotor instantly. Compensating the rotor position in this way can reduce the size of the overshoot that occurs during switching.

본 발명에서는 회전자 위치 보상을 수행하면서 파라미터 오차에 강인한 알고리즘을 제안한다. The present invention proposes an algorithm that is robust against parameter errors while performing rotor position compensation.

이하, 제어방법을 위주로 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the control method.

먼저, 본 발명에 의하면, 전류를 인가하여 모터를 제1 자속각으로 강제 정렬 및 기동시키는 단계(S10)에서, 전기각 0도로 d-축에 dc 전류를 인가하여 모터를 강제 정렬시킨다. d-축 강제 정렬을 위해서는, 도 3 및 도 4에서 도시하는 바와 같이, d-축에 양의 전류를 q-축에는 0의 크기로 전류를 인가하면 된다.First, according to the present invention, in the step (S10) of forcibly aligning and starting the motor at a first magnetic flux angle by applying a current, a dc current is applied to the d-axis at an electric angle of 0 to force the motor to be aligned. In order to forcibly align the d-axis, as shown in FIGS. 3 and 4, a positive current may be applied to the d-axis and a current of 0 to the q-axis.

이후, 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계(S20)에서, 강제 정렬 시 인가한 dq-축 전류의 크기와 동일한 크기로 전류를 인가하고 이때는 dc 전류가 아닌 ac 전류를 인가한다. 이때 ac 전류의 주파수는 임의의 주파수를 사용하게 되며, 그러면 모터(200)가 이 주파수 부근으로 초기 기동을 하게 된다.Thereafter, in the step (S20) of estimating the speed and magnetic flux angle of the motor, a current is applied with the same magnitude as the dq-axis current applied during forced alignment, and in this case, an ac current rather than a dc current is applied. At this time, the frequency of the ac current uses an arbitrary frequency, and then the motor 200 initially starts around this frequency.

이러한 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계(S20)에서는 dq-축 전류만을 제어하고 속도제어는 하지 않기 때문에 정확한 속도로 제어하기 어려울 수 있다. 이러한 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계(S20)는 임의의 속도로 모터(200)를 기동시키면서 센서리스 제어에 사용되는 역기전력 추출을 위한 용도로 이용될 수 있다.In the step (S20) of estimating the speed and magnetic flux angle of the motor, since only the dq-axis current is controlled and the speed is not controlled, it may be difficult to control the motor at an accurate speed. The step (S20) of estimating the speed and magnetic flux angle of the motor may be used for extracting the back electromotive force used for sensorless control while starting the motor 200 at an arbitrary speed.

다음, 추정한 자속각을 제1 자속각과 비교하는 단계(S30)에서는, 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계(S20)에서 임의의 속도로 운전하는 동안 발생하는 역기전력을 바탕으로 센서리스 알고리즘을 이용하여 모터(200)의 속도와 자속각을 추정한다. 이때, 모터(200)의 속도와 자속각을 추정하되 실제 속도 제어에는 사용하지 않을 수 있다.Next, in the step (S30) of comparing the estimated magnetic flux angle with the first magnetic flux angle, a sensorless algorithm based on the back electromotive force generated during operation at an arbitrary speed in the step (S20) of estimating the speed and the magnetic flux angle of the motor is used. The speed and magnetic flux angle of the motor 200 are estimated by using. At this time, the speed and magnetic flux angle of the motor 200 may be estimated, but may not be used for actual speed control.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 오차 보상 과정을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing an error compensation process according to a motor driving apparatus and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention.

추정한 자속각을 제1 자속각과 비교하는 단계(S30)에서 센서리스 알고리즘을 통해 추정한 자속각을 강제 기동시 사용한 자속각(제1 자속각)과 비교한다. In the step (S30) of comparing the estimated magnetic flux angle with the first magnetic flux angle, the magnetic flux angle estimated through the sensorless algorithm is compared with the magnetic flux angle (first magnetic flux angle) used during forced start.

도 5를 참조하면, 초기 기동시 사용한 제1 자속각은 d-축 상에 위치해 있고, 센서리스 알고리즘을 통해 추정한 자속각은 -d축과 q축 상에 위치해 있다. Referring to FIG. 5, the first magnetic flux angle used at initial start-up is located on the d-axis, and the magnetic flux angle estimated through the sensorless algorithm is located on the -d axis and the q axis.

이때, 자속각 보상 없이 바로 모터(200)를 강제 기동하여 센서리스 제어로 전환하게 되면 자속각의 오차로 인해 전류 오버슈트가 발생하여 기동 실패의 가능성이 높아질 수 있다(도 7 참조).In this case, if the motor 200 is immediately forcibly started without compensation of the magnetic flux angle and is switched to sensorless control, a current overshoot may occur due to an error in the magnetic flux angle, thereby increasing the possibility of starting failure (see FIG. 7 ).

따라서, 강제 기동에 사용한 제1 자속각과 센서리스 알고리즘에서 추정한 자속각의 오차를 줄이는 과정이 선행될 수 있다. Accordingly, a process of reducing an error between the first magnetic flux angle used for forced start and the magnetic flux angle estimated by the sensorless algorithm may be preceded.

기동시키는 단계(S11)에서 d-축에 양의 크기의 전류를 q-축에 0의 크기의 전류를 인가하였다. 이때, 추정한 자속각과 제1 자속각 사이의 오차를 보상하는 단계(S40)에 의하면, 이 위치에 있는 자속각을 센서리스 자속각(센서리스 전류 벡터)으로 이동시키기 위해 d-축 전류는 음으로 감소시키고, q-축 전류는 양으로 증가시켜 자속각의 오차를 줄일 수 있다.In the starting step (S11), a current of positive magnitude was applied to the d-axis and a current of zero magnitude was applied to the q-axis. At this time, according to the step (S40) of compensating for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle, the d-axis current is negative in order to move the magnetic flux angle at this position to the sensorless flux angle (sensorless current vector). And the q-axis current increases positively to reduce the error of the magnetic flux angle.

이후, 추정한 자속각과 제1 자속각 사이의 오차가 설정값, 예를 들어, ±5도 이내가 되면 센서리스 모드로 전환할 수 있다. 즉, 오차가 보상된 자속각에 따라 모터를 구동할 수 있다(S50).Thereafter, when an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle falls within a set value, for example, ±5 degrees, the sensorless mode may be switched. That is, the motor can be driven according to the magnetic flux angle for which the error is compensated (S50).

이렇게 자속각 알고리즘을 적용하면 전류 오버슈트 없이 모터를 기동할 수 있다.If the magnetic flux angle algorithm is applied in this way, the motor can be started without current overshoot.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 인가 전류를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing an applied current according to a motor driving apparatus and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention.

이러한 전류의 흐름은 도 3 및 도 4에서 도시한 그래프와 일치한다. 일례로, 초기 강제 구동 상태에서 1500 rpm으로 모터가 강제 구동되고 이때 4 Nm의 기전력이 발생하는 것을 알 수 있다.This current flow coincides with the graphs shown in FIGS. 3 and 4. For example, it can be seen that the motor is forcibly driven at 1500 rpm in the initial forced driving state, and at this time, an electromotive force of 4 Nm is generated.

도 7은 자속각 보상을 수행하지 않은 경우의 전류 파형을 나타내는 파형도이고, 도 8은 본 발명에 의한 모터 구동 장치 및 그 구동 방법에 따른 전류 파형을 나타내는 파형도이다.7 is a waveform diagram illustrating a current waveform when magnetic flux angle compensation is not performed, and FIG. 8 is a waveform diagram illustrating a current waveform according to a motor driving apparatus and a driving method thereof according to the present invention.

즉, 도 7의 파형은 위에서 설명한 바와 같은 자속각을 보상하는 과정(S40)을 수행하지 않고, 강제 기동에서 바로 센서리스 제어로 전환한 파형을 나타낸다.That is, the waveform of FIG. 7 represents a waveform that is immediately switched from forced start to sensorless control without performing the process of compensating the magnetic flux angle (S40) as described above.

또한, 도 8의 파형은 위에서 설명한 바와 같은 자속각을 보상하는 과정(S40)을 수행한 경우의 강제 기동에서 센서리스 제어로 전환한 파형을 나타낸다.In addition, the waveform of FIG. 8 represents a waveform converted from forced start to sensorless control when the process of compensating the magnetic flux angle as described above (S40) is performed.

도 7 및 도 8의 파형을 비교하면, 자속각을 보상하는 과정(S40)을 수행하지 않은 경우에는 센서리스 제어로 전환하는 과정에서 갑자기 변경되는 자속각에 의해서 전류의 오버슈트(A)가 발생하는 것을 확인할 수 있다.Comparing the waveforms of FIGS. 7 and 8, when the process of compensating the magnetic flux angle (S40) is not performed, an overshoot (A) of the current occurs due to the magnetic flux angle that is suddenly changed in the process of switching to sensorless control. You can confirm that.

그러나, 본원발명에 의한 자속각을 보상하는 과정(S40)을 수행한 경우, 센서리스 제어로 전환하는 과정에서 전류의 오버슈트가 발생하지 않은 것을 알 수 있다.However, when the process of compensating the magnetic flux angle according to the present invention (S40) is performed, it can be seen that the overshoot of the current has not occurred in the process of switching to the sensorless control.

이와 같이, 본 발명에서 제안하는 전환 기법은 실제 압축기의 실험 결과를 통하여 그 타당성이 입증되었다.As described above, the conversion technique proposed in the present invention has its validity verified through experimental results of an actual compressor.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 모터의 전류 제어에서 센서리스(sensorless) 속도 제어로 전환 시 발생할 수 있는 전류 오버슈트(over shoot)를 저감시킬 수 있고, 이에 따른 모터의 기동 실패를 최소화할 수 있다.According to the present invention described above, it is possible to reduce a current over shoot that may occur when switching from current control of a motor to sensorless speed control, thereby minimizing a failure to start the motor. .

도 9는 본 발명이 적용될 수 있는 압축기를 나타내는 단면도이다. 도 9는 횡형 스크롤형 압축기를 도시하고 있다.9 is a cross-sectional view showing a compressor to which the present invention can be applied. 9 shows a horizontal scroll type compressor.

위에서 설명한 모터의 구동 장치 및 방법은 압축기의 모터에 적용될 수 있으며, 경우에 따라 이러한 압축기의 모터에 적용될 경우에 더 큰 효과를 발휘할 수 있다. 이하, 이러한 압축기에 대하여 간략히 설명한다.The motor driving apparatus and method described above may be applied to a motor of a compressor, and in some cases, may exert a greater effect when applied to a motor of such a compressor. Hereinafter, such a compressor will be briefly described.

횡형 스크롤형 압축기(400)는, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱(410)을 포함하고, 이러한 케이싱(410) 내에 유체를 압축하기 위한 구성 요소들이 설치될 수 있다. 즉, 케이싱(410) 내에, 모터(420), 회전축(430), 서로 맞물리는 고정 스크롤(450) 및 선회 스크롤(460), 그리고 회전축(430)이 설치되는 프레임(440)을 포함할 수 있다.The horizontal scroll type compressor 400 includes a casing 410 having a sealed inner space, and components for compressing fluid may be installed in the casing 410. That is, in the casing 410, a motor 420, a rotation shaft 430, a fixed scroll 450 and a revolving scroll 460 that mesh with each other, and a frame 440 in which the rotation shaft 430 is installed may be included. .

밀폐공간을 형성하기 위한 케이싱(410)은 횡형 실린더 형태로 형성될 수 있다. 이러한 케이싱(410)에는 냉매의 출입을 위한 흡입구(411) 및 토출구(412)가 형성될 수 있다.The casing 410 for forming the sealed space may be formed in a horizontal cylinder shape. The casing 410 may be provided with a suction port 411 and a discharge port 412 for entering and exiting the refrigerant.

이러한 케이싱(410)의 내부공간에는 회전력을 발생시키는 모터(420)가 설치될 수 있다. 또한, 이러한 모터(420)의 회전자(421)와 결합되는 회전축(430)이 설치될 수 있다.A motor 420 for generating a rotational force may be installed in the inner space of the casing 410. In addition, a rotation shaft 430 coupled to the rotor 421 of the motor 420 may be installed.

이러한 회전축(430)은 선회 스크롤(460)에 편심 결합될 수 있다. 즉, 모터(420)는 회전축(430)을 통하여 선회 스크롤(460)이 선회 운동할 수 있는 회전력을 제공할 수 있다.This rotation shaft 430 may be eccentrically coupled to the orbiting scroll 460. That is, the motor 420 may provide a rotational force through which the orbiting scroll 460 may orbit through the rotation shaft 430.

모터(420)의 일측에는 프레임(440)이 설치될 수 있다. 이러한 프레임(440)은 메인 프레임으로서 주철과 같은 경도가 높은 소재로 형성될 수 있다. 여기서 모터(420)는 위에서 설명한 모터(200)와 동일한 구성일 수 있다.A frame 440 may be installed on one side of the motor 420. The frame 440 may be formed of a material having high hardness such as cast iron as a main frame. Here, the motor 420 may have the same configuration as the motor 200 described above.

이러한 프레임(440)은 고정 스크롤(450) 및 선회 스크롤(460)이 설치될 수 있는 지지 구조를 제공할 수 있다. 즉, 프레임(440)에는 고정 스크롤(450)이 결합되어 압축 공간(470)을 형성할 수 있다.The frame 440 may provide a supporting structure in which the fixed scroll 450 and the orbiting scroll 460 may be installed. That is, the fixed scroll 450 may be coupled to the frame 440 to form the compressed space 470.

이때, 케이싱(410)에는 이러한 압축 공간(470)로부터 냉매 가스가 토출되는 토출실을 포함하고, 토출구(412)는 이 토출실에 구비되어, 토출실의 냉매는 토출구(412)를 통하여 배출될 수 있다.At this time, the casing 410 includes a discharge chamber through which the refrigerant gas is discharged from the compression space 470, and the discharge port 412 is provided in the discharge chamber, and the refrigerant in the discharge chamber is discharged through the discharge port 412. I can.

이러한 토출실에서 오일은 유분리기(414)에 의하여 냉매와 분리될 수 있으며, 이때, 하측에 분리된 오일은 오일픽업을 통하여 흡입되어 회전하는 각 부분에 공급될 수 있다. In this discharge chamber, the oil may be separated from the refrigerant by the oil separator 414, and in this case, the oil separated on the lower side may be sucked through the oil pickup and supplied to each rotating part.

케이싱(410)의 흡입구(411) 측에는 별도의 인버터 공간(417)이 구비될 수 있고, 이러한 인버터 공간(417)에는 인버터부(490)가 위치할 수 있다. 이러한 인버터 공간(417)은 인버터부(490)를 모터(200)가 설치된 공간으로부터 기밀시키는 인버터 케이싱(416)에 의하여 형성될 수 있다.A separate inverter space 417 may be provided on the side of the suction port 411 of the casing 410, and the inverter unit 490 may be located in the inverter space 417. The inverter space 417 may be formed by an inverter casing 416 that seals the inverter unit 490 from the space in which the motor 200 is installed.

모터(420)는 케이싱(410)의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생시키고, 권선이 설치되는 고정자(422) 및 이 고정자(422)에 결합되는 회전자(421)를 포함할 수 있다.The motor 420 may include a stator 422 installed in the inner space of the casing 410 to generate rotational force, and a winding installed thereon, and a rotor 421 coupled to the stator 422.

인버터 공간(417)에 설치되는 인버터부(490)는 모터(420)와 전기적으로 연결되어 모터(420)를 구동할 수 있다. 여기서 인버터부(490)는 위에서 설명한 인버터(210)와 동일한 구성일 수 있다.The inverter unit 490 installed in the inverter space 417 may be electrically connected to the motor 420 to drive the motor 420. Here, the inverter unit 490 may have the same configuration as the inverter 210 described above.

한편, 프레임(440)의 일측에는 회전축(430)을 회동 가능하게 고정시기 위한 베어링(431)이 설치될 수 있다. 한편, 경우에 따라, 케이싱(410)의 내측 단부측에도 베어링(432)이 설치되어 회전축(430)이 원활하게 회전할 수 있도록 도울 수 있다.Meanwhile, a bearing 431 may be installed on one side of the frame 440 to fix the rotation shaft 430 so as to be rotatable. On the other hand, in some cases, the bearing 432 is also installed on the inner end side of the casing 410 so that the rotating shaft 430 can smoothly rotate.

고정 스크롤(450)과 프레임(440) 사이에는 고정 스크롤(450)에 결합되어 이 고정 스크롤(450)에 대하여 선회 운동을 하는 선회 스크롤(460)이 설치될 수 있다.Between the fixed scroll 450 and the frame 440, an orbiting scroll 460 that is coupled to the fixed scroll 450 and performs orbiting motion with respect to the fixed scroll 450 may be installed.

이러한 선회 스크롤(460)은 회전축(430)에 연결되며, 회전축(430)의 중심과 편심되게 결합되어 선회 운동이 구현될 수 있다.The orbiting scroll 460 is connected to the rotation shaft 430 and is eccentrically coupled to the center of the rotation shaft 430 to implement a orbiting motion.

이와 같이, 스크롤형 압축기(400)에서는, 선회 스크롤(460)과 고정 스크롤(450)의 사이에 압축실(451)이 형성될 수 있다.As described above, in the scroll type compressor 400, the compression chamber 451 may be formed between the orbiting scroll 460 and the fixed scroll 450.

도 9의 A 부분을 참조하면, 프레임(440)과 고정 스크롤(450) 사이에 탄성 플레이트(480)가 위치하고, 이러한 프레임(440)과 고정 스크롤(450)의 내측에 위치하는 선회 스크롤(460)에는 가압 실링부(481) 및 가압 오링(482)이 위치하는 상태를 도시하고 있다.Referring to part A of FIG. 9, an elastic plate 480 is positioned between the frame 440 and the fixed scroll 450, and the orbiting scroll 460 located inside the frame 440 and the fixed scroll 450 In the figure, the pressure sealing part 481 and the pressure O-ring 482 are located.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the above embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Further, the features, structures, effects, and the like illustrated in each embodiment may be combined or modified for other embodiments by a person having ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Accordingly, contents related to such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the present invention.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, although the embodiments have been described above, these are only examples and do not limit the present invention, and those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs are illustrated above within the scope not departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be seen that various modifications and applications that are not available are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

100: 인버터 제어부 110: 제어 전환부
120: 전류제어기 130: 오차 보상부
140: 오차 판단부
200: 모터 210: 인버터
220: 전류 감지부
300, 310: 센서리스 구동부
300: 속도제어기 310: 속도/위치 추정부
400: 압축기
100: inverter control unit 110: control switching unit
120: current controller 130: error compensation unit
140: error determination unit
200: motor 210: inverter
220: current sensing unit
300, 310: sensorless driving unit
300: speed controller 310: speed/position estimation unit
400: compressor

Claims (13)

인버터를 이용하여 모터를 제어하는 방법에 있어서,
전류를 인가하여 모터를 제1 자속각으로 강제 정렬 및 기동시키는 단계;
상기 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계;
상기 추정한 자속각을 상기 제1 자속각과 비교하는 단계;
상기 추정한 자속각과 상기 제1 자속각 사이의 오차를 보상하는 단계; 및
상기 오차가 보상된 자속각에 따라 상기 모터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 방법.
In the method of controlling a motor using an inverter,
Applying a current to forcibly align and start the motor at a first magnetic flux angle;
Estimating the speed and magnetic flux angle of the motor;
Comparing the estimated magnetic flux angle with the first magnetic flux angle;
Compensating for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle; And
And driving the motor according to the magnetic flux angle for which the error is compensated.
제1항에 있어서, 상기 강제 정렬 및 기동시키는 단계는,
상기 모터에 dc 전류 및 ac 전류를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 방법.
The method of claim 1, wherein the forced alignment and activation step,
And applying a dc current and an ac current to the motor.
제2항에 있어서, 상기 dc 전류를 인가하는 단계는, 전기각 0도에 해당하는 dc 전류를 dq 동기 좌표계의 d-축에 인가하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 방법.The method of claim 2, wherein the applying of the dc current comprises applying a dc current corresponding to an electric angle of 0 degrees to the d-axis of the dq synchronous coordinate system. 제1항에 있어서, 상기 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 단계는,
상기 강제 정렬시키는 단계에서 발생한 역기전력을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 방법.
The method of claim 1, wherein estimating the speed and magnetic flux angle of the motor comprises:
A method of driving a motor, characterized in that it is performed by using the back electromotive force generated in the forced alignment step.
제1항에 있어서, 상기 강제 정렬 및 기동시키는 단계는,
dq 동기 좌표계의 d-축에 양의 전류를 인가하고, q-축에 0의 크기의 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 방법.
The method of claim 1, wherein the forced alignment and activation step,
A method of driving a motor, comprising applying a positive current to a d-axis of a dq synchronous coordinate system and applying a current of zero magnitude to the q-axis.
제1항에 있어서, 상기 모터를 구동하는 단계는,
상기 추정한 자속각과 상기 제1 자속각 사이의 오차가 설정값 이하가 되면 상기 오차가 보상된 자속각에 따라 상기 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 방법.
The method of claim 1, wherein driving the motor comprises:
When an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle becomes less than or equal to a set value, the motor is driven according to a magnetic flux angle for which the error is compensated.
모터;
상기 모터를 구동하기 위한 인버터;
상기 인버터의 출력 전류를 감지하는 전류 감지부; 및
상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고,
상기 인버터 제어부는,
전류를 인가하여 모터를 제1 자속각으로 강제 정렬 및 기동시키는 전류 제어기;
상기 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 속도 및 위치 추정부;
상기 추정한 자속각을 상기 제1 자속각과 비교하여, 상기 추정한 자속각과 상기 제1 자속각 사이의 오차를 보상하는 오차 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 장치.
motor;
An inverter for driving the motor;
A current sensing unit sensing the output current of the inverter; And
Including an inverter control unit for controlling the inverter,
The inverter control unit,
A current controller for forcibly aligning and starting the motor at a first magnetic flux angle by applying a current;
A speed and position estimation unit that estimates the speed and magnetic flux angle of the motor;
And an error compensating unit for compensating for an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle by comparing the estimated magnetic flux angle with the first magnetic flux angle.
제7항에 있어서, 상기 전류 제어기는,
상기 모터에 dc 전류 및 ac 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 장치.
The method of claim 7, wherein the current controller,
A driving apparatus for a motor, characterized in that applying a dc current and an ac current to the motor.
제8항에 있어서, 상기 전류 제어기는,
전기각 0도에 해당하는 dc 전류를 dq 동기 좌표계의 d-축에 인가하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 장치.
The method of claim 8, wherein the current controller,
A driving apparatus for a motor, characterized in that applying a dc current corresponding to an electric angle of 0 degrees to the d-axis of the dq synchronous coordinate system.
제7항에 있어서, 상기 속도 및 위치 추정부는, 상기 전류 제어기의 강제 정렬 및 기동시키는 과정에서 발생한 역기전력을 이용하여 상기 모터의 속도 및 자속각을 추정하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 장치.The apparatus of claim 7, wherein the speed and position estimating unit estimates the speed and magnetic flux angle of the motor by using the back electromotive force generated in the process of forcibly aligning and starting the current controller. 제7항에 있어서, 상기 전류 제어기는, dq 동기 좌표계의 d-축에 양의 전류를 인가하고, q-축에 0의 크기의 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 장치.The motor driving apparatus of claim 7, wherein the current controller applies a positive current to the d-axis of the dq synchronous coordinate system and applies a current of zero magnitude to the q-axis. 제7항에 있어서, 상기 인버터 제어부는,
상기 추정한 자속각과 상기 제1 자속각 사이의 오차가 설정값 이하가 되면 상기 오차 보상부에서 오차가 보상된 자속각에 따라 상기 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 모터의 구동 장치.
The method of claim 7, wherein the inverter control unit,
When an error between the estimated magnetic flux angle and the first magnetic flux angle becomes less than or equal to a set value, the error compensating unit drives the motor according to a magnetic flux angle for which the error is compensated.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항의 구동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.A compressor comprising the drive device according to any one of claims 7 to 12.
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