The Vector Control with Compensating Unit Angle for the Robust Low Speed Control of Induction Motor

유도전동기의 강건한 저속 제어를 위한 단위각 보상 벡터 제어

This paper is to describe the improved vector control which can control the induction motor robustly in low speed. When the induction motor is drived with low speed, below 10 percent of the rated speed, an algorithm which can compensate the error of unit vector angle generated by the harmonics is proposed. Another algorithm which can be tuned to the rotor time constant so that nay be robust to the rotor parameter change in low speed and transient state was proposed. The ripple of flux and torque was reduced by the proposed vector control and then the stable output characteristics was obtained in low speed. When the input and output is sinusoidal, the proposed vector control, the direct vector control and the indirect vector control were analyzed and compared in the low speed characteristics. And each control characteristics is compared and analyzed in state of containing harmonics. The estimation and tunning performance of rotor time constant is confirmed with simulation. The whole control system is implemented by real hardware and experimented to compare the proposed vector control with the direct vector control. As a result of the experiment with two control methods in low speed, the torque ripple of the proposed vector control is improved by 45 percent than the direct vector control. And it is confirmed that the flux current ripple is reduced in 0.2 p.u. and torque current ripple is reduced in 0.6 p.u. It is confirmed that the rotor time constant by the estimation and the tunning algorithm is tunned by the real rotor time constant. Finally, it was confirmed that the validity and robustness for the proposed vector control in low speed existed.

본 논문은 유도전동기를 저속에서 강건하게 제어할 수 있도록 개선된 벡터 제어에 관한 연구이다. 유도전동 기가 정격 속도의 10% 이하인 저속에서 구동될 경우 고조파에 의하여 발생하는 단위 벡터각 오차를 보상하는 알고리즘을 제안하였다. 또한 저속 및 과도상태에서 회전자 파라미터 변화에 대하여 강건하게 운전하도록 회전 자 시정수에 동조하는 알고리즘을 제시하였다. 제안한 벡터 제어를 이용하여 자속과 토오크 리플을 감소시킴으로써 저속에서 안정된 출력특성을 얻을 수 있었다. 입출력이 정현적인 상태일 때, 제안한 벡터 제어와 직접 벡터 제어 및 간접 벡터 제어의 저속 특성을 비교 분석하였고, 고조파가 함유된 상태에서 각각의 제어 특성을 비교 분석하였다. 그리고 회전자 시정수의 추종 성능은 시뮬레이션으로 확인하였다. 전체 제어 시스템을 실제의 하드웨어로 구현하고, 제안한 벡터 제어와 직접 벡터 제어를 비교 분석하였다. 두 제어 기법을 저속에서 실험 한 결과, 정상상태에서 직접 벡터를 기준으로 할 경우 토오크 리플이 45% 개선된 특성을 얻었다. 또한 자속 전류 리플은 0.2 p.u. 감소하였고, 토오크 전류 리플은 0.6 p.u. 감소함을 확인하였다. 그리고 회전자 시정수의 변화에 대하여 동조됨을 확인하였다. 따라서 저속에서 제안한 벡터 제어의 타당성과 강건성을 입증하였다.