본 논문에서 사용한 방법은 실제 운전에서 가장 많이 사용하는 전동기 회전자 시정수와 전동기 인덕턴스를 조절하는 것으로 시스템 구조에서 갖는 제어기를 사용하여 다른 전동기 오차에 무관한 정수를 얻는 방법을 사용하여 오차에 대한 민감도가 매우 높은 방법을 채택하였다. 하지만 이 방식에도 정수의 오차를 수동으로 조절하여야 하는 단점을 갖는다. 전동기 정수의 수동 조절은 매우 많은 시간을 투자해야 하는 결함을 갖는다. 따라서 본 논문에서는 전동기의 다른 정수의 오차에 무관하며 민감도가 매우 높은 제어기 구조를 이용하고, 더불어 수동으로 조절하던 번거러움을 제거하여 전동기 정수를 자동조율 기법을 제안하고자 한다.
매입형 영구자석 동기 전동기는 높은 효율과 빠른 동특성, 넓은 정출력 운전 영역 등의 장점 때문에 다양한 산업 분야에서 각광을 받고 있다. 특히 최대 효율 운전을 위해서 매입형 영구자석 동기기의 단위전류당 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere, MTPA) 운전 방법에 대한 많은 연구들이 수행되어져 왔다. 이론적인 MTPA 운전점은 전동기의 제 정수에 의해 결정되는데, 매입형 영구자석 동기 전동기는 온도와 운전 영역에 따라 전동기제 정수의 변화가 극심하여 정확한 MTPA 운전을 하기 위해서는 전동기의 전 운전 영역에 대한 전동기 제정수를 미리 알고 있어야 한다. 실시간으로 전동기 제 정수를 추정하여 MTPA 운전점을 알아내는 방법도 제안되었으나 대부분 복잡한 비선형 방법이 적용되고 있다. 본 논문에서는 신호 주입 개념을 도입한 새로운 MTPA 운전 방법을 제안한다. 전류에 높은 주파수의 신호를 주입하여 그 주입된 신호에 의한 반응을 확인함으로 MTPA 운전점을 판별하게 된다. 이 방법은 전동기 제 정수 변동에 강인하며, 간단한 신호처리 과정만으로 MTPA 운전을 할 수 있다.
유도전동기의 고성능 속도 제어를 위해서는 전동기 정수의 정확한 측정이 필요하다. 특히 전동기의 토크 제어를 위해 사용되는 벡터 제어의 경우 회전자 저항과 인덕턴스의 항으로 주어지는 시정수는 제어기의 성능에 큰 영향을 준다. 또한 고정자 저항과 누설 인덕턴스는 전류제어기와 속도 제어기의 이득을 구하고 설계하는 중요한 변수가 된다. 본 논문에서는 기존의 정수 측정 방법을 수정 보완한 새로운 유도 전동기 정수 측정방법을 제시한다.
단상유도전동기는 상용화된 전원을 변환장치 없이 직접 사용할 수 있어 가전제품의 전 분야의 동력원으로 사용되고 있다. 이와 같은 단상유도전동기를 해석하고 효율적으로 운용하기 위해서는 내부 등가회로 정수의 정확한 산출이 요구된다. 순단상유도전동기의 해석에는 교차자계설에 의한 방법과 회전자계설에 의한 방법이 있다는 것은 주지의 사실이지만 기존의 이론이나 방법에서 전동기 내부 정수를 산정하기 위한 방법은 다소 복잡하다. 최근 컴퓨터나 마이크로 프로세서의 발전에 따라 수치적 해석법과 등가회로법을 결합한 회로정수의 산정법이 제안되고 그 계산 처리 속도 또한 빠르며 정확해 지고 있다. 이에 정수 측정 전용 프로그램을 구현하여 단상유도전동기의 실험 결과를 산출하여 실시험을 이용하여 구하는 방법을 제시하고자 한다. 본 논문에서는 단상유도전동기에서 개별적으로 측정이 불가능한 1차 및 2차 누설리액턴스를 무부하시험, 구속시험, 그리고 고정자 권선의 저항 측정시험을 디지털 계측기를 이용하여 정확히 측정하고 측정한 디지털 계측값을 구현된 회로정수 계산프로그램으로 계산후 산출하는 방법을 제시하고 시행하였다.
매입형 영구자석 동기 전동기는 높은 효율과 빠른 동특성, 넓은 정출력 운전 영역 등의 장점 때문에 다양한 산업 분야에서 각광을 받고 있다. 특히 매입형 영구자석 동기기의 단위 전류당 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere, MTPA) 운전 방법은 전동기의 최대 효율 운전을 위해서 필수적인 운전방법이 되었다. 이론적인 MTPA 운전점은 전동기의 제 정수에 의해 결정되는데, 매입형 영구자석 동기 전동기는 온도와 운전 영역에 따라 전동기 제 정수의 변화가 심하여 정확한 MTPA 운전을 하기 위해서는 전동기의 전 운전 영역에 대한 전동기 제 정수를 미리 알고 있어야 한다. 본 논문에서는 신호 주입 개념을 도입한 새로운 MTPA 운전 방법을 제안한다. 전류에 높은 주파수의 신호를 주입하여 그 주입된 신호에 의한 반응을 확인함으로 MTPA 운전점을 판별하게 된다. 이 방법은 전동기 제 정수 변동에 강인하며, 간단한 신호처리 과정을 통하여 MTPA 운전을 할 수 있다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권8호
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pp.1195-1202
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2010
2회로정수 등가회로에 의한 3상유도전동기 모델링 방식은 정격제원만으로 모의운전 특성을 효과적으로 재현하는 장점이 있으나 여자전류의 생략으로 역률 지시에서의 오차가 커지는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 오차를 해소하기 위한 방안으로 정격 역률이 실제 전동기와 일치되는 조건에서 부하 크기와 관련이 없는 보상전류의 직교 성분을 해석한 후 이를 2회로정수의 부하 전류에 합성하는 방식을 제시하였다. 또한 정격제원으로부터 보상전류와 보정된 값의 전동기 전류, 토크 및 역률을 출력하는 전체적인 과정을 계산하는 연산모듈을 구성하였으며 실제 전동기의 제원을 모듈에 입력하여 나타나는 시뮬레이션 결과를 확인하였다. 이로부터 정격 운전점에서 주요 운전값이 실제 전동기와 일치할 뿐 아니라 슬립에 따른 전체 운전 영역에서 제시된 모듈의 출력 결과가 2회로정수의 경우보다 개선된 모의 특성을 나타내었다.
전동기 제어 시스템에서 전동기 상수의 추정은 전기적 상수의 추정과 기계적 상수의 추정을 목적으로 하는 두 가지로 나눌 수 있다. 전기적 상수의 경우 실험과 측정기를 통해 비교적 정확히 추정할 수 있으며 기계적 상수의 경우 실험을 통해서 측정이 가능하다. 본 논문에서는 DSP를 사용하여 기계정수를 추정하고 추정된 값을 사용하여 시뮬레이션을 제작하며 시뮬레이션과 실제 전동기를 비교함으로써 추정법의 성능을 시험한다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권6호
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pp.887-893
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2010
기관실 시뮬레이터에서 3상유도전동기에 대한 모델링을 단순하게 처리하는 경우에는 왜곡된 특성에 의해 각종 전기 기계적 모의 성능 수준이 크게 저하된다. 한편, 전동기 특성을 1, 2차 측 파라미터로 구분하는 기존의 등가회로 방식들은 복잡한 실험을 거치거나 상세 기술 자료가 확보되지 않고는 현장 전동기에 대한 회로에서의 파라미터 값들을 확정하지 못한다는 점에서 정격제원 정도만 주어지는 기관실 시뮬레이터의 개발 작업 환경에서는 사용할 수가 없다. 이러한 문제의 해결을 위해 본 논문에서는 최소 파라미터에 의한 전원 직결의 2 회로정수 방식 등가회로를 제시하였으며 이로부터 정격제원에 의해 회로정수가 결정되기까지의 조건과 과정 및 관련 식들을 해석하였다. 또한 실제 전동기에 이를 적용하여 얻어지는 특성곡선들을 통해 임의의 전동기에 대한 근사특성과 실용성을 확인하였다.
산업 현장에서 널리 사용되고 있는 권선형 유도전동기의 완전한 벡터제어를 속도 검출기를 사용하지 않고 슬립 주파수를 추정하여 구현할 수 있는 알고리즘을 제안했다. 기존의 센서리스 벡터제어 알고리즘의 전동기의 저항의 변동에 대하여 아주 민감하지만 본 논문에서 제안된 알고리즘은 여자 전류 및 슬립주파수 측정에 전동기 2차 저항을 필요로 하지 않아 전동기 정수 변동으로 인한 벡터제어의 불완전함을 제거했다. 시뮬레이션을 통하여 제안된 알고리즘의 우수한 특성과 그 타당성을 확인을 하였다.
본 연구는 유도전동기 구동에 관측기 이론을 적용하고 자계 방향형 벡터제어에 기초하여 센서리스 벡터구동 시스템을 개발한 것이다. 속도추정은 지령전압과 전류센서에서 검출한 전류와 관측기에서 구한 2차 자속으로 행하는 새로운 방법을 나타내었다. 이 속도추정은 자속과 유도전동기 정수만으로 결정되므로 파라미터의 이득 조정이 필요 없고 연산이 간단하다. 도출한 벡터제어 이론에 기초하여 유도전동기 구동을 위한 센서리스 속도제어 시스템을 설계 제작하였다. 그리고 시뮬레이션을 통해서 각 제어기의 이득정수와 관측기 이득을 결정하고 센서리스 벡터구동의 실험을 실현하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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