영구자석 동기 전동기가 정출력 영역에서 운전 되며 토크 제어가 수행될 경우 과도상태의 응답 특성은 정토크 영역에서 운전되며 토크 제어가 수행될 때보다 매우 중요하다. 본 논문에서는 정출력 영역에서 안정된 토크 제어를 수행하기 위한 전류 제어기의 최적화 방법을 제안하였다.
NREL Phase VI 12% 축소모델을 사용한 표준풍력터빈 풍동시험은 2006년에 1차 시험이 수행되었다. 1차 풍동시험은 복합재 블레이드를 사용하여 표준조건(설치각 3도)에 대해 수행되었으며 블레이드 표면상태에 따라 측정값이 영향을 받는 것을 파악하였다. 2007년 4월에 수행된 2차 풍동시험은 표면상태의 영향을 보다 정확히 파악하기 위해 알루미늄 블레이드를 사용하여 시험을 수행하였으며, 블레이드 제작 정밀도에 따른 영향을 파악하였다. 낮은 레이놀즈 수 영역(저속영역)에서는 블레이드 표면상태 따라 토크 값 다르게 나타나며, 블레이드 끝단 부근의 제작 정밀도는 최대 토크 이후의 영역에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 0.1mm 이내의 정밀도로 제작된 모델의 경우 NREL 시험결과와 전체적인 형상이 유사하게 나타나며, 축소효과에 의한 영향으로 최대토크는 약 25% 정도 감소현상을 보이고 있다.
유도전동기 고정자자속 기준제어의 최대효율제어에서 경부하시 자속은 작은 값이 된다. 이러한 상태에서 갑자기 부하가 증가하였을 경우 전동기는 부하토크에 대응하는 토크를 발생시켜야 하지만, 낮은 자속 때문에 토크제한조건에 의한 토크성분전류는 작은 값으로 제한되며, 부하토크에 대응하는 토크를 발생시키지 못해서 속도제어가 안 되는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 방법을 제안한다.
영구자석 동기전동기가 전압과 전류 제한을 갖는 상태에서 고속으로 운전하기 위해서는 약 자속 제어를 수행해야 한다. 영구자석 동기전동기는 설계 방법에 따라서 정 토크 및 약 자속 영역에서의 출력 특성이 상이하게 된다. 본 논문에서는 약 자속 영역에서의 고 토크를 위한 IPMSM의 회전자 형상 설계를 수행하였다. 우선 마그네틱 토크와 릴럭턴스 토크의 관계에 따라서 약 자속 영역의 토크 향상을 위한 방법을 제안한다. 제안한 방법을 IPMSM의 회전자의 형상 설계를 통해 적용하였고, 유한요소 해석을 통해 기존 모델과 개선 모델의 특성을 비교 분석하여 제안한 방법의 타당성을 검증하였다.
본 논문은 영구자석 동기전동기의 동적 특성 개선과 토크 리플 저감 기법을 제안한다. 제안하는 방법은 영구자석 동기전동기의 인가전압과 토크의 관계를 수학적인 분석을 통해 유효 벡터 인가 시간을 결정하는 기법이다. 결정된 유효벡터 인가 시간과 동기전동기의 토크 오차와의 관계를 이용하여 최종적인 지령전압벡터를 계산한다. 계산된 지령전압벡터는 영구자석 동기전동기의 빠른 응답성과 우수한 정상상태 특성을 보인다. 시뮬레이션을 이용하여 제안하는 영구자석 동기기 토크 제어 알고리즘의 타당성을 확인한다.
교류 전동기는 전류의 측정오차와 데드타임(dead time) 등의 영향으로 전기각주파수에 동기된 주기적인 토크리플이 발생한다. 본 논문에서는 주기적인 토크리플 보상알고리즘을 제안한다. 보상기는 토크리플에 의해 생성된 속도리플의 크기을 관측하는 속도리플 관측기와 관측한 양으로 토크리플을 보상하는 토크리플 보상기로 나누어진다. 본 논문에서는 토크리플 보상기의 해석을 통해 정상상태에서 속도리플이 제거되고 새롭게 제안된 속도리플 관측기을 적용하여 성능이 향상됨을 보였다. 제안한 주기적인 토크리플 보상알고리즘에 의해 토크리플 성분이 보상됨을 모의 실험과 실험을 통해 검증하였다.
본 논문은 단상 line-start permanent- magnet (LSPM) 전동기가 가지는 비동기 운전영역에서 나타나는 다양한 토크성분을 해석적 방법으로 분석한다. 비 동기속도에서의 정상상태 전류를 DQ 등가회로를 이용하여 유도하였으며, 이를 이용하여 유도전류와 제동전류의 주파수를 확인하였다. 마지막으로 시간차분 해석을 이용하여 비동기 운전영역의 특정 속도에 대한 토크와 전류를 분석하였으며, 주파수 변환을 이용하여 각 전류의 주파수 성분을 확인하였다.
본 글에서는 일반적인 공간 매니퓰레이터에 관한 가속도 이론을 서술하였다. 즉, 주어진 매 니퓰레이터에 대하여 액튜에이텨 토크집합 T에 대한 치역 $S_t$와 관절변수변화율집합 F에 대한 지역 $S_q$를 정의하였다. 또한 상태공간에서의 한 점 u에서의 상태가속도 집합 $S_u$를 정의하였다. 치역 $S_t$를 결정하고 그 성질인 최대가속도와 동방가속도를 결정하였다. 아울러, 가속도이론의 하나의 적용례로서 정해진 동방기동가속도를 얻을 수 있는 최소한의 액튜에이터 토크의 크기를 결정하는 방법을 도시하였다. 본 결과의 다양한 응용예는 기존연구를 참조하기 바란다.
고정된 가이드 패널 뒤에 설치된 실제 형상의 3차원 제어판 모델이 균일유동 하에서 작동될 때, 제어판이 받는 토크의 정적 특성과 동적 특성에 대하여 풍동실험을 통해 연구하였다. 제어판이 가이드 패널에 의한 후류에서 작동되면 각도에 따른 토크의 증가는 적으며, 일정한 범위를 지나면 토크계수는 각도에 선형적으로 증가한다. 실험이 수행된 속도 범위 내에서는 토크계수는 속도에 따라서 변화가 거의 없었다. 토크계수가 영이 되는 중립각도의 크기가 영각에 따라서 증가하며, 영각의 절반 정도이다. 비정상 토크계수는 정상상태에 대하여 히스테리시스를 보이며, 풍속이 증가할수록 다소 커진다. 히스테리시스는 각속도가 증가할수록 증가하고, 각속도가 5.5rad/s 보다 적은(reduced frequency, $k={\omega}c/z\;V_0$의 값은 0.035) 경우에는 준정상 상태라고 할 수 있다.
영구자석 매입형 동기전동기(IPM)의 전류제어는 표면부착형 동기전동기(SPM)보다 더 복잡하다. 그 이유는 전류에 대한 최대토크특성 때문이며 고성능 토크제어를 위해서는 d-전류와 q-전류를 독립적으로 제어를 할 수 있는 방법이 필요하다. 그러나 전류들간의 상태커플링 때문에 독립적으로 제어하기가 어려우므로 상태 디커플링이 필요하다. 상태디커플링은 인턱턴스에 의해 생기며 인턱턴스의 변화 때문에 상태디커플링이 쉽게 이루어지지 않는다. 그러므로 인턱턴스의 불확실성에 대처할 수 있는 디커플링 방법의 개발을 바탕으로한 전류들의 독립적인 제어가 필요하다. 본 논문은 슬라이딩 모드제어기법을 이용하여 디커플링할 수 있는 방법을 제안하기로 한다. 기본적인 제어방법은 PI제어이며 슬라이딩모드를 이용하여 PI제어의 성능을 향상시키는 접근방법으로도 생각할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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