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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이주
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 한양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수40
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본 논문은 영구자석 동기전동기(PMSM)의 회전자 영구자석 온도 변화에 따른 전동기 제어특성 변화에 대응하기 위해 온라인 파라미터 추정기법을 이용한 토크 보상 제어방법에 대한 연구이다.
영구자석 동기전동기는 고효율 운전 및 고출력 밀도 특성을 갖고 있어 차량용 전동기로 많이 이용되고 있다. 영구자석 동기전동기가 차량이라는 응용분야에 적합하도록 고토크화, 고속화 및 소형화 등의 발전 방향을 지향하면서 전동기 내에서 발생되는 열에 의한 문제가 보고되고 있다. 지속적인 피드백이 가능한 고정자 온도에 비해 측정불가한 회전자 온도에 의한 영향은 특히 영구자석 동기전동기의 제어 시 고려하기가 쉽지 않다.
본 논문에서는 영구자석 동기전동기 내에서 발생된 열에 의해 회전자 온도가 변화함에 따라 영구자석 동기전동기의 출력 특성이 저하되는 것을 보상하는 토크 제어기법을 목표로 하였다. 영구자석 동기전동기의 일반 이론 및 제어기법을 정리하였으며, 회전자 온도변화에 따른 영구자석 특성 변화의 영향을 고찰하고, 이를 통해 회전자 온도의 변화를 전동기 제어 시 반영하기 위해 전동기 파라미터에 대한 추정이 필요함을 밝혔다. 전동기 파라미터를 온라인 추정하기 위한 기법을 제시하였으며 파라미터 추정기 간의 연관관계를 고려해 추정 성능에 대한 신뢰도를 높였다. 파라미터 추정기의 성능은 시뮬레이션을 통해 검증되었으며 추정된 파라미터 정보를 활용하여 회전자 온도 변화를 반영하는 영구자석 동기전동기의 최대 출력 제어에 기반을 둔 토크 보상 제어기법을 제안하였다.
제안된 영구자석 동기전동기의 토크 보상 제어기법에 대해 750W 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM)의 다이나모 세트에서의 실험을 통해 타당성을 검증하였으며, 실험 대상 전동기의 회전자 온도를 외부에서 강제적으로 상승시켜 가며 회전자 온도를 변화시켰을 때, 전동기의 특성이 제안된 토크 제어기법을 통해 보상됨을 확인하였다.
영구자석 동기전동기는 고효율 운전 및 고출력 밀도 특성을 갖고 있어 차량용 전동기로 많이 이용되고 있다. 영구자석 동기전동기가 차량이라는 응용분야에 적합하도록 고토크화, 고속화 및 소형화 등의 발전 방향을 지향하면서 전동기 내에서 발생되는 열에 의한 문제가 보고되고 있다. 지속적인 피드백이 가능한 고정자 온도에 비해 측정불가한 회전자 온도에 의한 영향은 특히 영구자석 동기전동기의 제어 시 고려하기가 쉽지 않다.
본 논문에서는 영구자석 동기전동기 내에서 발생된 열에 의해 회전자 온도가 변화함에 따라 영구자석 동기전동기의 출력 특성이 저하되는 것을 보상하는 토크 제어기법을 목표로 하였다. 영구자석 동기전동기의 일반 이론 및 제어기법을 정리하였으며, 회전자 온도변화에 따른 영구자석 특성 변화의 영향을 고찰하고, 이를 통해 회전자 온도의 변화를 전동기 제어 시 반영하기 위해 전동기 파라미터에 대한 추정이 필요함을 밝혔다. 전동기 파라미터를 온라인 추정하기 위한 기법을 제시하였으며 파라미터 추정기 간의 연관관계를 고려해 추정 성능에 대한 신뢰도를 높였다. 파라미터 추정기의 성능은 시뮬레이션을 통해 검증되었으며 추정된 파라미터 정보를 활용하여 회전자 온도 변화를 반영하는 영구자석 동기전동기의 최대 출력 제어에 기반을 둔 토크 보상 제어기법을 제안하였다.
제안된 영구자석 동기전동기의 토크 보상 제어기법에 대해 750W 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM)의 다이나모 세트에서의 실험을 통해 타당성을 검증하였으며, 실험 대상 전동기의 회전자 온도를 외부에서 강제적으로 상승시켜 가며 회전자 온도를 변화시켰을 때, 전동기의 특성이 제안된 토크 제어기법을 통해 보상됨을 확인하였다.
목차
요지 v그림 목차 vii표 목차 xi약어 목록 xii제 1장 서 론 1제 1절 연구 배경 및 목표 1제 2절 연구 내용 및 구성 5제 2장 영구자석 동기전동기 일반 이론 및 회전자 영구자석 온도의 영향 7제 1절 PMSM의 구조 및 특징 7제 2절 PMSM의 수학적 모델링 13제 1항 PMSM의 3상 전압 방정식 13제 2항 벡터 제어를 위한 dq축 전압 방정식 17제 3절 PMSM 벡터 제어기법 30제 1항 전압 제한과 전류 제한[34]-[36] 30제 2항 PMSM의 최대 출력 제어기법[32],[37]-[39] 37제 4절 PMSM의 회전자 영구자석 온도 상승에 따른 운전 특성 변화 48제 1항 영구자석의 온도에 따른 감자특성[20],[40] 48제 2항 PMSM의 벡터 제어 시 회전자 영구자석 온도에 의한 영향[41]-[44] 53제 3장 온라인 파라미터 추정 63제 1절 파라미터 추정 모델[45]-[49] 63제 1항 PMSM의 2상 동기좌표계 전압방정식 63제 2항 이산화된 PMSM 파라미터 추정 모델 68제 2절 영구자석 자속 추정 알고리즘 70제 1항 Steepest Descent 기법[27],[50]-[53] 70제 2항 영구자석 자속 추정기 71제 3절 dq축 인덕턴스 추정 알고리즘 75제 1항 Affine Projection 기법[54]-[60] 75제 2항 인덕턴스 추정기 77제 4절 파라미터 추정기 간의 관계와 샘플링 주기의 선정 80제 1항 파라미터 추정기 간의 관계 80제 2항 샘플링 주기의 선정 82제 4장 시뮬레이션을 통한 파라미터 추정기 검증 85제 1절 시뮬레이션 모델링 85제 1항 IPMSM의 벡터 제어 시뮬레이션 모델 85제 2항 파라미터 추정기 모델 92제 2절 영구자석 자속 추정 시뮬레이션 결과 95제 3절 dq축 인덕턴스 추정 시뮬레이션 결과 97제 5장 파라미터 추정을 통한 토크 보상 제어기법 99제 1절 PMSM 토크 제어 99제 2절 제안하는 PMSM 토크 보상 제어기법 102제 6장 실험 결과 및 검토 105제 1절 실험 대상 IPMSM 및 실험 장치의 구성 105제 1항 실험 대상 750W급 IPMSM 105제 2항 실험 장치의 구성 108제 2절 회전자 온도에 따른 무부하 역기전력 측정 실험 및 검토 115제 3절 파라미터 추정 실험 119제 1항 영구자석 자속의 추정 119제 2항 dq축 인덕턴스의 추정 124제 4절 제안한 토크 보상 제어기법에 대한 검증 128제 7장 결 론 138참고문헌 140ABSTRACT 147감사의 글 149
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