표제지
목차
제1장 서론 10
1.1. 연구 배경 10
1.2. 연구 내용 12
제2장 3상 BLDC 전동기의 구동 시스템 13
2.1. 무선 청소기용 고속 BLDC 전동기의 구조 및 구동원리 13
2.1.1. 3상 BLDC 전동기의 구조 및 수학적 모델 13
2.1.2. 3상 BLDC 전동기의 인버터 회로 및 구동원리 18
2.2. 3상 BLDC 전동기의 센서리스 제어 22
2.2.1. 2상 여자 제어의 PWM 방식 22
2.2.2. PWM 스위칭에 따른 극전압 분석 27
2.2.3. 3상 BLDC 전동기의 2상 여자 센서리스 제어 35
제3장 고속 BLDC 전동기 센서리스 제어의 정류 오차 41
3.1. 저역 통과 필터에 의한 극전압의 위상 지연 41
3.2. ADC 샘플링에 의한 정류 시점 오차 42
3.3. PWM 스위칭 주기에 동기화된 정류에 의한 정류 시점 오차 43
제4장 제안된 고속 BLDC 전동기의 2상 여자 센서리스 제어 45
4.1. 적용된 PWM 방식 및 극전압 검출 알고리즘 45
4.1.1. H-PWM & L-PWM 방식 45
4.1.2. 극전압 검출 알고리즘 47
4.2. 제안된 센서리스 제어 방식의 정류 시점 검출 방식 48
4.2.1. 정지 좌표계 αβ축 전압 기반 회전자 위치 추정 48
4.2.2. 위상 지연 성분 보상 알고리즘 및 속도 추정 50
4.3. 고속 타이머를 활용한 제안된 정류 방식 53
제5장 시뮬레이션 및 실험 결과 55
5.1. MATLAB/Simulink 시뮬레이션 결과 56
5.2. 실험 결과 59
5.2.1. 실험 구성 59
5.2.2. 위상 지연 보상 및 PWM 방식에 따른 비교 실험 결과 60
5.2.3. 제안된 정류 방식 적용에 따른 비교 실험 결과 63
제6장 결론 72
참고문헌 73
Abstract 80
표 2.1. BLDC 전동기 및 BLAC 전동기의 역기전력 및 제어 방식 13
표 2.2. 유니폴라 PWM 방식 종류 및 전류 스위칭 특성 26
표 2.3. 유니폴라 PWM 방식에서의 PWM 스위칭에 따른 극전압 분석 34
표 5.1. 무선 청소기용 고속 BLDC 전동기 사양 55
표 5.2. 전류 리플 및 6-스텝 시간 오차 결과 - 80,000 r/min 58
표 5.3. 제어 시스템 설정 59
표 5.4. 기존 정류 방식에서의 실험 결과 70
표 5.5. 제안된 정류 방식에서의 실험 결과 70
그림 2.1. 무선 청소기용 BLDC 전동기의 구조 13
그림 2.2. 3상 BLDC 전동기의 구조 및 등가 회로 14
그림 2.3. 3상 BLDC 전동기 및 인버터의 등가회로 18
그림 2.4. 3상 BLDC 전동기 구동원리 19
그림 2.5. 위치 섹션별 3상 BLDC 전동기의 동작 21
그림 2.6. 바이폴라 및 유니폴라 PWM 방식에 따른 인버터 동작 23
그림 2.7. PWM 방식에 따른 전류 스위칭 24
그림 2.8. Upper PWM 방식 및 Lower PWM 방식 28
그림 2.9. Upper PWM 방식에서의 인버터 동작 및 극전압 31
그림 2.10. Lower PWM 방식에서의 인버터 동작 및 극전압 파형 33
그림 2.11. 극전압 검출 회로가 구성된 3상 인버터 등가회로 35
그림 2.12. 비여자 구간 역기전력 ZCP 기반 정류 시점 검출 블록도 36
그림 2.13. 3고조파 역기전력 ZCP 기반 정류 시점 검출 블록도 37
그림 2.14. β축 전압 ZCP 기반 정류 시점 검출 블록도 38
그림 2.15. LPF를 사용한 정지 좌표계 전압 기반 정류 시점 추정 블록도 40
그림 3.1. ADC의 ZOH 방식에 의한 극전압의 위상 오차 42
그림 3.2. 극전압 검출 시점 및 정류 적용 시점 사이의 오차 43
그림 3.3. PWM 스위칭 주기에 동기화된 정류 방식 44
그림 4.1. Upper PWM 방식 및 H-PWM & L-PWM 방식 비교 46
그림 4.2. H-PWM & L-PWM 방식 적용에 따른 극전압 검출 방식 47
그림 4.3. 검출된 극전압의 평균 계산 48
그림 4.4. 극전압 시점 및 정류 적용 시점 사이의 오차 51
그림 4.5. 제안된 정지 좌표계 전압 기반 정류 시점 추정 블록도 52
그림 4.6. 제안된 정류 방식을 통한 정류 시점 조정 54
그림 5.1. 무선 청소기용 고속 BLDC 전동기 및 제어 보드 55
그림 5.2. 제안된 2상 여자 센서리스 제어 블록도 56
그림 5.3. 제안된 2상 여자 센서리스 제어의 시뮬레이션 모델 57
그림 5.4. 정류 방식에 따른 전류 리플 시뮬레이션 결과 - 80,000 r/min 57
그림 5.5. 6-스텝 시간 시뮬레이션 결과 - 80,000 r/min 58
그림 5.6. 무선 청소기용 3상 BLDC 전동기 센서리스 실험 구성 59
그림 5.7. 정규화된 αβ축 전압 비교 - 40,000 r/min 61
그림 5.8. 추정된 회전자 회전각 비교 - 40,000 r/min 62
그림 5.9. 전류 리플 비교 - 60,000 r/min 64
그림 5.10. 6-스텝 시간 비교 - 60,000 r/min 65
그림 5.11. 전류 리플 비교 - 80,000 r/min 66
그림 5.12. 6-스텝 시간 비교 - 80,000 r/min 67
그림 5.13. 전류 리플 비교 - 100,000 r/min 68
그림 5.14. 6-스텝 시간 비교 - 100,000 r/min 69
그림 5.15. 정류 방식에 따른 실험 결과 비교 71