표제지
초록
목차
제1장 서론 14
1.1. 연구의 배경 14
1.2. 논문의 구성 19
제2장 이중 삼상 동기 전동기 분석 21
2.1. 30도 위상 차이를 가지는 6상 전동기 21
2.1.1. 권선 배치도 21
2.1.2. 이상적인 권선 자속 및 인덕턴스 24
2.1.3. 고조파 자속 및 인덕턴스 29
2.2. 좌표계에 따른 6상 전동기 모델링 33
2.2.1. DRF 좌표계 기반 6상 전동기 모델링 34
2.2.2. VSD 좌표계 기반 6상 전동기 모델링 40
2.3. 이중 삼상 전동기 모델링 47
2.3.1. DRF 좌표계 기반 모델링 47
2.3.2. VSD 좌표계 기반 모델링 49
2.3.3. 에너지 보존 법칙에 기반한 토크 방정식 51
2.4. 이중 삼상 전동기의 비이상적 특성 57
2.4.1. 대상 전동기의 동기 VSD좌표계 자속 및 인덕턴스 58
2.4.2. 대상 전동기의 토크 68
2.5. 이중 삼상 전동기의 토크 맥동 저감 72
제3장 고조파 전류 제어에 관한 기존 연구 77
3.1. 공진 제어기 기반의 고조파 전류 제어기 77
3.2. 다중 동기 좌표계 기반의 고조파 전류 제어기 83
3.3. 기존 다중 동기 좌표계 기반 제어기의 문제점 88
3.3.1. 고속 영역에서의 이산 시간 구현으로 인한 문제 88
3.3.2. 전동기 제정수에 따른 안정도 차이 90
제4장 다중 동기 좌표계 고조파 전류 제어기 설계 93
4.1. 전류 제어기 구조 94
4.2. 돌극성이 없는 경우의 전류 제어기 이득 96
4.2.1. 연속 시간 영역 설계 96
4.2.2. 이산 시간 영역 설계 112
4.2.3. 능동 저항을 포함한 이산 시간 고조파 전류 제어기 121
4.2.4. 모의 실험을 통한 제안하는 제어기 이득 검증 130
4.3. 돌극성이 있는 경우의 제어기 이득 133
4.3.1. 연속 시간 영역 설계 133
4.3.2. 이산 시간 영역 설계 142
4.3.3. 모의 실험을 통한 제안하는 제어기 이득 검증 156
4.3.4. 모의 실험을 통한 선행 연구의 제어기와 비교 163
4.3.5. 속도에 따른 전류 제어기 이득 및 속도에 따른 근사화 166
제5장 제안하는 고조파 전류 제어를 적용한 이중 삼상 전동기 운전 170
5.1. JK평면 6고조파 차분 전류 저감 172
5.1.1. 고조파 전류 제어 미 적용시 대상 전동기의 전류 172
5.1.2. 선행 연구의 고조파 전류 제어 175
5.1.3. 제안하는 고조파 전류 제어 181
5.2. DQ평면 12 고조파 전류 제어를 통한 토크 맥동 저감 192
5.2.1. 대상 전동기의 토크 192
5.2.2. 토크 맥동 저감 운전 196
제6장 결론 203
6.1. 연구 결과 203
6.2. 향후 연구 과제 204
부록 206
A. DRF 좌표계 인덕턴스 모델링 206
B. 돌극성을 가지는 전동기의 이산 시간 모델 210
C. 실험 세트 구성 212
참고 문헌 216
Abstract 220
표 2-1. VSD 좌표계의 좌표축에 따른 고조파 성분 46
표 2-2. 유한 요소 해석 운전점 조건 57
표 4-1. 돌극성이 없는 전동기 및 제어기 파라미터 101
표 4-2. 돌극성이 있는 전동기 및 제어기 파라미터 139
표 5-1. 대상 전동기 제정수 171
표 5-2. JK 평면 전류 제어기 제정수 175
표 5-3. DQ 평면 전류 제어기 제정수 197
그림 1-1. 이중 삼상 전동기의 두가지 형태 15
그림 2-1. 6 상 전동기의 권선 분포 예시 23
그림 2-2. 6상 전동기의 권선 벡터도 24
그림 2-3. 일반적인 6상 전동기의 권선 함수 25
그림 2-4. 3상 전동기와 30° 위상차를 가지는 6상 전동기의의 권선 분포 29
그림 2-5. 3상 전동기의 A상 권선 30
그림 2-6. 3상 전동기와 6상 전동기의의 권선 분포 30
그림 2-7. 6상 전동기의 DRF 좌표축 34
그림 2-8. iDr, iQr가 0 A일 때의 동기 VSD 좌표계 자속 λDr, λQr, λJr, λKr[이미지참조] 59
그림 2-9. iJr, iKr가 0일 때의 동기 VSD 좌표계 자속 λDr, λQr, λJr, λKr[이미지참조] 60
그림 2-10. iJr, iKr가 0일 때의 동기 VSD 좌표계 증분 인덕턴스[이미지참조] 61
그림 2-11. 각도에 따른 DQ 좌표계 영구 자석 자속 62
그림 2-12. 각도에 따른 JK 좌표계 영구 자석 자속 63
그림 2-13. 부하에 따른 λJr, λKr의 고조파 특성[이미지참조] 63
그림 2-14. 부하에 따른 LDh, LQh[이미지참조] 65
그림 2-15. 부하에 따른 LJh, LKh[이미지참조] 66
그림 2-16. iJr, iKr에 따른 평균 토크 변화 68
그림 2-17. 회전자 각도 0°에서 iJr, iKr에 따른 토크 변화[이미지참조] 69
그림 2-18. 회전자 각도 0°에서 iJr, iKr에 따른 토크 변화[이미지참조] 70
그림 2-19. 각도에 따른 등 토크 곡선 모식도 72
그림 2-20. 각도에 따른 대상 전동기의 MTPA 곡선 및 20 N·m IMTPA 궤적 74
그림 2-21. 토크 별 IMTPA 궤적 75
그림 2-22. 대상 전동기의 IMTPA 전류 지령 및 주파수 분석 결과 76
그림 3-1. 정지 좌표계에서 본 공진 제어기 주파수 응답 77
그림 3-2. SOGI를 이용한 공진 제어기 구현 78
그림 3-3. ROGI를 이용한 공진 제어기 구현 79
그림 3-4. 동기좌표계 기본파 및 6고조파 전류 제어 블록도 80
그림 3-5. 식 (3.3)의 이득을 사용하는 PIR 제어기 개루프 응답 81
그림 3-6. 식 (3.3)의 이득을 사용하는 PIR 제어기 모의 실험 결과 81
그림 3-7. 다중 동기 좌표계 상의 적분 제어기 83
그림 3-8. 선행연구 [49]의 MSRF 상의 CV 고조파 전류 제어기 84
그림 3-9. MSRF-CV 전류 제어기 개루프 응답 85
그림 3-10. MSRF-CV 전류 제어기 모의 실험 결과 86
그림 3-11. 선행연구 [49]의 전류 제어기 이산 시간 개루프 응답 89
그림 3-12. 1차 LPF를 적용한 고조파 전류 제어기 이산 시간 구현 90
그림 3-13. 1차 LPF를 적용한 고조파 전류 제어기 이산 시간 개루프 응답 91
그림 4-1. 이중 삼상 전동기 전류 제어 블록도 95
그림 4-2. 연속 시간 영역 전동기 모델 97
그림 4-3. 기본파와 -5, 7고조파 전류 제어기 연속 시간 모델 98
그림 4-4. 좌표축 관계 99
그림 4-5. H₁, H₇, H₋₅의 주파수 응답 101
그림 4-6. 임의의 개루프 전달함수 Ha의 주파수 응답 103
그림 4-7. 제안하는 이득의 주파수 응답 107
그림 4-8. 기본파 주파수가 10 Hz일 때 H₁, H₇, H₋₅의 주파수 응답 109
그림 4-9. 기본파 주파수가 10 Hz일 때 제안하는 이득의 주파수 응답 110
그림 4-10. 기본파 주파수가 10 Hz일 때 공진 제어기를 적용한 주파수 응답 111
그림 4-11. 이산 시간 전동기 제어 블록도 112
그림 4-12. 간략화된 이산 시간 전동기 제어 블록도 113
그림 4-13. 기본파와 -5, 7고조파 전류 제어기 이산 시간 모델 114
그림 4-14. 동기 좌표계 후향 오일러 적분의 정지 좌표계 표현 115
그림 4-15. 이산 시간 영역에서 제안하는 이득의 주파수 응답 120
그림 4-16. 샘플링 주파수에 따른 개루프 전달 함수의 주파수 응답 121
그림 4-17. 능동 저항을 포함한 이산 시간 전동기 제어 블록도 122
그림 4-18. 능동 저항 비율에 따른 모델 극점 γ 변화 123
그림 4-19. 저항 오차 시 능동 저항 유무에 따른 주파수 응답 126
그림 4-20. 인덕턴스 오차 시 능동 저항 유무에 따른 주파수 응답 128
그림 4-21. 인덕턴스 오차 조건에서 능동 저항 비율에 따른 모델과 폐루프 전달함수 극점 변화 129
그림 4-22. 돌극성이 없는 전동기 모의 실험 블록도 130
그림 4-23. 기본파 전류 제어 계단 응답 130
그림 4-24. 7고조파 전류 제어 계단 응답 131
그림 4-25. -5고조파 전류 제어 계단 응답 132
그림 4-26. 기본파와 -11, 13 고조파 전류 제어기 연속 시간 모델 135
그림 4-27. 돌극성을 고려한 제안하는 이득의 주파수 응답 140
그림 4-28. 이산 시간 전동기 제어 블록도 143
그림 4-29. 기본파와 -11, 13 고조파 전류 제어기 이산 시간 모델 144
그림 4-30. 제안하는 이득을 사용한 개루프 전달 함수 주파수 응답 150
그림 4-31. 제안하는 이득을 사용한 폐루프 전달 함수 주파수 응답 152
그림 4-32. 이산 시간 영역과 연속 시간 영역에서 설계된 이득 비교 153
그림 4-33. 돌극성을 고려한 이득과 고려하지 않은 이득의 비교 154
그림 4-34. 돌극성이 있는 전동기 모의 실험 블록도 156
그림 4-35. 계단 형태의 전류 지령 변화에 따른 전류 응답 157
그림 4-36. 계단 형태의 13 고조파 전류 지령 변화에 따른 전류 응답 158
그림 4-37. 계단 형태의 -11 고조파 전류 지령 변화에 따른 전류 응답 159
그림 4-38. 제정수 오차가 없는 경우 161
그림 4-39. 저항 오차가 있는 경우. 162
그림 4-40. d축 인덕턴스 오차가 있는 경우. 162
그림 4-41. q축 인덕턴스 오차가 있는 경우. 162
그림 4-42. 기본파 전류 제어 계단 응답. 164
그림 4-43. 13 고조파 전류 제어 계단 응답. 164
그림 4-44. 11 고조파 전류 제어 계단 응답. 165
그림 4-45. 속도에 따른 이득.(가) 비례 이득. (나) 기본파 적분 이득.... 167
그림 4-46. 변형된 속도에 따른 이득.(가) 비례 이득. (나) 기본파 적분 이득.... 168
그림 5-1. 0 N·m 고조파 제어 미 적용시 전류. (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 172
그림 5-2. 5 N·m 고조파 제어 미 적용시 전류. (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 173
그림 5-3. 10 N·m 고조파 제어 미 적용시 전류. (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 173
그림 5-4. 20 N·m 고조파 제어 미 적용시 전류. (가) 750r/min. (나) 1500r/min 173
그림 5-5. 기존 연구의 JK축 고조파 전류 제어 과도 응답. 0 N·m (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 176
그림 5-6. 기존 연구의 JK축 고조파 전류 제어 과도 응답. 20 N·m (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 178
그림 5-7. 기존 연구의 JK축 고조파 전류 제어 과도 응답. 고조파 전류 대역폭 10 Hz 179
그림 5-8. 토크 지령 20 N·m 계단 변화에 대한 과도 응답. 180
그림 5-9. 제안하는 JK축 고조파 전류 제어 과도 응답. 0 N·m (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 181
그림 5-10. 제안하는 JK축 고조파 전류 제어 과도 응답. 5 N·m (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 182
그림 5-11. 제안하는 JK축 고조파 전류 제어 과도 응답. 10 N·m (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 183
그림 5-12. 제안하는 JK축 고조파 전류 제어 과도 응답. 20 N·m (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 184
그림 5-13. 계단적인 토크 지령 변화에 대한 과도 응답. 20 N·m (가) 750r/min. (나) 1500r/min. 186
그림 5-14. 속도 변동에 따른 고조파 전류 제어 187
그림 5-15. 3000r/min, 0 N·m 운전시 정지 좌표계 전압 지령 189
그림 5-16. 3000r/min, 20 N·m 운전시 정지 좌표계 전압 지령 190
그림 5-17. DQ전류 평면 토크 맵 추출 파형. (가) 시간 영역 파형. (나) 전류 지령 리사주 파형 192
그림 5-18. DQ전류 평면 각도 평균 토크 193
그림 5-19. 회전자 각도에 따른 DQ평면에서의 토크 194
그림 5-20. 토크 맵으로 복원한 대상 전동기의 토크 맥동 195
그림 5-21. 정속 운전시 대상 전동기의 토크 맥동. (가) 300r/min, (나) 600r/min 196
그림 5-22. 대상 전동기의 토크 별 IMTPA궤적 197
그림 5-23. 600r/min, 0 N·m IMTPA 제어 파형 198
그림 5-24. 600r/min, 10 N·m IMTPA 제어 파형 199
그림 5-25. 1500r/min, 0 N·m IMTPA 제어 파형 199
그림 5-26. 1500r/min, 0 N·m IMTPA 운전시 정지 좌표계 전압 지령 200
그림 5-27. 1500r/min, 10 N·m IMTPA 제어 파형 201
그림 5-28. 1500r/min, 10 N·m IMTPA 운전시 정지 좌표계 전압 지령 202
그림 C-1. 제어 보드 및 인버터 212
그림 C-2. M-G 세트 212
그림 C-3. 대상 이중 삼상 전동기의 능력 곡선 213
그림 C-4. M-G세트 모식도 213
그림 C-5. M-G세트 공진 분석 실험 결과 215