표면부착형 영구자석 동기전동기의 전압 제한을 고려한 제동 알고리즘 = Braking Algorithm Considering Voltage Limit Condition for Surface Mounted PM Synchronous Motor

국문 초록 (Abstract)

세탁기와 같이 큰 관성을 갖는 모터 적용분야에서는 제동시간 증가, 회생에너지의 처리, DC-Link 캐패시터의 과충전 등의 문제로 인해 제동에 어려움이 있어 효율적인 제동을 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 기존의 제동 방법 중 외부의 추가적인 장치 없이 제동하는 방법들은 모터 권선의 저항성분을 이용하여 발전된 에너지를 소모시키는데, 3상 단락 방식 다이나믹 제동은 모든 속도영역에서 사용할 수 있으나 제동시간에 길고, 외부에서 전압을 인가하여 보다 빠르게 제동하는 방법들은 고속에서 전압제한에 대한 언급을 하지 않았다. 따라서 고속에서도 안정적인 제동을 할 수 있도록 전압제한을 고려한 제동알고리즘을 제안한다.
제동 알고리즘은 전류제한과 전력제한 그리고 전압제한까지 세 가지 제한 조건을 만족하는 범위 내에서 가장 큰 제동전류를 계산하여 가장 빠른 제동을 수행 할 수 있게 한다. 전류제한은 인버터 및 모터를 보호하기 위한 상전류 제한을 의미하고, 전력제한은 모터로부터 발전된 에너지가 DC-Link 캐패시터에 과충전 되지 않도록 발전량과 권선 내 에너지 소모량을 조절하는 조건이며, 전압제한은 모터로 인가 가능한 상전압의 제한 조건이다.
제안된 제동 알고리즘의 효과는 시뮬레이션 및 실험을 통하여 증명되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

There are many research on effective braking for motor with large inertia like washer because of proplems about braking of time increasing, handling regenerative energy, over charging of DC-Link capacitor. Among the existing braking methods, some braking methods that dosen’t need outside additional system consume generated power at resistance component of winding. 3 phase short method-dynamic braking can be used at whole speed region but braking time is long. Some braking methods use external voltage to brake motor quickly but it didn’t mention about voltage limit at high speed. So, this paper proposes a modified braking algorithm considering voltage limit condition that can be used at high speed.
Braking algorithm calculates current reference for maximum braking torque in three limit condition like current limit, power limit and voltage limit so it makes braking more quickly. Current limit means phase current limit for protecting inverter and motor. Power limit is a condition that controls amount of generated power and consumption power to avoid DC-Link capacitor overcharging. Voltage limit means voltage can be input at motor.
Effect of proposed braking algorithm was verified by simulation and experiment.

목차 (Table of Contents)

• 요 약 ⅰ
• 목 차 ⅱ
• 표 목 차 ⅳ
• 그림목차 ⅴ
• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 영구자석 동기전동기의 모델링 3
• 2.1 등가회로 및 abc축 모델링 3
• 2.2 영구자석 동기전동기 구동을 위한 dq좌표계 8
• 2.3 영구자석 동기전동기의 dq축 모델링 10
• Ⅲ. 제동 알고리즘 14
• 3.1 다이나믹 브레이크의 이해 14
• 3.2 제동 시 고려해야 할 제한영역 17
• 3.2.1 발전 전력 제한 18
• 3.2.2 입력 전압 제한 21
• 3.2.3 제한 조건을 만족하는 제어 가능 영역 23
• 3.4 전류 운전점 계산 24
• 3.4.1 꺾임점에서의 속도 24
• 3.4.2 구간 별 전류 명령 25
• 3.5 제안하는 제동 알고리즘 26
• Ⅳ. 모의해석 28
• 4.1 모의해석 구성 28
• 4.2 모의해석 결과 30
• Ⅴ. 실험 35
• 5.1 실험 셋트 구성 35
• 5.2 제동 실험 결과 36
• 5.3 캐패시터 충전 전압에 따른 제동 효과 차이 41
• 5.4 제동을 적용한 급감속 42
• Ⅵ. 결론 44
• 참고문헌 45
• abstract 46
• 감사의 글 47