직류단 단일 전류 센서를 활용한 매입형 영구자석 전동기의 정지 및 저속 센서리스 제어 = Zero and Low Speed Sensorless Control with Single DC-Link Current Sensor in Interior Permanent Magnet Motor Drives

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 직류단 단일 전류 센서를 활용한 매입형 영구자석 전동기의 정지 및 저속 센서리스 제어 시 위치 추정 성능을 개선하기 위한 전압 주입 방식 및 위치 추정 방식을 제안한다.
위치 센서리스 제어 기법은 시스템의 가격 및 부피를 감소시키고, 신뢰성을 증가시킬 수 있는 장점으로 인해 많은 응용 분야에서 활용되고 있다. 특히, 역기전력의 신호 크기가 작아지는 저속 영역에서의 위치 추정을 위해 매입형 영구자석 전동기의 내재적인 돌극성 기반 센서리스 제어에 관해 활발한 연구가 진행되었다.
한편, 비용 절감이 중요한 가전 분야에서 위치 센서뿐만 아니라 전류 센서 개수를 최소화한 직류단 단일 전류 센서 시스템을 채택하는 비율이 증가하고 있다. 해당 전류 측정 시스템에서는, 인버터 스위칭 상태에 따른 전류 도통 경로를 고려했을 때 유효 전압 벡터에서만 직류단 전류로부터 상전류를 복원 가능하여 제한적인 요인으로 작용한다.
전동기 구동 시스템에서 요구하는 전류 및 위치 센서의 개수를 최소화 하기 위해 직류단 단일 전류 센서 시스템에서 위치 센서리스 제어를 함께 활용하는 비율이 증가하고 있다. 하지만, 앞에서 언급한 제한된 전류 복원 특성은 저속 영역에서 고주파 전압 주입 기반 위치 추정 시 고주파 전류 측정 정확도가 감소하여 위치 추정 정확도를 악화시키는 요인으로 작용한다.
따라서, 본 논문에서는 직류단 단일 전류 센서 시스템에서의 저속 영역 위치 추정 정확도를 높이기 위해 직류단 단일 전류 센서 시스템에서 높은 정확도로 복원 가능한 유효 벡터에서의 직류단 전류 기울기를 위치 추정을 위한 고주파 신호로 활용한다. 직류단 전류 기울기 기반 회전자 위치 추정 방식에 대한 모델링을 진행한 후, 전류 기울기의 측정 정밀도를 위해 요구되는 유효 벡터의 최소 시간을 확보 가능한 고주파 전압 주입 방식을 제안한다.
먼저, 유효 벡터 최소 시간을 안정적으로 확보하기 위해 정지 좌표계 상에서 기본파 전압 지령을 고려하여 주입 전압의 크기 및 각도를 결정하는 전압 주입 방식을 제시한다. 다음으로, 추가적인 전압 주입으로 인한 소음의 영향을 줄이기 위해 주입 전압 각의 변경을 통해 주입 주파수를 증대할 수 있는 전압 주입 방식을 제안한다.
다음으로, 추가적인 고주파 전압 주입으로 인한 손실 증가량을 저감하기 위해 주입 주기 내의 전압 주입 순서 및 전압 주입 주기를 변경하는 방식을 통해 전류 THD를 저감 가능한 전압 주입 방식을 제안한다. 추가적으로, 직류단 단일 전류 센서 시스템에서 초기 기동을 위한 자기 포화 기반 초기 위치 추정 방식을 제안한다.
본 논문에서 제안한 방식들에 대해 직류단 단일 전류 센서를 활용한 인버터를 사용하여 성능 및 실제적인 효용성을 실험적으로 검증하였다. 제안하는 전압 주입 방식 별로 저속 센서리스 제어 성능에 관한 검증 결과를 제시하고 비교하였다. 또한 추가적인 고주파 전압 주입으로 인해 증가하는 소음 및 손실을 저감하기 위해 제안된 전압 주입 방식 별로 소음 및 입력 전력 측정 실험을 진행하여 실제적인 효용성을 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper proposes voltage injection methods and rotor position estimation techniques to enhance the position estimation accuracy of sensorless control for interior permanent magnet machines (IPMMs) at standstill and low speeds using a single DC-link current sensor.
Position sensorless control has gained significant attention due to its various advantages to reduce system cost and volume while enhancing overall reliability. In particular, at low-speeds where the magntidue of the back electromotive force (EMF) is insufficient, various sensorless control strategies have been developed by leveraging the inherent saliency characteristics of IPMMs.
In cost-effective applications such as home appliances, single DC-link current sensor (SCS) systems are widely used to reduce both the number of current sensors and the reliance on position sensors. However, phase currents can only be reconstructed from the dc-link current during the active voltage vectors. This constraint significantly degrades the accuracy of high-frqeucny current reconstruction, thereby deteriorating the position estimation performance.
To overcome this limitation, this study utilizes the derivatives of the dc-link current measured during active voltage vectors as a substitute for high-frequency current in rotor position estimation. Accurate modeling of the position estimation algorithm based on the DC-link current derivative is presented, followed by the proposed voltage injection strategy that ensures a minimum active vector time for securing the measurement accuracy of the current derivatives.
First, voltage injection methods are proposed that determine the magnitude and angle of the injected voltage in the stationary reference frame, while considering the fundamental voltage to secure a minimum active vector time. Second, to mitigate acoustic noise caused by the additional voltage injection, voltage injection methods are introduced that increase the injection frequency by alternating the direction of the injected voltage. Third, to reduce additional motor losses associated with the voltage injection, a modified voltage vector arrangement and injection sequence is proposed to reduce current total harmonic distortion (THD). Finally, an initial rotor position estimation method based on magnetic saturation is presented, enabling reliable motor startup in a single current sensor system.
The effectiveness of the proposed techniques is validated through experimental results obtained using an inverter system employing a single DC-link current sensor. The sensorless control performance of each proposed voltage injection method is analyzed and compared in the low-speed region. In addition, acoustic noise and power loss induced by the additional injection are evaluated to demonstrate the practical advantages of the proposed approaches.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 연구의 목적 6
• 1.3 논문의 구성 8
• 제 2 장 매입형 영구자석 전동기 대상 기존의 저속 센서리스 제어 10
• 2.1 매입형 영구자석 전동기의 인덕턴스 모델링 10
• 2.2 기존 고주파 전압 주입 기반 저속 센서리스 제어 14
• 2.2.1 정현파 전압 주입 방식 14
• 2.2.2 구형파 전압 주입 방식 23
• 2.2.3 자기 포화 기반 초기 위치 추정 방식 31
• 제 3 장 직류단 단일 전류 센서 기반 기존의 저속 센서리스 제어 36
• 3.1 직류단 단일 전류 센서 기반 구동 시스템 36
• 3.1.1 직류단 단일 전류 센서 기반 상전류 복원 37
• 3.1.2 전류 복원 불가 영역에서의 상전류 복원 연구 39
• 3.2 전류 측정 시스템에 따른 저속 센서리스 제어 비교 47
• 3.2.1 전류 측정 시스템에 따른 저속 영역 위치 추정 특성 47
• 3.2.2 직류단 단일 전류 센서 기반 기존의 저속 센서리스 제어 54
• 제 4 장 직류단 단일 전류 센서 기반 제안하는 저속 센서리스 제어 57
• 4.1 유효 전압 벡터 별 상전류 기울기 모델링 57
• 4.2 상전류 기울기 기반 회전자 위치 추정 방식 64
• 4.2.1 3개 유효 벡터에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 64
• 4.2.2 6개 유효 벡터에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 68
• 4.2.3 4개 유효 벡터에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 72
• 4.3 제안하는 고주파 전압 주입 방식 77
• 4.3.1 실제적인 요인을 고려한 경우의 유효 벡터 최소 시간 77
• 4.3.2 유효 벡터 최소 시간을 확보하기 위한 전압 주입 방식 79
• 4.3.3 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식 83
• 4.3.4 전류 THD 저감을 위한 전압 주입 방식 99
• 4.4 제안하는 초기 위치 추정 방식 108
• 4.4.1 자기 포화 지표 분석 108
• 4.4.2 상전류 포화 지표 기반 초기 위치 추정 방식 116
• 4.5 제안하는 저속 센서리스 제어를 위한 제어기 구성 118
• 제 5 장 실험 결과 119
• 5.1 6개 유효 벡터의 최소 시간 확보를 위한 주입 방식 119
• 5.2 주입 주파수 증대를 위해 제안하는 주입 방식 125
• 5.2.1 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식 – 6개 유효 벡터 125
• 5.2.2 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식 – 3개 유효 벡터 128
• 5.2.3 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식 – 4개 유효 벡터 131
• 5.2.4 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식 별 비교 134
• 5.3 전류 THD 저감을 위한 전압 주입 방식 143
• 5.3.1 전압 벡터 배치에 따른 전류 THD 비교 143
• 5.3.2 주입 주파수 저감에 따른 비교 146
• 5.4 기존 방식과의 비교 152
• 5.5 전압 주입 방식에 따른 소음 및 손실 특성 비교 158
• 5.6 초기 위치 추정 방식 162
• 제 6 장 결론 및 향후 과제 166
• 6.1 결론 166
• 6.2 향후 과제 168
• 부 록 169
• 참고 문헌 171
• Abstract 178
•  
• 표 목차
• 표 3 1. 유효 전압 벡터 종류에 따른 상전류 복원. 37
• 표 4 1. 스위칭 상태에 따른 직류단 전류 기울기 복원. 59
• 표 4 2. 제안하는 전압 주입 방식 요약. 88
• 표 4 3. 전압 주입 방식 별 위치 추정 성능 및 전류 THD 지표 비교. 98
• 표 5 1. 전압 주입 방식 별 센서리스 성능 및 주입 특성 비교. 142
• 표 A.0 1 대상 전동기의 제정수 169
• 표 A.0 2 부하 전동기의 제정수 169
• 그림 목차
• 그림 1 1. 전류 측정 시스템에 따른 인버터 형태. 3
• 그림 1 2. 직류단 단일 전류 센서 시스템에서의 위치 센서리스 제어. 4
• 그림 2 1. 매입형 영구자석 전동기의 인덕턴스 특성. 13
• 그림 2 2. 고주파 전압 주입 방식 분류. 14
• 그림 2 3. 정지 좌표계 정현파 전압 주입 방식. 15
• 그림 2 4. 정지 좌표계에서의 전압 주입 시 위치 추정 과정. 17
• 그림 2 5. 회전자 위치 추정기 (가) 상태 필터 (나) 관측기. 17
• 그림 2 6. 정지 좌표계에서의 전압 주입 시 전류 제어 블록도. 18
• 그림 2 7. 추정 동기 좌표계에서의 정현파 전압 주입 방식. 18
• 그림 2 8. 공간 벡터 다이어그램에서 나타낸 추정 및 실제 동기 좌표계. 19
• 그림 2 9. 추정 동기 좌표계에서의 전압 주입 시 위치 추정 블록도. 21
• 그림 2 10. 추정 동기 좌표계에서의 전압 주입 시 별도의 측정 좌표계. 21
• 그림 2 11. 추정 동기 좌표계에서의 전압 주입 시 전류 제어 블록도. 22
• 그림 2 12. 추정 동기 좌표계 구형파 전압 주입. 23
• 그림 2 13. 고주파 전압 주입 기반 위치 추정 방식 비교. (가) 정현파 전압 주입 (나) 구형파 전압 주입. 25
• 그림 2 14. 추정 동기 좌표계에서의 스위칭 주파수 전압 주입. 25
• 그림 2 15. 추정 동기 좌표계에서의 스위칭 주파수 전압 주입 시 d-q 전류 리플 형태. 26
• 그림 2 16. 정지 좌표계에서의 스위칭 주파수 전압 주입. 28
• 그림 2 17. 정지 좌표계에서의 스위칭 주파수 전압 주입 시 전류 측정 방식. 29
• 그림 2 18. 돌극성 기반 회전자 위치 추정 시 180도 모호성. 31
• 그림 2 19. 자기 포화를 고려한 경우 d축 자속과 전류의 관계. 32
• 그림 2 20. 전압 펄스 인가를 활용한 초기 위치 추정 방식. 32
• 그림 2 21. 자기 포화를 고려한 경우 d축 전압과 전류의 관계. 33
• 그림 2 22. 초기 위치 추정을 위해 사용하는 테스트 신호 형태. 34
• 그림 2 23. 자기 포화 기반 초기 위치 추정 알고리즘. 35
• 그림 3 1. 인버터 스위칭 상태에 따른 상전류 복원 원리. 37
• 그림 3 2. 직류단 전류 측정 시 실제적인 요인. 38
• 그림 3 3. 단일 전류 센서 시스템에서의 전류 복원 불가 영역. 38
• 그림 3 4. 유효 벡터 최소 시간 확보를 위한 최소 시간 주입 방식. 39
• 그림 3 5. 최소 시간 주입 방식 시 전압 지령 생성 블록도. 40
• 그림 3 6. 유효 벡터 최소 시간 확보를 위한 최소 전압 주입 방식. 40
• 그림 3 7. 최소 전압 주입 방식 시 전압 지령 생성 블록도. 40
• 그림 3 8. 전압 주입 유무에 따른 상 전류 복원 예시, 운전 점: 300 r/min, 25% 부하 인가 시. 41
• 그림 3 9. 정지 좌표계 상에서의 기존 전압 지령 및 변경된 전압 지령 형태, 운전 점: 300 r/min, 25% 부하 인가 시. 41
• 그림 3 10. 전압 합성 시 활용하는 유효 전압 벡터 조합에 따른 예시. 42
• 그림 3 11. 3개 유효 전압 벡터 기반 변형된 PWM. 42
• 그림 3 12. 4개 유효 전압 벡터 기반 변형된 PWM. 44
• 그림 3 13. 저속 영역에서 전압 주입 방식에 따른 전류 제어 특성 비교. (가) 최소 전압 주입 방식 (나) 변형된 PWM 기반 주입 방식. 45
• 그림 3 14. 전류 측정 시스템 별 전압 주입 방식 차이. (가) 상전류 센서 (나) 단일 전류 센서. 48
• 그림 3 15. θr=0 [deg]일 때, d축 전압 주입 시 전류 측정 시스템 별 스위칭 펄스 및 전류 샘플링 형태. (가) 상전류 센서 (나) 단일 전류 센서. 49
• 그림 3 16. θr=30 [deg]일 때, d축 전압 주입 시 전류 측정 시스템 별 스위칭 펄스 및 전류 샘플링 형태. (가) 상전류 센서 (나) 단일 전류 센서. 49
• 그림 3 17. D축 전압 주입 시, 전류 측정 시스템 별 전압 주입 특성. (가) 상전류 센서 (나) 단일 전류 센서. 50
• 그림 3 18. D축 전압 주입 시, 회전자 위치 별 전류 측정 시스템에 따른 상전류 복원 형태. 51
• 그림 3 19. D축 전압 주입 시, 전류 측정 시스템에 따른 d-q 고주파 전류 복원 오차. (가) 상전류 센서 (나) 단일 전류 센서. 52
• 그림 3 20. D축 전압 주입 시, 전류 측정 시스템에 따른 위치 추정 오차. (가) 상전류 센서 (나) 단일 전류 센서. 53
• 그림 3 21. 전압 모델 기반 고주파 전류 예측 방식 [66]. 54
• 그림 3 22. 변형된 PWM 기반 주입 방식 [64]. 55
• 그림 3 23. 변형된 회전 전압 주입 방식 및 전류 복원 방식 [68]. 56
• 그림 4 1. 유효 벡터에서의 두 번 전류 샘플링을 통한 고주파 전류 복원 방식. 57
• 그림 4 2. 유효 전압 벡터 별 측정 가능한 상전류 기울기 종류. 58
• 그림 4 3. 유효 전압 벡터 별 직류단 전류 기울기 측정 시 상전압 모델. 59
• 그림 4 4. V1 전압 벡터일 때의 상전압 모델. 60
• 그림 4 5. 유효 전압 벡터 별 두 번 전류 샘플링 사이 시간에 따른 상전류 기울기, 운전 영역: 50r/min, 무 부하. 62
• 그림 4 6. 유효 전압 벡터 별 3상 전류 기울기, 운전 영역: 50r/min, 무 부하. (가) 홀수 유효 벡터 (나) 짝수 유효 벡터. 63
• 그림 4 7. 유효 전압 벡터 별 3상 전류 기울기, 운전 영역: 50r/min, 정격 부하. (가) 홀수 유효 벡터 (나) 짝수 유효 벡터. 63
• 그림 4 8. 3개 유효 벡터에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 과정, 운전 영역: 50 r/min, 무 부하. 65
• 그림 4 9. 3개 유효 벡터에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 오차. (가) 50 r/min, 무 부하 (나) 50 r/min, 정격 부하. 66
• 그림 4 10. 기본파 전압에 의한 항 보상에 따른 위치 추정 오차. (가) 보상 없는 경우 (나) 보상하는 경우. 67
• 그림 4 11. 반대편 유효 전압 벡터가 인가될 때의 상 전압 모델. 68
• 그림 4 12. 상전류 기울기 및 그 차분 값, 운전 영역: 50 r/min, 정격 부하. (가) 홀수 유효 벡터 (나) 짝수 유효 벡터 (다) 차분 값. 69
• 그림 4 13. 6개 유효 벡터에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 과정, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 70
• 그림 4 14. 위치 추정 방식 별 모터 제정수 오차에 따른 위치 추정 오차, 운전 영역: 100 r/min, 정격 부하 (가) 3개 유효 벡터 (나) 6개 유효 벡터. 71
• 그림 4 15. 4개 유효 벡터에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 시 유효 벡터 조합 형태. (가) V1, V4, V5, V2 (나) V2, V5, V3, V6 (다) V3, V6, V4, V1. 72
• 그림 4 16. 4개 유효 벡터 (V1, V4, V5, V2)에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 과정, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 74
• 그림 4 17. 4개 유효 벡터 (V2, V5, V3, V6) 에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 과정, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 75
• 그림 4 18. 4개 유효 벡터 (V3, V6, V4, V1)에서의 상전류 기울기 기반 위치 추정 과정, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 75
• 그림 4 19. 위치 추정을 위한 유효 전압 벡터 조합 형태. 76
• 그림 4 20. 실제적인 요인을 고려 시, 직류단 전류 기울기 측정을 위한 유효 벡터의 최소 시간. 77
• 그림 4 21. SVPWM 활용 시 MI에 따른 스위칭 펄스 및 전류 샘플링 형태 예시. (가) 높은 MI 영역 (나) 낮은 MI 영역. 78
• 그림 4 22. 직류단 단일 전류 센서 시스템에서 제안하는 고주파 전압 주입 방식을 활용하는 경우 제어 블록도. 79
• 그림 4 23. 유효 전압 벡터 별 상전류 기울기 복원 가능 영역. 80
• 그림 4 24. 고주파 전압 주입을 통한 2개 상전류 기울기 복원 예시. 80
• 그림 4 25. 6개 유효 벡터 최소 시간을 확보하기 위한 전압 주입 방식 (6AV-1). 81
• 그림 4 26. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우, 스위칭 펄스 및 전류 샘플링 형태. 82
• 그림 4 27. 두 개 상전류 기울기 동시 복원 가능 영역. 83
• 그림 4 28. 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식 – 6개 유효 벡터 (6AV-2). 84
• 그림 4 29. 6AV-2 전압 주입 방식의 경우, 스위칭 펄스 및 전류 샘플링 형태. 85
• 그림 4 30. 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식 – 3개 유효 벡터 (3AV-1). 85
• 그림 4 31. 3AV-1 전압 주입 방식의 경우. 스위칭 펄스 및 전류 샘플링 형태. 86
• 그림 4 32. 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식 – 4개 유효 벡터 (4AV-2). 87
• 그림 4 33. 4AV-2 전압 주입 방식의 경우, 스위칭 펄스 및 전류 샘플링 형태. 88
• 그림 4 34. 전압 주입 방식에 따른 전압 합성 가능 영역. 89
• 그림 4 35. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우, 정지 좌표계 d-q 전압 지령 및 스위칭 펄스, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 90
• 그림 4 36. 6AV-2 전압 주입 방식의 경우, 정지 좌표계 d-q 전압 지령 및 스위칭 펄스, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 90
• 그림 4 37. 3AV-1 전압 주입 방식의 경우, 정지 좌표계 d-q 전압 지령 및 스위칭 펄스, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 91
• 그림 4 38. 4AV-2 전압 주입 방식의 경우, 정지 좌표계 d-q 전압 지령 및 스위칭 펄스, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 91
• 그림 4 39. 주입 방식 별 스위칭 펄스 및 전류 샘플링 포인트 형태, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 92
• 그림 4 40. 전압 주입 방식 별 회전자 위치 추정 성능, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 93
• 그림 4 41. 전압 주입 방식 별 센서리스 과도 속도 응답 특성, 운전 조건: 50 ~ -50 r/min, 정격 부하. 94
• 그림 4 42. 전압 주입 방식 별 상전류 FFT 결과 및 THD 특성, 운전 조건: 50 r/min, 정격 부하. 95
• 그림 4 43. 전압 주입 방식 별 제정수 오차(Ld=Ld,Lq=0.95Lq) 시 센서리스 과도 속도 응답 특성, 운전 조건: 50 ~ -50 r/min, 정격 부하. 97
• 그림 4 44. 유효 전압 벡터 배치 순서에 따른 전압 주입 형태 및 상전류 리플. (가) V1, V3, V5, V4, V6, V2. (나) V1, V4, V3, V6, V5, V2. 100
• 그림 4 45. 영 전압 벡터 배치에 따른 전압 주입 형태 상전류 리플. (가) T0=0.5T0',T7=0.5T0'. (나) T0=T0',T7=0. 101
• 그림 4 46. 전압 벡터 배치 변경에 따른 전류 리플 및 상전류 FFT 결과 비교. (가) V1,V3,V5,V4,V5,V2, T0=0.5T0',T7=0.5T0' (나) V1,V4,V3,V6,V5,V2, T0=0.5T0',T7=0.5T0' (다) V1,V4,V3,V6,V5,V2, T0=T0',T7=0. 102
• 그림 4 47. 위치 추정 또는 전류 복원을 위한 전압 주입 형태. 103
• 그림 4 48. 전류 복원을 위한 전압 주입 시 스위칭 펄스 및 상전류 리플. 104
• 그림 4 49. 위치 추정 주기를 낮춘 주입 방식의 경우 영 전류 제어 시 전류 리플. 105
• 그림 4 50. 전압 주입 형태에 따른 스위칭 펄스 형태. (가) 위치 추정을 위한 주입 (나) 전류 복원을 위한 주입 (다) 미 주입. 106
• 그림 4 51. 위치 추정 및 전류 복원 주기를 낮춘 주입 방식의 경우 영 전류 제어 시 전류 리플. 107
• 그림 4 52. 회전자 위치에 따른 자기 포화를 크게 일으키는 유효 벡터 조합. 109
• 그림 4 53. 회전자가 A상에 인접한 영역에 정렬되었을 때의 자기 포화 현상을 고려한 상전류 형태. 109
• 그림 4 54. 회전자가 B상에 인접한 영역에 정렬되었을 때의 자기 포화 현상을 고려한 상전류 형태. 110
• 그림 4 55. 회전자가 C상에 인접한 영역에 정렬되었을 때의 자기 포화 현상을 고려한 상전류 형태. 110
• 그림 4 56. 3상 자기 포화 지표 확보를 위한 전압 주입 방식. 110
• 그림 4 57. 회전자 위치에 따른 자기 포화가 나타나는 상전류 형태. (가) θr= 0 [deg] (나) θr= 120 [deg] (다) θr= 240 [deg]. 111
• 그림 4 58. 자기 포화 지표를 확보하기 위한 자기 포화 지표 측정 방식. 112
• 그림 4 59. 회전자 위치 및 주입 시간에 따른 자기 포화 지표 측정 방식. 112
• 그림 4 60. 주입 시간에 따른, 회전자 위치 별 상 전류 자기 포화 지표. (가) 18 μs (나) 24 μs (다) 30 μs. 113
• 그림 4 61. 주입 시간에 따른, 회전자 위치 별 상 전류 자기 포화 지표 최댓값과 중간 값의 비율. (가) 18 μs (나) 24 μs (다) 30 μs. 114
• 그림 4 62. 자기 포화 지표에 따른 영역 구분. 115
• 그림 4 63. 180도 차이 나는 회전자 위치에서의 자기 포화 영역 구분. 115
• 그림 4 64. 초기 위치 추정 시 돌극성 기반 회전자 위치 추정 및 자기 포화 지표를 위한 전압 주입 방식 및 측정 방식. 116
• 그림 4 65. 자기 포화 지표 기반 초기 위치 추정 알고리즘 블록도. 117
• 그림 4 66. 제안하는 저속 센서리스 제어를 위한 제어 블록도. 118
• 그림 4 67. 회전자 위치 추정기 블록도. 118
• 그림 5 1. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우, 정지 좌표계 전압 지령 형태. 120
• 그림 5 2. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우, PWM 스위칭 펄스 형태. 120
• 그림 5 3. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우, 상전류 기울기 기반 위치 추정 결과. 121
• 그림 5 4. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우, 상전류 복원 결과. 122
• 그림 5 5. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우, 부하 별 스텝 속도 제어 성능 (가) 무 부하 (나)정격 부하. 123
• 그림 5 6. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우, 영속 제어 시 스텝 부하 인가 시 성능. 123
• 그림 5 7. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우, 부하 별 낮은 경사의 속도 지령으로 제어 시 성능 (가) 무 부하 (나)정격 부하. 124
• 그림 5 8. 6AV-1 전압 주입 방식의 경우 전류 THD, 운전 점: 50 r/min, 정격 부하. 124
• 그림 5 9. 6AV-2 전압 주입 방식의 경우, 정지 좌표계 전압 지령 형태. 125
• 그림 5 10. 6AV-2 전압 주입 방식의 경우, PWM 스위칭 펄스 형태. 126
• 그림 5 11. 6AV-2 전압 주입 방식의 경우, 상전류 기울기 기반 위치 추정 결과. 127
• 그림 5 12. 6AV-2 전압 주입 방식의 경우, 상전류 복원 결과. 127
• 그림 5 13. 3AV-1 전압 주입 방식의 경우, 정지 좌표계 전압 지령 형태. 128
• 그림 5 14. 3AV-1 전압 주입 방식의 경우, PWM 스위칭 펄스 형태. 129
• 그림 5 15. 3AV-1 전압 주입 방식의 경우, 상전류 기울기 기반 위치 추정 결과. 129
• 그림 5 16. 3AV-1 전압 주입 방식의 경우, 상전류 복원 결과. 130
• 그림 5 17. 4AV-2 전압 주입 방식의 경우, 정지 좌표계 전압 지령 형태. 131
• 그림 5 18. 4AV-2 전압 주입 방식의 경우, PWM 스위칭 펄스 형태. 132
• 그림 5 19. 4AV-2 전압 주입 방식의 경우, 상전류 기울기 기반 위치 추정 결과. 132
• 그림 5 20. 4AV-2 전압 주입 방식의 경우, 상전류 복원 결과. 133
• 그림 5 21. 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식 대표 그림 요약. (가) 6AV-2 (나) 3AV-1 (다) 4AV-2. 134
• 그림 5 22. 주입 방식 별 무 부하에서 스텝 속도 제어 시 성능 비교. (가) 6AV-2 (나) 3AV-1 (다) 4AV-2. 135
• 그림 5 23. 주입 방식 별 정격 부하에서 스텝 속도 제어 시 성능 비교. (가) 6AV-2 (나) 3AV-1 (다) 4AV-2. 136
• 그림 5 24. 주입 방식 별 0 r/min에서 스텝 부하 인가 시 성능 비교. (가) 6AV-2 (나) 3AV-1 (다) 4AV-2. 137
• 그림 5 25. 주입 방식 별 무 부하에서 안정적인 속도 제어 특성 비교. (가) 6AV-2 (나) 3AV-1 (다) 4AV-2. 138
• 그림 5 26. 주입 방식 별 정격 부하에서 안정적인 속도 제어 특성 비교. (가) 6AV-2 (나) 3AV-1 (다) 4AV-2. 139
• 그림 5 27. 주입 방식 별 전류 THD 비교, 운전 점: 50 r/min, 정격 부하 인가 시. (가) 6AV-2 (나) 3AV-1 (다) 4AV-2. 140
• 그림 5 28. 무 부하, 50 r/min일 때, 주입 방식 별 위치 오차 비교. (가) Peak to peak (나) RMS. 141
• 그림 5 29. 정격 부하, 50 r/min일 때, 주입 방식 별 위치 오차 비교. (가) Peak to peak (나) RMS 141
• 그림 5 30. 유효 벡터 배치에 따른 PWM 스위칭 펄스 및 상전류 리플 형태. (가) V1V3V5V4V6V2 (나) V1V4V3V6V5V2. 143
• 그림 5 31. 영 전압 벡터 배치에 따른 PWM 스위칭 펄스 및 상전류 리플 형태. (가) T0=T7=0.5T0' (나) T0=T0'. 144
• 그림 5 32. 전압 벡터 배치에 따른 전류 THD 비교. (가) V1V3V5V4V6V2, (나) V1V4V3V6V5V2 (다) V1V4V3V6V5V2 및 DPWM. 145
• 그림 5 33. 주입 주파수 저감을 활용한 전압 주입 방식 대표 그림. (가) 주입 주파수 기존 (나) 위치 추정 주파수 저감 (다) 전류 추정 주파수 저감. 146
• 그림 5 34. 주입 주파수 저감에 따른PWM 스위칭 펄스 및 상전류 리플 형태. (가) 주입 주파수 기존 (나) 위치 추정 주파수 저감 (다) 전류 추정 주파수 저감. 147
• 그림 5 35. 주입 방식 별 전류 THD 비교, 운전 점: 50 r/min, 정격 부하 인가 시. (가) 주입 주파수 기존 (나) 위치 추정 주파수 저감 (다) 전류 추정 주파수 저감. 148
• 그림 5 37. 주입 방식 별 무 부하에서 스텝 속도 제어 시 성능 비교. (가) 주입 주파수 기존 (나) 위치 추정 주파수 저감 (다) 전류 추정 주파수 저감. 149
• 그림 5 38. 주입 방식 별 정격 부하에서 스텝 속도 제어 시 성능 비교. (가) 주입 주파수 기존 (나) 위치 추정 주파수 저감 (다) 전류 추정 주파수 저감. 150
• 그림 5 39. 주입 방식 별 0 r/min에서 스텝 부하 인가 시 성능 비교. (가) 주입 주파수 기존 (나) 위치 추정 주파수 저감 (다) 전류 추정 주파수 저감. 151
• 그림 5 40. 무 부하에서 스텝 속도 제어 시 (가) 기존 방식 (나) 제안하는 주입 주파수 증대 방식- 6AV-2 (다) 제안하는 주입량 저감 방식. 153
• 그림 5 41. 정격 부하에서 스텝 속도 제어 시 (가)기존 방식 (나) 제안하는 주입 주파수 증대 방식- 6AV-2 (다) 제안하는 주입량 저감 방식. 154
• 그림 5 42. 0 r/min에서 스텝 부하 인가 시 (가)기존 방식 (나) 제안하는 주입 주파수 증대 방식- 6AV-2 (다) 제안하는 주입량 저감 방식. 155
• 그림 5 43. 전류 THD 비교, 운전 점: 50 r/min, 정격 부하 인가 시 (가) 기존 방식 (나) 제안하는 주입 주파수 증대 방식- 6AV-2 (다) 제안하는 주입량 저감 방식. 156
• 그림 5 44. 무 부하, 50 r/min일 때, 주입 방식 별 위치 오차 비교. (가) Peak to peak (나) RMS. 157
• 그림 5 45. 정격 부하, 50 r/min일 때, 주입 방식 별 위치 오차 비교. (가) Peak to peak (나) RMS 157
• 그림 5 46. 정격 부하, 50 r/min일 때, 주입 방식 별 전류 THD 비교. 157
• 그림 5 47. 실험 환경 기본 소음. 158
• 그림 5 48. 상전류 복원을 위한 전압 주입 시 소음. 159
• 그림 5 49. 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식에 따른 소음 측정 결과. 159
• 그림 5 50. 주입 주파수 증대를 위한 전압 주입 방식에 따른 입력 전력. 160
• 그림 5 51. 전류 THD 저감을 위한 전압 주입 방식 컨셉 요약. 161
• 그림 5 52. 전류 THD 저감을 위한 전압 주입 방식에 따른 입력 전력. 161
• 그림 5 53. 초기 위치 추정 알고리즘 성능 검증을 위한 초기 회전자 위치 조건. 162
• 그림 5 54. 회전자 위치가 0도 또는 180도일 때 초기 위치 추정 결과. 163
• 그림 5 55. 회전자 위치가 120도 또는 300도일 때 초기 위치 추정 결과. 163
• 그림 5 56. 회전자 위치가 240도 또는 60도일 때 초기 위치 추정 결과. 164
• 그림 5 57. 회전자 위치가 30도 또는 210도일 때 초기 위치 추정 결과. 164
• 그림 5 58. 회전자 위치가 150도 또는 330도일 때 초기 위치 추정 결과. 165
• 그림 5 59. 회전자 위치가 90도 또는 270도일 때 초기 위치 추정 결과. 165
• 그림 B 1. 본 연구에 사용된 전체 실험 세트. 170
• 그림 B 2. 본 연구에 사용된 TMS320F28379S DSP 기반 제어보드. 170