부하각을 고려한 이중회전자 영구자석 동기전동기의 약자속 제어 특성 해석 = Analysis of Flux Weakening Control considering Load Angle for Dual-Rotor PM Synchronous Motor

국문 초록 (Abstract)

제 목 : 부하각을 고려한 이중회전자 영구자석 동 기전동기의 약자속 제어 특성 해석 기존 철도차량은 전동기와 부하 사이에 기계식 감속기를 사용하는 간접 구동 방식의 견인 시스템을 통해 동력을 전달한다. 이로 인해 기계적 마찰이 발생하고 동력손실 및 마모로 인한 추가적인 유지보수 가 필요하다. 이러한 기계식 기어장치의 구조적, 성능적 한계를 보완 하기 위해 마그네틱 기어(Magnetic gear)를 사용한 직접 구동 방식 (Direct-drive system)의 연구가 진행되고 있다. 이중회전자 구조를 갖는 영구자석 동기전동기(DR-PMSM)는 두 개의 회전자가 비접촉 방식으로 결합 되어 있어 기계적 마찰에 의한 동력손실이 감소하고 기계식 감속기 없이 높은 토크를 출력한다. 일반적으로 DR-PMSM은 철도 차량용 견인 전동기로써 정격속도 이상의 고속운전을 위한 약자 속 제어(Flux weakening control)가 필요하다. 하지만 기존 3상 PMSM과 달리 DR-PMSM은 두 개의 회전자로 이루어진 구조로 인 해 구동 시 부하각 및 변조자속 성분을 고려해야 한다. 따라서 본 논 문에서는 DR-PMSM의 고속운전을 위한 약자속 제어 시 주어진 속도와 부하 토크에 대한 dq 전류의 운전점을 분석하고 모의해석과 실험으로 검증한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2 논문의 구성 3
• Ⅱ. 이중회전자 영구자석 동기전동기의 구조 및 모델링 4
• 2.1 이중회전자 영구자석 동기전동기의 구조 및 회전원리 4
• 2.2 자속 변조 효과 6
• 2.3 마그네틱 스프링을 사용한 모델링 8
• 2.4 이중회전자 영구자석 동기전동기의 수학적 모델링 12
• Ⅲ. 이중회전자 영구자석 동기전동기의 제어 15
• 3.1 이중회전자 영구자석 동기전동기의 MTPA 제어 15
• 3.1.1 이중회전자 영구자석 동기전동기의 MTPA 운전점 16
• 3.2 이중회전자 영구자석 동기전동기의 약자속 제어 20
• 3.2.1 이중회전자 영구자석 동기전동기의 전압제한 타원 21
• Ⅳ. 모의해석 24
• 4.1 전동기 및 인버터 파라미터 24
• 4.2 이중회전자 영구자석 동기전동기의 제어 블록도 26
• 4.3 모의해석 결과 27
• Ⅴ. 실험 33
• 5.1 실험장비 구성 33
• 5.2 실험결과 34
• Ⅵ. 결 론 42
• 참고문헌 43
• Abstract 45