센서리스 위치오차보상기능을 가지고 있는 공기압축기 구동용 영구자석 동기모터의 센서리스 속도제어

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 무급유식 공기 압축기가 널리 확산됨에 따라 영구자석형 동기 모터를 이용한 고효율 공기 압축기의 센서리스 제어에 관한 논문이다. 공기 압축기는 특성상 위치 센서를 설치하기 어려운 문제를 가지고 있다. 영구자석형 동기모터를 가변속 제어하기 위해서는 회전자의 위치를 파악하기 위한 위치센서가 필수적이다. 따라서 영구자석형 동기모터를 압축기에 활용하기 위해서는 센서리스제어가 필수적이다. 센서리스제어 방식으로 널리 사용되고 있는 역기전력을 통한 위치추정방식은 정지좌표계의 사용으로 인한 위상지연으로 인한 위치오차가 발생하게 되거나, 동기좌표계의 사용으로 인한 과도상태에서 추정역기전력이 오차를 포함하여 발산의 문제 등이 발생되는 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 회전각 추적 관측기를 사용하여 위치와 속도를 추정하고 외란 관측기를 통하여 속도의 리플을 저감시키는 방안을 제시하였다. 프리스케일사의 MPU를 이용하여 실험장치를 구성하고 구현실험을 통하여 제안한 알고리즘의 타당성을 검토하였다. 일정 시점에서 위치오차를 강제로 주더라도 위치보정 값이 위치오차 값을 찾아가며 추정위치가 실제 벡터 위치로 수렴해감을 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The sensorless control of high efficiency air compressors using a permanent magnet type synchronous motor as an oil-free air compressor is quite common. However, due to the nature of the air compressor, it is difficult to install a position sensor. In order to control the permanent magnet type synchronous motor at variable speed, the inclusion of a position sensor to grasp the position of the rotor is essential. Therefore, in order to achieve sensorless control, it is essential to use a permanent magnet type synchronous motor in the compressor. The position estimation method based on the back electromotive force, which is widely used as the sensorless control method, has a limitation in that position errors occur due either to the phase delay caused by the use of a stationary coordinate system or to the estimated back electromotive force in the transient state caused by the use of a synchronous coordinate system. Therefore, in this paper, we propose a method of estimating the position and velocity using a rotation angle tracking observer and reducing the speed ripple through a disturbance observer. An experimental apparatus was constructed using Freescale"s MPU and the feasibility of the proposed algorithm was examined. It was confirmed that even if a position error occurs at a certain point in time, the position correction value converges to the actual vector position when the position error value is found.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Abstract
• 1. 서론
• 2. PMSM의 센서리스 속도 제어
• 3. 결론실험결과 및 고찰
• 4. 결론
• References

참고문헌 (Reference)

1 이무연, "인버터 스크롤 압축기를 적용한 루프형 전동공조시스템의 냉방성능특성에 관한 연구" 한국산학기술학회 12 (12): 4308-4313, 2011

2 이용석, "MATLAB/SIMULINK와 dSPACE 1104 시스템을 이용한 표면 부착형 영구자석 동기전동기 벡터제어" 한국산학기술학회 9 (9): 317-326, 2008

3 Bon-Ho Bae, "Implementation of sensorless vector control for super-high-speed pmsm of turbo-compressor" Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 39 (39): 811-818, 2003

4 이광운, "Evaluation of Back-EMF Estimators for Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motors" 전력전자학회 12 (12): 604-614, 2012

5 Silverio Bolognani, "Design Issues and Estimation Errors Analysis of Back-EMF-Based Position and Speed Observer for SPM Synchronous Motors" Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 2 (2): 159-170, 2014

6 Babak Nahid-Mobarakeh, "Back EMF Estimation-Based Sensorless Control of PMSM: Robustness With Respect to Measurement Errors and Inverter Irregularities" Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 43 (43): 485-494, 2007