대용량 전기자동차 추진시스템의 손실 감소를 위한 전력회로의 구성 및 스위칭 기법 = The Power Topology Configuration and Switching Method for Reducing of the Power Losses in Large-capacity Electric Vehicle Drive Systems

국문 초록 (Abstract)

대용량 전기자동차는 일반적인 전기자동차와 마찬가지로 차량 배터리에 저장된 한정된 에너지로 긴 주행거리를 요구한다. 추진시스템은 차량에 탑재된 배터리의 소모 전력 중에서 가장 큰 비중을 차지하고 있으므로 보다 긴 주행거리를 위하여 높은 등급의 에너지 변환 효율이 요구된다. 추진전동기와 PWM 스위칭으로 전동기를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)의 효율에 의하여 추진시스템 전체 효율이 좌우된다. 효율을 높이고 토크 맥동을 줄이기 위하여 추진전동기는 집중권보다 분포권으로 권선하며 이중 일부는 한 권선의 전류 부담을 줄여 고정자 손실을 줄이고 권선 제작의 효율성을 높이는 이중 권선을 채택하고 있다.
MCU(Motor Control Unit)는 전력회로의 손실을 낮추기 위한 일반적인 방법은 기존의 높은 PWM 스위칭 주파수를 수 kHz((4kHz 이하)로 낮추어 운전 제어하는 것이다. 이러한 방법은 전력소자 스위칭 손실을 감소시키는 효과는 있으나 추진전동기의 제어 동특성을 저하시키고, 전류 맥동이 증가하여 소음의 원인이 되는 동시에 전동기의 토크 형성에 기여도 없는 고조파를 증가시키고 전동기 효율을 낮추는 요인이 된다.
본 논문에서는 대용량 전기자동차 추진시스템의 MCU 전력회로를 병렬 구성하고, 이중 권선으로 제작된 3상 추진전동기를 비교적 낮은 PWM 주파수(4kHz 이하)에서 제어 특성 저하와 전류 맥동 증가가 없으면서 전력소자의 손실을 감소시키는 방법인 6상 운전 제어와 180도 위상지연 PWM 스위칭 기법을 제안하고 시뮬레이션과 실험을 통하여 그 효용성을 검증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장. 서 론 1
• 1.1 연구의 배경과 목적 1
• 1.2 연구의 내용 및 구성 2
• 제2장. 추진전동기의 모델링 3
• 2.1 유도전동기의 d-q 등가 모델 3
• 2.2 영구자석 동기 전동기의 모델링 9
• 2.3 이중 권선 3상 전동기 14
• 제3장. 대용량 전기자동차용 추진전동기의 제어 17
• 3.1 유도전동기의 제어 17
• 3.2 영구자석 동기 전동기의 제어 24
• 3.3 효율 운전제어 알고리즘 26
• 제4장. 제안된 손실 감소를 위한 전력회로의 구성 및 스위칭 기법 33
• 4.1 추진시스템 전력회로의 구성 33
• 4.2 이중 권선 3상 전동기의 6상 운전 제어 34
• 4.3 180도 위상 지연 PWM 스위칭 기법 37
• 제5장. 모의실험 및 실험의 결과 40
• 5.1 이중 권선 3상 전동기의 6상 운전 모의실험 및 실험 40
• 5.2 180도 위상 지연 PWM 스위칭 모의실험 및 실험 46
• 5.3 전력소자 PWM 스위칭 손실 모의실험 49
• 제6장. 결 론 52
• 참고문헌 53
• ABSTRACT 56