반응표면법을 이용한 동기형 릴럭턴스 전동기의 고토크밀도 및 저토크리플을 위한 용량별 최적설계 = Optimum Design Criteria for Maximum Torque Density & Minimum Torque Ripple of SynRM according to the Rated Wattage using RSM

국문 초록 (Abstract)

동기형 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor: 이하 SynRM)는 역률이 크고, 단위부피당 토크가 유도전동기에 비해 월등하다는 장점이 있다. 또한, 회전자에 권선이나 동봉(rotor bar)을 사용하지 않아 동손이 적어 회전자 파라미터의 영향을 받지 않는다.
최근 SynRM의 개발에 있어 유한요소법을 이용한 특성해석과 그 결과를 기초로 한 최적설계가 이루어지고 있으며, 이를 통해 고효율 특성을 확보하고, SynRM의 가장 큰 단점인 철손 및 토크리플을 저감하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 논문의 주 관점은 분포권 SynRM의 고정자를 24슬롯 모델로 하고 각 정격용량(0.75, 2.2~5.2)의 회전자 직경을 66.82, 71.4, 84.95, 92.1, 101, 109.1로 하여, 각 용량별로 토크밀도는 최대화하는 동시에 토크리플은 최소화시키기 위한 최적설계를 수행하는 것이다.
최적설계에 따른 적합한 조건을 찾아내기 위하여 반응표면법(Response Surface Methodology: RSM)이 사용되었으며 조건에 따른 토크와의 관계를 예측하기 위해 필요한 실험 데이터는 정확한 해석을 통한 특성분석을 위하여 자기적 비선형성 및 복잡한 형상의 전동기를 정확하게 해석할 수 있는 장점을 가지고 있는 유한요소법(FEM)을 이용하였다.
일반적인 최적설계기법들과는 달리 RSM은 여러 개의 독립변수와 출력간의 인과관계를 규명해내는 통계적인 근사기법으로 최근 전기기기의 설계에 있어 효과적인 최적화 방법으로 많이 사용되고 있다.
본 연구에서 24슬롯 분포권 SynRM의 토크밀도 향상과 토크리플 저감에 따라 유도기에 비해 보다 저가의 고성능 전동기를 확보할 수 있으며 높은 산업 경쟁력을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper deals with optimum design criteria for maximum torque density & minimum torque ripple of Synchronous Reluctance Motor (SynRM) according to the rated wattage using response surface methodology (RSM). Coupled finite elements analysis (FEA) & Response surface Methodology (RSM) have been used to evaluate optimum design solutions.
The RSM has been achieved to use the experimental design method in combination with Finite Element Method and well adapted to make analytical model for a complex problem considering a lot of interaction of design variables.
The focus of this paper is finding an optimum design solution for maximum torque density and, especially minimum torque ripple of SynRM according to shape variations of the rotor under each rated wattage condition (1HP, 3HP 7HP) corresponding to the rotor diameters (66.82, 71.4, 84.95, 92.1, 101, 109.1f : preliminary design).
The appropriateness of RSM in machine's optimization method is verified by the result of the optimized design of conventional 24 slot SynRM. Therefore, the RSM approach can be considered as optimization method for optimum design of SynRM and other machines.

목차 (Table of Contents)

• I 서 론 1
• II SynRM의 개발동향 3
• III 본 론 6
• 3.1 해 석 모 델 6
• 3.1.1 SynRM의 초기모델 사양 6
• 3.1.2 SynRM의 d - q전압 및 토크특성 9
• 3.2 반 응 표 면 법(RSM) 12
• 3.2.1 RSM의 개념 12
• 3.2.2 실험계획법 18
• 3.3 최 적 화 20
• 3.3.1 최적화 과정 20
• 3.3.2 유한요소해석(지배방정식의 유도 및 정식화) 23
• 3.4 해석결과 및 분석 27
• IV 결 론 34
• 참 고 문 헌 35
• ABSTRACT 37