매입형 영구자석 동기 전동기의 I/F 구동 특성 및 센서리스 절환 후 과도 구간의 속도 리플을 고려한 절환 기법 = A smooth transition strategy for sensorless control considering I/F driving characteristics of interior permanent magnet synchronous motor and speed ripple during the transient section

국문 초록 (Abstract)

위치 센서 사용이 제한되는 응용 분야에 대해 벡터 제어를 수행하기 위해 위치 센서 없이 위치와 속도를 추정할 수 있는 센서리스 제어 기법이 연구되어 왔다. 영속 및 저속 운전 영역에서는 인버터 비선형성에 의한 전압 왜곡으로 인해 지령 전압과 실제 출력 전압의 오차가 크게 나타난다. 전압 왜곡 영향이 크게 나타나는 저속에서 위치 추정 성능이 떨어지는 모델 기반 센서리스 특성을 고려하여 특정 속도까지 I/F 제어로 가속한다. 정격 속도의 10 % 이상에 도달하면 센서리스 기법을 통해 얻은 회전자 위치 정보의 정확도가 상대적으로 높다고 판단하여 I/F 제어에서 센서리스 제어로 절환한다.
본 연구에서는 I/F 제어에서 센서리스 제어로 절환한 후 과도상태에서 발생하는 전류 및 속도 리플을 줄이기 위한 방법을 제안한다. 절환 전에는 I/F 좌표계 기준으로 제어를 수행하고, 절환 후에는 추정 좌표계 기준으로 제어를 수행하여 절환 시점에는 제어기의 주요 변수가 일치하지 않는다. 따라서 절환 시점에 좌표계 간의 위상 차이를 고려하여 변수 초기화를 수행한다. 기존 연구에서는 I/F 구동에서 센서리스 구동으로 부드럽게 절환하기 위해, 절환 전 I/F 제어를 수행하는 동안 전류 벡터 크기를 줄이는 방법을 제안하였다. 본 연구에서는 절환 전 전류 벡터 크기를 줄이는 방법을 이용하였을 때 절환 후 과도 구간의 전류 및 속도 리플이 개선되는 것을 확인하고자 하였다.
본 연구에서 사용한 센서리스 제어 기법은 두 가지로, 확장 역기전력 기반 센서리스 기법과 자속 관측기 기반 센서리스 기법을 사용한다. 두 센서리스 기법에 대해 제안하는 절환 기법을 적용하였을 때, 절환 후 과도 상태에서 전류 및 속도 리플이 개선되는 것을 실험을 통해 검증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 목차 i
• 그림 목차 iii
• 표 목차 v
• 국문 요지 vi
• 제1장 서론. 1
• 1.1 교류 전동기의 제어 기법 1
• 1.2 교류 전동기의 센서리스 제어. 2
• 1.3 초기 기동을 위한 I/F 스칼라 제어 기법7
• 1.4 I/F 제어와 센서리스 제어 간의 절환 기법13
• 1.5 연구의 목적20
• 1.6 논문의 구성22
• 제2장 영구자석 동기전동기의 수학적 모델 23
• 2. 영구자석 동기전동기의 d-q 축 모델.23
• 제3장 모델 기반 센서리스 제어 27
• 3.1 확장 역기전력 기반 센서리스 제어 알고리즘 27
• 3.2 자속 관측기 기반 센서리스 제어 알고리즘. 30
• 제4장 기존 연구 분석 42
• 4.1 부드러운 절환을 구현하기 위한 I/F 구동 전략 42
• 4.2 기존 연구의 한계점 55
• 제5장 제안하는 절환 방법 및 실험 결과 57
• 5.1 실험 조건 57
• 5.2 절환 기법 적용 결과 58
• 제6장 결론 72
• Reference 74
• Abstract. 78
• 감사의 글. 80