드럼세탁기용 표면부착형 영구자석 동기전동기의 자속기반 센서리스 제어 알고리즘 = Flux-Based Sensorless Control Algorithm of Surface Mounted PM Synchronous Motor for Front Loading Washer

국문 초록 (Abstract)

직결식 드럼세탁기는 세탁운전을 위해 저속에서 고토크, 탈수운전을 위해 고속에서 저토크의 토크-속도 특성을 갖는다. 직결식 드럼세탁기에 사용되는 표면부착형 영구자석 동기전동기의 벡터제어를 위해서는 회전자의 위치정보가 필요하다. 영구자석 동기전동기의 회전자 위치를 검출하기 위해서는 일반적으로 절대형 엔코더, 레졸버, 홀센서 등이 사용된다. 그러나 이러한 센서들은 비싸고, 취부를 위한 별도의 공간이 필요하기 때문에 회전자 위치센서를 사용하지 않는 다양한 센서리스 제어 알고리즘에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 왔다.
본 논문에서는 직결식 드럼세탁기용 영구자석 동기전동기의 저속운전 및 고속운전을 위해 회전자 위치센서를 사용하지 않는 센서리스 제어 알고리즘을 제안한다. 먼저 확장 역기전력 기반 세서리스 제어와 자속 기반 센서리스 제어 알고리즘의 회전자 위치검출 특성을 검토한다. 세탁운전의 경우 부하변동이 매우 크기 때문에 보다 정확한 회전자의 속도추정 및 위치추정 특성이 요구된다. 따라서 저속에서 영향이 큰 데드타임에 의한 회전자 위치오차를 분석하고 회전자 위치관측기에 입력으로 사용되는 지령전압에 데드타임 전압을 보상함으로써 저속에서의 회전자 위치추정 및 속도추정 특성을 개선한다. 또한 영구자석의 자속관측에 있는 적분기의 오버플로우 현상을 방지하기 위해 DC 오프셋을 제거하기 위한 고역통과 필터와 적분기를 저역통과 필터로 대체한 개선된 영구자석 자속 관측기를 제안한다.
확장 역기전력 기반 및 자속 기반 센서리스 제어에 대한 회전자 속도 및 위치 추정기의 특성을 모의해석과 실험을 통하여 검증하였다. 실험결과로부터 제안된 영구자석의 자속 추정기에 의한 회전자의 추정속도 및 추정위치는 탈수를 위한 고속운전 및 세탁을 위한 저속운전 영역에서 회전자의 실제속도 및 실제위치를 잘 추종함을 알 수 있다. 또한 제안된 자속 기반 센서리스 제어 알고리즘은 영구자석 동기전동기의 상 저항, dq 인덕턴스 및 영구자석의 자속 변화에 영향을 별로 받지 않음을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론
• Ⅱ. 영구자석 동기전동기의 수학 모델링
• 2.1 3상 영구자석 동기전동기의 abc축 모델링
• 2.2 3상 좌표계 dq축 좌표 변환
• 2.3 영구자석 동기전동기의 dq축 모델링
• Ⅲ. 센서리스 알고리즘
• 3.1 모델기반 센서리스 알고리즘
• 3.2 확장 역기전력(Extended emf) 기반 센서리스 제어
• 3.3 쇄교자속(Flux linkage) 기반 센서리스 제어
• 3.3.1 자속기반 추정기의 적분기 제거 기법
• 3.4 센서리스 제어를 위한 초기기동 알고리즘
• 3.5 저속운전을 위한 Dead time 전압보상
• Ⅳ. 모의해석
• 4.1 모의해석 구성
• 4.1.1 확장 역기전력 기반 센서리스 제어 블록도
• 4.1.2 자속 기반 센서리스 제어 블록도
• 4.2 모의해석 결과
• 4.2.1 확장 역기전력 추정기의 모의해석 결과
• 4.2.2 자속추정기의 모의해석 결과
• Ⅴ. 실험결과 및 검토
• 5.1 실험 장비 구성
• 5.2 홀 센서의 위치 오차
• 5.3 역기전력 기반 센서리스 제어 실험
• 5.3.1 초기기동 알고리즘 실험
• 5.3.2 역기전력 기반 센서리스 제어기 게인
• 5.3.3 저속운전을 위한 Dead time 전압보상
• 5.3.4 전동기 파라미터 변경 실험
• 5.3.5 센서리스 제어 와 홀센서 제어 특성 비교
• 5.4 자속 기반 센서리스 제어 실험
• 5.4.1 초기기동 알고리즘 실험
• 5.4.2 자속 기반 센서리스 제어기 이득
• 5.4.3 저속 영역 정상상태 특성
• 5.4.4 고역통과필터 차단주파수에 따른 위치오차
• 5.4.5 저속운전을 위한 Dead time 전압보상
• 5.4.6 저역통과필터를 사용한 적분기 제거 실험
• Ⅵ. 결론
• 참고문헌
• Abstract
• 감사의 글