Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

The Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회)
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Simulator for 3 Phase Induction Motor with LCL Filter and PWM Rectifier

LCL 필터와 PWM 정류기를 이용한 3상 유도전동기의 시뮬레이터

  • Cho, Kwan Yuhl (Department of Electronic Engineering, Korea National University of Transportation) ;
  • Kim, Hag Wone (Department of Electronic Engineering, Korea National University of Transportation)
  • 조관열 (한국교통대학교 전자공학과) ;
  • 김학원 (한국교통대학교 전자공학과)
  • Received : 2020.10.21
  • Accepted : 2020.11.06
  • Published : 2020.11.30
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Abstract

A dynamo set for a high-power induction motor drive is expensive and needs a long time to manufacture. Therefore, the development of a simulator that functions as the induction motor and load equipment is required. A load simulator of an inverter for a high-power three-phase induction motor consists of a reactor and three-phase PWM inverter. Therefore, it cannot simulate the dynamic characteristics of an induction motor and functions only as a load. In this paper, a real-time simulator is proposed to simulate a model of an induction motor and the load characteristics based on an LCL filter and three-phase PWM rectifier for a three-phase induction motor. The currents of a PWM inverter that simulate the stator currents of the motor are controlled by the inductor currents and capacitor voltages of the LCL filter. The capacitor voltages of the LCL filter simulate the induced voltages in the stator windings by the rotating rotor fluxes of the motor, and the capacitor voltages are controlled by the inductor currents and a PWM rectifier. The rotor currents, the stator and rotor flux linkages, the electromagnetic torque, the slip frequency, and the rotor speed are derived from the inverter currents and the motor parameters. The electrical and mechanical model characteristics and the operation of vector control were verified by MATLAB/Simulink simulation.

대용량 유도전동기용 인버터 개발을 위한 부하 장치는 고가의 제작 비용 및 제작에 많은 시간이 필요하므로 유도전동기 및 부하 장치를 대체할 수 있는 시뮬레이터 개발에 대한 필요가 증대되고 있다. 기존의 대용량 3상 유도전동기의 인버터용 부하 시뮬레이터는 리액터와 3상 PWM 정류기를 사용하여 시험용 인버터의 전류를 제어함으로써 단지 인버터의 부하로만 작용할 뿐 유도전동기의 특성을 모사하기 어렵다. 본 논문에서는 LCL 필터와 3상 PWM 정류기를 이용하여 3상 유도전동기의 모델과 부하 특성을 모사할 수 있는 실시간 시뮬레이터를 제안한다. PWM 인버터에 흐르는 전류는 3상 유도전동기의 고정자 전류를 모사하며 LCL 필터의 인덕터에 흐르는 전류와 커패시터 전압에 의해 제어된다. LCL 필터의 커패시터 전압은 3상 유도전동기의 회전자 자속에 의해 고정자 권선에 유기되는 유도기전력을 모사하며 인덕터 전류와 PWM 정류기에 의해 제어된다. 3상 유도전동기의 회전자 전류, 고정자 및 회전자 자속, 전동기 토크, 슬립 주파수 및 회전자 속도는 인버터에 흐르는 전류와 유도전동기의 상수로부터 유도된다. MATLAB/Simulink 시뮬레이션을 통하여 제안된 3상 유도전동기용 실시간 시뮬레이터의 전기적, 기계적 모델 특성 및 벡터제어 동작을 검증하였다.

Keywords

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