최근 반도체 기술의 발달과 마이크로 프로세서 제어기술의 발달에 따라서 교류전동기 구동을 위한 백테제어 이론의 적용으로 종래 직류전동기의 응용분야를 점차 교류전동기에 대체해 가고 있다. 이러한 교류전동기시스템에서 센서는 주위 환경에 민감할 뿐만아니라, 전동기축에 장착하기가 쉽지 않다. 이러한 교류 전동기시스템의 센서를 제거한 센서리스 벡터제어시스템은 시스템에서 필요로 한 파라미터의 변동에 취약할 수 밖에 없다. 본 노문에서는 이러한 센서리스 벡터시스템의 파라미터변동과 속도센서를 직접벡터제어에 의한 적응 자속업저버를 부가함으로써 해결될 수 있음을 보여 주고 있다. 본 논문에서는 벡터제어시 연속 과부하 운전시 가장 변하기 쉬운 회전자 저항을 동정하여 정상상태에서는 물론 과도상태에서도 고정밀제어가 가능한 제어 알고리즘 및 속도 추정오차를 제거하기 위한 속도추정 업저버를 부가하여 센서리스 제어를 실현하고 시뮬레이션을 통하여 타당성을 검증하였으며 실험을 통하여 그 효용성을 확인하였다.
본 논문에서는 세탁기, 에어컨과 같은 가전기기에 사용되는 인버터 구동 교류 전동기 구동 시스템의 EMI 특성해석 및 필터 설계 방법에 대하여 기술하였다. 먼저, 인버터 구동 교류 전동기 구동 시스템의 전도성 EMI 발생 및 전달 메커니즘에 대하여 분석하였고, 공통 및 차동모드 노이즈 분리 기법을 이용한 EMI 필터의 설계 방법을 제시하였다. 제시된 방법의 타당성을 검증하기 위해 PWM 인버터로 구동되는 유도 전동기 구동 시스템에 대한 실험을 수행하였고 EN55014 EMI 기준을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.
본 논문은 3상 교류기기 고정자 권선의 주절연과 상간 절연의 절연 상태 진단에 대한 연구이다. 각 상의 차동 누설 전류 측정을 이용하여 교류기기의 운전 중에 절연 상태를 나타내는 인자인 커패시턴스와 Dissipation Factor($tan{\delta}$)를 계산한다. 이를 위해 오프라인과 온라인 테스트를 위한 3상 절연 시스템 모델을 유도하고, 알고리즘을 통해 각 상의 고정자 권선의 주절연과 상간 절연의 상태를 나타내는 인자를 정량화한다. 15hp의 유도 전동기를 이용하여 주절연과 상간 절연의 고의적인 열화 아래 실험을 하였다.
벡터 제어이론은 교류전동기의 토오크와 자속을 독립적으로 제어할 수 있는 특징이 있으므로 토오크 제어를 주로 하는 견인용 전동기의 제어에 적용하기 위한 연구가 활발히 수행되어 왔다 그러나 선형 유도전동기 구동에는 아직 널리 사용되지 않은 실정이다 벡터 제어이론은 일반적으로 회전자자속 기준제어(Rotor flux oriented control)을 의미하며 이를 구현하기 위한 방법은 자속을 직접 측정 혹은 연산하는 직접제어 방식과 속도를 측정하여 슬립주파수 명령을 제어하는 간접방식으로 분류된다. 최근에는 기존의 회전자자속 기준방식뿐만 아니라 고정자자속(Stator flux oriented) 공극자속(Air gap flux oriented) 기준 방식등이 제안되고 있다. 본연구에서는 자기부상열차의 추진용 선형 유도 전동기의 추진에 가장 적합하다고 생각되는 고정자자속 기준벡터제어 방식과 이를 구현하기 위한 고정자 자속을 추정하는 방법에 대하여 설명한다. 또한 속도제어를 위한 속도 추정방식도 안내코일 등 부장치 없이 전동기 파라미터로 추정할 수 있는 기법에 대하여 논한다.
본 논문에서는 평형 2상유도전동기에 대한 시스템 방정식을 유도하고 해석하였으며, 동기좌표계에서 평형 2상유도전동기의 속도제어 특성을 분석하였다. 3상 교류 전동기의 속도제어에 범용적으로 적용하는 벡터제어이론을 "2상 인버터 구동 2상 유도전동기 시스템"에 수정하여 적용하였으며, 이 때 2상 유도전동기 시스템은 수정된 간접 벡터제어이론에 의해 속도 제어하였다. 2상 유도기의 벡터제어의 특성과 근사함을 보여주기 위해 제안 시스템을 시뮬레이션하였다. 최종적으로 실험을 통해서 제안 시스템이 벡터제어에 확실히 적응하는 것을 확인하였다.
현재 전기철도에서는 고성능 유도전동기를 사용하고 있어서 열차속도제어를 위해 벡터제어를 이용하고 있다. 또한 최근에 인버터와 제어이론의 개발로 인해 다양한 방법으로 유도전동기 제어가 가능하다. 현재 유도 전동기를 사용하는 철도차량은 교류전동기를 이용한 역행, 역상제동 및 회생제동 등이 가능하다. 따라서 다양한 방법을 적용하기 위해서는 모터블록과 유도전동기의 모델이 필요하다. 유도전동기의 제어 방법으로는 가변 전압운전, 가변주파수 운전을 통하여 유도전동기의 토크와 회전수를 제어한다. 철도차량 추진시스템은 많은 서브시스템을 가지고 있어 속도제어 성능을 해석하기가 매우 복잡하다. 본 논문에서는 유도전동기를 사용하는 철도차량 추진시스템을 대상으로 Matlab/Simulink를 이용한 속도제어 특성을 분석하였고, 일정시간에 부하에 대한 외란입력응답 특성을 해석하였다. 또한 철도차량 추진시스템의 속도제어 특성을 해석하기 위해 전류, 속도, 자속추정기 및 유도전동기 모델을 제시하였다.
최근 반도체기술의 발달과 마이크로프로세서 제어기술의 발달로 유도전동기의 정밀제어가 가능해졌다. 유도전동기로서 고 응답성을 확보하기 위하여 주로 벡터제어방식을 도입하였다. 그러나 시스템이 모터 파라미터의 변화에 따라서 성능이 저하되거나 또는 불안정해질 수 도 있다. 특히 모터 파라미터변화의 하나로서 온도상승에 따른 모터 2차저항값의 변화는 시스템 성능에 심한 영향을 끼친다. 본 논문에서는 이에 대한 대책으로 파라미터를 동정하는 벡터제어방식을 연구하였다. 유도전동기의 2차저항을 동정하기 위해서 2차쇄교자속상의 1차전류에 교류분을 중첩시키는 것이 필요하였으며 동정시점의 결정은 2차전류가 정격의 1.5배에서 1분 경과한 때를 동정의 시점으로 하였다. 동정알고리즘은 등가 피이드백계를 도출하고 그것을 이용해 안정성이 확보되는 것을 확인할 수 있었다.본 논문에서는 온도변화가 클 경우에만 모터 파라미터를 동정하여 제어 파라미터를 수정하므로써 정밀도의 향상뿐만 아니라 속응성의 향상도 기대할 수 있다.
TRIAC 위상제어 방식은 교류전류의 제어에 편리한 방법으로 많이 응용되고 있다. 유도전동기는 부하변화에 따라 역율과 효율이 변화하며 특히 무부하와 경부하에서는 큰 전력손실을 유발한다. 본 연구에서는 TRIAC 위상제어 방식을 이용하여 유도전동기의 기계적부하에 따른 최적의 전압을 공급함으로써 효율과 역율을 개선시켜 전력손실을 줄이는 것을 기본동작원리로 하며 종래의 구조의 복잡성과 경제성 및 실용성을 크게 개선 하는데 설계의 주된 목표를 두었다. 제안된 절전회로는 실험결과 부하의 변화가 빈번한 곳에 운용되는 소형유도전동기에서 상당한 절전효과가 나타났다.
교류 서보전동기 동적 모델은 비선형이고 2차 저항이 변동영향이 많다. 이러한 복잡한 제어는 견실제어가 요구된다. 이러한 시스템의 동특성은 슬라이딩 모드제어를 사용함으로 파라미터나 외란 변동에 대하여 견실성을 달성할 수 있다. 본 논문은 교류 서보전동기에 의한 위치제어에 슬라이딩 모드 제어의 적용을 나타내었다. 제어방법이 유도되고 제어시스템이 설계되었다. 교류 서보전동기의 견실제어를 위해 외부 부하 파라미터에 기초한 설계방법이 제안되었다. 제안된 제어방법은 가변구조 제어기와 슬립주파수형 벡터제어에 기초하여 주어졌다. 시뮬레이션 결과는 관성모우먼트, 점성마찰 및 부하외란 변동에 결실함을 나타내었고 슬라이딩 모드를 적용한 제안된 설계방법이 유용한 것을 구명한다.
전동기제어시스템은, thyristor의 개발로 펄스폭변 조형인버터와 같은 switching기능을 내포한 전원장치의 적용으로, 정류기구가 기계적접점형식에서 전기적 무접점화되어 대체되는 추세에 있어, 속도조정방식도 바꾸어져야 하게 되었다. TRANSVEKTOR제어를 적용한 자계Orientation 방식은, 이러한 관점으로 볼 때, 근원적으로 교류전동기의 속도조정기능을 실용화하는데는 가장 효과적인 방식이라고 볼 수 있다. 더욱이 제지공장 및 직물공장등 폐회로 제어운전을 하는 공정의 전동력기구에서는, 현재 활발히 개발되고 있는 전자계산조직의 활용으로, 종래 직류전동기로서의 Leonard방식의 속도제어를 하는 것에 비하여, 속응성, 신뢰성 및 그 정도에 있어서 월등하게 우수한 기능을 가진 전동기제어시스템의 실용화가 가능하게 되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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