• 한국산업융합학회 논문집
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• 제25권6_2호
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• pp.1003-1008
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• 2022

This paper proposes a method related to fault tolerance operation and characteristic analysis of asymmetric 6-phase permanent magnet synchronous motor. In general, motor drive systems with multi-phase structures can be continuously operated despite a reduction of power and speed by using a phase changeover or control techniques according to the failures. As a result, it is widely used in industrial fields such as aviation and defense, which require high efficiency and high reliability. In this paper, the second order ripple of the electrical fundamental freuqnecy occurs in the dq-axis currents of the synchronous coordinate system through mathematical analysis according to the switch open of the dual 3-phase inverter. Therefore, the fault tolerant operation method is presented by applying the fault detection method with a constant cycle for continuous operations. The effectiveness of the proposed fault tolerance operation method is verified through the several experiments.

• 전기전자학회논문지
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• 제28권2호
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• pp.180-186
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• 2024

본 논문에서는 CNN을 이용한 3상 유도모터 ITSC(Inter-Turn Short Circuit) 고장진단에 있어서, 전류 데이터를 이용한 고장 진단 및 효율적인 이미지 encoding 방법을 제안하도록 한다. 진동, 소음센서를 이용한 방법과 달리 전류를 이용하는 방법은 데이터의 손실이 낮을 수 있다는 장점은 있지만, 3상 신호로 인해 CNN의 채널 수 증가의 부담이있다. 이에 D-Q 동기좌표계의 D축 성분만의 데이터를 활용하여 채널 부담을 줄이고, 효율적인 입력 이미지 구성 방법을 알아보고자 SWM(Slide Window Method)과 GAF(Gramian Angular Field)방식을 비교하도록 하였다. 데이터는 무부하부터 전부하까지 전체 변화를 고려하였으며, 그 결과, GAF방식은 약 74%, SWM방식은 약 65%로, GAF방식이 약 9%의 높은 정확도를 보임을 알 수 있었다. 또한, 학습된 속도에 있어서 약 14.74[s]로 전체 학습 시간대비 차이가 없었으며, 100 epoch 이하에서는 빠른 속도로 학습이 가능함을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권11호
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• pp.755-760
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• 2016

근래에는 신재생에너지를 이용한 독립적인 발전기의 수요가 증가하고 있는 추세이며 그 중에서 소형 풍력발전기의 개발 또한 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 소형 풍력발전기는 목적에 따라 단순화 및 소형화가 가능하도록 영구자석이 주로 쓰인다. 하지만 영구자석 동기기는 구조적인 원인으로 인하여 코깅토크를 수반하고 이는 소음과 진동의 원인이 된다. 코깅토크는 영구자석이나 코어의 형상에 의해 변하며 적절한 설계기법으로 코깅토크를 저감시킬 수 있다. 본 논문에서는 영구자석의 형상변화를 통해 소형 풍력발전기에 많이 사용되는 표면부착형 영구자석 동기전동기의 코깅토크를 저감시키는 설계기법을 제시하였다. 코깅토크를 줄일 수 있는 영구자석의 형상을 구하는 데에는 확률론적 최적화기법의 일종인 진화론적 최적화기법을 사용했다. 최적화 기법을 적용할 때에 설계변수로는 영구자석의 폭을 조절하는 각도와, 영구자석의 외경을 조절하는 반지름을 설정하였다. 제시된 설계기법을 사용해서 극/슬롯의 조합이 8극/18슬롯이고 출력이 300W급인 풍력발전기를 설계하고 코깅토크와 출력전압 등의 특성을 계산했다. 계산결과에 의하면 초기모델에 비해 최적화모델에서 코깅토크와 토크리플 모두가 감소해서, 본 연구에서 제시한 설계기법이 코깅토크를 줄이는 데에 효과가 있음을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권4호
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• pp.578-585
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• 2018

본 논문은 고속철도차량에 전기기계제동장치(EMB : Electric Mechanical Brake)를 적용하기 위한 주요 구성품인 3상 매입형영구자석동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 설계방법과 이를 이용한 인버터 제어시스템의 압부력제어 시뮬레이션 방법을 제안한다. 최근 자동차에서 주로 사용하는 유압식 제동장치는 유압을 발생시키기 위해 필요한 오일류와 유압 라인의 관리, 유지보수성 및 유압펌프의 동작으로 인한 효율성 등이 문제로 제기되면서 EMB에 대한 관심이 높아지고 있으나 비용증가 및 안전측면의 보완이 지속적으로 요구되고 있다. 공압식 제동장치를 주로 사용하는 철도차량은 EMB 시스템을 적용할 경우 차량 하부에 큰 공간을 차지하는 공기압축기, 제동공기통 및 연결 배관 등의 부품이 필요하지 않으므로 50% 이상의 소형화가 가능하며 인버터를 적용한 전동기 구동방식으로 인하여 상대적으로 빠른 응답속도와 정밀제어를 통해 공주거리를 단축시킬 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 철도차량은 다수의 제동장치가 제동력을 분담하는 구조로 설계되어 자동차와 비교하여 EMB 적용이 안전측면에서 유리하다. 본 논문에서는 JMAG을 활용하여 고속철도의 제동 캘리퍼와 제동력 출력에 적합한 모터설계 및 전자계해석을 수행하였다. 제동 압부력 제어 시뮬레이션을 위해 기계구동부는 기존 EMB 시스템에 주로 적용된 볼스크류 형태의 동작방식과는 달리 고속철도차량에 적용된 편심축 회전을 이용한 구동방식으로 모델링하였다. IPMSM 제어를 통한 제동압부력 및 제동력 출력결과는 Matlab/Simulink를 활용하여 JMAG의 IPMSM 모델과 co-simulation을 통해 보였으며 결과의 타당성은 차세대고속철도(HEMU-430X)의 제동사양과의 비교를 통해 검증하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.123-128
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• 2021

산업응용에서 정확한 속도 및 전류 제어를 위해 SRM (Switched Reluctance Motor)은 특성상 드라이브에서 고정자의 상 여자와 회전자의 위치를 동기화시키는 것이 매우 중요하다. 따라서 적절한 스위칭 동작을 위해 정확한 회전자 위치정보는 필수적이기에 위치 센서가 필요하다. 회전자 위치에 따라 적정 고정자 권선을 여자 시켜 회전력을 발생시키기고 속도와 위치정보를 이용하여 전동기를 제어하기 위해서 일반적으로 엔코더 (Encoder), 레졸버 (Resolver) 같은 위치센서를 사용한다. 그러나 이러한 센서들은 1) 가격적 측면에서 센서들의 가격이 상당히 크기 때문에 전체 시스템 비용에서 전동기 시스템이 차지하는 비율이 높다. 또한 2) 기계적 측면에서 엔코더나 레졸버와 같은 위치센서들을 고정자측에 부착하여 크기 및 무게를 증가시키고 있다. 결론적으로 SRM을 구동하기 위해서는 회전자 위치정보에 따른 제어가 기본적으로 이루어져야 하며 적용 분야를 고려해서 환경에 따른 SRM 구동 시스템을 설계하는 것이 중요하다. 따라서 본 논문에서는 기존의 엔코더 (Encoder), 레졸버 (Resolver)를 사용하는 일반적인 제어시스템에서 벗어나서 저가형 아날로그 구동장치를 설계하여 스위칭 Duty 가변 제어를 통한 SRM의 구동 및 제어 특성을 연구하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권10호
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• pp.581-588
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• 2020

본 논문은 전기기계식제동장치(EMB : Electro Mechanical Brake, 이하 EMB)의 제동패드 마모발생에 따른 소프트웨어 기반의 마모보상방법의 적용 및 성능평가를 다루었다. EMB의 구동을 위해 사용된 모터는 3상 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 IPMSM)가 사용되었다. EMB의 압부력(clamping force) 제어를 위해 위치제어기, 속도제어기 및 전류제어기가 적용되었으며, IPMSM의 출력 압부력 예측을 위해 모터의 거리별 압부력 실험을 통하여 힘 추정기(force estimator)를 1차 모델식으로 단순화 하였다. 제동패드에서 마모가 발생함에 따라 IPMSM에서 출력되는 토크전류의 크기가 감소하는 특성을 이용하여 기준 토크전류와의 비교를 통해 힘 추정기를 업데이트하는 방법으로 마모보상이 가능함을 보였다. 제동패드의 마모 후 최대 압부력 도달시간이 0.1초 이내로 증가하였으나, 마모패드 장착시에도 제동압부력은 마모 전 제동패드와 동일한 최대 기준 압부력을 만족하였으며, 최대압부력 도달시간의 경우 0.5초(기준값) 이내임을 실험으로 검증하였다. 소프트웨어 기반의 EMB 제동패드의 마모보상 방법은 철도차량의 출발 전 제동장치 점검시 테스트모드의 진입을 통하여 수행이 가능하다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권5호
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• pp.62-69
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• 2022

EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)는 기존의 중앙집중식 유압시스템에 비해 높은 에너지 효율을 가진다. 특히 항공기용 EHA는 고장상황에 대비하여 이중화 설계가 일반적이다. 또한 장착공간의 한계로, 구동기 길이를 최적화 하여야 한다. 따라서 양로드형 실린더와 단로드형 실린더의 직렬 구성이 유리하다. 하지만 피스톤 수압부 면적의 비대칭성으로 인해, 일반적인 제어 기법으로 이중화 구동 시 두 실린더 사이에 Force Fighting 현상이 발생하게 된다. 본 논문에서는 이중화된 EHA의 시뮬레이션을 통해 Force Fighting 현상을 확인하였다. 이를 억제하기 위한 방법으로 Load Compensation 제어기와 힘 제어 기반 위치 제어기를 적용하였고 시뮬레이션을 통해 각각의 성능을 비교 분석하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.232-239
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• 2013

This paper proposes an improved stator flux estimator through ensuring conventional PLPF to act as a pure integrator for sensorless control of induction motors. Conventional PLPF uses the estimated synchronous speed as a cut-off frequency and has the gain and phase compensators. The gain and phase compensators are determined on the assumption that the estimated synchronous angular speed is coincident with the real speed. Therefore, if the synchronous angular speed is not same as the real speed, the gain and phase compensation will not be appropriate. To overcome the problem of conventional PLPF, this paper analyzes the relationship between the synchronous speed error and the phase lag error of the stator flux. Based on the analysis, this paper proposes the synchronous speed error compensation scheme. To achieve a start-up without speed sensor, the current model is used as the stator flux estimator at the standstill. When the motor starts up, the current model should be switched into the voltage model. So a stable transition between the voltage model and the current model is required. This paper proposes the simple transition method which determines the initial values of the voltage model and the current model at the transition moment. The validity of the proposed schemes is proved through the simulation results and the experimental results.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.23-30
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• 2014

This paper proposes a dead time compensation method for an AC motor drive using phase current polarity information which is detected based on a digital programmable low-pass filter (PLPF). The polarity detection using the PLPF is an alternative solution of a conventional method which uses a general low-pass filter (LPF) and hysteresis bands in order to avoid jittering due to noises. The PLPF not only adjusts its cutoff frequency according to the synchronous frequency of AC motors but also eliminates a gain attenuation and phase delay which are main problems of the general LPF. Through the PLPF, a fundamental component signal without gain and phase distortions is extracted from the measured raw current signal with noise. By use of the fundamental component, the polarity of current is effectively detected by reducing the hysteresis band. Finally, the proposed method compensates the dead time effects by adding or subtracting average voltage value to voltage references of the controller according to the detected current polarity information. The proposed compensation method is experimentally verified by compared with the conventional method.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.82-89
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• 2007

여자제어 시스템의 AVR(Automatic Voltage Regulator) 장치는 발전기의 출력 전압을 일정하게 유지시키기 위하여, 여자기의 전압 또는 전류를 발전기 부하 전류 및 전압 변동에 따라 제어하는 역할을 수행한다. 이러한 AVR 장치의 응답성과 제어 특성은 발전기의 부하 변동 또는 과도 응답 상태에서의 출력 특성을 결정하게 된다. 본 논문에서는 고성능 전동기 제어 시스템에 널리 사용되고 있는 PWM 제어 시스템과 부하 변동에 강인하게 동작할 수 있는 과도 응답 보상기를 적용한 고성능 여자 시스템을 제안한다. 과도 응답 보상기는 발전기의 부하 전류 변동에 따라, 여자기의 제어신호를 PID 제어기의 출력에 더하여 빠른 속응성과 안정성을 가지도록 함으로써, 발전기의 출력 전압을 안정적으로 공급할 수 있도록 제어한다. 제안된 고성능 여자 시스템은 컴퓨터 시뮬레이션과 소형 발전기 시스템에 적용된 실험을 통하여 그 성능을 검증하였다.