직류 전동기를 제어하기 위해서는 포텐셜 미터나 엔코더 등의 센서들을 이용하여 직류 전동기 회전자의 위치를 검출하는 것이 필요하다. 산업적인 측면에서 직류 전동기를 이용하는 이유 중 하나는 구동이 간단하고 값이 싸기 때문인데, 상대적으로 고가 장비인 센서들을 이용하는 것이 직류 전동기를 이용한 제품의 가격을 올리는 요인이 된다. 그렇기 때문에 이러한 센서들을 사용하지 않고 피드백 제어가 가능하다면 가격적인 측면에서 큰 이점이 된다. 본 논문에서는 직류전동기의 역기전력에 의해 생성되는 특정한 신호를 이용하여 엔코더의 출력신호와 같은 형태의 신호를 생성하는 회로를 설계하였다. 또한 생성한 출력신호를 이용하여 기어 트레인이 있는 직류 전동기의 위치를 제어하였다.
단상 brushless 전동기는 상기 문제점 때문에 사용이 불가능하였으나 고성능 영구자석과 제어소자의 발달로 제작이 간단하고 제어소자의 수가 다상 brushless 전동기에 비하여 적기 때문에 가격이 싼 brushless 단상 직류 전동기의 연구가 활발하므로 이 전동기의 원리와 문제점을 소개하고자 한다.
본 논문에서는 배터리, 양방향 DC-DC 컨버터, 그리고 브러시레스 직류 전동기로 구성되는 마이크로 터빈 구동 시스템의 제어 방식에 대해 소개한다. 브러시레스 직류 전동기 구동용 인버터의 직류링크 전압이 가변되기 때문에 기존의 소신호 모델 기반으로는 양방향 DC-DC 컨버터의 과도 응답 제어 성능이 저하되는 문제점이 있다. 본 논문에서는 평균 모델을 이용하여 양방향 DC-DC 컨버터를 제어함으로써 과도 응답 제어 성능을 개선하였고, PAM 방식 제어를 이용하여 브러시레스 직류 전동기의 고속 센서리스 운전을 구현하였다.
Kim, Hyeong-Jin;Park, Hyung-Seok;Heo, Hong-Jun;Kim, Jang-Mok
Proceedings of the KIPE Conference
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2016.07a
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pp.529-530
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2016
직류 전동기는 연속적으로 회전하기 위해서 브러시와 정류자로 이루어진 기계적인 정류 회로를 가진다. 회전자의 위치에 따라 브러시와 정류자의 접촉 구조가 변하고 직류 전동기의 등가 회로 또한 달라진다. 이러한 구조적 문제점 때문에 직류 전동기의 저항, 인덕턴스, 역기전력 상수와 같은 파라미터가 변화하고 전동기가 회전하면서 전기자 전류에 맥동이 발생한다. 본 논문에서는 기계적인 정류 회로를 고려한 직류전동기를 모델링하고 분석하였다. 그리고 브러시와 정류자에 의한 전기자 전류의 맥동이 위치 제어의 응답 특성에 어떤 영향을 미치는지 시뮬레이션을 통해 확인하였다.
Thyristor motor 또는 Commutatorless motor는 특수한 전동기의 명칭이 아니라 분배기를 사용한 자제식인버어터에 의해 제어되는 동기전동기 system의 총칭이고 특히 이와 같은 system에 적합한 동기전동기의 연구는 Alexanderson, Stohr의 무정류전동기의 이론적 고찰에서부터 시작하였다. Thyristor motor는 최근의 다이리스터의 발달에 따라 이 소자의 Switching 회로를 다상화하여 직류전동기의 정류자, 브러시를 다이리스터에 의한 스위칭작용으로 치환시키고, 직류정도기와 거의 등가되는 특성을 얻도록 연구되었고 Thyristor motor의 탄생을 Motors have graduated from the laboratory into commercial applications라고 발표하였다. 여기서 다이리스터를 사용한 가변주파수에 의한 동기전동기의 속도제어 system으로서의 구체적인 2-3의 회로예로서 이 새로운 전동기를 해설하고자 한다.
전동기의 가변속도제어에 대하여 유도전동기를 중심으로 소개하고 최근에 상당한 주목을 받고 있는 벡터제어 방식에 대하여 간단히 설명하였다. 백터제어방식에 의하여 교류전동기의 속도조정 가능이 실용화되었으며 직류전동기의 속도제어의 경우와 동일한 속응성 및 신뢰성을 얻을 수 있게 되었다.
본 논문에서는 모델기반의 제어기 설계 프로그램인 National Instruments(NI)사의 System Identification Toolkit과 Control Design Toolkit, Simulation module을 사용하여 기존의 제어기 설계방식 보다 쉽고 편리하게 제어기를 설계할 수 있었다. 직류전동기의 속도 제어시스템을 구현하기 위해서 하드웨어는 NI사에서 제공하는 실시간 제어기(Real-Time Controller:RT) CompactRIO를 사용하였다. 먼저는, 테스트 입력 신호를 전동기에 인가하고 얻은 출력신호를 통해 제어대상 플랜트인 직류전동기 구동시스템의 전달함수를 구할 수 있었다. 다음으로는 원하는 제어응답성능을 갖는 극점, 영점 제어기를 설계한 후, 모의실험을 통해 속도제어응답을 확인할 수 있었고, 실시간프로그램으로 다운로드하여 실제 전동기 구동시스템의 실험을 통해서 설계된 속도제어기의 응답 결과를 모의실험과 비교하여 검증하였다.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.21
no.2
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pp.131-136
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2021
A DC motor is an important driving source used in a wide range along with an induction motor. Although the structure is complex and has disadvantages in terms of maintenance, most of the demands are given to induction motors as a power source in the industry today, but due to its excellent control performance, DC motors are constantly being used as small-sized control motors. In addition, DC motors with a structure capable of high-power and high-efficiency operation are being developed with the development of magnetic materials as a structure capable of using a permanent magnet in a armature. In addition, the configuration of the controller is simpler than that of an induction motor using an inverter, and the demand for a DC motor is still not negligible, so it is still occupied as an important power source. Considering these trends, this paper attempts to investigate the control performance of DC motors through hardware implementation such as modeling through simulation, PWM generation circuit and electric motor circuit using EPLD, and PI control using processor.
본 논문에서는 NEV 구동을 위한 스위치 릴럭턴스 전동기의 설계와 특성해석을 수행하였다. NEV의 구동을 위한 SRM의 설계를 위하여 동급의 직류전동기의 특성 및 사양을 분석하고 성능을 만족하기 위한 전동기 설계를 수행하였다. 설계한 SRM의 특성을 기존의 직류전동기와의 특성 비교를 통하여 그 가능성을 검증 하였다.
벡터제어방식에 의하면 유도전동기는 거의 완전한 보상권선을 갖는 직류기라고 볼 수 있다. 파와트랜지스터를 이용할만한 소용량영역에서는 제어용 드라이브 시스템으로서 유도전동기에 확고한 위치를 굳혀 줄 수가 있다. 물론 전동기.검축기.콘트로라가 일체로 되어 성능향상이 뒤 따라야 할 것이다. 또한 대용량영역에서는 형상의 다이리스터 인버어터를 실용적인 수준에서 다상화 또는 다중화하면 거의 이상적인 교류기 가변속시스템을 얻을 수 있음을 위 설명에서 이해할 수 있을 것이다. 본고에서는 유도전동기에 대하여만 설명하였으나 벡터제어는 동기전동기에서도 가능하며 또한 중요함을 부기한다. 이 벡터제어에 관한 연구는 국내외에서 활발하며 멀지 않은 장래에 가변소제어에 직류전동기 대신 벡터제어를 하는 교류기가 많이 이용될 것을 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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