• Journal of Power Electronics
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• 제18권3호
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• pp.714-722
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• 2018

This paper presents a wide-range speed control scheme of brushless DC (BLDC) motors based on a hall sensor with separated low- and normal-speed controllers. However, the use of the hall sensor signal is insufficient to detect motor speed in the low-speed region because of low sensor resolution and time delay. In the proposed method, a micro-stepping current control method according to the torque angle variation is presented. In this mode, the motor current frequency and rotating angle are determined by the reference speed without the actual speed fed by the hall sensor. The detected torque angle is used to adjust the current value in a limited band to control the current value in accordance with the load. The torque angle is detected exactly at the changing point of the hall sensor signal. The rotor can follow the rotating flux with the variable torque angle. In a normal speed range, the conventional vector control scheme is used to control the motor current with a PI speed controller using the hall sensor. The torque characteristics are analyzed on the basis of the back EMF and current shape. To adopt the vector control scheme, the continuous rotor position is estimated by the measured speed and hall sensor position. At the mode changing point between low and normal speed range, the proper initial current command and reference rotor position are calculated. The calculated current command can reduce the torque ripple during transient mode. The proposed method is simple but effective in extending the speed control range of a conventional BLDC motor with hall sensor without the need for a high-resolution encoder. The effectiveness of the proposed method is verified by various experiments on a practical BLDC motor.

• 전기학회논문지
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• 제66권11호
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• pp.1663-1668
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• 2017

A BLDC motor with higher number of phases has several advantages, compared to the conventional three-phase BLDC motors. It can reduce the commutation torque ripple and the iron loss without increasing the voltage per phase and increase the reliability and power density. Higher number of phases increase the torque-per-ampere ratio for the same machine volume and output power by widening the electrical conduction period. In this paper, the proposed seven-phase BLDC motor drive system is made into several functional modular blocks, so that it can be easily extended to other ac motor applications: back-EMF block, hysteresis current control block, pwm inverter block, phase current block, and speed/torque control block. Also in a system of BLDC motor drive, the PI controller has been widely used in the speed controller because of the simple implementation. To obtain a good speed response in a general drive system using the PI controller, the high bandwidth of a controller is established. therefore, in this paper, a Fuzzy controller is applied to the 7-phase BLDC motor drive system in order to improve the speed control performance. The Fuzzy controller is compared with a conventional PI controller through the experiment with respect to speed dynamic responses. These experimental results show that the Fuzzy controller of the 7-phase BLDC motor drive system is superior over the conventional PI controller. The algorithm using the Fuzzy controller can improve a comfortable ride in the field of high performance 7-phase BLDC motor drive applications.

• 전력전자학회논문지
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• 제6권5호
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• pp.416-422
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• 2001

BLDC (Brushless DC) 전동기는 선형적인 토크 대 전류, 속도 대 전압특성을 갖고 있으며 기계적 전기적인 잡음이 없고, 가감속 제어가 용이하며, 토크 대 관성의 비가 매우 높아 소형으로 높은 출력을 낼 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 전기자 전류의 전환 (Commutation)시 고정자 권선의 인덕턴스 성분과 역기전력으로 인해 발생되는 전류리플은 BLDC 전동기의 구동시 발생되는 토크리플의 중요한 원인이 되어, 고정밀 서보계통에 대한 응용에 큰 장애가 되고 있다. 본 논문에서는 퓨리에 시리즈계수를 사용한 새로운 전류제어 알고리즘을 개발하여 상전류 전환시 발생하는 전류리플을 최소화함으로서 토크리플을 현저히 감소 시켰으며, BLDC 전동기의 구동을 위해 널리 사용되고 있는 UNIPOLAR PWM 방식과 시뮬레이션 및 실험을 통해 비교함으로써, 새로운 알고리즘의 효용성을 입증하고자 한다.

• 전력전자학회논문지
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• 제9권5호
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• pp.491-497
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• 2004

본 논문은 브러시리스직류전동기의 새로운 회전자위치추정 방법에 관한 것이다. 회전자 위치추정이 부정확하게 이루어졌을 때, 역기전력과 상전류 사이의 위상차가 나타나고 이는 다시 전동기의 토크리플을 일으킨다는 사실은 알려져 있다. 이러한 추정오차를 줄이기 위하여 인버터의 정상모드 기간 중에 나타나는 중성점전압을 기반으로 하는 새로운 방법을 제안하고 있다. 이 중성점전압이 효과적인 회전자 위치 추정오차의 한 지표임을 확인하고, 중성점전압의 발생, 획득방법, 보상방법 등을 다루고 있다. 본 알고리즘은 전동기 단자전압센서와 단일 직류링크 전류센서 만을 이용하여 실현할 수 있으며, 관련 시뮬레이션 및 실험결과는 그 타당성을 보여주고 있다.

• 전력전자학회논문지
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• 제12권1호
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• pp.9-18
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• 2007

본 논문에서는 120도 통전방식의 영구자석 매입형 전동기의 센서리스 제어에 있어서 회전자의 위치를 검출하기 위하여 사용되는 비통전상의 단자전압에 대한 분석을 행한다. 본 연구에서 모터의 비통전상의 단자전압으로부터 얻어지는 위치 정보가 실제의 회전자 위치보다 앞서 있음을 보이며, 이러한 위치 검지 오차에 대한 정량적 분석 및 제어시스템의 모델링을 행한다. 시뮬레이션 및 실험 결과는 제안한 모델링 및 위치 오차의 정량적 분석이 타당함을 보여준다. 또한, 위치 검지 오차에 의해 진상각이 과다하게 인가됨으로 인해 발생하는 이상전류 현상을 분석하며, 이러한 이상전류를 제거하기 위해서는 제어기에서 인가하는 진상각은 속도 및 부하 증가시 감소해야함을 제시한다.

• 전력전자학회논문지
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• 제12권4호
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• pp.318-323
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• 2007

본 논문에서는 영구자석형 5상 전동기(Five-phase permanent magnet motor)의 약계자 제어에 대한 연구를 수행한다. 제안된 전동기는 집중권 방식의 권선분포를 가지고 있고 사다리꼴 형태의 역기전력을 나타내고 있으며, 사다리꼴 형태의 전류를 인가하기 위하여 사인파의 기본파 성분에 3고조파 성분을 첨가하였다. 따라서 BLDC 전동기(Brushless dc motor)와 등가적으로 같은 평균토크를 발생시키면서 BLDC 전동기의 단점을 극복할 수 있었다. 전동기 전류의 토크성분과 자속성분은 다중 레퍼런스 프래임을 이용하여 분리할 수 있었으며, 결과적으로 쉽게 벡터제어가 이루어질 수 있었다. 사용된 전동기는 고속영역에서부터 저속영역까지 BLDC 전동기와 같이 높은 토크 밀도를 가지며, 약계자 영역이나 고속영역에서 영구자석형 전동기와 같이 제어의 용이함을 가진다는 장점을 가지고 있으며 실험결과를 통하여 제안된 전동기와 알고리즘을 검증하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제12권4호
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• pp.291-299
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• 2007

영구자석 동기전동기를 단위 전류 당 최대 토크 운전 점에서 운전하기 위해서는 전동기의 상전류 및 온도에 따라 변화하는 인덕턴스 및 역기전력 상수와 같은 전동기의 파라미터들에 대한 정확한 값을 알고 있어야 한다. 전동기 파라미터의 온라인 추정을 위한 적응 추정 기법은 정확한 값을 추정하는 데 어려움이 있고 복잡한 수학 연산을 필요로 하기 때문에 실질적인 응용에는 적합하지 못하다. 본 논문의 목적은 느린 동적 부하를 가지는 벡터 제어 영구자석 동기전동기 구동장치를 위한 단순한 단위 전류 당 최대 토크 운전 점 추적 제어 전략을 제안하는 것이다. 제안된 방식은 전류 위상각을 조절하고 지령 전력의 변화를 관측함으로써 단위 전류 당 최대 토크 운전 점들을 찾아간다. 전류 위상각 조절 전략은 부하 변동이 지령 전력에 미치는 영향을 감지할 수 있도록 설계된다. 따라서, 제안된 방식은 부하 변동에 관계없이 영구자석 동기전동기의 단위 전류 당 최대 토크 운전 점들을 추적할 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 통하여 제안된 방식의 효용성을 보인다.

• Journal of Power Electronics
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• 제11권3호
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• pp.294-303
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• 2011

In this paper an effective five-phase induction motor (IM) and its drive methods are proposed. Due to the additional degrees of freedom, the five-phase IM drive presents unique characteristics for enhancing the torque producing capability of the motor. Also the five-phase motor drives possess many other advantages when compared to traditional three-phase motor drives. Some of these advantages include, reducing the amplitude and increasing the frequency of the torque pulsation, reducing the amplitude of the current without increasing the voltage per phase and increasing the reliability. In order to maximize the torque per ampere, the proposed motor has concentrated winding, the produced back electromotive force (EMF) is almost trapezoidal, and the motor is supplied with the combined sinusoidal plus the third harmonic of the currents. For demonstrating the superior performance of the proposed five-phase IM, the motors are also analyzed on the synchronously rotating reference frame. To supply trapezoidal current waveform and to exclude the effect of the $3^{rd}$ harmonic current, a new control stratagem is proposed. The proposed control method is based on direct torque control (DTC) and rotor flux oriented control (RFOC) of the five-phase IM drives. It is able to reduce the acoustical noise, the torque, the flux, the current, and the speed pulsations during the steady state. The DTC transient merits are preserved, while a better quality steady-state performance is produced in the five phase motor drive for a wide speed range. Experimental results clearly demonstrated a more dynamic steady state performance with the proposed control system.

• 전기전자학회논문지
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• 제24권4호
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• pp.1004-1010
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• 2020

본 논문은 단상 영구자석 동기전동기의 초기 회전자 자극 검출 기법을 제안한다. 대상 전동기는 저속 및 정지 상태에서 역기전력을 기반으로 위치 정보를 얻을 수 없다. 따라서 초기 개루프 기동이 필요하며 이 과정에서 저 전류 및 소프트 기동을 위한 초기 회전자 위치 정보가 필요하다. 제안하는 초기 회전자 자극 검출 알고리즘의 경우 비대칭 공극의 영향 및 영구자석 자속의 영향을 고려하였으며, 고주파 전압 신호 주입을 기반으로 정확한 검출을 위한 오프셋 전압을 이용하였다. 이때 고주파 전압 신호로부터 유도된 고주파 전류의 경우 가상의 dq축을 이용하여 유도된 전류의 최댓값 취득을 통해 회전자 영구자석 자극을 판별한다. 본 논문에서는 센서리스 운전의 저전류 및 소프트 기동을 위해 제안된 초기 회전자 자극 검출 알고리즘을 홀센서 신호를 근거로 효용성 및 타당성을 다수의 실험을 통해 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.688-695
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• 2017

본 논문은 파력 에너지 수집 장치에 사용할 수 있는 영구자석 선형 동기발전기의 특성 해석에 관한 것이다. 파력 에너지는 요요시스템과 같은 기구로 부터 얻어진다. 영구자석을 이용한 선형 발전기는 영구자석의 자력을 통해 별도의 전원공급이 필요 없고 유지 보수가 간단한 장점을 가지고 있다. 또한 높은 에너지 밀도를 갖는 희토류의 사용으로 영구자석 기기는 소형화 및 경량화가 가능하며 보다 높은 에너지 변환 효율을 얻을 수 있다. 영구자석 선형 동기발전기 특성 해석을 위해 2차원 극 좌표계 및 자기 벡터 포텐셜에 근거하여 영구자석과 전기자 반작용 자계해석을 수행 하였다. 해석 해를 이용하여 정현적인 속도입력에 의해 유도되는 유기기전력의 특성 식을 유도하고, 동일한 방법으로 역기전력 상수, 저항, 자기인덕턴스와 상호인덕턴스와 같은 전기적 파라미터를 얻었다. 본 논문에서 사용한 공간고조파법의 결과는 2차원 유한요소해석법 결과와 비교하여 잘 일치하는 것을 확인하였다. 이 결과는 영구자석 형 선형 발전기의 특성을 이해하는 것과 해석방법의 비교연구, 설계 최적화, 그리고 기기의 동적 모델링에 기여할 수 있다.