영구자석 저감형 동기전동기는 기존의 고속철도 추진용 유도기보다 높은 효율과 출력밀도를 보이고, 일반적인 영구자석 동기전동기에 비해 자석 사용량을 줄여 가격을 낮출 수 있다. 또한 5상 구동 시스템을 사용할 경우 3상 시스템에 비해 낮은 토크리플과 높은 출력밀도를 가지게 된다. 이러한 특성으로 인해 5상 영구자석 저감형 동기전동기는 고속철도 추진용 전동기로 적합한 특성을 가진다. 본 연구에서는 집중상수모델과 유전알고리즘을 이용하여 3상 및 5상 영구자석 저감형 동기전동기 3kw 축소모델을 최적설계하고 이들의 특성을 비교하였다. 또한 유한요소해석을 이용하여 최종 보정설계를 진행한 3상 및 5상 전동기를 제작하고 실험을 통해 해석값을 검증하였다.
This paper presents electro-magnetic characteristics of an Interior type Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM) for traction applications. The importance of instantaneous electric propulsion capability for high torque has been highlighted in the present study and thus parametric analysis is performed by Finite Element Method (FEM). The paper provides analytical & experimental results, which demonstrate a performance of the studied traction motor The goal of this paper is to present a maximum power performance for traction motor which works extension of its own rated power. Experimental results meet well with FEM analysis of traction motor owing to inductance difference.
본 논문은 동손과 철손을 최소화 하는 SynRM을 위하여 효율 최적화 알고리즘을 제시하였다. 속도 제어기의 설계는 퍼지제어와 신경회로망을 사용한 적응 퍼지-신경회로망(AFNN) 제어기에 기반을 두었다. 특정 토크는 d와 q축의 전류성분의 다양한 합성으로 얻을 수 있다. 효율최적화 제어는 정상상태에 일정한 동작점에서 최소 손실을 제공하는 d와 q축 전류 성분의 조합을 찾는다. 직접 조절되는 토크 발생은 효율최적화 제어 설계에 의하여 매우 잘 조절되어지는 전류 성분이다. 제시된 알고리즘은 속도변화와 양호한 토크제어를 위해 전자기적 손실을 허용한다. HAI 제어기의 제어성능은 다양한 동작상태 분석을 통하여 평가한다. 분석된 결과는 제시된 알고리즘의 타당성을 보여준다.
본 논문은 SynRM의 동손 및 철손을 최소화 하는 효율 최적화 제어를 제시한다. 퍼지와 신경회로망으로 구성된 적응 퍼지-신경회로망 제어기를 바탕으로 한 속도 제어기를 설계한다. 특정 전동기 토크를 발생하는 d-q축 전류 조합은 무수히 많이 존재한다. 효율 최적화 제어기의 목적은 정상상태에 확실한 동작점에서 d-q축 전류 조합을 찾는 것이다. 제시된 알고리즘은 양호한 동적 토크 제어를 유지하는 동안 속도 및 토크 변화를 감소시키기 위하여 전자기적 손실은 허용한다. HAI 제어기의 제어 성능은 다양한 동작 상태에서 평가된다. 결과 분석은 제시된 알고리즘의 타당성을 보여준다.
SynRM 효율최적화 제어는 다른 교류전동기에 비해 SynRM의 효율이 낮기 때문에 에너지 절약과 환경보존의 관점에서 매우 중요하다. 본 논문에서는 다중 AFLC를 이용하여 철손을 고려한 SynRM의 새로운 효율 최적화 제어를 제안하였다. 최대효율에서 SynRM을 구동하기 위해 토크전류와 여자전류사이의 최적전류비를 분석하여 구한다. 본 논문에서는 동손과 철손을 최소로 하는 SynRM의 효율 최적화 제어를 제안하였다. 특정한 모터토크를 제공하는 d축과 q축 전류의 다양한 조합이 존재한다. 효율 최적화의 목적은 정상상태에서 최소 손실을 제공하는 d축과 q축 전류의 조합을 찾는 것이며, 제안된 제어기의 제어 성능은 다양한 동작조건의 분석을 통해 평가되었다. 분석된 결과는 제안된 알고리즘의 타당성을 입증한다.
This study investigaties magnetic circuit design of the Line-Start Permanent Magnet Synchronous Motor (LSPM) for advanced reluctance torque in steady state. Back-emf and d-/q-axial inductance is analyzed by using 2 dimensional Finite Element Method (FEM). These results are reflected characteristic analysis of LSPM.
Since interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) has a structure whose magnet is inserted in the rotor, d, q inductances are differ from each other and the motor produces hybrid torque combined allignment term and reluctance term. But, for their complex magnetic path, it is difficult to analyze this type motors by equivalent magnetic circuit method. So, in this paper, the variation of parameters of IPMSM according to the magnet thickness accuired by using the result from finite element method is presented for the sake of effective design process.
This paper proposes a program architecture integrating different engineering software packages, such as Auto-Cad, Excel and Magnet, for realizing an automatic motor analysis. Based on the architecture, the characteristic analysis of a PM-Assited Reluctance SynchronousMotor (PM-RSM) is automatically executed only if main input data of the motor are fed. To achieve this, API fuctions and Visual Basic Scripts provided by the software packages are thoroughly exploited.
철도차량에 탑재된 전장품 중 가장 큰 하중을 차지하는 것은 주변압기로 낮은 운전 주파수(60Hz)로 인해 전력밀도가 0.2~0.4 MVA/ton 정도로 낮아 경량화에 중요한 요소로 작용하고 있다. 따라서 철도차량용 주변압기를 개선하기 위해 몰드 변압기, 반도체 변압기 등에 관한 연구가 국내외적으로 활발히 진행 중이다. 한편 국내외 철도차량에 대부분 적용되는 견인전동기로 최근에는 유도전동기를 대체하여 영구자석 동기전동기(PMSM)를 적용하려는 시도가 이루어지고 있다. 영구자석 동기전동기(PMSM)는 유도전동기에 비해 높은 출력밀도와 효율 확보가 가능하지만 제작에 필요한 재료의 가격이 비싸고 설계가 유도전동기 대비 다소 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 고려하여 본 논문에서는 소형 경량화가 가능한 반도체 변압기를 적용하고, 철도차량의 경량화, 고효율화 등의 요구사항에 맞춰 구조가 간단하면서 회전수가 높고 고토크, 저비용인 SRM을 적용할 수 있는 연구내용을 제안하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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