고속 드라이브 시스템은 산업 현장에서 블로워, 컴프레서, 펌프, 스핀들과 같은 분야에서 콤팩트한 크기와 고효율로 인하여 많은 관심을 받아왔다. 최근에 고속 시스템의 기계적 장점으로 인해 고속 모터는 수요가 급격히 증가하였다. 특히 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM, Switched Reluctance Motor)는 단순한 구조와 ...
고속 드라이브 시스템은 산업 현장에서 블로워, 컴프레서, 펌프, 스핀들과 같은 분야에서 콤팩트한 크기와 고효율로 인하여 많은 관심을 받아왔다. 최근에 고속 시스템의 기계적 장점으로 인해 고속 모터는 수요가 급격히 증가하였다. 특히 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM, Switched Reluctance Motor)는 단순한 구조와 영구 자석을 사용하지 않는 견고한 기계적 특성으로 인해 고온의 작업 현장이나 고속을 요하는 열악한 산업 환경에 적합하다. 고속 스위치드 릴럭턴스 모터의 제어를 위해 비교적 단순한 제어 알고리즘이 소개되어져 왔다. 이전의 방식은 온/오프 각 제어나 정전류 제어 방식이 많이 이용되어져 왔으나 이 같은 제어 기법은 단순한 제어 형상을 가지고 있으나 SRM의 토크와 전류간의 비선형적 특성을 고려하지 않아 심각한 토크 리플을 수반했다. 게다가, 짧은 정류 구간으로 인한 이전 상의 테일 전류로 인해 부토크를 수반함으로 전반적으로 토크 리플의 상승을 가져왔다 . 토크 분배 함수(TSF, Torque Sharing Function)의 제어 특성은 매우 단순하지만, 스위치드 릴럭턴스 모터의 토크와 전류의 비선형성을 고려함으로 더욱 안정적인 제어를 구현할 수 있다. 정밀한 전류 제어로 TSF는 평탄한 토크를 구현할 수 있으나, 일반적 토크 분배 함수 알고리즘은 고속에서의 짧은 오버-렙 구간으로 인하여 발생하는 테일 전류로부터 수반되는 부토크의 영향을 고려하지 않았다. 또한, 토크 분배 함수를 적용함으로 오버-렙 구간동안 토크와 전류 지령치를 계산하기위한 정확한 회전자 위치를 요한다. 실질적인 고속 스위치드 릴럭턴스 모터에서는 기계적 베어링과 엔코더의 속도 제한으로 인해 엔코더와 같은 위치 센서로부터 정밀한 회전자 위치를 얻는 것이 매우 어려웠다. 따라서, 본 논문에서는 고속에서 발생하는 비활성화 상의 부토크를 활성화되는 상에 보상해줌으로 평탄한 토크를 얻을 수 있게 하는 새로운 제어 알고리즘을 제안하였다. 토크 분배는 오버-렙 구간에서 2개의 모드로 나뉘어지게 되고, 일반적 속도 범위에서 두 상의 스위칭은 토크 오차에 의해 제어되어지게 된다. 그러나 고속에서의 이전 상에 대한 스위칭은 제한적이게 된다. 제안된 제어 형상의 수행하기위해 비접촉 자계 센서에 의해 회전자의 위치를 검출하였다. 자석은 축 안에 삽입되어졌고, 자속 검출 센서는 자석의 반대편에 위치한다. 이러한 비접촉 자계 센서를 사용함으로 고속에서 보다 정확한 회전자의 위치검출을 실현하였다. 또한, 고속 SRM의 낮은 임피던스로 인한 전류 리플을 줄이기 위해 밸런스드 소프트 쵸핑 기법을 소개하였다. 기존의 소프트 쵸핑에서 휠링모드를 하나 더 추가함으로 기존의 소프트 쵸핑보다 스위칭 주파수를 두 배로 늘려줌으로 전류의 리플을 줄일 수 있었다. 제안된 제어 알고리즘은 에어 블로워용 30,000[rpm]급 4/2 스위치드 릴럭턴스 모터에 실질적으로 적용하여 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다. 제안된 TSF 제어와 일반적 TSF 제어를 비교하였을 때, 시뮬레이션 결과는 30,000[rpm]에서 일반적 TSF 제어로 구현했을 경우 토크 딥이 발생하는 구간이 0.125[ms]동안 발생하는 반면 제안된 TSF 제어로 구현했을 경우 0.083[ms]로 줄일 수 있었다. 또한 실험 결과는 30,000[rpm]에서 일반적 TSF 제어로 구현했을 경우 토크 딥이 발생하는 구간이 0.2[ms]로 시뮬레이션의 결과 값보다 더 높게 나타난 반면 제안된 TSF의 경우 0.05[ms]로 시뮬레이션의 결과 값보다 낮게 나타났다. 본 연구를 통해 향상된 제어형상을 제시함으로, 부하를 걸었을 때 고속에서의 높은 소음 및 진동 문제를 완화시킬 수 있을 것으로 사료된다.
고속 드라이브 시스템은 산업 현장에서 블로워, 컴프레서, 펌프, 스핀들과 같은 분야에서 콤팩트한 크기와 고효율로 인하여 많은 관심을 받아왔다. 최근에 고속 시스템의 기계적 장점으로 인해 고속 모터는 수요가 급격히 증가하였다. 특히 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM, Switched Reluctance Motor)는 단순한 구조와 영구 자석을 사용하지 않는 견고한 기계적 특성으로 인해 고온의 작업 현장이나 고속을 요하는 열악한 산업 환경에 적합하다. 고속 스위치드 릴럭턴스 모터의 제어를 위해 비교적 단순한 제어 알고리즘이 소개되어져 왔다. 이전의 방식은 온/오프 각 제어나 정전류 제어 방식이 많이 이용되어져 왔으나 이 같은 제어 기법은 단순한 제어 형상을 가지고 있으나 SRM의 토크와 전류간의 비선형적 특성을 고려하지 않아 심각한 토크 리플을 수반했다. 게다가, 짧은 정류 구간으로 인한 이전 상의 테일 전류로 인해 부토크를 수반함으로 전반적으로 토크 리플의 상승을 가져왔다 . 토크 분배 함수(TSF, Torque Sharing Function)의 제어 특성은 매우 단순하지만, 스위치드 릴럭턴스 모터의 토크와 전류의 비선형성을 고려함으로 더욱 안정적인 제어를 구현할 수 있다. 정밀한 전류 제어로 TSF는 평탄한 토크를 구현할 수 있으나, 일반적 토크 분배 함수 알고리즘은 고속에서의 짧은 오버-렙 구간으로 인하여 발생하는 테일 전류로부터 수반되는 부토크의 영향을 고려하지 않았다. 또한, 토크 분배 함수를 적용함으로 오버-렙 구간동안 토크와 전류 지령치를 계산하기위한 정확한 회전자 위치를 요한다. 실질적인 고속 스위치드 릴럭턴스 모터에서는 기계적 베어링과 엔코더의 속도 제한으로 인해 엔코더와 같은 위치 센서로부터 정밀한 회전자 위치를 얻는 것이 매우 어려웠다. 따라서, 본 논문에서는 고속에서 발생하는 비활성화 상의 부토크를 활성화되는 상에 보상해줌으로 평탄한 토크를 얻을 수 있게 하는 새로운 제어 알고리즘을 제안하였다. 토크 분배는 오버-렙 구간에서 2개의 모드로 나뉘어지게 되고, 일반적 속도 범위에서 두 상의 스위칭은 토크 오차에 의해 제어되어지게 된다. 그러나 고속에서의 이전 상에 대한 스위칭은 제한적이게 된다. 제안된 제어 형상의 수행하기위해 비접촉 자계 센서에 의해 회전자의 위치를 검출하였다. 자석은 축 안에 삽입되어졌고, 자속 검출 센서는 자석의 반대편에 위치한다. 이러한 비접촉 자계 센서를 사용함으로 고속에서 보다 정확한 회전자의 위치검출을 실현하였다. 또한, 고속 SRM의 낮은 임피던스로 인한 전류 리플을 줄이기 위해 밸런스드 소프트 쵸핑 기법을 소개하였다. 기존의 소프트 쵸핑에서 휠링모드를 하나 더 추가함으로 기존의 소프트 쵸핑보다 스위칭 주파수를 두 배로 늘려줌으로 전류의 리플을 줄일 수 있었다. 제안된 제어 알고리즘은 에어 블로워용 30,000[rpm]급 4/2 스위치드 릴럭턴스 모터에 실질적으로 적용하여 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다. 제안된 TSF 제어와 일반적 TSF 제어를 비교하였을 때, 시뮬레이션 결과는 30,000[rpm]에서 일반적 TSF 제어로 구현했을 경우 토크 딥이 발생하는 구간이 0.125[ms]동안 발생하는 반면 제안된 TSF 제어로 구현했을 경우 0.083[ms]로 줄일 수 있었다. 또한 실험 결과는 30,000[rpm]에서 일반적 TSF 제어로 구현했을 경우 토크 딥이 발생하는 구간이 0.2[ms]로 시뮬레이션의 결과 값보다 더 높게 나타난 반면 제안된 TSF의 경우 0.05[ms]로 시뮬레이션의 결과 값보다 낮게 나타났다. 본 연구를 통해 향상된 제어형상을 제시함으로, 부하를 걸었을 때 고속에서의 높은 소음 및 진동 문제를 완화시킬 수 있을 것으로 사료된다.
SRM(Switched Reluctance Motor) has been researched more than 150 years. However, significant amount of attention to this motor type was given in last few decades thank to the development of microcontrollers, power semiconductors and CAD technology. But compared with other motor, SRM cannot be operat...
SRM(Switched Reluctance Motor) has been researched more than 150 years. However, significant amount of attention to this motor type was given in last few decades thank to the development of microcontrollers, power semiconductors and CAD technology. But compared with other motor, SRM cannot be operated without inverter. Therefore, it is suitable for variable speed application because inverter is essential. SRM is a doubly salient machine because both the stator and rotor have salient poles. Flux is created by concentrated stator winding only. There are no permanent magnets, commutators, and windings in rotor side. So, SRM has simple and robust rotor structure that is very important in high speed application because centrifugal force is very high when rotor rotates at high speed. Due to a simple structure at the stator and the rotor, SRM can compete with other types of motor. And because SRM has only the windings at the stator, SRM achieves high efficiency especially in high speed region[1]. With these advantageous features, SRM deserves to be investigated and it is good candidate for high speed drive systems in particular[1-4]. Because of doubly salient poles, torque production in SRM is discrete by sequentially switching the currents into the stator winding. It is cause of disadvantages such as torque ripple, vibration and acoustic noise in SRM. The previous torque control methods in high speed range have turn-off angle control and simple PI control method, and these method didn`t consider non-linear characteristics between current and torque. So, control performance is very dependent on motor[5-10]. In this paper, in order to have a high performance of torque control in high speed SRM, a new control method, TSF(Torque Sharing Function) is introduced[11-12]. To produce the continuous torque, TSF divides the torque region into 1-phase and 2-phase region, so it can be achieved the independent torque control for each phase. To adopt this control method, it has to know about continuous position angle of rotor. However, general method of position detecting is very difficult to know an accurate rotor position in high speed region. In this paper, the motor has been design with the non-detectable position sensor to detect the accurate rotor position. However, torque overlap region is very narrow in high speed region with conventional TSF method. It may cause the sustainable current in this region, so current cannot be removed until the negative torque region. Tail current brings the negative torque, then it can effect to the torque ripple of whole the system. Torque ripple is getting be serious, if the speed is getting increased. So, the proposed control method is using torque compensator to compensated the negative torque of outgoing phase to incoming phase. Proposed control method is verified by simulations and experiments which are compared with conventional current and PWM control method.
SRM(Switched Reluctance Motor) has been researched more than 150 years. However, significant amount of attention to this motor type was given in last few decades thank to the development of microcontrollers, power semiconductors and CAD technology. But compared with other motor, SRM cannot be operated without inverter. Therefore, it is suitable for variable speed application because inverter is essential. SRM is a doubly salient machine because both the stator and rotor have salient poles. Flux is created by concentrated stator winding only. There are no permanent magnets, commutators, and windings in rotor side. So, SRM has simple and robust rotor structure that is very important in high speed application because centrifugal force is very high when rotor rotates at high speed. Due to a simple structure at the stator and the rotor, SRM can compete with other types of motor. And because SRM has only the windings at the stator, SRM achieves high efficiency especially in high speed region[1]. With these advantageous features, SRM deserves to be investigated and it is good candidate for high speed drive systems in particular[1-4]. Because of doubly salient poles, torque production in SRM is discrete by sequentially switching the currents into the stator winding. It is cause of disadvantages such as torque ripple, vibration and acoustic noise in SRM. The previous torque control methods in high speed range have turn-off angle control and simple PI control method, and these method didn`t consider non-linear characteristics between current and torque. So, control performance is very dependent on motor[5-10]. In this paper, in order to have a high performance of torque control in high speed SRM, a new control method, TSF(Torque Sharing Function) is introduced[11-12]. To produce the continuous torque, TSF divides the torque region into 1-phase and 2-phase region, so it can be achieved the independent torque control for each phase. To adopt this control method, it has to know about continuous position angle of rotor. However, general method of position detecting is very difficult to know an accurate rotor position in high speed region. In this paper, the motor has been design with the non-detectable position sensor to detect the accurate rotor position. However, torque overlap region is very narrow in high speed region with conventional TSF method. It may cause the sustainable current in this region, so current cannot be removed until the negative torque region. Tail current brings the negative torque, then it can effect to the torque ripple of whole the system. Torque ripple is getting be serious, if the speed is getting increased. So, the proposed control method is using torque compensator to compensated the negative torque of outgoing phase to incoming phase. Proposed control method is verified by simulations and experiments which are compared with conventional current and PWM control method.
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