매입형 영구자석 동기전동기의 온도 변화를 고려한 향상된 토크 제어 정밀도 Enhanced Torque Control Accuracy of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Considering Temperature Variation원문보기
차세대 자동차에 사용되는 전동기의 핵심은 소형 경량화, 저비용과 함께 주행거리를 늘리기 위한 고효율 화가 필수이다. 따라서 단위 부피당 출력 밀도가 높아 소형화가 가능하고 고속 운전이 용이한 구조를 가지며 고효율 실현이 가능한 매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM)를 대부분의 자동차 회사에서 채택하고 있다. HEV/EV 시스템의 동력원으로 사용되는 영구자석 동기전동기는 구조에 따라 별도의 냉각 시스템을 추가하거나 기존의 ...
차세대 자동차에 사용되는 전동기의 핵심은 소형 경량화, 저비용과 함께 주행거리를 늘리기 위한 고효율 화가 필수이다. 따라서 단위 부피당 출력 밀도가 높아 소형화가 가능하고 고속 운전이 용이한 구조를 가지며 고효율 실현이 가능한 매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM)를 대부분의 자동차 회사에서 채택하고 있다. HEV/EV 시스템의 동력원으로 사용되는 영구자석 동기전동기는 구조에 따라 별도의 냉각 시스템을 추가하거나 기존의 변속기 오일을 이용하여 전동기를 전폐 냉각할 수 있는 구조로 사용하지만, 차량의 구동 환경이나 조건에 따라 전동기의 온도 변화는 피할 수 없다. 이러한 온도 변화에 대한 대책이 없는 경우 온도 상승에 따라 동일 운전 영역에서 출력 저하로 인해 운전 효율이 감소하는 결과를 초래한다. 또한 차량에 사용된 영구자석 동기 전동기 구동을 위한 인버터는 배터리 전압을 입력으로 하기 때문에 배터리의 상태나 부하 전류에 따라 전압 변동이 발생한다. 인버터 입력 전압의 변동으로 인해 인버터가 출력할 수 있는 전압이 변동하게 되고, 이는 전동기의 운전 영역 변동으로 이어지므로 배터리 전압 변동에 대한 적절한 운전 영역의 변경이 필요하다. 고 신뢰성을 요구하는 차량에서 기존의 약자속 제어 방법은 전압과 속도의 함수인 자속과 전동기 토크를 입력으로 하는 D-Q축 전류에 대한 2차원 LUT을 이용한다. 그러나 하나의 온도에서 작성된 LUT을 사용할 경우 온도 변동에 대한 출력 변화를 피할 수 없으며, 온도에 따라 LUT을 작성할 경우 테이블 작성을 위한 많은 인력과 시간이 소요되고 여러 시스템과 합병 단계에서 제어 수행 시간에 대한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 HEV용 IPMSM의 온도 변화에 따른 파라미터 변동 및 제어 특성의 변화에 대해 분석하고, 하나의 온도에서 측정된 기존 자속 토크 기반의 LUT을 이용하여 기존 방법과 동일한 동특성을 유지하면서 토크 제어 정밀성을 확보할 수 있는 방안에 대해 제안한다. 제안된 방법은 운전 영역에 따라 자속과 토크 지령을 보상하여 하나의 LUT로 전동기 허용 온도 범위 내에서 토크 오차 2.5%미만으로 만족시킬 수 있다. 또한 하나의 LUT을 사용하므로 S/W를 간소화 할 수 있고, CPU 메모리 사용량은 2.05%, 부하율은 7.4% 감소시킬 수 있다.
차세대 자동차에 사용되는 전동기의 핵심은 소형 경량화, 저비용과 함께 주행거리를 늘리기 위한 고효율 화가 필수이다. 따라서 단위 부피당 출력 밀도가 높아 소형화가 가능하고 고속 운전이 용이한 구조를 가지며 고효율 실현이 가능한 매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM)를 대부분의 자동차 회사에서 채택하고 있다. HEV/EV 시스템의 동력원으로 사용되는 영구자석 동기전동기는 구조에 따라 별도의 냉각 시스템을 추가하거나 기존의 변속기 오일을 이용하여 전동기를 전폐 냉각할 수 있는 구조로 사용하지만, 차량의 구동 환경이나 조건에 따라 전동기의 온도 변화는 피할 수 없다. 이러한 온도 변화에 대한 대책이 없는 경우 온도 상승에 따라 동일 운전 영역에서 출력 저하로 인해 운전 효율이 감소하는 결과를 초래한다. 또한 차량에 사용된 영구자석 동기 전동기 구동을 위한 인버터는 배터리 전압을 입력으로 하기 때문에 배터리의 상태나 부하 전류에 따라 전압 변동이 발생한다. 인버터 입력 전압의 변동으로 인해 인버터가 출력할 수 있는 전압이 변동하게 되고, 이는 전동기의 운전 영역 변동으로 이어지므로 배터리 전압 변동에 대한 적절한 운전 영역의 변경이 필요하다. 고 신뢰성을 요구하는 차량에서 기존의 약자속 제어 방법은 전압과 속도의 함수인 자속과 전동기 토크를 입력으로 하는 D-Q축 전류에 대한 2차원 LUT을 이용한다. 그러나 하나의 온도에서 작성된 LUT을 사용할 경우 온도 변동에 대한 출력 변화를 피할 수 없으며, 온도에 따라 LUT을 작성할 경우 테이블 작성을 위한 많은 인력과 시간이 소요되고 여러 시스템과 합병 단계에서 제어 수행 시간에 대한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 HEV용 IPMSM의 온도 변화에 따른 파라미터 변동 및 제어 특성의 변화에 대해 분석하고, 하나의 온도에서 측정된 기존 자속 토크 기반의 LUT을 이용하여 기존 방법과 동일한 동특성을 유지하면서 토크 제어 정밀성을 확보할 수 있는 방안에 대해 제안한다. 제안된 방법은 운전 영역에 따라 자속과 토크 지령을 보상하여 하나의 LUT로 전동기 허용 온도 범위 내에서 토크 오차 2.5%미만으로 만족시킬 수 있다. 또한 하나의 LUT을 사용하므로 S/W를 간소화 할 수 있고, CPU 메모리 사용량은 2.05%, 부하율은 7.4% 감소시킬 수 있다.
The interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) has been widely utilized in hybrid electric vehicles(HEVs) such as traction motor due to high power density, high efficiency, mechanically robust rotor and, more importantly, wide speed region. Interior Permanent Magnet Synchronous Motor which i...
The interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) has been widely utilized in hybrid electric vehicles(HEVs) such as traction motor due to high power density, high efficiency, mechanically robust rotor and, more importantly, wide speed region. Interior Permanent Magnet Synchronous Motor which is used as power sources for HEV/EV systems, is used as the structure that adds separate cooling systems or can totally cool down by using transmission oil, but its temperature variations are unavoidable depending on the driving environment or conditions of the vehicle. If there is no counterplan against these temperature changes, the operation efficiency will be reduced due to torque loss in the same driving area as the temperature rises. In addition, the inverter for running a permanent magnet synchronous motor used in the vehicle occurs voltage variation according to the condition of the battery or load current. The variation in the inverter input voltage causes the voltage that the inverter can output to fluctuate, which leads to variation in the operating area of the motor, and therefore changes of appropriate operating area of the battery voltage change are required. In a vehicle requiring high reliability, the conventional abbreviated control method uses a two-dimensional LUT for the D-Q axis current, which receives magnetic flux as a function of voltage and speed and motor torque as input. This paper proposes a method to secure the torque control accuracy while maintaining the same dynamic characteristics as the conventional method using the stator flux linkage, torque based LUT measured at one temperature by using IPMSM for HEV. The proposed method can compensate the stator flux linkage and torque command according to the operating range and satisfy the torque error less than 2.5% within the allowable temperature range of the motor with one LUT. In addition, one LUT can be used to simplify the software, reduce CPU usage by 2.05%, and memory usage by 7.4%.
The interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) has been widely utilized in hybrid electric vehicles(HEVs) such as traction motor due to high power density, high efficiency, mechanically robust rotor and, more importantly, wide speed region. Interior Permanent Magnet Synchronous Motor which is used as power sources for HEV/EV systems, is used as the structure that adds separate cooling systems or can totally cool down by using transmission oil, but its temperature variations are unavoidable depending on the driving environment or conditions of the vehicle. If there is no counterplan against these temperature changes, the operation efficiency will be reduced due to torque loss in the same driving area as the temperature rises. In addition, the inverter for running a permanent magnet synchronous motor used in the vehicle occurs voltage variation according to the condition of the battery or load current. The variation in the inverter input voltage causes the voltage that the inverter can output to fluctuate, which leads to variation in the operating area of the motor, and therefore changes of appropriate operating area of the battery voltage change are required. In a vehicle requiring high reliability, the conventional abbreviated control method uses a two-dimensional LUT for the D-Q axis current, which receives magnetic flux as a function of voltage and speed and motor torque as input. This paper proposes a method to secure the torque control accuracy while maintaining the same dynamic characteristics as the conventional method using the stator flux linkage, torque based LUT measured at one temperature by using IPMSM for HEV. The proposed method can compensate the stator flux linkage and torque command according to the operating range and satisfy the torque error less than 2.5% within the allowable temperature range of the motor with one LUT. In addition, one LUT can be used to simplify the software, reduce CPU usage by 2.05%, and memory usage by 7.4%.
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