자동차용 전동 컴프레서는 속도 영역과 효율 그리고 내구성을 중요시하여, IPMSM을 주로 사용한다. 자동차용 전동 컴프레서는 소형화와 정숙성이 중요하기에 스크롤 압축방식을 주로 사용하지만, 냉매 부하와 기계적 마찰로 발생하는 기계적 충돌에 의해 생기는 비정상적인 소음 및 진동은 정숙성을 요구하는 자동차용 전동 컴프레서에 악영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 전동 컴프레서의 IF 기동 시, 발생하는 진동과 소음을 억제하기 위한 간단한 제어 방법을 제안하였다. 또한 3-션트 저항을 사용하여 3상 전압원 ...
자동차용 전동 컴프레서는 속도 영역과 효율 그리고 내구성을 중요시하여, IPMSM을 주로 사용한다. 자동차용 전동 컴프레서는 소형화와 정숙성이 중요하기에 스크롤 압축방식을 주로 사용하지만, 냉매 부하와 기계적 마찰로 발생하는 기계적 충돌에 의해 생기는 비정상적인 소음 및 진동은 정숙성을 요구하는 자동차용 전동 컴프레서에 악영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 전동 컴프레서의 IF 기동 시, 발생하는 진동과 소음을 억제하기 위한 간단한 제어 방법을 제안하였다. 또한 3-션트 저항을 사용하여 3상 전압원 인버터에 감지 불가능한 전류를 재구축 하는 방법을 제안 하였다. IPMSM은 정상 속도 범위에서 역기전력 관측기를 사용하여 센서리스 추정으로 제어됩니다. 일반 센서리스 속도 범위까지 속도를 높이기 위해 IF 개방 루프 시작 방법이 사용됩니다. IF 기동 시 유체 부하로 인한 속도 변화로 인해 기계적인 진동과 소음이 발생합니다. 또한, 3션트 저항을 사용하는 3상 전압원 인버터는 인버터의 출력 전압이 높으면 2개의 전류를 검출할 수 없는 영역이 있어 센서리스 제어에 악영향을 미치게 된다. 기계적 진동과 소음을 줄이기 위해 본 논문에서는 초기 회전자 위치 추정 방법을 사용하였고, 속도 비교를 통한 간단한 토크 보상 방법을 제안하였다. 또한 각도 비교를 통해 토크를 가변적으로 감소시켜 센서리스 제어로의 전환을 제안하였다. 제안하는 방법은 기존의 회전자 정렬 방법이 아닌 초기 회전자 위치 추정을 사용한다. 또한 오픈루프 속도지령에 따라 증가되는 지령 토크 기울기는 오픈루프 속도지령과 추정 속도 사이의 히스테리시스 오차에 의해 변화한다. 오픈 루프 제어에서 폐쇄 루프 센서리스 제어로 전환하는 동안 각도 동기화를 위한 지령토크 기울기는 추정된 각도와 기준 각도 사이의 오차에 의해 감소합니다. 초기 로터 위치 및 속도에 따른 가변 전류는 정지, 시작 및 전환 영역에서 압축기 충돌을 줄입니다. 그 결과 기계적 진동과 소음을 줄일 수 있습니다. 마지막으로 감지할 수 없는 상전류를 복원하기 위해 전압과 전류의 관계는 형태는 같지만 시간지연을 이용하였다. 2상 전류가 검출되지 않을 때의 전류비와 미리 저장된 전압비를 이용하여 1상 전류를 추정하고, 검출된 상전류와 추정된 상전류를 이용하여 나머지 1상 전류를 복원하였다. 제안된 시동 방법은 11kW IPMSM 구동 HVAC(Heating, Ventilation & Air conditioning) 압축기에 의해 검증되었습니다. 실험 결과는 시작부터 정상 속도 범위까지 진동과 소음이 감소했음을 보여줍니다. 또한 인버터의 출력 전압이 높을 때 제안된 재구성 알고리즘을 통해 감지할 수 없는 전류가 복원됨을 보여준다.
자동차용 전동 컴프레서는 속도 영역과 효율 그리고 내구성을 중요시하여, IPMSM을 주로 사용한다. 자동차용 전동 컴프레서는 소형화와 정숙성이 중요하기에 스크롤 압축방식을 주로 사용하지만, 냉매 부하와 기계적 마찰로 발생하는 기계적 충돌에 의해 생기는 비정상적인 소음 및 진동은 정숙성을 요구하는 자동차용 전동 컴프레서에 악영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 전동 컴프레서의 IF 기동 시, 발생하는 진동과 소음을 억제하기 위한 간단한 제어 방법을 제안하였다. 또한 3-션트 저항을 사용하여 3상 전압원 인버터에 감지 불가능한 전류를 재구축 하는 방법을 제안 하였다. IPMSM은 정상 속도 범위에서 역기전력 관측기를 사용하여 센서리스 추정으로 제어됩니다. 일반 센서리스 속도 범위까지 속도를 높이기 위해 IF 개방 루프 시작 방법이 사용됩니다. IF 기동 시 유체 부하로 인한 속도 변화로 인해 기계적인 진동과 소음이 발생합니다. 또한, 3션트 저항을 사용하는 3상 전압원 인버터는 인버터의 출력 전압이 높으면 2개의 전류를 검출할 수 없는 영역이 있어 센서리스 제어에 악영향을 미치게 된다. 기계적 진동과 소음을 줄이기 위해 본 논문에서는 초기 회전자 위치 추정 방법을 사용하였고, 속도 비교를 통한 간단한 토크 보상 방법을 제안하였다. 또한 각도 비교를 통해 토크를 가변적으로 감소시켜 센서리스 제어로의 전환을 제안하였다. 제안하는 방법은 기존의 회전자 정렬 방법이 아닌 초기 회전자 위치 추정을 사용한다. 또한 오픈루프 속도지령에 따라 증가되는 지령 토크 기울기는 오픈루프 속도지령과 추정 속도 사이의 히스테리시스 오차에 의해 변화한다. 오픈 루프 제어에서 폐쇄 루프 센서리스 제어로 전환하는 동안 각도 동기화를 위한 지령토크 기울기는 추정된 각도와 기준 각도 사이의 오차에 의해 감소합니다. 초기 로터 위치 및 속도에 따른 가변 전류는 정지, 시작 및 전환 영역에서 압축기 충돌을 줄입니다. 그 결과 기계적 진동과 소음을 줄일 수 있습니다. 마지막으로 감지할 수 없는 상전류를 복원하기 위해 전압과 전류의 관계는 형태는 같지만 시간지연을 이용하였다. 2상 전류가 검출되지 않을 때의 전류비와 미리 저장된 전압비를 이용하여 1상 전류를 추정하고, 검출된 상전류와 추정된 상전류를 이용하여 나머지 1상 전류를 복원하였다. 제안된 시동 방법은 11kW IPMSM 구동 HVAC(Heating, Ventilation & Air conditioning) 압축기에 의해 검증되었습니다. 실험 결과는 시작부터 정상 속도 범위까지 진동과 소음이 감소했음을 보여줍니다. 또한 인버터의 출력 전압이 높을 때 제안된 재구성 알고리즘을 통해 감지할 수 없는 전류가 복원됨을 보여준다.
The air conditioning compressors for vehicles are mainly driven by IPMSMs (Interior Permanent Magnet Synchronous Motors) considering the speed range, efficiency, and durability of the motor. Among the many types of compressors, the scroll type is often adopted to reduce system size and noise. Howeve...
The air conditioning compressors for vehicles are mainly driven by IPMSMs (Interior Permanent Magnet Synchronous Motors) considering the speed range, efficiency, and durability of the motor. Among the many types of compressors, the scroll type is often adopted to reduce system size and noise. However, friction and collision due to refrigerant load causes unwanted noise and vibration that adversely affect the compressor and creates a considerably audible noise especially in electric vehicles. In this paper, a simple control method was proposed to suppress vibration and noise generated during the IF start-up of an electric compressor. In addition, a method to reconstruct the undetectable current in a three-phase VSI (Voltage Source Inverter) using a three-shunt resistor is proposed. The IPMSM is controlled sensorlessly using a back emf observer in the normal speed range. An IF open loop starting method is used to speed up from standstill. During IF start-up, the speed fluctuations due to the fluid load causes mechanical vibration and noise. In addition, a three-phase VSI with the three-shunt resistor has a region in which two currents cannot be detected when the output voltage of the inverter is high, which adversely affects sensorless control. In this paper, initial rotor position estimation method to reduce mechanical vibration and noise, and a simple torque compensation method through speed comparison are proposed. In addition, the torque can be variably reduced through angle comparison and the switch from open loop to sensorless control is presented.
The proposed method uses initial rotor position estimation rather than the conventional rotor alignment method. In addition, the command torque slope increases according to the open-loop speed command. This slope changes according to the hysteresis error between the open-loop speed command and the estimated speed. During the transition from open-loop to the close-loop sensorless control, the command torque slope for angle synchronization is adjusted by the error between the estimated angle and the reference angle. Variable current reduces the collisions of the compressor scroll in the stop, start and transition sections. As a result, mechanical vibration and noise can be reduced. Finally, to reconstruct the undetectable phase current, the time delay between voltage and current was used. When two phase currents are not detected, the first phase current is estimated using the stored voltage ratio and current ratio. Then, the remaining undetectable current is reconstructed using the estimated and detected currents. The proposed starting method was validated through experiments with an 11kW IPMSM driven HVAC (Heating, Ventilation & Air conditioning) compressor. Experimental results show that vibration and noise from standstill to the normal speed range can be reduced using the proposed method. Furthermore, the undetectable current can be reconstructed using the proposed reconstruction algorithm when the output voltage of the inverter is high.
The air conditioning compressors for vehicles are mainly driven by IPMSMs (Interior Permanent Magnet Synchronous Motors) considering the speed range, efficiency, and durability of the motor. Among the many types of compressors, the scroll type is often adopted to reduce system size and noise. However, friction and collision due to refrigerant load causes unwanted noise and vibration that adversely affect the compressor and creates a considerably audible noise especially in electric vehicles. In this paper, a simple control method was proposed to suppress vibration and noise generated during the IF start-up of an electric compressor. In addition, a method to reconstruct the undetectable current in a three-phase VSI (Voltage Source Inverter) using a three-shunt resistor is proposed. The IPMSM is controlled sensorlessly using a back emf observer in the normal speed range. An IF open loop starting method is used to speed up from standstill. During IF start-up, the speed fluctuations due to the fluid load causes mechanical vibration and noise. In addition, a three-phase VSI with the three-shunt resistor has a region in which two currents cannot be detected when the output voltage of the inverter is high, which adversely affects sensorless control. In this paper, initial rotor position estimation method to reduce mechanical vibration and noise, and a simple torque compensation method through speed comparison are proposed. In addition, the torque can be variably reduced through angle comparison and the switch from open loop to sensorless control is presented.
The proposed method uses initial rotor position estimation rather than the conventional rotor alignment method. In addition, the command torque slope increases according to the open-loop speed command. This slope changes according to the hysteresis error between the open-loop speed command and the estimated speed. During the transition from open-loop to the close-loop sensorless control, the command torque slope for angle synchronization is adjusted by the error between the estimated angle and the reference angle. Variable current reduces the collisions of the compressor scroll in the stop, start and transition sections. As a result, mechanical vibration and noise can be reduced. Finally, to reconstruct the undetectable phase current, the time delay between voltage and current was used. When two phase currents are not detected, the first phase current is estimated using the stored voltage ratio and current ratio. Then, the remaining undetectable current is reconstructed using the estimated and detected currents. The proposed starting method was validated through experiments with an 11kW IPMSM driven HVAC (Heating, Ventilation & Air conditioning) compressor. Experimental results show that vibration and noise from standstill to the normal speed range can be reduced using the proposed method. Furthermore, the undetectable current can be reconstructed using the proposed reconstruction algorithm when the output voltage of the inverter is high.
주제어
#차량용 전동 압축기 IPMSM IF 센서리스 진동 및 소음 저감 션트 저항 저가형 인버터 전류 복원 전압비
학위논문 정보
저자
박준휘
학위수여기관
경성대학교 일반대학원
학위구분
국내박사
학과
메카트로닉스공학과 메카트로닉스공학
지도교수
이동희,안진우
발행연도
2023
키워드
차량용 전동 압축기 IPMSM IF 센서리스 진동 및 소음 저감 션트 저항 저가형 인버터 전류 복원 전압비
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