[논문]전기자동차 구동을 위한 IPMSM의 최대 토크제어

이홍균; 이정철; 정동화

전기자동차 구동을 위한 IPMSM의 최대 토크제어
Maximum Torque Control of IPMSM for Electric Vehicle Drive 원문보기

이홍균 (순천대 대학원 정보통신공학부) , 이정철 (순천대 대학원 정보통신공학부) , 정동화 (순천대학교 전기제어공학과)

IPMSM은 고효율, 고성능으로 전동기로서 전기 자동차의 적용분야에 적용되고 있다. 본 논문에서는 전기자동차의 구동을 위하여 PMSM의 약계자 영역에서 최대 토크제어를 제시한다. 최대 토크동작을 위하여 최적 d축 전류를 결정하고 이 전류를 각 제어모드에서 사용한다. 최대 토크를 발생하기 위하여 전류 조절기의 출력인 인버터의 출력 전압은 DC 링크전압을 최대로 이용한다. 제안한 IPMSM 최대 토크제어의 특성을 제시하고 타당성을 입증한다.

Interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) has become a popular choice in electric vehicle applications, due to their excellent power to weight ratio. The paper is proposed maximum torque control of IPMSM for electric vehicle drive. The control method is applicable over the entire speed range and considered the limits of the inverter's current and voltage rated value. For each control mode, a condition that determines the optimal d-axis current ${^i}_d$ for maximum torque operation is derived. The proposed control algorithm is applied to IPMSM drive system for electric vehicle drive, the operating characteristics controlled by maximum torque control are examined in detail by simulation.

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문제 정의

본 논문에서는 전기자동차 구동을 위하여 IPMSM 드라이브의 최대토크를 제어하기 위하여 d와 9축 전류의 최적 구성을 선정하는 방법을 제시하였다. 기저 속도 이하인 저속에서는 MTPA 제어가 가능하였고 고속에서는 약계자제어 및 MTPA 제어가 가능하였다.
본 논문에서는 전기자동차의 구동을 위하여 PMSM 의 약계자 영역에서 최대 토크제어를 제시한다. 최대토크 동작을 위하여 최적 d축 전류를 결정하고 이 전류를 각 제어모드에서 사용한다.

제안 방법

지령속도와 실제속도를 비교하여 그 오차속도를 PI 제어기와 전류 리미터를 이용하여 《를 구한다. 식 (14)에서 iq 는d 는 n 로 대치 하면 £에 대한 결과식 을 계산할 수 있다.

이론/모형

인버터에서 전동기에 공급되는 최대전압 는 베터리 전압과 PWM 방식에 의해 제한된다. 전압 공간벡터에 기초한 PWM 방식을 사용하며 는 匕混右 을 사용한다. 전압제한을 방지하기 위하여 요구전압의 크기를 제한치 내에서 동작하도록 하고 기준전류의 발생은 d 축 전류를 감소시켜야 한다.

성능/효과

(2) 기저속도 이하에서는 요구되는 출력전압이 정격전압보다 작다. "2 가 정격전압과 일치하기 때문에 % 은 京 보다 작게 된다.
m] 로 스텝으로 인가할 경우에 응답특성을 비교한 결과이다. FWR 영역에서 토크를 변화시킬 경우에도 본 논문에서 제시한 최대 토크제어가 약계자 제어를 효율적으로 수행하며 응답 특성이 양호하게 나타난다.
따라서 저속과 고속의 전 속도영역에서 본 논문에서 제시한 방법이 우수한 응답 특성의 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 전압제한 영역인 모드 HI까지 속도 영역을 확장함으로써 IPMSM의 고속운전을 가능하게 하였다.
기저 속도 이하인 저속에서는 MTPA 제어가 가능하였고 고속에서는 약계자제어 및 MTPA 제어가 가능하였다. 속도 및 부하토크가 변동할 경우에도 본 논문에서 제시한 기법이 종래의 板) 방법보다 매우 양호한 응답 특성을 얻을 수 있었다.
최대토크를 얻을 수 있었다. 따라서 본 논문에서 제시한 최대 토크제어의 타당성을 입증할 수 있었다.
속도 및 부하토크가 변동할 경우에도 본 논문에서 제시한 기법이 종래의 板) 방법보다 매우 양호한 응답 특성을 얻을 수 있었다. 따라서 저속과 고속의 전 속도영역에서 본 논문에서 제시한 방법이 우수한 응답 특성의 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 전압제한 영역인 모드 HI까지 속도 영역을 확장함으로써 IPMSM의 고속운전을 가능하게 하였다.
그림 (a)는 지령 속도와 실제 속도, (b)는 d 축 전류, (c)는 9 축 전류 및 (d) 는발생토크를 나타낸다. 본 논문에서 제시한 방법이 종래의 방법보다 전 운전영역에서 9축 전류는 작게 나타나지만 d 축 전류의 변화로 토크가 매우 상승된다. 최대 토크제어는 'd = 0 방법보다 속도가 빠르게 정상 상태에 추종하며 刁축 전류는 감소하며 정상상태에 도달할 때까지 토크는 매우 크게 나타난다.
본 논문에서 제시한 제어기법이 종래의 板> 제어 보다 토크를 상승시킬 수 있었으며 CTR에서 MTPA 제어와 에서 약계자 제어 및 MTPA가 양호하게 수행하여 최대토크를 얻을 수 있었다. 따라서 본 논문에서 제시한 최대 토크제어의 타당성을 입증할 수 있었다.
제어모드의 원활한 전이는 지령신호에 기초하여 자동적으로 수행한다. 본 논문에서 제시한 최대 토크제어로 IPMSM의 다양한 응답성능을 분석하고 종래의 방법과 비교하여 본 논문의 타당성을 입증한다.
기저 속도 이하인 저속에서는 MTPA 제어가 가능하였고 고속에서는 약계자제어 및 MTPA 제어가 가능하였다. 속도 및 부하토크가 변동할 경우에도 본 논문에서 제시한 기법이 종래의 板) 방법보다 매우 양호한 응답 특성을 얻을 수 있었다. 따라서 저속과 고속의 전 속도영역에서 본 논문에서 제시한 방법이 우수한 응답 특성의 결과를 얻을 수 있었다.

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