[논문]DC 전력선 통신을 이용한 Plug-in형 BLDC 구동 시스템

우도; 송성근; 이민중; 김광헌; 박성준

[국내논문] DC 전력선 통신을 이용한 Plug-in형 BLDC 구동 시스템
Plug-in BLDC Control System using DC-link Communication 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.14 no.2, 2009년, pp.105 - 111

우도 (전남대 전기공학과) , 송성근 (전자부품연구원) , 이민중 (전남대 전기공학과) , 김광헌 (전남대 전기공학과) , 박성준 (전남대 전기공학과)

초록
AI-Helper

현재 생활의 이기인 자동차 등에서 구동되는 기기의 전원은 배터리 전원을 주로 사용하고 있으며, 또한 산업체에 사용되는 인버터를 사용하는 기기에서도 DC 전원 사용이 확대되고 있다. 이와 같이 DC 전원이 사용되는 곳에서 전력선을 활용한 데이터 통신방식에 대한 수요가 급증할 것으로 사료된다. 본 논문에서는 DC 전원을 기반으로 하는 DC 전력선 통신을 이용하여 BLDC(Brushless DC) 전동기 구동시스템을 제안한다. 이 시스템의 특징은 인출되는 DC 전원으로 사용되는 2 선만으로 구성하여 데이터 통신을 할 수 있는 장점이 있다. 외부 설정치와 지령치로 사용되는 신호선을 제거하고 전력선과 엔코더 신호선의 단축으로 신뢰성 확보되며, 또한 멀티 제어 시 배선수의 최소화 및 회전기기 장착 시 슬립링 수를 최소화 할 수 있다. 위험한 환경에서도 안정성이 증가되며, 시스템 제작단가를 저감할 수 있다. 마지막으로 제안된 방식에 대한 우수성을 검증하기 위해서 PSIM 및 MATLAB를 활용하여 시뮬레이션을 실시하였고, 실제 프로토타입을 제작하여 실험을 통하여 그 타당성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The powers used in the motor drive system are mostly DC sources like batteries. Even AC powers in some systems are generated from DC sources by the inverter. It is can be forecasted that the DC-link communications will be widely used in various industrial fields. In this paper a novel BLDC motor drive system using DC-link communications is proposed. The characteristic of this system Is that the communication only needs 2 DC lines. There are not additional lines to translate the reference signals. And the reliability o3 the system is ensured especially under some terrible circumstances. The number of lines can be minimized when the DC-link communication method is applied in the multi motor control system and the slip ring design also can be simplified when this method is applied in rotation machines. The proposed motor system is clarified by the PSIM and MATLAB simulations and tested through the hardware prototype.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 DC 전원 및 DC 전력선 통신을 이용하여 BLDC 전동기 구동시스템을 제안한다. 본 방식은 DC 전원에서 DC 전력선 통신을 이용한 전동기 제어구성 장치에 관한 것으로, 본 장치의 특징은 인출되는 선의 수는 DC 전원인 2 가닥만으로 구성이 가능한 장점이 있다.
본 논문은 BLDC 구동에 필요한 많은 신호선을 제거하여 사용의 편리성을 도모하기 위해 DC 전력선 통신을 이용한 Plug-in 형 BLDC 구동 시스템을 제안하였다. 또한 제안된 방식의 타당성을 검증하기 위해 시뮬레이션 및 실험실 차원의 선행 실험을 수행하였으며, 실제 BLDC 모터제어를 통한 DC 전력선 통신의 가능성을 확인 하였다, 또한 RS232의 모든 통신 속도 115200bps에서 통신이 정상적으로 이루어짐을 확인 하였다.
BLDC 전동기 구동시스템을 제안한다. 본 방식은 DC 전원에서 DC 전력선 통신을 이용한 전동기 제어구성 장치에 관한 것으로, 본 장치의 특징은 인출되는 선의 수는 DC 전원인 2 가닥만으로 구성이 가능한 장점이 있다. 또한 본 방식의 전력선통신방식은 기존의 트랜스 리스 전력선 통신이 가능한 저가형 방식이 그 특징이다.
이러한 정류기를 내장함으로 기기의 단가 경쟁력이 떨어지고 있는 실정이다. 이를 극복하기 위해 향후 .전력 시스템은 교류에서 DC 시스템으로 변환할 것이다.

가설 설정

이를 극복하기 위해 향후 .전력 시스템은 교류에서 DC 시스템으로 변환할 것이다. 따라서 전력선 통신도 교류 전력선 통신방식에서 DC 전력선 통신 방식으로의 전환이 필요하다.

제안 방법

전원단 통신부로 전송한다. 그리고 통신신호가 BLDC DC전원 측으로의 누출을 방지하기 위해 스위칭 주파수 성분을 제거할 수 있도록 DC 전원 측으로 LPH인 L-C필터를 삽입하였다.
필터를 사용하였다. 먼저, 전원부분 출력 단과인버터 입력단의 고주파 통신신호의 통과를 저지하기 위한 저역통과필터를 사용하였다. 그리고 전원단 통신부와 모터 단 통신부의 발 .
본 논문에서 제안된 DC-link방식의 통신 가능성을 검증하기 위해 그림 8과 같이 PSIM을 이용한 송수신 시뮬레이션을 위한 회로도를 구성하였다.
본 논문에서 제안한 DC 전력선 통신 데이터를 복원하기 위해서 수식 (1)과 같이 푸리에 급수를 사용하였다.
여기서 /base 는 10비트 데이터를 전송하기 위한 기본주파수를 나타내었고, 그림 7에서 나타낸 것과 같이 그림 6의 신호를 복원하기 위해서 10차까지의 고조파 성분을 사용하면 되므로 본 논문에서 사용한 대역 통과 필터의 차단 주파수는 저주파 영역 11kHz, 고주파 영역 120kHz로 선정하여 설계 하였다.
디지털화 된 피드백 신호는 AVR의 RS232-RX단자를 통하여 데이터를 받아서 AV玉에서 구현된 비례 적분 제어기를 통해서 모터구동 필요한 스위치 PWM 지령 신호를 생성한다. 여기서 통신신호가 DC전원 측으로의 누출을 방지하기 위해 DC 전원측으로 LPH인 L-C 필터를 삽입하였다. 따라서 DC 전원측의 고주파 성분에 대한 임피던스가 매우 커져 대부분 제어 고조파신호가모터단 통신부로 전달된다.
그 이유는 가정이나 산업계에서 사용되는 전력의 대부분이 교류전원 체제로 구성되어 있기 때문이다(3) FPGA 및 USB 인터페이스 기반으로 자동차용 DC 전력선 통신방식에 연구를 진행하였으며, 기존의 AC 기반 통신 프로토콜을 DC기반 통신 프로토콜로 간략화를 추진하였다'4同. 페라이트 코어와 스위칭 증폭기를 이용한 PLC 통신신호 감쇠 저하 방안도 제안된다回 HVDC 시스템에서 DC 전력선 통신방식을 적용함에 있어서 기존의 높은 주파수를 통신에 의존하였던 것을 낮은 주파수(저주파)에서 적용가능 함을 주파수 분석을 통하여 증명하였다';”. 유도 전동기 등 현 산업에 사용되는 전기기기 및 가전기기의 전원들 중 대부분이 DC 전원을 요구하고 있으며, 각 기기마다 교류전원에서 DC 전원으로 변환하는 정류기를 내장하고 있다.

대상 데이터

이 두 종류의 필터 선정이 제안한 DC전력선 통신 성능을 좌우하는 중요한 파라미터로 저역통과필터는 L-C형 2차로 선정하였으며, 대역통과필터는 능동 BPF로 설계된다. BPFe 버터워스형 3차 고역통과 필터와 1차 저 역 통과 필터로 구성하였다.
송신단 AVRe 마스터로써 여러 대의 BLDC를 제어하기 위해 사용되고, 수신단 AV玉은 통신 및 BLDC제어용으로 사용하였다. 모터는 PITTMANS사 5500시리즈를 사용하였다.
본 논문에서 제안하는 DC-link 통신을 위해서는 두 종류의 필터를 사용하였다. 먼저, 전원부분 출력 단과인버터 입력단의 고주파 통신신호의 통과를 저지하기 위한 저역통과필터를 사용하였다.
본 논문에서는 DC 전력선 통신을 위해서 통신 속도는 115200bps를 선정하였으며, 제안된 DC 전력선 통신 데이터 비트는 시작 비트(1비트), 데이터 비트(8비트) 및 정지비트(1비트)를 포함하여 총 10비트를 사용하였다. 그러므로 USART 통신에서 10비트 데이터를 전송하기 위한 기본파 주파수는 수식 (3)과 같다.
송.수신단 및 BLDC 제어용으로 전원단 제어부와 모터단 제어부에 소형 마이크로프로세서인 Atmel 사 ATmegal28 (AVR)칩을 사용하였다. 송신단 AVRe 마스터로써 여러 대의 BLDC를 제어하기 위해 사용되고, 수신단 AV玉은 통신 및 BLDC제어용으로 사용하였다.
수신 신호를 검출하기 위 한 신호 검출용 대역통과필터를 사용하였다. 이 두 종류의 필터 선정이 제안한 DC전력선 통신 성능을 좌우하는 중요한 파라미터로 저역통과필터는 L-C형 2차로 선정하였으며, 대역통과필터는 능동 BPF로 설계된다. BPFe 버터워스형 3차 고역통과 필터와 1차 저 역 통과 필터로 구성하였다.

데이터처리

또한 본 방식의 전력선통신방식은 기존의 트랜스 리스 전력선 통신이 가능한 저가형 방식이 그 특징이다. 마지막으로 제안된 방식을 PSIM 및 MATLAB를 이용한 시뮬레이션 수행하였으며, 또한 실험 장치 제작 및 시험을 통하여 그 타당성을 검증하였다.

성능/효과

통신신호는 저역통과 필터 있기 때문에 DC 전원단과 모터의 DC전원 입력단에 영향이 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 따라서 통신 신호는 DCTink에 한정되어 나타나며, 이로 인하여 DC 전력선 통신이 가능하다는 결론을 내릴 수 있다.
또한 제안된 방식의 타당성을 검증하기 위해 시뮬레이션 및 실험실 차원의 선행 실험을 수행하였으며, 실제 BLDC 모터제어를 통한 DC 전력선 통신의 가능성을 확인 하였다, 또한 RS232의 모든 통신 속도 115200bps에서 통신이 정상적으로 이루어짐을 확인 하였다. 따라서 현장의 노이즈 정도에 따라 적당한 통신속도를 사용 한다면, 강인한 통신 시스템이 될 것으로 사료된다.
시뮬레이션 결과와 수신단 신호와 송신단 신호는 위상차는 다소나타고 있으나, 신호의 형태는 동일하게 나타나기 때문에 RS232 통신으로 사용이 가능하며, 송신 데이터를 바꿔도 신호는 DCTink에 통한 수신측 검출이 양호하게 됨을 볼 수 있다.

후속연구

또한 현재 이동용 기기인 자동차에서 구동되는 기기의 전원은 배터리 전원을 사용하며, 산업체에 사용되는 인버터를 사용하는 기기에서도 DC 전원을 사용하고 있다. 그러므로 향후 이와 같은 시스템에서 DC 전력선 통신에 대한 수요가 급증할 것으로 사료된다.

참고문헌 (7)

Min-Sang Seo, Seuk-Kyung Sung, Byung-Gyu Ann, 'Spread Spectrum Metod based Power Line Communication for Plant Monitoring and Control System', Power Electronics Annual Conference of the Korean Institute of Power Electronics, pp. 211-215, 1997, July
Joon-Myung Kang, Chang-Keun Park, 'Design and Implementation of Network Management System for Power Line Communcation Network', ISPLC 2007, pp. 23-28, 2007, March
Ferreira, H.C.; Grove, H.M.; Hooijen, O.; Han Vinck, A.J., 'Power line communications: an overview', IEEE AFRICON 4th, Vol. 2, 24-27, pp. 558-563, 1996
M. Trnka, M. Purkert, 'Communications over DC power lines', CTU 2005, pp. 366-367, 2005
M. Trnka, M. Purkert, 'Development system for Communications over DC power lines', In Applied Electronics 2005, pp. 341-344, 2005
Jong-Sun Ko, Young-ll Kim, 'The Signal Anti-reduction System in PLC Using Ferrite Core and Switching Amplifier', KlPE 2001, pp. 471-474, 2001, July
Tatro, P.J.; Adamson, K.A.; Eitzmann, M.A.; Smead, M., 'Power line carrier interference from HYDC converter terminals', Power Delivery, IEEE Transactions on Vol. 8, Issue 3, pp. 827-840, 1993, July

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증