[논문]독립 6상 BLDC 전동기의 특성해석에 관한 연구

정성영; 공영경; 빈재구; 신판석; 김장목; 최홍순; 오진석

doi:10.5916/jkosme.2009.33.6.939

독립 6상 BLDC 전동기의 특성해석에 관한 연구
Characteristic Analysis of Independent 6 phase BLDC Motor 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.33 no.6, 2009년, pp.939 - 945

정성영 (한국해양대학교 대학원 메카트로닉스) , 공영경 (국방과학연구소) , 빈재구 (국방과학연구소) , 신판석 (홍익대학교) , 김장목 (부산대학교) , 최홍순 (경북대학교) , 오진석 (한국해양대학교 선박전자기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is described BLDC motor in the submarine propulsion system which is asked high power per unit area. This study analyzes the independent 6-phase BLDC motor a specific extended by existing the independent 3-phase BLDC motor and propose forward development direction. Independent 6-phase motor has a characteristics that phases of stator are independent electrically with each other and two's independence 3-phase BLDC motor are linked with each difference of 60 degree. Six-phase BLDC motor is simulated with Matlab-simulink, the simulation result has a high current and low torque pulsation than existent independence 3-phase BLDC motor.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 다상 영구자석형 전동기중 하나인 독립 6상 BLDC 전동기를 수학적으로 모델링하여 체계적인 해석을 수행하고, 기존의 독립 3상 BLDC 전동기와 비교하여 수중함에 적합한 전동기를 설계하는 기초 자료를 확보하고자 한다.
본 연구는 독립 3상 BLDC 전동기를 확장한 독립 6상 BLDC 전동기에 대하여 수학적 모델링을 진행하였으며, 히스테리시스 전류제어기를 적용하여 시뮬레이션하여 결과를 확인하였다.

제안 방법

독립 3상 BLDC 전동기와 독립 6상 BLDC 전동기의 특성을 비교하기 위해 속도 1200rpm, 부하 토크 6.2N/m의 동일한 조건에서 히스테리시스 전류 제어기를 이용하여 시뮬레이션을 진행하였다.
독립 6상 전동기를 제어하기 위하여 본 논문에서는 히스테리시스 전류제어기를 적용하였다. 히스테리시스 전류제어기는 순시 궤환 제어기의 한 종류로써, 전류 오차를 측정하여 오차가 정해진 밴드를 벗어나면 인버터의 스위치 상태를 바꾸어 오차가 밴드 내에 머무르게 한다.

이론/모형

앞서 설명한 독립 6상 BLDC 전동기를 Mathworks사의 Matlab - Simulink를 이용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 모델은 Fig.
Y결선 BLDC 전동기는 중성점의 존재로 인해 별도의 스위칭 알고리즘이 없어도 상전환시 각 상의 전위는 일정하게 유지되지만, 독립상 BLDC 전동기의 경우 중성점이 없기 때문에 스위칭 패턴을 적용하지 않으면 상의 전위가 불분명한 상태가 되어 작은 상전류가 흐르게 되고, 이 상전류는 전압 맥동을 가져온다. 이러한 상황을 방지하기 위해 상 전환시에도 히스테리시스 전류 제어 알고리즘을 적용하여 상전류의 흐름을 억제하였다.

성능/효과

시뮬레이션 결과 독립 6상 BLDC 전동기는 같은 조건일 경우 독립 3상 BLDC 전동기에 비해 높은 출력을 가지며, 낮은 전류 맥동을 가짐을 확인할 수 있다. 또한 독립 6상 BLDC의 경우 3상이 정확하게 역상으로 배치되기 때문에, Main Controller의 연산량이 반으로 줄어들어 Main Controller의 부하를 줄일 수 있으며, 2대의 독립 3상 BLDC가 한축에 연결된 형태를 취함으로써 1대의 인버터가 동작을 하지 않는 경우에도 다른 1대의 인버터만으로 동작을 할 수 있다는 장점을 가진다.

후속연구

과 스위칭 소자의 특성 및 데드 타임에 관한 추가적인 연구가 필요하며, 다양한 알고리즘에 대한 검증이 있어야 한다. 또한, 실제 실험을 통한 전동기 특성 해석이 추가적으로 진행되어야 할 것으로 생각된다.
본 연구는 시뮬레이션을 통한 6상 전동기의 특성을 살펴보는데 중점을 뒀으며, 차후 실제 전동기에 적용하기 위해 토크 맥동^[5]과 스위칭 소자의 특성 및 데드 타임에 관한 추가적인 연구가 필요하며, 다양한 알고리즘에 대한 검증이 있어야 한다. 또한, 실제 실험을 통한 전동기 특성 해석이 추가적으로 진행되어야 할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반적으로 수중함에 영구자석형 전동기가 사용되는 이유는?	일반적으로 수상함의 경우 유도전동기(induction motor)를 사용하여 추진 시스템을 설계하지만, 수중함의 경우 공간적 제약성으로 인해 전력의 효율성보다 단위 면적당 높은 출력을 요구한다. 그러므로 일반적으로 수중함에는 유도전동기가 아닌 영구자석형 전동기(permanent magnet propulsion motor)를 사용하고 있으며, 수중함의 전원 시스템은 축전지 전원을 기반으로 한 직류 전원 시스템을 이용하기 때문에, BLDC(Brushless DC electric motor) 전동기를 사용한다.
	히스테리시스 전류제어기의 장단점은?	히스테리시스 전류제어기는 순시 궤환 제어기의 한 종류로써, 전류 오차를 측정하여 오차가 정해진 밴드를 벗어나면 인버터의 스위치 상태를 바꾸어 오차가 밴드 내에 머무르게 한다. 이 제어기는 밴드폭이 작을 경우 스위칭 주파수가 급격히 증가한다는 단점이 있으나[4], 동적 응답이 빠르고, 최대전류 제한능력을 가지며, 부하 파라미터 변동에 민감하지 않다는 장점을 가진다.
	독립 6상 BLDC 전동기는 어떤 구조인가?	독립 6상 BLDC 전동기는 2대의 독립 3상 BLDC 전동기가 복합되어 있는 구조이다. 여기서 독립상이란 권선 구조가 기존의 Y결선 방식이 아닌 각 상이 별개로 분리되어 있는 구조를 말한다.

참고문헌 (5)

공영경 "전기추진선박의 추진 체계 발전 방향", 한국마린엔지니어링 학회지 pp. 548-554, 제27권, 제5호, 2003

원문보기 상세보기
Kwan-Jun Jo and Jin-Seok Oh, "Characteristic analysis of independent 3 phase BLDC motor", The Korean Institute of Power Eletrictronics, pp. 277-284, Vol. 12, No. 3, 2007
Jin-Seok Oh, Heui-han Yoo, Jang-mok Kim, Kwan-Jun Jo, Jun-Ho Kwak and Hyung-Shic oh, "Characteristic analysis of inverter for multi-phase BLDC motor", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 31, No. 8, pp. 983-989, 2007

원문보기 상세보기
이석, 전윤석, 목형수, 김덕근, "7상 BLDC 전동기 구동시스템을 위한 새로운 전류제어기에 관한 연구", 전력전자학회논문지 제6권, 제2호, pp. 191-201,2001.4

원문보기 상세보기
Byoung-Hee Kang, Hyoung-Soo Mok and Gyu-Ha Choc, "Optimum Torque Control Method for BLDC Motor with Minimum Torque Pulsation", The Korean Institute of Power Eletrictronics, Vol. 8, No. 1, 2002

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