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Sensorless BLDC 전동기 구동을 위한 개선된 스위칭 방법
Improved switching method for sensorless BLDC motor drive 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.5 no.2, 2010년, pp.164 - 170  

이호형 (광운대학교 제어계측공학과) ,  조황 (광운대학교 정보제어공학과) ,  이기서 (광운대학교 정보제어공학과)

초록
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브러시리스(brushless) DC 전동기는 회전자의 위치에 따라 3상 중 2상에 전류를 흐르게 하는 방식으로 구동되며 회전자의 위치를 검출하기 위해서는 홀센서나 엔코더등과 같은 자기식 또는 광학식 위치 검출 센서가 사용되는데 이러한 센서들은 고온이나 저온에서 원치 않는 동작을 유발할 수 있고 전동기의 가격과 부피를 증가시키는 단점이 있다. 최근에는 전동기의 가격과 부피적 측면 그리고 강건성을 고려하여 센서리스(Sensorless) 전동기 구동에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문은 전동기를 Unipolar PWM 방법으로 고속으로 회전시킬 경우 발생되는 노이즈에 의해 Zero Crossing Point 관측이 어려워 정확한 제어가 용이하지 않은 문제점을 개선하여 드라이버의 수명을 증대시키면서 고속에서도 노이즈를 최소화 할 수 있는 새로운 스위칭 방법을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In brushless DC motor, current flow should be controlled such that only properly selected 2 out of 3 phases carry current depending on the position of rotor. In order to detect position of rotor, hole sensor, encoder, optical position-detecting sensor, and magnetic position-detecting sensor are freq...

주제어

#Brushless Motor   #Sensorless   #Unipolar PWM   #Bipolar PWM   #Zero Crossing   #Improved Unipolar PWM  

AI 본문요약
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문제 정의

  • Unipolar PWM 방법을 사용할 경우에는 Bipolar PWM 방법 보다는 효율이 우수 하지만 3상 중 동작하지 않는 오픈된 상에 누설 전류가 발생하여 Zero Crossing Point를 정확히 측정하는데 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 Improved Unipolar PWM 구동 방법을 사용하여 FET의 수명과 정확한 Zero Crossing Point를 찾아 낼 수 있는 방법을 제안한다.[4,5,6,7]
  • 그 전류의 영향으로 생성되는 노이즈 때문에 정확한 Zero Crossing Point를 찾아내기가 힘들어지게 된다. 따라서 본 논문에서는 원치 않는 전류의 흐름을 제거한 Improved Unipolar PWM 구동 방법을 제안한다. Improved Unipolar PWM 구동 방법은 개방된 상의 전류의 흐름을 제거하기 위하여 각 Segment 상황을 두 부분으로 나누어서 개방된 상의 역기전력의 부호가 변화하는 구간을 관찰 후 변화가 이루어졌을 때 스위칭 방식을 변경하는 방법이다.
  • 본 논문에서는 BLDC 전동기를 Unipolar PWM 구동 방법으로 구동할 때 개방된 상의 후리필링 다이오드(free wheeling Diode)를 통해 흐르는 누설 전류의 흐름을 제거하여 높은 회전 속도에서도 Zero Crossing Point의 관측을 용이하게 하기 위하여 Improved Unipolar PWM 구동 방법을 제안하였다. 제안된 방식은 Bipolar PWM 구동 방법에 비하여 스위칭 횟수가 절반으로 줄어들기 때문에 드라이버의 수명 연장을 가능하게 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
BLDC 전동기는 무엇인가? BLDC(Brushless DC) 전동기는 DC 전동기에서 브러시와 정류자 대신 전자적인 정류 기구를 설치한 전 동기이다. 높은 효율과 토크, 작은 크기 등을 장점으로 경전철과 열차 내의 자동 문등과 같은 여러 분야에서 사용되고 있다.
BLDC 전동기의 구동은 어떤 방식으로 이루어지나? 높은 효율과 토크, 작은 크기 등을 장점으로 경전철과 열차 내의 자동 문등과 같은 여러 분야에서 사용되고 있다. BLDC 전동기의 구동은 인버터 회로를 이용하여 영구자석 회전자의 위치에 따라 3개의 상 중 항상 두 상의 전류만 흐르게 하여 스위치를 구동하고 한 상은 개방되는 방식으로 이루어진다. 이를 위해 BLDC 전동기는 회전자 위치에 따라 전동기의 상전류를 전환해 주어야 하므로 홀센서나 엔코더와 같은 회전자 위치 검출 센서가 필수적이며, 이는 시스템의 가격 상승, 부피 증가, 사용 환경의 제약 등의 문제점을 초래한다.
BLDC 전동기은 어떤 장점으로 여러 분야에서 사용되고 있나? BLDC(Brushless DC) 전동기는 DC 전동기에서 브러시와 정류자 대신 전자적인 정류 기구를 설치한 전 동기이다. 높은 효율과 토크, 작은 크기 등을 장점으로 경전철과 열차 내의 자동 문등과 같은 여러 분야에서 사용되고 있다. BLDC 전동기의 구동은 인버터 회로를 이용하여 영구자석 회전자의 위치에 따라 3개의 상 중 항상 두 상의 전류만 흐르게 하여 스위치를 구동하고 한 상은 개방되는 방식으로 이루어진다.
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참고문헌 (10)

  1. 전용호, 조황, 최익, "속도센서가 없는 허브-휠 전동기의 속도추정을 위한 이산시간 칼만필터의 설계 및 구현", 한국철도학회 논문집, Vol 11, No. 2, pp.203-210, 2008. 

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  2. 김태성, 박병건, 이동명, 유지수, 현동석, "A New Approach to sensorless Control Method for Brushless DC Motors", International Journal of Control Automation and Systems, Vol. 6, No. 4, pp.477-487, 2008. 

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  3. 김길동, 조정민, "철도차량의 Anti-Slip 제어 및 속도센서리스 벡터제어", 한국철도학회 논문집, Vol. 8, No. 3, pp.216-221, 2005. 

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  4. Timothy Chang, Chung Wang, Edwin Chhen, "Speed Control of Brushless Motor Using Low Resolution Sensor", Proceedings of the American Control Conference, 2001. 

  5. 배건웅, 이재영, 최경선, "Sensorless BLDC Motor 제어기 개발", 대한기계학회 추계학술대회 논문집, pp.826-829, 1999. 

  6. 설승기, 전기기기 제어론, 브레인코리아, 2002. 

  7. Tae-Sung Kim, Sung-Chan Ahn and Dong-seok Hyun, "BLDC 전동기의 토크리플 저감을 위한 새로운 전류 제어 알고리즘에 대한 연구", 전력전자학회 논문집, Vol 6, No. 5, pp.416-422, 2001. 

  8. Kwang-Woon Lee, Jung-bae Park, Hyeong-Gee Yeo, Ji-Yoon yoo and Hyun-Min Jo, "Current Control Algorithm to Reduce torque Ripple In Brushless DC Motors", ICPE 국제학술대회논문집, pp.380-385, 1998. 

  9. M. A. Rahman, "Modern Electric Motors in Electronic World", Proc. of IEEE IECON, pp.644-648, 1993. 

  10. N.Matsui, "Sensorless PM Brushless DC motor drives", IEEE trans Industrial Electronics, Vol. 43, No. 2, pp.300-308, 1996. 

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