열차추진시스템에서 유도전동기의 속도제어를 위한 제어기 설계에 대한 연구-2 A Study on the Design of Controller for Speed Control of the Induction Motor in the Train Propulsion System-2원문보기
현재 전기철도에서는 고성능 유도전동기를 사용하고 있어서 열차속도제어를 위해 벡터제어를 이용하고 있다. 또한 최근에 인버터와 제어이론의 개발로 인해 다양한 방법으로 유도전동기 제어가 가능하다. 현재 유도 전동기를 사용하는 철도차량은 교류전동기를 이용한 역행, 역상제동 및 회생제동 등이 가능하다. 따라서 다양한 방법을 적용하기 위해서는 모터블록과 유도전동기의 모델이 필요하다. 유도전동기의 제어 방법으로는 가변 전압운전, 가변주파수 운전을 통하여 유도전동기의 토크와 회전수를 제어한다. 철도차량 추진시스템은 많은 서브시스템을 가지고 있어 속도제어 성능을 해석하기가 매우 복잡하다. 본 논문에서는 유도전동기를 사용하는 철도차량 추진시스템을 대상으로 Matlab/Simulink를 이용한 속도제어 특성을 분석하였고, 일정시간에 부하에 대한 외란입력응답 특성을 해석하였다. 또한 철도차량 추진시스템의 속도제어 특성을 해석하기 위해 전류, 속도, 자속추정기 및 유도전동기 모델을 제시하였다.
현재 전기철도에서는 고성능 유도전동기를 사용하고 있어서 열차속도제어를 위해 벡터제어를 이용하고 있다. 또한 최근에 인버터와 제어이론의 개발로 인해 다양한 방법으로 유도전동기 제어가 가능하다. 현재 유도 전동기를 사용하는 철도차량은 교류전동기를 이용한 역행, 역상제동 및 회생제동 등이 가능하다. 따라서 다양한 방법을 적용하기 위해서는 모터블록과 유도전동기의 모델이 필요하다. 유도전동기의 제어 방법으로는 가변 전압운전, 가변주파수 운전을 통하여 유도전동기의 토크와 회전수를 제어한다. 철도차량 추진시스템은 많은 서브시스템을 가지고 있어 속도제어 성능을 해석하기가 매우 복잡하다. 본 논문에서는 유도전동기를 사용하는 철도차량 추진시스템을 대상으로 Matlab/Simulink를 이용한 속도제어 특성을 분석하였고, 일정시간에 부하에 대한 외란입력응답 특성을 해석하였다. 또한 철도차량 추진시스템의 속도제어 특성을 해석하기 위해 전류, 속도, 자속추정기 및 유도전동기 모델을 제시하였다.
Currently, vector control is used for speed control of trains because induction motor has high performance is installed in Electric railroad systems. Also, control of the induction motor is possible through various methods by developing inverters and control theory. Presently, rolling stocks which u...
Currently, vector control is used for speed control of trains because induction motor has high performance is installed in Electric railroad systems. Also, control of the induction motor is possible through various methods by developing inverters and control theory. Presently, rolling stocks which use the induction motor are possible to brake trains by using AC motor. Therefore model of motor block and induction motor is needed to adapt various methods. There is Variable Voltage Variable Frequency (VVVF) as the control method of the induction motor. The torque and speed is controlled in the VVVF. The propulsion system model in the electric railroad has many sub-systems. So, the analysis of performance of the speed control is very complex. In this paper, simulation models are suggested by using Matlab/Simulink in the speed control characteristic. On the basis of the simulation models, the response to disturbance input is analyzed about the load. Also, the current, speed and flux control model are proposed to analyze the speed control characteristic in the train propulsion system.
Currently, vector control is used for speed control of trains because induction motor has high performance is installed in Electric railroad systems. Also, control of the induction motor is possible through various methods by developing inverters and control theory. Presently, rolling stocks which use the induction motor are possible to brake trains by using AC motor. Therefore model of motor block and induction motor is needed to adapt various methods. There is Variable Voltage Variable Frequency (VVVF) as the control method of the induction motor. The torque and speed is controlled in the VVVF. The propulsion system model in the electric railroad has many sub-systems. So, the analysis of performance of the speed control is very complex. In this paper, simulation models are suggested by using Matlab/Simulink in the speed control characteristic. On the basis of the simulation models, the response to disturbance input is analyzed about the load. Also, the current, speed and flux control model are proposed to analyze the speed control characteristic in the train propulsion system.
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문제 정의
본 논문에서는 유도전동기 구동형 철도차량 추진시스템을 대상으로 Matlab/Simulink를 이용한 연계 시뮬레이션 모델을 개발하였고, 연계해석 결과를 바탕으로 한 전동기 구동 분야의 모의 시스템 설계 및 접근에 관하여 연구하였다. 또한 각각의 제어기 및 제어대상인 유도전동기를 라이브러리로써 모델링하여 철도차량 추진시스템의 성능을 쉽게 평가할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 유도전동기를 사용하는 철도차량 추진시스템을 대상으로 Matlab/Simulink를 이용한 연계 시뮬레이션 모델을 개발하였고, 연계해석 결과를 바탕으로 한 전동기 구동 분야의 모의 시스템 설계 및 접근에 관하여 연구하였으며, 각각의 제어기 및 제어대상인 유도전동기를 모델링하여 철도차량 추진시스템의 성능을 쉽게 평가할 수 있게 하였다. 또한 실 축소 모형을 통해 시스템의 알고리즘을 검증하였다.
본 논문에서는 추진시스템의 모델을 입증하고자 축소모델을 이용한 실험을 수행하였다. 2자유도 속도제어기의 특성을 검토하기 위해 제어파라미터 α의 변화 시의 속도 제어 특성을 확인하였으며, 속도지령을 100, 400, 1000[r/min]으로 각각 일정하게 유지하고 0.
제안 방법
2자유도 속도제어기의 특성을 검토하기 위해 제어파라미터 α의 변화 시의 속도 제어 특성을 확인하였으며, 속도지령을 100, 400, 1000[r/min]으로 각각 일정하게 유지하고 0.3~0.7[sec] 사이에 부하를 투입하여 외란입력응답특성을 확인하였다.
본 논문에서는 유도전동기 구동형 철도차량 추진시스템을 대상으로 Matlab/Simulink를 이용한 연계 시뮬레이션 모델을 개발하였고, 연계해석 결과를 바탕으로 한 전동기 구동 분야의 모의 시스템 설계 및 접근에 관하여 연구하였다. 또한 각각의 제어기 및 제어대상인 유도전동기를 라이브러리로써 모델링하여 철도차량 추진시스템의 성능을 쉽게 평가할 수 있도록 하였다. 실 축소 모형을 통해 시스템의 알고리즘을 검증하였다.
본 논문에서는 유도전동기를 사용하는 철도차량 추진시스템을 대상으로 Matlab/Simulink를 이용한 연계 시뮬레이션 모델을 개발하였고, 연계해석 결과를 바탕으로 한 전동기 구동 분야의 모의 시스템 설계 및 접근에 관하여 연구하였으며, 각각의 제어기 및 제어대상인 유도전동기를 모델링하여 철도차량 추진시스템의 성능을 쉽게 평가할 수 있게 하였다. 또한 실 축소 모형을 통해 시스템의 알고리즘을 검증하였다. 축소 모형실험에서는 속도지령의 스텝변화에 대한 전동기 속도의 응답 오버슈트가 작으면서 동시에 부하토크의 스텝변화에 대한 속도 응답의 회복시간도 짧은 2자유도 속도 제어기를 사용하였으며, 전압·전류 모델 합성 자속 제어기를 통해 저속, 고속에서 각각 다른 모델에 의한 자속을 추정하고 이로부터 자속각을 측정하는 알고리즘을 사용하였다.
본 논문에서는 속도제어기로써 PI, IP, 2자유도 제어기를 이용한다. PI 속도제어기의 모델은 Fig.
본 논문에서는 유도전동기의 전류를 제어하기 위해 PI제어기를 이용한다. 인버터를 이상적으로 간주하여 이득이 1이면 Fig.
또한 각각의 제어기 및 제어대상인 유도전동기를 라이브러리로써 모델링하여 철도차량 추진시스템의 성능을 쉽게 평가할 수 있도록 하였다. 실 축소 모형을 통해 시스템의 알고리즘을 검증하였다.
축소 모형실험에서는 속도지령의 스텝변화에 대한 전동기 속도의 응답 오버슈트가 작으면서 동시에 부하토크의 스텝변화에 대한 속도 응답의 회복시간도 짧은 2자유도 속도 제어기를 사용하였으며, 전압·전류 모델 합성 자속 제어기를 통해 저속, 고속에서 각각 다른 모델에 의한 자속을 추정하고 이로부터 자속각을 측정하는 알고리즘을 사용하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
벡터제어의 특징은?
현재 전기철도에서는 고성능 유도전동기를 사용하고 있어서 벡터제어를 이용하고 있다. 벡터제어는 정지 상태에서부터 저속 및 고속영역에까지 빠른 순시 토크제어가 가능하여 빠르고 정밀한 제어가 가능하다[2]. 벡터제어를 하기 위해서는 복잡한 철도차량 추진시스템의 모델이 필수적이다.
철도차량 추진시스템에서 벡터제어를 통해 얻고자 한 특성은 무엇인가?
철도차량 추진시스템에서는 높은 출력 토크 능력과 빠른 토크 제어 특성을 가져야 한다. 이를 가능하게 하기 위해서 벡터제어를 이용해야 한다.
3상 유도전동기의 저속운전영역에서는 어떤 방법으로 자속을 연산하는 것이 유용한가?
저속운전영역에서는 회전자 속도와 고정자 전류로부터 자 속을 연산하는 방법이 유용하다. 회전자좌표계(ω=ωr)에서의 고정자와 회전자 전압방정식을 다시 쓰면 다음과 같다[12].
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