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유도 전동기 센서리스 제어를 위한 동기 각속도 오차 보상기를 갖는 향상된 Programmable LPF 자속 추정기
Improved Programmable LPF Flux Estimator with Synchronous Angular Speed Error Compensator for Sensorless Control of Induction Motors 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.18 no.3, 2013년, pp.232 - 239  

이상수 (Hyundai Heavy Industries) ,  박병건 (Korea Electrotechnology Research Institute) ,  김래영 (Dept. of Electrical Eng., Hanyang University) ,  현동석 (Dept. of Electrical Eng., Hanyang University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes an improved stator flux estimator through ensuring conventional PLPF to act as a pure integrator for sensorless control of induction motors. Conventional PLPF uses the estimated synchronous speed as a cut-off frequency and has the gain and phase compensators. The gain and phase c...

주제어

#induction motor   #programmable low pass filter   #sensorless control  

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

문제 정의

  • 또한 각각의 오차들이 0으로 수렴하는 시간 역시 줄어드는 것을 확인 할 수 있다. 따라서 본 논문은 제안한 동기 각속도 오차 보상기를 갖는 PLPF의 타당성을 부하 실험을 통해 검증하였다.
  • 하지만 PCLPF는 단독 PLPF에 비해 추가적인 시지연과 증가된 계산양이 문제가 될 수 있다. 본 논문에서는 앞서 언급한 PCLPF의 문제점들을 최소화 할 수 있는 단독 PLPF에 대해서 전류 모델과 전압 모델 간의 전환 시 초기 값을 간단한 수식을 이용하여 결정하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 시뮬레이션과 실험을 통하여 그 타당성과 성능이 검증되었다.
  • 본 논문에서는 이득 보상기와 위상 지연 보상기를 갖는 PLPF 전압 모델에서 동기 각속도 오차와 고정자 자속의 위상 지연 오차의 관계를 분석하였다. 분석을 바탕으로 두 오차의 수학적 관계식을 유도하고, 계산된 동기 각속도 오차를 실시간으로 추정 동기 각속도에 보상하는 방법을 제안하였다.
  • 동기 각속도 오차가 존재한다면 고정자 자속은 역기전력과 직교하지 않고 위상 지연 오차가 발생할 것이라는 것을 예상할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 사실을 바탕으로 동기 각속도 오차가 고정자 자속의 위상 지연오차와 비례하는 관계를 분석하고 이에 대한 보상 방법을 제안한다.
  • 하지만 PCLPF는 연속적인 3개의 PLPF를 사용함으로써 자속 추정에 있어서 단독 PLPF에 비하여 추가적인 시지연과 증가된 계산양이 문제가 될 수 있다. 본 논문은 언급한 PCLPF의 문제점들을 최소화할 수 있는 단독 PLPF 전압 모델에 대해서 모델 간 전환 시 PLPF의 초기 값을 간단한 수식을 이용하여 결정하는 방법을 제안한다. 2절 ‘기존의 PLPF를 이용한 전압 모델’에서 이득 보상기와 위상 지연 보상기를 갖는 PLPF 전압 모델 방정식은 식 (11)과 (12)로 유도 되었다.
  • 지금까지 vector diagram을 통하여 동기 각속도 오차가 위상 지연 오차와 관계가 있음을 분석하였다. 해당 분석을 바탕으로 본 논문은 동기 각속도와 위상 지연오차의 수학적 관계를 유도하고 보상 기법을 제안한다.

가설 설정

  • 따라서 tangent 연산자를 대신할 방법이 요구된다. 위에서 언급한 전압모델의 적용 가능한 속도 영역을 고려하면 추정 동기 각속도는 동기 각속도 오차에 대해 충분히 크다고 가정할 수 있다. 그러므로 # 의 가정을 바탕으로 식 (21)의 arc-tangent 항의 #을 #으로 간주할 수 있다.
  • 전환 시 초기값 결정을 위해 전환 이전 샘플링 시간에서의 전류모델의 출력 (λαs_c[ n - 1 ] , λβs_c[ n - 1 ] )이 전압 모델의 출력 (λαs_v[ n - 1 ] , λβs_v[ n - 1 ] )과 동일하다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
속도 센서의 단점은? 벡터 제어를 위해서는 전동기의 회전자 속도 정보를 요구하기 때문에 속도 센서를 필요로 한다. 하지만 속도 센서는 추가 비용과 설치에 따른 전동기 세트의 볼륨의 증가를 가져오며 열이나 진동 등 외부 환경에 취약한 단점을 가지고 있다. 따라서 속도 센서 없는 센서리스 제어 기법에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다[1]-[9].
전류 모델이 센서리스 제어 방법으로 적합하지 않은 이유는? 일반적으로 자속 추정 모델로 전류 모델 또는 전압 모델이 널리 사용되어 왔다. 전류 모델은 전동기 파라미터 변동에 민감하며 속도 정보를 요구하기 때문에 센서리스 제어 방법으로는 적합하지 않다. 이와 반대로 고정자 자속 기준제어 (SFOC)에서의 전압 모델은 전동기 파라미터로서 고정자 저항만을 요구하며, 역기전력의 적분을 통해 간단히 고정자 자속을 추정할 수 있다.
전압 모델의 단점을 해결하기 위해 제안된 방법은? 전압 모델의 단점은 적분기를 사용함으로써 발생하는 dc drift와 saturation 문제들이 있다. 이를 해결하고자 1차 저역 통과 필터 (LPF)를 이용한 방법이 제안되었다[1]. LPF는 기본적으로 크기와 위상 오차를 갖게되며, 넓은 속도 영역에서 오차를 최소화하기 위해서는 매우 낮은 차단 주파수를 요구한다.
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참고문헌 (9)

  1. M. H. Shin, D. S. Hyun, S. B. Cho, S. Y. Choe, "An improved stator flux estimation for speed sensorless stator flux orientation control of induction motors," IEEE Transactions. on Power Electronics, Vol. 15, No. 2, pp. 312-318, Mar. 2000. 

    상세보기 crossref

  2. Z. Xing, Q. Wenlong, and L. Haifeng, "A new integrator for voltage model flux estimation in a digital DTC system," In TENCON 2006. 2006 IEEE Region 10 Conference, pp. 1-4, Nov. 2006. 

  3. M. Hinkkanen and J. Luomi, "Modified integrator for voltage model flux estimation of induction motors," IEEE Transactions. on Industrial Electronics, Vol. 50, No. 4, pp. 818-820, Aug. 2003. 

    상세보기 crossref

  4. M. Comanescu, L. Xu, "An improved flux observer based on PLL frequency estimator for sensorless vector control of induction motors," IEEE Transactions. on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 1, pp. 50-56, Feb. 2006. 

    상세보기 crossref

  5. J. Hu and B. Wu, "New integration algorithms for estimating motor flux over a wide speed range," IEEE Transactions. on Power Electronics, Vol. 13, No. 5, pp. 969-977, Sep. 1998. 

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  6. J. Kim, K. Nam, J. Chung, and H. Sunwoo, "Sensorless vector control scheme for induction motors based on a stator flux estimator with quadrant error compensation rule," IEEE Transactions. Ind. Appl., Vol. 39, No. 2, pp. 492-503, Mar./Apr. 2003. 

    상세보기 crossref

  7. X. Xu, R. D. Doncker, and D. W. Novotny, "A stator flux oriented induction machine drive," In Proc. IEEE PESC Rec., pp. 870-876, 1998. 

  8. B. K. Bose, N. R. Patel, and K. Rajashekara, "A start-up method for a speed sensorless stator flux oriented vector-controlled induction motor drive," IEEE Transactions. on Industrial Electronics., Vol. 44, No. 4, pp. 587-590, Aug. 1997. 

    상세보기 crossref

  9. T. W. Chun, M. K. Choi, and B. K. Bose, "A novel start-up scheme of stator flux oriented vector controlled induction motor drive without torque jerk," IEEE IAS Annual Meeting, pp. 148-153, 2001. 

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