[논문]d-q 동기좌표 변환 개념을 이용한 BLDC 전동기의 센서리스

문종주; 허홍준; 김장목

doi:10.6113/tkpe.2015.20.3.232

d-q 동기좌표 변환 개념을 이용한 BLDC 전동기의 센서리스
Sensorless Control of BLDC Motor using d-q Synchronously Rotating Reference Frame Concept 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.20 no.3, 2015년, pp.232 - 238

문종주 (Dept. of Electrical Eng., Pusan Nat'l University) , 허홍준 (Dept. of Electrical Eng., Pusan Nat'l University) , 김장목 (Dept. of Electrical Eng., Pusan Nat'l University)

Abstract ▼ AI-Helper

A sensorless control algorithm of brushless DC (BLDC) motors with a model current based on 120 degree conduction mode is proposed in this paper. The rotor speed and position can be estimated using the current model of BLDC motor, which is a modified version of the conventional current model of permanent magnet synchronous motor. The rotor speed and position can be obtained using the difference of the actual current and the model current. The position error caused by the parameter errors of the model current is compensated using a PI controller and the feedback loop of the real current. The validity of the proposed sensorless control algorithm is verified through simulation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 d-q 동기좌표변환 개념을 이용한 BLDC 전동기의 전류 모델기반 센서리스 알고리즘의 타당성을 검증하기 위해 실험을 수행 하였다.
3상 BLDC 전동기의 등가회로는 인버터 시스템의 구조는 그림 1과 같다. 본 논문은 3상 2여자 방식에서의 센서리스 제어 방식을 제안한다. 3상 2여자의 상전류 제어는 그림 2와 같이 역기전력이 평탄한 구간에 대해 120° 동안 도통된다.

제안 방법

정확한 보상을 위해서는 ∆v_r를 해석해야 하지만 속도 및 부하에 따라 비선형 함수로 나타나므로 정확한 분석이 어렵다. 따라서 본 논문에서는 60도 마다 나타나는 d축 전류 오차의 피크치에 비례하여 직관적으로 위치를 추가 보상하였다.
따라서 본 논문에서는 그림 3에서 나타있는 이상적인 d축 전류와 실제 측정된 3상 전류를 좌표 변환한 d축 전류의 오차를 PI제어기에 입력하여 ∆vγ를 보상하였다.
본 논문에서는 dq 전류 모델링 센서리스 제어 방식[12]을 BLDC 전동기의 3상 2여자 방식에 맞게 발전시켜 적용하였다. 전류 모델 방식의 센서리스이기 때문에 기존의 BLDC 센서리스 기법과 비교했을 때 연속적인 위치의 추정이 가능하다.
본 논문에서는 마츠이가 제안한 dq전류 모델링 센서리스 제어 방식을 BLDC 전동기의 3상 2여자 방식에 맞게 발전시켜 적용하였다^[12]. 이로 인하여 연속적인 회전자의 위치 추정이 BLDC 전동기에서 가능해진다.

대상 데이터

실제 위치를 측정하기 위해 홀센서가 설치된 3상 BLDC 전동기가 사용되었다. 대상 전동기의 제정수는 표 3에 나타내었다.

데이터처리

주어진 상전류 센서 2개를 제외하고 그 외 추가적인 하드웨어가 요구되지 않는다. 제안된 알고리즘은 실험을 통하여 그 타당성을 검증하였다.

이론/모형

캐리어 주파수와 스위칭 주파수는 10kHz이다. PWM 스위칭 방식은 유니폴라 방식 중에서 upper 스위칭 방식을 사용하였다.
대상 전동기의 제정수는 표 3에 나타내었다. 센서리스 알고리즘은 TI사의 TMS320C28346을 사용하여 구현하였다. 캐리어 주파수와 스위칭 주파수는 10kHz이다.

성능/효과

임의의 d축으로 전압을 인가하여 회전자를 정렬시킨 이후에 전동기를 기동시켰다. 지령 속도 2,000 [RPM]까지 증가하는 과도 상태에서 최대 전류가 발생하고 목표 속도에 가까울수록 서서히 전류가 적어지면서 정상상태에 수렴하는 것을 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	3상 브러시리스 직류 전동기의 장점은?	일반적으로 3상 브러시리스 직류 전동기(BLDC, Brushless DC Motor)는 구조가 간단하고 큰 토크를 낼 수 있으며, 높은 전력 밀도 및 고효율 등의 장점들로 인하여 산업분야에서 그 사용이 증가하고 있다[1],[2],[3].
	회전자의 위치 및 속도 센서로는 어떤 것들이 사용되는가?	이는 계자자속이 영구자석에 의하여 형성되므로, 쇄교 자속의 위치에 따라 적절한 위상의 전류를 인가해야 요구되는 토크를 생성할 수 있기 때문이다. 회전자의 위치 및 속도 센서로서는 홀센서(hall effect sensor), 레졸버 및 엔코더와 같은 센서들이 사용되고 있다. 그러나 이러한 위치 센서의 장착은 전동기 시스템의 가격 상승 뿐만 아니라 부피의 증가, 신뢰성의 저하, 사용 환경의 제약, 전자파 장애등의 많은 문제를 유발시킨다.
	BLDC 전동기는 정확한 속도 및 토크 제어를 위해서 회전자의 속도 뿐 아니라, 회전자의 위치 정보가 반드시 필요하다, 그 이유는?	BLDC 전동기는 정확한 속도 및 토크제어를 위해서 회전자의 속도 뿐 아니라, 회전자의 위치정보가 반드시 필요하다. 이는 계자자속이 영구자석에 의하여 형성되므로, 쇄교 자속의 위치에 따라 적절한 위상의 전류를 인가해야 요구되는 토크를 생성할 수 있기 때문이다. 회전자의 위치 및 속도 센서로서는 홀센서(hall effect sensor), 레졸버 및 엔코더와 같은 센서들이 사용되고 있다.

참고문헌 (12)

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