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초고속 단상 BLDC 전동기의 고역률 전력 제어 방법
High Power Factor Control of High-speed Single-phase BLDC Motor 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.21 no.2, 2016년, pp.144 - 149  

이욱진 (Samsung Electronics Digital Appliances Business) ,  정부문 (Samsung Electronics Digital Appliances Business)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a power control method of high-speed single-phase BLDC motor. Most electric appliances require a power factor corrector (PFC) to mitigate grid current harmonics. However, the reactive components and power semiconductors in the PFC increase system cost and dimension. In this paper...

주제어

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문제 정의

  • 그림 2와 같은 PFC 회로는 인덕터, 스위치 및 입력 전류의 제어를 위한 회로가 추가로 사용되며 이러한 추가 부품들로 인하여 전체 구동 시스템의 가격, 부피 및 무게 등이 상승하게 되므로 저가, 소형의 구동 시스템에는 적합하지 않게 된다. 따라서 본 논문에서는 직류단 캐패시터 및 PFC를 삭제하고 최소한의 회로 요소로 동작할 수 있는 구동 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 단상 영구자석 전동기의 구동 방법은 스위치 소자 4개를 사용한 Full-bridge 형태의 인버터를 사용하여 전동기의 입력 파워를 직접 제어할 수 있으며, 조절된 파워로 인하여 입력 전류가 정현파에 가깝게 되어 별도의 PFC 회로가 필요하지 않게 된다.
  • . 따라서 저가의 소형 기기에 적용하기에는 적합하지 않으며, 이에 본 논문에서는 전류 피드백 제어를 사용하지 않는 개루프 제어를 통한 전력의 제어를 제안한다.
  • 본 논문에서는 PFC 없이 단상 영구자석 동기 전동기의 고역률 구동이 가능한 파워 제어 방법을 제안하였다. 전동기 구동용 인버터에 일반적으로 쓰이는 직류단의 대용량 전해 캐패시터를 삭제함으로써 다이오드 정류기를 통한 입력 전류의 불연속 구간을 줄여 고역률을 얻을 수 있다.

가설 설정

  • 7. Grid voltage(red) and grid current(green) of (a) proposed drive system with reduced dc-link capacitor and (b) conventional drive system.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 제안하는 단상 영구자석 전동기의 구동 방법은? 따라서 본 논문에서는 직류단 캐패시터 및 PFC를 삭제하고 최소한의 회로 요소로 동작할 수 있는 구동 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 단상 영구자석 전동기의 구동 방법은 스위치 소자 4개를 사용한 Full-bridge 형태의 인버터를 사용하여 전동기의 입력 파워를 직접 제어할 수 있으며, 조절된 파워로 인하여 입력 전류가 정현파에 가깝게 되어 별도의 PFC 회로가 필요하지 않게 된다. 또한, 고용량의 직류단 캐패시터가 필요 없어 소용량의 필름 캐패시터만으로 직류단 구성이 가능하여 부피, 수명 및 가격적인 측면에서 기존의 구동 시스템에 비하여 유리하다.
단상 영구자석 전동기란? 단상 영구자석 전동기는 그림 1과 같이 영구자석이 삽입된 회전자와 단상의 고정자 권선으로 구성되어 있으며, 회전자의 회전에 따라 고정자 권선에 교번하는 전류를 흘려 토크를 얻는 전동기이다. 단상으로 구성되어 있어 회전에 따른 토크 리플이 삼상에 비하여 매우 크다는 단점이 있지만, 그 구조가 간단한 장점이 있고 전동기 철심의 형상을 비교적 자유롭게 구성할 수 있어 전동기 구동을 위한 인버터의 주요 부품을 배치하는데 유리하여 소형화 측면에서 삼상 전동기에 비해 장점이 있다.
단상 영구자석 전동기의 장단점은? 단상 영구자석 전동기는 그림 1과 같이 영구자석이 삽입된 회전자와 단상의 고정자 권선으로 구성되어 있으며, 회전자의 회전에 따라 고정자 권선에 교번하는 전류를 흘려 토크를 얻는 전동기이다. 단상으로 구성되어 있어 회전에 따른 토크 리플이 삼상에 비하여 매우 크다는 단점이 있지만, 그 구조가 간단한 장점이 있고 전동기 철심의 형상을 비교적 자유롭게 구성할 수 있어 전동기 구동을 위한 인버터의 주요 부품을 배치하는데 유리하여 소형화 측면에서 삼상 전동기에 비해 장점이 있다. 따라서 토크 리플이 중요하지 않은 팬 모터를 비롯한 저가의 구동 시스템에 주로 사용되어 왔다.
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참고문헌 (9)

  1. Z. Q. Zhu, S. Bentouani, and D. Howe, "Control of single-phase permanent magnet brushless dc drives for high-speed applications," in Proc. Conf. Power Electron. Variable Speed Drives, pp. 327-332, 2000. 

  2. M. Andriollo, M. De Bortoli, G. Martinelli, A. Morini, and A. K. Tortella, "Design improvement of a single-phase brushless permanent magnet motor for small fan appliances," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 57, No. 1, pp. 85-95, Jan. 2010. 

  3. L. I. Iepure, I. Boldea, and F. Blaabjerg, "Hybrid I-f starting and observer-based sensorless control of single-phase BLDC-PM motor drives," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 59 No. 9, pp. 3436-3444, Sep. 2012. 

  4. C. L. Chiu, Y. T. Chen, Y. H. Shen, and R. H. Liang, "Optimizing efficiency driver comprising phase-locked loop for the single-phase brushless dc fan motor," IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 45, No. 1, pp. 120-126, Jan. 2009. 

  5. W. J. Lee, Y. R. Son, and J. I. Ha, "Single-phase active power filtering method using diode-rectifier-fed motor drive," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 51, No. 3, pp. 2227-2236, May/Jun. 2009. 

  6. K. Inazuma, H. Utsugi, and H. Haga, "High-power-factor single-phase diode rectifier driven by repetitively controlled IPM motor," IEEE Transactions on Industry Electronics, Vol. 60, No. 10, pp. 4427-4437, Oct. 2013. 

  7. J. S. Yim, S. K. Sul, B. H. Bae, N. R. Patel, and S. Hiti, "Modified current control schemes for high-performance permanent-magnet ac drives with low sampling to operating frequency ratio," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 45, No. 2, pp. 763-771, May/Apr. 2009. 

  8. B. P. McGrath, S. G. Parker, and D. G. Holmes, "High-performance current regulation for low-pulse-ratio inverters," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 49, No. 1, pp. 149-158, Jan./Feb. 2013. 

  9. A. N. Yoo, D. C. Lee, C. S. Jun, and S. K. Sul, "Novel speed and rotor position estimation strategy using a dual observer for low-resolution position sensors," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 24, No. 12, pp. 2897-2906, Dec. 2009. 

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