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이중 PLL 구조를 이용한 표면부착형 영구자석 동기전동기 센서리스 구동장치의 성능 개선
Performance Improvement of Sensorless Drives for Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor using a Dual PLL Structure 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.22 no.6, 2017년, pp.543 - 546  

이광운 (Dept. of Electronic Engineering, Mokpo Nat'l Maritime University)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a simple approach for improving the performance of back-electromotive force (back-EMF)-estimation-based sensorless drives for surface-mounted permanent magnet synchronous motors (SPMSM). Similar to conventional approaches, a hypothetical d-q synchronous reference frame model of S...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서 제시한 이중 PLL 구조의 역기전력 기반 SPMSM 센서리스 위치 추정 방식의 효용성을 입증할 목적으로 표 1과 같은 SPMSM을 사용하여 실험을 진행하였다.
  • 본 논문에서는 SPMSM 센서리스 제어 성능을 개선할 목적으로 그림 4와 같이 이중 PLL 구조의 위치 추정기를 제안한다. 그림 4의 제안된 방식에서는 δ축에서 추정된 역기전력 (#)를 역기전력 상수(λPM)로 나눈 값으로부터 회전자의 추정 속도(#)를 구하고, PLL 1은 식 (4)를 이용하여 추정한 위치 오차에 비례 이득(kep)을 곱한 값과 추정 속도 (#)의 합을 적분하여 회전자의 추정 위치(#)를 구한다.
  • 본 논문에서는 인버터에서 별도의 데드타임 보상을 하지 않는 경우 역기전력 추정 기반의 SPMSM 센서리스 구동장치에서 인버터 비선형성으로 인한 성능 저하문제를 개선할 수 있는 이중 PLL(Phase Locked Loop)구조의 센서리스 위치 추정기를 제안하고자 한다. 제안하는 방식에서는 역기전력 추정을 목적으로 가상 동기 좌표계에서의 전압 모델을 사용하고, 추정 역기전력으로부터 회전자 위치 오차의 추정 값을 구한다.
  • 또한, 두개의 PLL 구조를 갖는 회전자 위치/속도 추정기를 사용하여 인버터 비선형성으로 인해 나타나는 추정 역기전력의 오차를 보상한다. 실험을 통해 제시된 방식의 효용성을 입증하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
표면 부착형 영구자석 동기전동기의 특징은? 표면 부착형 영구자석 동기전동기(SPMSM)는 세탁기, 팬(fan) 등의 구동 목적으로 널리 사용되고 있으며, 근래에는 SPMSM 드라이브의 가격 절감을 목적으로 회전자 위치 검출 센서를 제거한 센서리스(sensorless) 구동 방식이 적용되고 있다[1]. SPMSM의 센서리스 제어에는 전동기의 모델을 이용하여 역기전력 또는 자속을 추정하는 방식이 사용되는데, 인버터의 데드 타임(dead time)등으로 인한 비선형성으로 인해 센서리스 제어 성능이 크게 저하될 수 있다[2].
SPMSM의 센서리스 제어 방식을 사용할 때 발생하는 문제점은 무엇인가? 표면 부착형 영구자석 동기전동기(SPMSM)는 세탁기, 팬(fan) 등의 구동 목적으로 널리 사용되고 있으며, 근래에는 SPMSM 드라이브의 가격 절감을 목적으로 회전자 위치 검출 센서를 제거한 센서리스(sensorless) 구동 방식이 적용되고 있다[1]. SPMSM의 센서리스 제어에는 전동기의 모델을 이용하여 역기전력 또는 자속을 추정하는 방식이 사용되는데, 인버터의 데드 타임(dead time)등으로 인한 비선형성으로 인해 센서리스 제어 성능이 크게 저하될 수 있다[2]. 이에 대한 대책으로 데드 타임보상에 많은 노력이 필요한데, 실용적인 관점에서 볼 때 데드 타임으로 인한 전압 오차를 보상하는 것은 상당히 어려운 일이다.
데드 타임으로 인한 성능 저하를 해결하기 위해 제시되는 방법은 무엇인가? 이에 대한 대책으로 데드 타임보상에 많은 노력이 필요한데, 실용적인 관점에서 볼 때 데드 타임으로 인한 전압 오차를 보상하는 것은 상당히 어려운 일이다. 인버터 출력 전압을 측정하여 센서리스 위치 추정기의 성능을 개선하는 방식이 제시되었는데, 추가적인 회로의 사용으로 드라이브의 구현 비용이 상승될 수 있다[3]. 전동기 드라이브를 저비용으로 구현하는 것이 중요시 되는 응용 분야에서는 별도의 데드타임 보상을 수행하지 않기도 하는데, 이것은 데드타임 보상이 어렵고 부품 편차로 인해 데드타임 보상이 영향을 받을 수 있기 때문이다.
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참고문헌 (3)

  1. H. J. Kim, K. Y. Cho, H. W. Kim, and K. W. Lee, "Eliminating method of estimated magnetic flux offset in flux based sensorless control algorithm of surface mounted PM synchronous motor," The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, Vol. 22, No. 3, pp. 216-222, Jun. 2017. 

  2. K. W. Lee and J. I. Ha, "Evaluation of back-emf estimators for sensorless control of permanent magnet synchronous motors," Journal of Power Electronics, Vol. 12, No. 4, pp. 604-614, Jul. 2012. 

  3. S. J. Chee, J. Kim, S. K. Sul, "Dead-time compensation based on pole voltage measurement," Proc. IEEE Energy Convers. Congr. Expo., pp. 1549-1555, Sep. 2015. 

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