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다상 영구자석 동기 전동기의 자기 및 상호 인덕턴스 계산
Calculation of Self and Mutual Inductances in Multi-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.27 no.1, 2017년, pp.9 - 17  

이치우 (부산대학교 전기컴퓨터공학부)

초록
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다상 전동기는 기존의 3상 전동기와 비교하여 높은 신뢰성과 성능의 이점 때문에 고 신뢰성을 요하는 전장과 특수기기 분야에서 많은 관심을 갖고 있다. 본 연구에서는 다상 전동기들 중 5상 영구자석 동기 전동기를 이용하여 전동기 제어의 주요 변수인 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스를 수식을 통한 추정 방법을 다룬다. 최근 대부분의 고효율 구동 전동기들은 FOC(Field Orinted Control)와 DTC(Direct Torque Control) 제어를 이용하므로 전압 방정식에서 가장 중요한 인덕턴스를 정확하게 추정하는 것이 중요하다. 인덕턴스를 수식적으로 계산하기 위해서 본 연구에서는 WFT(Winding Function Theory)를 적용하였다. 계산된 인덕턴스의 결과 값의 타당성 유무를 확인하기 위하여 유한요소해석과 비교 하였으며 약 3%의 편차를 가지는 것을 확인하였다. 최종적으로 WFT를 이용하여 계산된 인덕턴스를 FOC와 DTC 제어에 필요한 값인 d축과 q축 인덕턴스로 변환하는 과정을 소개한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A multi-phase electric machine has gained distinct interest due to its high reliability compared to a three-phase structure, and in this paper, self and mutual inductances in a five-phase permanent magnet synchronous machine (PMSM) are estimated by an analytical method. Recently, most of high-perfor...

주제어

#다상   #영구자석 동기 전동기   #인덕턴스  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 최근 관심이 고조되고 있는 고 신뢰성을 요구하는 시스템에 적용 가능한 다상 전동기에 관한 연구이다. 기존에 사용되고 있는 3상 전동기를 대체할 차세대 전동기로 각광 받고 있는 5상 영구자석 동기 전동기를 이용하여 다상 전동기의 인덕턴스 계산 방법을 소개하였다.
  • 본 연구에서는 WFT 해석을 이용하여 5상 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스를 계산하는 방법을 소개한다. 계산된 인덕턴스의 결과 값의 타당성 유무를 확인하기 위하여 유한요소 해석과 비교하였으며 약 3 %의 편차를 가지는 것을 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전동기의 인덕턴스를 계산하기 위한 방법중 Winding Function Theory의 장점은 무엇인가? 유한요소해석의 단점인 긴 해석 시간을 보완하는 방안으로 자기등가회로법이 있으나 전동기의 각 부분의 릴럭턴스 계산을 통한 자기등가회로를 구현하는 과정에서 복잡한 수식 설계와 긴 코딩 시간이 필요한 단점이 있다. 따라서 최근 전동기 인덕턴스 계산에 있어서 유한요소해석의 정확성과 자기등가회로법의 짧은 해석 시간의 장점을 가지는 WFT(Winding Function Theory)를 이용한 해석이 각광을 받고 있는 추세이다. WFT 방법은 권선이 배치된 형상으로부터 인덕턴스 계산을 위한 수식을 유도하므로 수식이 간단하고 코딩을 통한 짧은 해석 시간이 장점이다[8, 9].
3상 전동기와 비교했을 때 다상 전동기의 장점은 무엇인가? 고 신뢰성을 요하는 전장, 항공, 군용, 의료 기기들에서는 기존 3상 전동기에서 다상 전동기로의 교체가 점차 확대되고 있다. 3상 전동기와 비교하여 다상 전동기는 두 개의 상의 고장에도 연속적인 운전이 가능하여 고 신뢰성을 요구하는 시스템에 적합하다. 또한 기존 3상 전동기보다 효율, 출력 밀도, 토크 맥동 개선이 유리한 장점이 있다[1-4].
전동기 제어 기법중 FOC가 연구 된 배경은 무엇인가? 최근 대부분의 고효율 운전을 하는 유도기와 동기 전동기는 고도의 정확성과 빠른 응답특성을 갖는 시스템이 필수적으로 요구된다. 이와 관련하여 다양한 제어기법이 연구되어졌으며 그중 전반적으로 많이 사용되는 제어 기법 중 하나가 FOC(Field Orinted Control)이다.
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참고문헌 (9)

  1. E. A. Klingshirn, IEEE Trans. Power Apparatus and Systems 102, 1 (1983). 

  2. M. A. Abbas, R. Christen, and T. M. Jahns, IEEE Trans. Industry Applications 20, 5 (1984). 

  3. E. A. Klingshirn, IEEE Trans. Industry Applications 21, 3 (1985). 

  4. K. N. Pavithran, R. Parimelalagan, and M. R. Krishnamurthy, IEEE Trans. Power Electronics 3, 2 (1988). 

  5. P. J. McCleer, J. M. Bailey, J. S. Lawler, and B. Banerjee, in Proc. Eur. Conf. Power Electronics and Applications (1991). 

  6. T. A. Lipo, in Conf. Rec. Int. Electrical Machines (1980). 

  7. H. A. Toliyat, T. A. Lipo, and J. C. White, IEEE Trans. Energy Conv. 6, 4 (1991). 

  8. Tessarolo, Alberto, IEEE Trans. Energy Conv. 27, 4 (2012). 

  9. I. Tabatabaei, J. Faiz, H. Lesani, and M. T. Nabavi-Razavi, IEEE Trans. Magn. 40, 3 (2004). 

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