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풀 브리지 인버터 기반 단상 유도전동기의 소프트 기동 기법
Soft Start-up Algorithm of Single-Phase Induction Motor Based on Full-bridge Inverter 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.22 no.2, 2018년, pp.258 - 265  

김태성 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungnam University) ,  강형도 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungnam University) ,  황선환 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungnam University)

초록
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본 논문은 단상 유도전동기의 기동 시 발생하는 기동전류를 분석하고 이를 저감하기 위한 알고리즘을 제안한다. 일반적으로 단상 유도전동기는 구조적인 특성으로 인해 기동토크를 발생시킬 수 있는 별도의 기동장치가 요구된다. 본 논문에서 사용되고 있는 방법은 커패시터-기동/커패시터-운전 방식이며 타 방식 대비 기동토크가 크고 운전효율이 높은 특성이 있다. 하지만 초기 기동 시 약 5~6배에 해당되는 돌입전류가 발생하며 이로 인한 초저온 냉동고 기동 소자와 주변기기들의 소손 및 수명 저하의 원인이 된다. 기동 시 발생하는 돌입전류를 저감하기 위하여 가상 dq모델 기반의 전류제어 알고리즘을 적용하여 기동 전류를 제한하고, 정격운전에 도달 시 상용전원과 동일한 운전조건으로 전환하기 위한 알고리즘을 실험을 통하여 그 타당성을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes an algorithm for reducing the starting current when the single-phase induction motor starts and analyzes its operation. Generally, the single-phase induction motors require several starters to generate the starting torque due to their structural characteristics. In this paper, a ...

주제어

#Single-phase induction motor   #Soft start-up algorithm   #Virtual dq-based current controller   #Operation transition   #Capacitor-start/capacitor-run  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 PWM 인버터를 적용하여 단상 유도전동기의 출력 전류를 전역통과필터의 특성을 이용해 가상 q축을 만들고, 가상의 dq축 좌표변환을 이용하여 기동 시 발생하는 돌입전류를 저감할 수 있는 동기좌표계 PI 전류제어를 사용하고자 한다. 또한, 주권선 및 보조 권선의 전류를 측정하고 제어할 수 있는 경우에는 센서리스 제어방법을 적용할 수 있다[9].
  • 본 논문에서는 초저온 냉동기의 기동전류 저감을 위해 가상 dq모델 기반의 새로운 소프트 기동 알고리즘을 제안한다. 또한, 기동 후 정상상태 운전 영역에서 일정전압/일정주파수(CVCF) 동작을 위해 운전모드 전환 알고리즘이 제시되었다.
  • 이러한 문제를 해결하기 위한 전환 알고리즘은 정상 상태에서 일정 전압 및 일정 주파수를 제어하도록 설계되었다. 제안하는 소프트 기동 알고리즘의 유용성과 유효성은 3상 유도전동기에 널리 사용되는 오픈루프 전압제어 기법과의 성능 비교를 통해 실험으로 검증하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
단상 유도전동기를 기동하기 위한 기존의 방법에는 무엇이 있는가? 이러한 단상 유도전동기를 기동하기 위한 기존의 방법으로는 분상 기동, 커패시터 기동, 커패시터 운전, 커패시터-기동/커패시터-운전(CSCR) 및 셰이딩폴(SP) 방식이 있다[1],[2]. 그러나 이러한 고정식 시스템 구조의 직접 기동방법을 이용할 때 모터의 기동 전류는 정격의 5~6배 정도에 해당하는 과전류가 흐르게 되고, 이로 인해 기계적인 토크 맥동이 발생할 수 있다.
단상 유도전동기의 특징은 무엇인가? 일반적인 가전제품의 경우, 상용전원이 단상 교류 전원이므로 단상 유도전동기는 추가적인 전력변환장치 없이 직접 사용할 수 있으며, 견고하고 유지 보수가 용의하고 비용이 저렴하여 가전제품 이외에 다양한 산업용 및 가전제품에 널리 사용되고 있다.
위상제어기법의 문제점은 무엇인가? 두 번째 기법인 위상제어기법은 사이리스터의 전압제어를 이용하여 큰 기동 전류를 줄이는 저비용의 효과적인 방법이다[4]. 하지만 고조파 제한 기준을 초과하는 고조파뿐만 아니라, 홀수 및 짝수 고조파를 포함하는 불연속 입력 전류 파형을 발생시키는 문제점이 있다.
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참고문헌 (16)

  1. C. J. KIM, C. Y. Choi, D. E. Lee, G. S. Choi, and S. H. Beak, "Torque characteristics of single phase induction motor for phase control method", in Electrical Machines and Systems, 2003 ICEMS, 2003, pp. 510-513. DOI: 10.1109/ICEMS.2003.1274093 

  2. E. Muljadi, Y. Zhao, T. H. Liu, T. A. Lipo, "Adjustable ac capacitor for a single-phase induction motor," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 29, No. 3, 1993, pp. 479-485.DOI: 10.1109/28.222415 

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  3. F. M. Bruce, R. J. Graefe, A. Lutz and M. D. Panlener, "Reduced-voltage starting of squirrel-cage induction motors", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 1A-20, No. 1, 1984, pp. 46-55. DOI: 10.1109/TIA.1984.4504374 

  4. V. V. Sastry, M. R. Prasad and T. V. Sivakumar, "Optimal soft starting of voltage-controller-fed IM drive based on voltage across thyristor", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 12, No. 6, 1997, pp. 1041-1051. DOI: 10.1109/63.641502 

    상세보기

  5. A. S. Ba-thunya, R. Khopkar, K. Wei, and H. A. Toliyat, "Single phase induction motor drives - A literature survey", Electric Machines and Drives Conference, 2001 IEEE, 2001, pp. 911-916. DOI: 10.1109/IEMDC.2001.939428 

  6. A. Khoei and S. Yuvarajan, "Steady state performance of a single phase induction motor fed by a direct ac-ac converter", Proceedings of IEEE Conference, 1989, pp. 128-132. DOI: 10.1109/IAS.1989.96641 

  7. Ashraf Ali Khan, Honnyong Cha, Hafiz Furqan Ahmed, "An Improved Single-Phase Direct PWM Inverting Buck-Boost AC-AC Converter" IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, pp. 5384-5393. DOI: 10.1109/TIE.2016.2565461 

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  8. D. Yildrim and M. Bilgic, "PWM AC Chopper Control of Single-Phase Induction Motor for Variable-Speed Fan Application", 34th Annualconference of IEEE Industrial Electronics, 2008, Vol.1, No.1, 2008, pp.1337-1342. DOI: 10.1109/IECON.2008.4758148 

  9. J. I. Ha, S. K. Sul, "Sensorless Field Orientation Control of an Induction Machine by High-Frequency Signal Injection", IEEE Transactions on Industry Application, Vol. 35, No. 1, 1999, pp. 45-51 .DOI: 10.1109/IAS.1997.643058 

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  10. D. N. Zmood, "Frequency-domain analysis of three-phase linear current regulators," IEEE trans. on Industrial Electronics, vol. 37, 2001, pp. 601-610.DOI: 10.1109/IAS.1999.801601 

  11. F. Blaabjerg, R. Teodorescu, M. Liserre, A. V. Timbus, "Overview of Control and Grid Synchronization for Distributed P ower Generation Systems," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 53, no. 5, 2006, pp. 1398-1409. DOI: 10.1109/TIE.2006.881997 

  12. G. Hsieh, and J.C. Hung, "Phase-locked loop techniques - a survey," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 43, no. 6, 1996, pp. 609-615. DOI: 10.1109/41.544547 

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  13. Sidelmo M. Silva, Bruno M. Lopes, Braz J. Cardoso Filho, Rodrigo P. Campana, Wallace C. Boaventura, "Performance Evaluation of PLL Algorithms for Single-phase Grid-connected Systems," IEEE Trans. IAS, 2004, pp. 2259-2263. DOI: 10.1109/IAS.2004.1348790 

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  14. M. Ciobotaru. "Reliable grid condition detection and control of single-phase distributed power generation system," master thesis, Aalborg University, 2009. 

  15. S. Golestan M. Monfared F. D. Freijedo, J. M. Guerrero, "Performance Improvement of a Prefiltered Synchronous-Reference-Frame PLL by Using a PID-Type Loop Filter," IEEE Trans. Ind. Electron., vol 61, no 7, 2014, pp. 3469-3479. DOI: 10.1109/TIE.2013.2282607 

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  16. M. K. Ghartemani, "A Unifying Approach to Single-Phase Synchronous Reference Frame PLLs," IEEE Trans. Power Electron., vol. 28, no. 10, 2013, pp. 4550-4556.DOI: 10.1109/TPEL.2012.2235185 

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