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[국내논문] 옵셋 전압을 이용한 단상 영구자석 동기 전동기의 초기 회전자 위치 검출
Initial Rotor Position Detection of Single-phase Permanent Magnet Synchronous Motor using Offset Voltage 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.2, 2019년, pp.622 - 627  

황선환 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungnam University) ,  서승우 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungnam University) ,  정태욱 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungnam University)

초록
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본 논문에서는 비대칭 공극을 갖는 단상 영구자석 동기 전동기의 센서리스 운전을 위한 초기 회전자 위치 검출 알고리즘을 제안한다. 일반적인 센서리스 운전 기법 중 역기전력 기반의 센서리스 제어는 영속 및 저속운전에서 역기전력 정보를 추정하기 어렵다. 이를 위해 오픈 루프 기동 기법이 필수적으로 요구되고 일정한 방향으로의 회전을 위해서는 회전자의 초기 위치 검출이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 단상 영구자석 동기 전동기의 자기적 특성을 이용하여 고주파 전압 주입 신호에 옵셋 전압을 추가하여 회전자 자극을 검출하는 기법을 제안한다. 다수의 실험 결과를 통하여 제안된 알고리즘의 유효성과 유용성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper propose an initial rotor position detection method for sensorless operation of a single-phase permanent magnet synchronous motor(SP-PMSM) with asymmetric air-gap. In general, the sensorless control based on back-emf estimation is difficult to estimate the back-emf at the zero and low spee...

Keyword

#Initial rotor position estimation   #Single-phase permanent magnet synchronous motor   #Asymmetric air-gap   #High frequency injection   #Offset voltage  

표/그림 (8)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 비대칭 공극을 갖는 단상 영구자석 동기 전동기의 초기 회전자 위치 검출 알고리즘을 제안한다. 기본적으로 비대칭 공극을 갖는 단상 영구자석 동기 전동기의 자기적 특성을 고려하여 고주파 전압 주입 방법을 선택하였고, 이를 통해 단상 영구자석 동기 전동기의 회전자 위치를 검출할 수 있다.
  • 따라서 공극에서 초기 회전자 자극의 검출이 어려워진다. 이에 본 논문에서는 공극에서의 자속 포화 정도를 파악하기 용이하도록 식 (6)과 같이 옵셋 전압을 추가하여 자기 회로의 포화 정도에 따른 회전자 자극 검출 특성을 용이하게 하고자 한다. 
  • 이 절에서는 고주파 전압 및 옵셋 전압에 의한 SP-PMSM의 초기 회전자 자극 검출의 과정을 보여주고자 한다. 
  • 본 논문에서는 비대칭 공극을 갖는 SP-PMSM에 대한 초기 회전자 위치 검출 알고리즘을 제안하고 이에 대한 효용성 및 유용성을 검증하였다. 이를 위해서 SP-PMSM을 모델링하고 고주파 전압 주입 기법에 기초하여, 옵셋 전압 유무에 따른 자기 회로의 특성을 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
홀 센서를 동기 전동기에 사용할 경우 단점은? 또한, 영구자석 동기 전동기는 일반적으로 회전자 위치 정보 획득을 위해 홀 센서 및 엔코더 등의 위치센서를 이용하여 제어하게 된다. 특히, 홀 센서는 자기적 노이즈 및 온도 특성, 추가 인터페이스 회로 구성 등 대한 문제가 발생할 수 있으며, 전동기 내부에 홀 센서를 설치하기 위한 별도의 공간이 필요하기 때문에 부피가 증가된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 센서리스 제어 알고리즘이 연구되고 있다[1], [4-6].
영구자석 동기 전동기의 특징은? 영구자석 동기 전동기는 직류 전동기 및 유도 전동기와 달리 고효율, 높은 밀도 및 우수한 제어 성능 등으로 인해 산업 전반에 널리 사용되고 있다. 영구자석 동기 전동기는 구동 전원에 따라 단상과 3상으로 분류할 수 있으며, 단상 전동기는 인버터 부품 감소 및 제조 공정이 복잡하지 않으며 구현이 간단한 장점이 있다.
동기 전동기의 초기 회전자 위치 검출 알고리즘의 기능은? 이후 고정자 상전류 정보로부터 회전자 자극의 검출을 빠르고 쉽게 검출할 수 있는 기법을 제시하고 있다. 다수의 실험을 통하여 제안된 알고리즘이 정확히 동작됨을 확인할 수 있었으며, 비대칭 구조를 갖는 SP-PMSM의 센서리스 운전 시 요구되는 안정적인 오픈 루프 구동, 기동 전류 크기 저감 및 센서리스 운전이 가능함을 확인하였다.
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참고문헌 (9)

  1. C. Chiu, Y. Chen, Y. Liang and R. Liang, "Optimal driving efficiency design for the single phase brushless DC fan motor," IEEE Trans. on Magnetics, vol.46, no.4, pp.1123-1130, 2010. DOI: 10.1109/TMAG.2009.2035051 

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  2. C. Chiu, Y. Chen, and W. Jhang, "Properties of cogging torque, starting torque, and electrical circuits for the single-phase brushless DC motor," IEEE Trans. on Magnetics, vol 44, no.10, pp.2317-2323, 2008. DOI: 10.1109/TMAG.2008.2000761 

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  3. J. Seo, J. Yoo and T. Jung, "Design on notch structure of stator tooth to reduce of cogging torque of single-phase BLDC motor," 2015 18th International Conf. on Electrical Machine and Systems (ICEMS), 2015. DOI: 10.1109/ICEMS.2015.7385273 

  4. L. Iepure, I. Boldea and F. Blaabjerg, "Hybrid I-f starting and observer-based sensorless control of single-phase BLDC -PM motor drives," IEEE Trans. on Ind. Electr., vol.59, no.9, pp.3436-3444, 2012. DOI: 10.1109/TIE.2011.2172176 

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  5. J. Shao, D. Nolan and T. Hopkins, "A novel direct back EMF detection for sensorless brushless DC (BLDC) motor drives," IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), vol.1, pp.300-305, 2002. DOI: 10.1109/APEC.2002.989224 

  6. J. Shao, D. Nolan and M. Teissier, and D. Swanson, "A novel microcontroller-based sensorless brushless DC (BLDC) motor drive for automotive fuel pumps," IEEE Trans. on Ind. Electr., vol.39, pp.1734-1740, 2003. DOI: 10.1109/TIA.2003.818973 

  7. D. Kim, K. Lee, B. Kim and B. Kwon, "A novel starting methods of the SPM-type BLDC motors without position sensor for reciprocating compressor," IEEE Industry Application Conf. (IAS), vol.2, pp.861-865, 2006. DOI: 10.1109/IAS.2006.256626 

  8. L. Ying and N. Ertugrul, "A starting strategy for a robust position sensorless technique in non-salient PM AC motor drives," IEEE Power Electronics and Motion Control Conf.(IPEMC), vol.2, pp.1028-1032, 2004. 

  9. Y. Lai, F. Shyu and S. Tseng, "New initial position detection technique for three-phase brushless DC motor without position and current sensors," IEEE Trans. on Ind. Appl., vol.39, pp. 485-491, 2003. DOI: 10.1109/TIA.2003.809450 

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