[논문]견인구동용 SRM의 제어시스템 구성

황형진; 안영주; 안진우

[국내논문] 견인구동용 SRM의 제어시스템 구성
SRM Drive System for LSEV 원문보기

황형진 (경성대학교) , 안영주 (부경대학교) , 안진우 (경성대학교)

SRM (switched reluctance motor) provides an excellent adjustable speed and torque characteristics. SRM has the possibility of maintaining full power over a wide speed range. So, many attempts are being done from home appliances to industrial applications. Especially, a traction drive of an SRM is one of a good application for it's DC-series characteristic. However, because of the switching mechanism and reluctance torque, it has some disadvantage of noise and vibration. It is difficult to adopt to an appliance demanding silency. Performance and noise tests with 6/4 and 12/8 SRM were excuted to compare the characteristics.

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문제 정의

본 논문에서는 SRM을 LSEVCLow Speed Electric Vehicle)에 적용하기 위하여 일반적으로 많이 사용되는 3상의 6/4 SRM과 12/8 SRM을 서로 비교하고, 전동기의 설계, 인버터, 제어기의 설계 그리고 적정 스위칭 온-오프 각의 조정 특성 등을 제시하고자 한다.
소음 계로 Ima리에서 측정한 결과이다. 본 실험에서는 전문적인 소음측정 장치를 갖추지 못해, 6/4 SRM과 12/8 SRM의 상대적인 소음 비교에 준한다. 그림 6 에서 고속영역으로 갈수록 12/8 SRM이 6/4 SRM에 비해서 소음이 다소 작음을 알 수 있다.

제안 방법

각 전동기의 설계는 설계 사양에 근거하여 고정된 체적 내에서 효율이나 토크를 염두에 두고 극호각 이나 극의 길이, 요크 두께 등을 조정하며, 최적의 결과를 도출하는 방향으로 표 2와 같이 설계되었다. 두 전동기는 3상의 6/4극, 12/8극으로 정격출력 3.
그림 1은 제작된 전동기의 구동을 위한 속도제어 기의 구성을 나타낸 것이다. 본 논문에서는 100핀의 LQFP 패키지 타입의 TMS320F2406A를 프로세서로 사용하는 제어시스템을 설계하여 SRM의 속 도 제어에 적용하였다.
SRM의 상전류는 10비트의 AD 컨버터를 통하여 입력되며, 속도 지령치도 가변저항형 페달을 이용하여 아날로그 값으로 입력되도록 설계하였다. 속도의 측정을 위해서 하나의 증분형 광학식 엔코더가 사용되었으며, 센서의 신호 A, B, Z 중 Z 신호의 펄스 간격을을 속도정보로 이용하였다.
SRM의 상전류는 10비트의 AD 컨버터를 통하여 입력되며, 속도 지령치도 가변저항형 페달을 이용하여 아날로그 값으로 입력되도록 설계하였다. 속도의 측정을 위해서 하나의 증분형 광학식 엔코더가 사용되었으며, 센서의 신호 A, B, Z 중 Z 신호의 펄스 간격을을 속도정보로 이용하였다. 엔코더는 1024 pulse/r의 해상도로서 4체 배 하여 4096 pulse/r의 해상도로 사용된다.
제작된 시작기로 실험 시스템을 구성하여 실험을 행하였다. 그림 6은 피시험 전동기를 차량에 장착하기에 앞서 소음을 측정한 결과를 보여준다.
선행 스위치 각의 변화에 따른 출력, 토크 등의 변화를 살펴보았다. 그림 7에서 선행각(Advance angle)의 변화에 따른 속도-토크-출력 그래프가 나타나 있다.
SRM의 LSEV 적용에 있어서 시뮬레이션 결과의 검증을 위한 실험으로 전동기 자체의 출력, 기 동 토크, 소음 등을 측정하였다. 선행각 변화에 따른 시험에서 6/4 SRMe 12/8 SRM에 비해 출력이 높음을 알 수 있었다.
각 전동기의 설계는 설계 사양에 근거하여 고정된 체적 내에서 효율이나 토크를 염두에 두고 극호각 이나 극의 길이, 요크 두께 등을 조정하며, 최적의 결과를 도출하는 방향으로 표 2와 같이 설계되었다. 두 전동기는 3상의 6/4극, 12/8극으로 정격출력 3.5[kW], 정격전압 72[V], 정격속도 6000[rpm]이며, 공극과 회전자 및 고정자의 외경은 동일하게 설계하였다.

대상 데이터

그림 3은 제작된 전동기의 Test 장치를 보여주며, 그림 4는 제어기 및 인버터를 포함한 구동 시스템을 나타낸다. 실험 세트는 출력 및 효율의 측정을 위하여 부하 단에는 직류 타 여자 전동기를 장착하였다. 설계된 데이터에 의해 피시험 전동기의 적정 스위칭 각을 나타내면 그림 5와 같다.

이론/모형

따라서 본 연구에서는 비대칭 브릿지 컨버터를 채택하였다. 그림 2는 상당 두 개의 스위치와 다이 오드를 가지는 비대칭 브릿지 컨버터로서 크게 3단 계의 동작 모드로 구동된다.

성능/효과

시뮬레이션과 소음 레벨의 차이가 큰 것은 부하로 사용되는 타여자 DC 전동기와 커플링, 엔코더에서의 소음 및 실내 반사음에 의한 것으로 전동기 자체보다 높은 소음이 발생하였다. 결과는 시뮬레이션과 같이 12/8 SRM이 6/4 SRM보다 소음을 적게 발생하는 것을 보이고 있다.
실험을 통해 LSEV의 초기 구동 시 큰 기동토 크를 얻기 위해서는 6/4 와 12/8 SRM을 각각 설계 각인 13°, 12。의 선행각을 적용하여야 한다. 선행 각이 작으면 저속영역에서 보다 높은 출력을 발생하므로, 속도가 증가함에 따라서 점차 선행각을 증가 시켜 5000 [rpm] 영역부터는 최대 출력과 효율을 위해서 설계 치인 13°, 12°를 적용하여야 함을 알 수 있었다.

후속연구

각 실험 결과를 통해 시뮬레이션 결과를 만족함을 알 수 있었으며, 또한 완성된 드라이브 시스템을 실제 자동차에 장착하여 다시 한번 그 결과를 검증, LSEV에 적용 가능함을 보일 것이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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