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고속 소형 PMSM 구동장치의 전류 리플 저감을 위한 인덕터 추가 기법
Addition of External Inductor for Reduction of current Ripple in High-speed small PMSM Drive system 원문보기

전력전자학회 2012년도 추계학술대회 논문집, 2012 Nov. 23, 2012년, pp.215 - 216  

박재성 (금오공과대학교) ,  박상욱 (금오공과대학교) ,  전금상 (금오공과대학교) ,  안희욱 (금오공과대학교)

초록
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본 논문은 고속 소형 PMSM을 벡터제어 방식으로 구동하는 장치에서 전류 리플을 저감하기 위한 방법으로서 외부 인덕터를 추가하는 기법을 다룬다. 고속 소형 PMSM은 설계 특성상 인덕턴스가 매우 작기 때문에 전류 리플이 크게 나타나는데, 이오 인해 전동기 코어에서의 히스테리시스 손실이 증가하고 제어 시스템이 불안정하게 된다. 이 문제를 해결하면서도 벡터제어를 용이하게 할 수 있도록 인덕터를 추가하는 기법을 검토하고, 적절한 외부 인덕턴스 값을 정량적으로 결정하는 방법을 제안한다. 100 W급 50,000 rpm의 PMSM 시스템에 대하여 시뮬레이션을 실시하여 제안된 기법의 타당성을 확인한다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 본 논문에서는 전류 리플을 저감하고 벡터제어를 용이하게 할 수 있도록 간단히 인덕터를 추가하는 기법을 적용하며, 전류 리플의 분석을 바탕으로 적절한 외부 인덕턴스를 정량적으로 결정하는 방법을 제안한다. 그리고 고속 소형 PMSM에 대한 시뮬레이션을 통하여 그 효과를 확인한다.
  • 본 논문에서 제안된 전류 리플 저감을 위한 인덕터 추가 기법을 검증하기 위하여 표 1에 제시된 전동기 모델에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. 속도 18,000 rpm, 직류링크 전압 40 V, 스위칭 주파수 20 kHz 이고 정격전류(3Arms)가 흐를 때, 상전류를 나타낸 것이 그림 3이다.
  • [2] 그러나, 벡터제어 방식에서는 L C 필터에 의한 위상 지연으로 인해 제어 알고리듬이 복잡해진다. 본 논문에서는 전류 리플을 저감하고 벡터제어를 용이하게 할 수 있도록 간단히 인덕터를 추가하는 기법을 적용하며, 전류 리플의 분석을 바탕으로 적절한 외부 인덕턴스를 정량적으로 결정하는 방법을 제안한다. 그리고 고속 소형 PMSM에 대한 시뮬레이션을 통하여 그 효과를 확인한다.
  • 속도 18,000 rpm, 직류링크 전압 40 V, 스위칭 주파수 20 kHz 이고 정격전류(3Arms)가 흐를 때, 상전류를 나타낸 것이 그림 3이다. 외부 인덕터를 추가하지 않았을 때와, 식(8)과 같이 계산된 외부 인덕턴스(350 uH)를 추가하였을 때를 비교하였다. 리플 전류는 상 전류에서 기본파 성분을 제거하여 구한 결과이다.
  • 제안된 기법으로 결정된 인덕턴스를 추가한 결과, 전류 리플이 정격 전류의 10%이하로 감소함을 시뮬레이션으로 확인하였다. 제안된 방식은 제어 알고리듬의 변경이 없어도 용이하게 전류 리플을 저감시킬 수 있으므로 구동 장치의 안정성 확보 및 전동기의 손실 저감을 가능하게 한다.
  • 최고 속도 50000 rpm 수준의 고속 PMSM 구동 시스템에 대하여 전동기 전류 리플 저감을 위해 외부 인덕터를 추가할 때, 적절한 외부 인덕턴스를 정량적으로 결정하는 방법을 제안하였다. 제안된 기법으로 결정된 인덕턴스를 추가한 결과, 전류 리플이 정격 전류의 10%이하로 감소함을 시뮬레이션으로 확인하였다.

이론/모형

  • 공간벡터 변조방식(SVPWM)으로 작동되는 인버터에 대하여 전류 리플을 분석하고 계산하는 방법[3]을 적용한다. 이 방법은 그림 1의 3상 인버터 시스템에서 상전류에 발생하는 전류 리플, 즉 실제 상전류와 기본파 성분과의 차이를 비교적 정확하게 분석한다.
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