보고서 정보
주관연구기관 |
한국전기연구원 Korea Electrotechnology Research Institute |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2010-09 |
과제시작연도 |
2009 |
주관부처 |
지식경제부 Ministry of Knowledge Economy |
등록번호 |
TRKO201300024147 |
과제고유번호 |
1415104253 |
사업명 |
에너지자원기술개발지원 |
DB 구축일자 |
2013-09-14
|
키워드 |
초고속 영구자석 전동기.센스리스 제어.터보 블로워.에어베어링.연료전지.
|
초록
▼
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
연차별 기술개발의 세부 연구목표와 정량적 목표는 다음과 같다.
1. 1차년도
① 개발목표
“7.5[kW], 60,000[rpm] 고속 전동기 시스템 개발”
② 개발내용 및 개발범위(시스템 구성도, 구조 등은 그림으로 표현)
○ 고속 전동기 설계 및 특성해석
- 고속 전동기 전자계 시스템 설계 (영구자석, 권선, 슬롯)
- 고속 회전체 및 구조 설계 (윤활, 회전축)
- 냉각설계 및 열분석
- 전동기 정특성 및 동특성 시뮬레이션 (전압, 전류, 토크,
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
연차별 기술개발의 세부 연구목표와 정량적 목표는 다음과 같다.
1. 1차년도
① 개발목표
“7.5[kW], 60,000[rpm] 고속 전동기 시스템 개발”
② 개발내용 및 개발범위(시스템 구성도, 구조 등은 그림으로 표현)
○ 고속 전동기 설계 및 특성해석
- 고속 전동기 전자계 시스템 설계 (영구자석, 권선, 슬롯)
- 고속 회전체 및 구조 설계 (윤활, 회전축)
- 냉각설계 및 열분석
- 전동기 정특성 및 동특성 시뮬레이션 (전압, 전류, 토크, 온도)
○ 영구자석 회전자 착자요크 설계 및 특성해석
○ 고속 전동기 시험장치 설계
○ 시작품 제작
- 착자요크 제작
- 전동기 프레임 설계 및 제작
- 고속 전동기 1차 시작품 제작(7.5[kW], 60,000[rpm] AFB 적용)
○ 고속 전동기 1차 시작품의 기본 파라메터(저항, 인덕턴스, 무부하 기전력) 평가
○ 연료전지 자동차 BOP용 블로워 기술조사 및 세부사양 선정
○ 고주파 스위칭이 가능한 고효율 인버터 개발
○ 고성능 Gate Driver 개발
○ 고성능 DSP 제어보드 개발
○ PMSM 고성능 센서리스 제어 알고리즘 설계
○ 7.5[kW], 60,000[rpm]급 PMSM 센서리스 드라이버 시제품 제작
○ 7.5[kW], 60,000[rpm] PMSM 구동시험 및 성능평가
2. 2차년도
① 개발목표
“10[kW], 120,000[rpm] 고속 전동기 시스템 개발”
② 개발내용 및 개발범위
○ 고속 전동기 1차 시작품의 부하특성평가
- 속도, 토크, 전압, 전류, 효율
- 발열량 평가
- 냉각구조 설계
○ 10[kW], 120,000[rpm] 전동기 설계 및 특성해석 및 제작
- 속도, 토크, 전압, 전류, 효율
- 발열량 평가
- 120,000[rpm]급 Air-foil베어링 설계 및 제작
- 영구자석 회전자 착자
- 단품(권선, 고정자, 회전자, 영구자석, 프레임) 가공 및 제작
○ 고속 전동기 시험장치 제작
○ 2차 시작품 기본 성능시험
○ 고주파 스위칭이 가능한 고효율 인버터 개발
- 고효율 소프트스위칭 topology 최적화 설계
- EMI를 최소화 할 수 있는 전력소자 배치 최적화 설계
- 최적 방열설계를 통한 최적 방열시스템 설계
- 신뢰성을 고려한 부품선정
- Compact Packaging 설계
○ 출력 LC-필터 설계
- 제어성능을 고려한 최적 LC-필터 설계
- 고주파에서 손실을 최소화 할 수 있는 고성능 코어선정
- LC-필터 Packaging 최적 설계
○ 고성능 DSP 제어보드 Upgrade 개발
- TMS320C6711 기반의 고성능 DSP 보드 보완 설계
- Hardware 보호장치 설계
- CAN 통신이 가능한 Interface 회로 설계
○ PMSM 고성능 센서리스 제어 알고리즘 보완 설계
- 고성능 센서리스 알고리즘 성능 개선
- Space Vector PWM 설계
○ 10[kW], 120,000[rpm]급 PMSM 센서리스 드라이버 시제품 제작
○ 10[kW], 120,000[rpm] PMSM 구동시험 및 성능평가
3. 3차년도
① 개발목표
"15[kW], 120,000[rpm] 고속전동기 시스템 개발"
② 개발내용 및 개발범위(시스템 구성도, 구조 등은 그림으로 표현)
○ 10[kW], 120,000[rpm] 전동기 시스템 성능 시험
- 속도, 토크, 전압, 전류, 효율 측정 및 평가
- 한라공조 공동 자동차용 시험조건 Test
- 열상승 시험 및 평가
- 진동 시험 및 평가
○ 15[kW], 120,000[rpm] 전동기 설계 및 특성해석
- 전자계 최적설계 및 동특성분석
- 손실평가 및 냉각구조 설계/분석
- 초고속용 Radial/Thrust AFB 설계/제작
○ 15[kW], 120,000[rpm] 전동기 제작
○ 수요업체와 공동 성능 시험
- 속도, 출력, 전압, 전류, 효율
- 열상승 및 진동시험
○ 고성능 고효율 인버터 개발
- 고효율 소프트스위칭 topology 최적화 설계
- EMI를 최소화 할 수 있는 전력소자 배치 최적화 설계
- 자동차 실장을 고려한 최적 방열설계를 최적 방열시스템 설계
- 신뢰성을 고려한 부품선정
- Compact Packaging 설계
○ 출력 LC-필터 설계
- 제어성능을 고려한 최적 LC-필터 설계
- 고주파에서 손실을 최소화 할 수 있는 고성능 코어선정
- LC-필터 Packaging 최적 설계
○ 고성능 FPGA 제어기 개발
- 3μsec 이내 연산을 마칠 수 있는 FPGA 제어기 설계
- 각종 서비스 기능 부가
- CAN 통신이 가능한 Interface 회로 설계
○ PMSM 고성능 센서리스 제어 알고리즘 보완 설계
- 고성능 센서리스 알고리즘 성능 개선
- Space Vector PWM 설계
○ 15[kW], 120,000[rpm]급 PMSM 센서리스 드라이버 시제품 제작
○ 15[kW], 120,000[rpm] Blower 부하 연계시험 및 성능평가
○ 신뢰성/환경시험 및 CE/UL 인증
Abstract
▼
There is increasing interests in ultra high-speed motors and generators in industry applications such as micro gas turbines, compressors, blowers, pumps, hybrid electric vehicles, turbo molecular pumps, machine tool spindle drives, information storage disk drives and etc. In cogeneration system or c
There is increasing interests in ultra high-speed motors and generators in industry applications such as micro gas turbines, compressors, blowers, pumps, hybrid electric vehicles, turbo molecular pumps, machine tool spindle drives, information storage disk drives and etc. In cogeneration system or compressor drives, high-speed motors can be directly connected to the shaft without gears. There are advantages of compactness, lightweight, high efficiency and maintenance free operation.
In this project introduced electrical, structural and electric machine design to development and manufacture the designed ultra high speed motor. At first step, electrical design and analysis are performed to develop required high efficiency, power and speed considering core loss and eddy current loss. At second step, structural analysis and manufactural technique are applied to withstand in ultra high speed condition.
Increasing both rotational speed and shaft output power is not easy. Electrical machines and power electronics circuits should have excellent characteristics for high rotational applications. Besides electrical machines, there are also several other issues.
Power electronics circuits should be designed with high frequency voltage and current with less harmonics for high efficient drives.
These circuits should be made of currently available power devices. In addition, controllers for these circuits should be fast enough for current and voltage calculations both in hardware and software.
In this research, it is discussed the emerging technologies such as sensorless control and complex PI control.
This research presents a new machine and power electronics interface that is capable of operating at 120,000rpm with a power output of 15kW. The complete drive system supplies the current of 2kHz fundamental frequency to PMSM by the power electronics. The power electronics converter is driven by the control system, which includes sensorless rotor position estimation algorithm and a cascaded torque and speed controller. The hardware and experimental results are presented.
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 3
- 최종보고서 초록 ... 5
- 요 약 문 ... 6
- SUMMARY ... 20
- CONTENTS ... 22
- 목 차 ... 23
- 제 1 장 서론 ... 24
- 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 24
- 제 2 절 국내 • 외 관련 기술의 현황 ... 27
- 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 • 경제적 파급 효과 ... 31
- 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 33
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 33
- 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 34
- 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 35
- 제 3 장 결과 및 향후 계획 ... 39
- 제 1 절 연구개발 결과 ... 39
- 1. 단계 연구개발 추진 일정 ... 39
- 2. 단계 연구개발 추진 실적 ... 41
- 3. 각 기관/기업별 추진내역 ... 47
- 4. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 57
- 제 2 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 61
- 제 3 절 차기 단계 계획 ... 64
- 제 4 장 결 론 ... 65
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.