초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
2019년 1차년도 주요 연구개발 내용은 다음과 같다.
(1) 1차년도 (2019년)
◦ 전기 추진 항공기용 전동기 타입 분석 및 선정
- 전동기 종류 분석 및 특성 분석
∘ 항공용 전동기 타입 선정 기준 선정 : 고효율, 고 토크, 저 진동, 저 소음 특성
∘ BLDCM 및 PMSM 비교 분석 : 역기전력 파형, 제어 방식, 토크 리플
∘ 전동기 종류 분석 및 고효율 전동기 타입 선정
- 항공용 전동기 선정
∘ 항공기용 전동기 후보군 선정 : AC35 Dual, Y

Ⅳ. 연구개발결과
2019년 1차년도 주요 연구개발 내용은 다음과 같다.
(1) 1차년도 (2019년)
◦ 전기 추진 항공기용 전동기 타입 분석 및 선정
- 전동기 종류 분석 및 특성 분석
∘ 항공용 전동기 타입 선정 기준 선정 : 고효율, 고 토크, 저 진동, 저 소음 특성
∘ BLDCM 및 PMSM 비교 분석 : 역기전력 파형, 제어 방식, 토크 리플
∘ 전동기 종류 분석 및 고효율 전동기 타입 선정
- 항공용 전동기 선정
∘ 항공기용 전동기 후보군 선정 : AC35 Dual, YASA400, Zero-75-7, EMRAX228
∘ 후보 전동기의 최대 전력 및 정격 속도 비교
∘ 전동기 선정 기준 설정 및 출력 밀도 계산 및 비교
∘ 선정 기준에 따라 항공용 전동기로 EMRAX228 선정

◦ 전기 추진 항공기용 전동기 선정을 위한 상세 연구
- EMRAX228 구조 및 전기적, 기계적 특성 분석
∘ 축방향 타입의 영구자석 동기기, 요크리스 형태의 구조
∘ 회전자는 20극기의 전동기
∘ 데이터 시트를 이용하여 전기적 특성 분석
∘ 데이터 시트를 이용하여 기계적 특성 분석
∘ 회전 속도에 따른 출력 전력 및 토크 특성 분석
- EMRAX228 제어 시뮬레이션
∘ MATLAB Simulink를 사용하여 시뮬레이션 제작
∘ EMRAX228 데이터 시트를 이용하여 전동기 모델 설계
∘ 3상 2-level 인버터 및 위치, 속도 및 전류 제어기 설계
∘ 정격 부하(120Nm)조건에서 3000rpm 속도제어 및 결과 파형 분석
- EMRAX228 테브닌 회로 분석 및 스위칭 주파수에 따른 토크 리플 분석
∘ 스위칭 패턴에 따른 상전류 기울기 해석
∘ 전동기 전압 방정식 및 전동기 기계방정식 해석
∘ 전동기 고효율 제어를 위한 제어 방식 연구
∘ 시뮬레이션을 통해 스위칭 주파수에 따른 토크 리플 저감 확인
- EMRAX228 제어용 상용인버터 조사
∘ 후보군 선정 : BAMOCAR-PG-D3, Gold drum HV
∘ 상용 인버터 선정 기준 설정 : 정격 전압, 정격 전류, 제어 방식 및 적용 센서
∘ 인버터 스위칭 주파수에 따른 상용 인버터의 적용 한계점 분석

◦ 고속 스위칭 인버터용 전력 반도체 조사 및 분석
- 인버터용 전력 반도체 조사
∘ SiC-MOSFET 및 Si-IGBT 특성 분석 및 비교
∘ Si 및 SiC 물성 비교
∘ SiC-MOSFET 특성 분석
- 항공기 인버터용 전력 반도체 선정
∘ SiC-MOSFET 및 Si-IGBT 스위칭 속도 분석 및 비교
∘ 전력 반도체의 스위칭 주파수 손실 해석 및 비교

◦ 다중 분산추진 전동기 및 인버터 제어 시스템 개발
- 분산 추진 전기동력 시스템 분석
∘ All-electric system구조의 4개의 전방 프롭 및 후방 프롭으로 각각 구성
- 분산 추진 전기동력 시스템 시뮬레이션 제작
∘ 8개의 전동기, 인버터및 제어기 알고리즘 으로 구성
∘ 전동기의 기계적 특성 반영
∘ 인버터의 전기적 특성 반영
∘ 항공용 전동기 고효율 제어를 위한 제어기 개념 설계
- 이륙 및 순항 시나리오 작성 및 시뮬레이션 결과 파형 분석
∘ 이륙 시나리오 : 전방 및 후방 프롭 3000rpm 속도제어
∘ 순항 시나리오 : 전방 프롭 : 3000rpm 속도제어, 후방 프롭 : 0˚ 위치제어
∘ 부하 특성에 따른 제어기 응답성 비교 분석
- 전기 동력 시스템 전력 측정 방식 연구
∘ 샘플링 속도에 따른 전력 측정 정확도 분석

◦ 인버터 고장진단 방식 조사
- 인버터 고장 유형 조사
∘ 단락 고장, 개방 고장, 전류
- 인버터 개방 고장 진단 방식 조사
∘ Concordia 변환을 통한 패턴 분석
- 인버터 개방 고장 진단 시뮬레이션 제작
∘ 시뮬레이션을 통한 고장 시나리오에 따른 패턴 분석

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2요약문 ... 3목차 ... 7표목차 ... 8그림목차 ... 9제 1 장 서 론 ... 12제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 13 제 1 절 전기 추진 항공기 ... 13 제 2 절 전기 추진 항공기용 인버터 ... 14제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 15 제 1 절 항공용 경량 고출력 모터 조사 및 분석 ... 15 1. 전동기 종류 분석 ... 15 2. 항공용 전동기 선정 ... 17 제 2 절 항공기용 전동기 선정을 위한 상세 연구 ... 18 1. EMRAX228 구조 및 전기적 및 기계적 특성 분석 ... 18 2. EMRAX228 시뮬레이션 분석 ... 19 3. EMRAX228의 토크 리플 분석 ... 24 4. EMRAX228 고효율 제어 방식 연구 ... 24 제 3 절 고속 스위칭 인버터용 전력 반도체 조사 및 분석 ... 27 1. 상용 인버터의 성능분석 ... 27 2. 항공기용 전력반도체 조사 ... 28 3. 전력 반도체에 따른 인버터 성능 비교 ... 30 제 4 절 다중 분산추진 모터 및 인버터 제어 시스템 개발 ... 32 1. 분산 추진 전기추진 시스템 모델링 ... 32 2. 분산 추진 전기동력 시스템 시뮬레이션 제작 ... 32 3. 제어기 설계 ... 35 4. 제어기 모델링 ... 39 5. 분산 추진 제어 시스템 시뮬레이션 ... 40 6. 분산 추진 제어 시스템 전력 모니터링 ... 42 제 5 절 인버터 개방 고장 진단 ... 49 1. 인버터 개방 고장 진단 방식 조사 ... 49 2. 고장 진단 방식 시뮬레이션 검증 ... 50 제 6 절 부록 ... 52 1. dq변환 ... 52 2. SVPWM ... 53제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 58 제 1 절 당해연도 연구개발목표 및 수행내용 ... 58 제 2 절 연구목표 달성도 ... 58제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 59 제 1 절 기대성과 ... 59 1. 기술적 측면 ... 59 2. 경제․산업적 측면 ... 59 제 2 절 연구개발결과의 활용방안 ... 59제 6 장 참고 문헌 ... 60끝페이지 ... 63