초록 ▼

□ 연구개요
본 과제에서는 가변 입력전압을 반영한 버니어 전동기의 최대효율제어 방법에 대해 연구하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해서 본 연구는 크게 두 가지 목표를 설정한다. 먼저 입력전압에 따른 버니어 전동기 최대효율 제어 방법을 위한 전류맵 기반의 제어 방법에 대해 연구한다. 두 번째로 입력전압을 가변하기 위한 고효율 모터드라이브에 대해 연구한다.
버니어 전동기를 비롯한 영구자석 동기전동기를 구동하기 위한 인버터는 저속 고토크 구동영역의 손실이 크다. 이는 인버터의 스위칭 손실 중 전압에 의한 손실이 이 구간에서 크

□ 연구개요
본 과제에서는 가변 입력전압을 반영한 버니어 전동기의 최대효율제어 방법에 대해 연구하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해서 본 연구는 크게 두 가지 목표를 설정한다. 먼저 입력전압에 따른 버니어 전동기 최대효율 제어 방법을 위한 전류맵 기반의 제어 방법에 대해 연구한다. 두 번째로 입력전압을 가변하기 위한 고효율 모터드라이브에 대해 연구한다.
버니어 전동기를 비롯한 영구자석 동기전동기를 구동하기 위한 인버터는 저속 고토크 구동영역의 손실이 크다. 이는 인버터의 스위칭 손실 중 전압에 의한 손실이 이 구간에서 크게 나타나기 때문이다. 따라서 이러한 구동영역에서 낮은 입력전압을 활용한 전동기 드라이브에 대한 연구가 주로 이루어져왔다. 본 연구에서는 입력전압에 따라 약계자영역에서 최대출력제어를 수행할 경우 철손이 변화하는 것에 착안하여 가변입력전압과 전류맵을 이용, 전체적인 구동효율을 향상시킬 수 있는 방법에 대해 연구하였다. 특히 자속이 큰 버니어 전동기의 경우 철손의 영향이 크므로 이러한 제어방법이 버니어 전동기 고효율 구동에 있어 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었다.
가변입력을 위한 고효율 모터드라이브에서 DC/DC컨버터는 비용상승 뿐만 아니라 효율 감소의 원인이 된다. 따라서 본 과제에서는 기존 가변 입력전압 모터드라이브에서 주로 사용하는 하프-브리지 타입 DC-DC컨버터의 ZVZCS(Zero Voltage Zero Current Switching)를 위한 토폴로지에 대해 연구하였다. 특히 입력전압에 따른 공진 스위치의 가변듀티제어를 통하여 전구동영역에서 ZVZCS가 가능하도록 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도의 연구목표 : 고정전압에 대한 버니어 전동기의 최대효율 구동 전류점 추출
- 버니어전동기 파라미터에 따른 d-q축 등가회로 모델 방정식
- 고정 전압에 대한 속도/토크 별 최적 d-q축 전류점 추출 방법
버니어 전동기 회전자 위치별 공극자속 및 역기전력, 전동기 파라미터 분석하였으며, 고조파 영향에 대한 동손/철손을 포함한 버니어 전동기의 dq축 등가회로 모델링을 수행하였다. 버니어 전동기 역기전력 및 전동기 파라미터 추출 실험을 수행하였으며, 버니어 전동기의 최대출력제어를 위한 각 구동영역별 전류점 추출 방법 도출하였다.

2차년도 : 고정전압에 대한 버니어 전동기의 최대효율 구동 전류점 추출
- 속도/토크에 따른 최대효율 입력전압 및 구동 전류맵
- 가변 입력전압제어를 포함한 버니어 전동기의 최대효율제어 방법
가변 입력전압에 따른 버니어 전동기의 구동 속도/토크 별 철손에 대해 분석하였으며, 이를 위한 전류점 추출 실험 및 버니어 전동기의 구동 속도/토크에 따른 최대효율 입력전압과 구동 전류 제어 방법 구현하였다.

3차년도 : 고효율 모터 드라이브를 위한 DC/DC 컨버터 토폴로지 구성 및 인버터 PWM 기법 개발
- 상전류에 따른 가변 스위칭주파수를 적용한 3상 인버터 PWM 제어 방법
- 모터드라이브용 고출력 공진형 DC/DC 컨버터의 토폴로지 및 제어 방법
가변 입력전압을 위한 모터 드라이브용 고출력 공진형 DC/DC컨버터 토폴로지 및 제어 방법을 개발하였으며, 구동전류에 따른 가변 스위칭주파수 제어를 적용하여 효율을 향상시켰다.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1. 버니어 전동기는 높은 계자자속을 가진 전동기로써 적은 전류로도 큰 토크출력을 얻을 수 있는 장점이 있지만, 고속 구동이 어렵다는 단점이 존재한다. 특히 배터리를 활용한 모터드라이브의 경우 배터리의 충전잔량에 따라 구동영역이 크게 가변되는 문제점이 있다. 가변 입력전압을 이용한 버니어 전동기 드라이브는 버니어 전동기의 고속, 고효율 구동에 대한 해결방법으로 제시될 수 있을 것으로 기대한다.
2. 영구자석 동기전동기의 고효율 구동 방법은 복잡한 알고리즘과 이에 대한 효율향상 효과가 크지 않았다. 그러나 가변 입력전압을 이용한 본 연구결과를 이용할 경우 저속 고토크 구동영역의 효율향상이 매우 크며, 약계자 구동영역 역시 전체적인 효율 향상 구간이 매우 크게 나타나는 것을 확인하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 최종 연구 목표 ... 4
• 1-2. 연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 2-1. 입력전압에 따른 버니어 전동기의 최대효율 dq축 전류점 추출방법 ... 6
• 2-2. 고효율 모터드라이브를 위한 전력변환회로 및 제어 방법 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 32