최적화 기법을 이용한 영구자석 동기 전동기의 최소 동손 제어 :Minimum Copper Loss Control of Permanent Magnet Synchronous Motors Using an Optimization Method

박승찬

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박승찬 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 김상훈

발행연도: 2020

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이용수17

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2020

낮은 스위칭 주파수로 구동되는 철도차량용 매입형 영구자석 동기전동기의 동기 PWM 제어 방법

박승찬 , 전은탁 , 조웅 외 3명 전력전자학회 학술대회 논문집 2020.08 학술대회자료

최적화 기법을 이용한 영구자석 동기 전동기의 최소 동손 제어

박승찬 BIT의료융합학과 2020.01 학위논문

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본 논문에서는 영구자석 동기 전동기의 최적화 기법을 이용한 최소 동손 제어 기법에 대해 제안한다. 통상적으로 영구자석 동기 전동기 구동 시스템에서는 요구되는 토크를 출력함과 동시에 동손을 최소화하기 위해 단위 전류당 최대 토크 (Maximum Torque Per Ampere: MTPA) 제어가 사용된다. 기존 MTPA 제어 기법은 요구되는 출력 토크에 대해 MTPA 제어를 위한 전류 지령을 수학적 모델로부터 도출한다. 하지만 수학적 모델로부터 MTPA 제어를 위한 전류 지령을 구하기 위해서는 전동기의 제정수 정보가 요구된다. 전동기의 제정수는 부하와 온도에 따라 변화하기 때문에 구동 환경이나 운전 조건에 따라 정확한 MTPA 제어를 수행하지 못할 가능성이 크다. 또한, MTPA 제어를 위한 전류 지령을 정확히 도출하더라도 레졸버로부터 측정된 회전자의 위치에 옵셋이 존재하는 경우 실제 전동기에 흐르는 전류는 MTPA 제어를 위한 전류 지령과 오차가 발생한다.
본 논문에서는 정확한 MTPA 제어를 수행하기 위해 최적화 기법을 통해 전동기의 동손이 최소가 되는 최적 전류각을 추종한다. 최적화 기법을 사용함으로써 짧은 시간 내에 최적 전류각을 추종할 수 있으며, 모든 부하 조건에서 추종이 가능하도록 하였다. 제안된 기법은 고정자 전류의 크기 정보만을 이용하여 최적 전류각을 추종할 수 있기 때문에 제정수 오차가 존재하는 상황과 측정된 회전자의 위치에 옵셋이 존재하는 상황에서도 동손을 최소화할 수 있다.
제안된 기법의 효용성을 검증하기 위해 210kW 매입형 영구자석 동기 전동기와 800W 매입형 영구자석 동기 전동기에 대해 Matlab/Simulink을 이용한 시뮬레이션과 800W 매입형 영구자석 동기 전동기에 대해 고성능 DSP를 이용한 실험을 진행하였다.

#MTPA 제어 #최적화 기법 #Gradient Descent 알고리즘 #Adaptive 알고리즘 #영구자석 동기 전동기

I. 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 논문의 구성 3
Ⅱ. 영구자석 동기 전동기의 d-q축 모델링 및 MTPA 제어 방법 4
2.1 영구자석 동기 전동기의 d-q축 모델링 4
2.2 영구자석 동기 전동기의 MTPA 제어 방법 7
Ⅲ. MTPA 제어에 관한 기존 연구 12
3.1 제정수 추정을 이용한 MTPA 제어 방법 14
3.2 고주파 신호 주입을 이용한 MTPA 제어 방법 17
3.3 SC(Search Control) 기법 기반의 MTPA 제어 방법 21
Ⅳ. 제안된 최소 동손 제어 방법 24
4.1 기존 MTPA 제어 방법의 문제점 24
4.1.1 MTPA 제어 시 제정수 오차로 인한 문제점 25
4.1.2 MTPA 제어 시 회전자 위치 옵셋으로 인한 문제점 26
4.2 최적화 기법을 이용한 MTPA 제어 27
4.2.1 Gradient Descent 알고리즘을 이용한 MTPA 제어 28
4.2.2 Adaptive 알고리즘을 이용한 MTPA 제어 방법 32
4.2.3 수정된 Gradient Descent 알고리즘을 이용한 MTPA 제어 방법 41
Ⅴ. 시뮬레이션 46
5.1 시뮬레이션 구성 46
5.2 시뮬레이션 결과 47
5.2.1 210kW IPMSM 47
5.2.2 800W IPMSM 58
Ⅵ. 실험 69
6.1 실험 시스템 구성 69
6.2 실험 결과 70
Ⅶ. 결론 75
참고문헌 76
부록 A 영구자석 동기 전동기 제정수 79
Abstract 81
감사의 글 83

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