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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

장강현 (충남대학교, 忠南大學校 大學院)

지도교수
최장영
발행연도
2021
저작권
충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수22

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이 논문의 연구 히스토리 (6)

초록· 키워드

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With the recent development of motor control technology, the maximum operating speed of the motor has increased, and accordingly, it is possible to remove the accelerator transmission in a system requiring high speed operation. As a result, the system has been made lighter and smaller, and the energy conversion efficiency of the system has also been increased. High speed motors are used in many industrial fields such as high-speed machine tools, turbo molecular pumps, micro gas turbines, turbo compressors, and high-speed centrifugal separators. The application field of the existing high-speed motor has been mainly used in special industrial fields, and has been developed focusing on small varieties and small production.
When the motor is driven using the SVPWM control method, losses and torque ripple are increased due to harmonic components included in the current. So, this dissertation deals with the electromagnetic design and dynamic characteristics analysis considering SVPWM of a high-speed permanent magnet synchronous motor for centrifugal pump.
Based on the electromagnetic theory, the electromagnetic characteristic equation and performance analysis of a high-speed permanent magnet motor were performed based on an analytical method. Through this, analysis results such as magnetic flux density distribution, flux linkage, electromotive force, inductance, and electromagnetic force could be derived. Basic electromagnetic design was performed, and detailed design of a motor that satisfies the requirements and constraints was performed using a finite element analysis program. In addition, stability during high-speed rotation was confirmed through stress analysis and risk analysis of the designed rotor, and structural stability was confirmed by confirming the resonant frequency through the mode analysis of the stator.
The motor and the SVPWM inverter were modeled, and the environment for the co-simulation analysis of the controller and the motor was established. The designed motor was manufactured and the motor performance was evaluated. Based on the results presented in this dissertation, it is judged that it will be able to contribute to the related industries by designing, developing and evaluating the performance of a motor that can be used for industrial 12,500rpm, 100 horsepower class centrifugal pumps. In addition, the design process and the co-simulation analysis method used in this dissertation are considered to be useful in the design of high-speed motors that can be applied to various industrial applications.

목차

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 9
1.3 연구 목표 14
1.4 연구의 구성 16
제 2 장 해석적 기법을 이용한 고속 영구자석 전동기의 전자기 설계 20
2.1 고속 영구자석 전동기의 자계분포 특성 20
2.1.1 해석모델 및 해석을 위한 가정 20
2.1.2 영구자석 자화 모델링 21
2.1.3 영구자석에 의한 자계 분포 특성 25
2.1.4 전기자 전류에 의한 자계 분포 특성 29
2.2 고속 영구자석 전동기의 전자기 성능 해석 33
2.2.1 쇄교자속 33
2.2.2 역기전력 35
2.2.3 인덕턴스 및 권선저항 36
2.2.4 전자기력 및 토크 41
2.2.5 UMF 및 MPF 해석 44
2.3 설계 목표 및 요구 조건 49
2.3.1 설계 요구 조건 49
2.3.2 설계 제한 조건 51
2.3.3 회전자 사이즈 선정 54
2.3.4 고정자 슬롯수 선정 및 상세 설계 58
제 3 장 고속 영구자석 전동기의 기계적 안정성 해석 64
3.1 회전자 및 고정자 기계적 안정성 해석 64
3.1.1 회전자 응력 해석 64
3.1.2 회전체 위험속도 해석 72
3.1.3 고정자 모드 해석 77
제 4 장 제어특성을 고려한 고속 영구자석 전동기의 특성 해석 및 전자기 손실해석 85
4.1 상용소프트웨어를 이용한 연성해석 시스템 모델링 85
4.1.1 영구자석 동기 전동기 모델링 85
4.1.2 전류제어기 모델링 90
4.1.3 속도제어기 모델링 100
4.1.4 전동기 등가모델 해석 및 동특성 해석 103
4.2 연성해석을 이용한 전동기 손실해석 112
4.2.1 전기자 동손 113
4.2.2 철손해석 114
4.2.3 영구자석 와전류손 해석 123
4.2.4 전동기의 기타 손실 125
제 5 장 고속 영구자석 전동기의 해석결과 및 실험결과 검토 127
5.1 전동기 특성 해석결과 127
5.1.1 자계 분포 및 역기전력 해석적 방법 해석결과 127
5.1.2 유한요소해석법을 이용한 상세 설계 결과 130
5.1.3 전동기 동특성 해석결과 136
5.2 전동기 제작 및 실험 평가 144
5.2.1 전동기 부품별 제작 144
5.2.2 전동기 실험 평가 145
제 6 장 결론 154
참고문헌 156

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