5. 제안하는 전류오차보상에 의한 센서리스 속도제어
5.2 제어 알고리즘 및 특징
영이 되도록 제어하면, 양자의 자속각이 상이했더라도 일치하게 되고 전 동기 속도도 지령치인 모델속도를 추종한다.
(5.16)단,
,
,
,
및
는 상수이다.식(5.15)를 식(5.16)에 의해 고정좌표축상의 값으로 변환하면 다음과 같 다.
cos
sin
sin
cos
(5.17)식(5.17)에 의해 계산된 고정자 전압 지령치를 전압변조부를 통해 각 상 에 공급한다. 전류오차보상을 이용한 유도전동기의 센서리스 속도제어계 의 블록선도는 Fig. 5.4와 같다.
본 센서리스 제어 시스템의 프로세스는 다음과 같다.
⑴ 직전 제어 루프에서 인가한 상전압과 두 상의 전동기 상전류 및 DC 링크 전압을 측정한다.
⑵ 전압과 전류값을 3상/2상 변환하여 실제 전동기의 고정자전류의 크 기 계산한다.
⑶ 수식모델에 인가된 상전압(전동기 전압과 동일)과 속도 지령치를 이 용하여 모델 전류의 크기를 구한다.
⑷ ⑵에서 얻은 실제 전동기의 전류의 크기가 수식모델의 값들에 접근 하도록 최적 전압벡터를 선정해 전동기와 모델에 출력한다.
⑸ 전동기와 수식모델의
, 축에 대한 모델과 전동기의 고정자 전류
차이가 영이 되도록 제어하면, 양자의 자속각이 상이했더라도 일치 하게 되고 전동기 속도도 지령치인 모델속도를 추종하게 된다.
Fig. 5.4 The block diagram of the proposed system.
기존의 유도전동기 센서리스 속도제어방식들은 대부분 고속영역에서는 속도추정이 용이하고 정밀도도 높아 원활한 제어동작을 기대할 수 있다.
하지만, 저속운전 시 입력전압, 역기전력, 주파수 등 모든 제반 변수값들 의 크기 자체가 작아 정확한 속도정보의 추정이 어려울 뿐 아니라 전압 및 전류센서의 미세한 오차와 전동기 상수 등의 변동만 수반되어도 속도 추정값의 오차가 유발되므로 안정된 운전이 불가능 하다.
각 센서리스 제어방식에 따라 운전 가능한 저속영역범위는 4.8에 기술 되어 있다.
반면에 본 논문에서 제안하는 전류오차보상에 의한 센서리스 제어방법 은 다른 방식과 달리 속도를 직접 추정 및 제어하지 않고 고속 및 저속에 서 크기가 크게 변동하지 않는 전류를 제어함으로써 전동기의 속도가 수 식모델의 속도에 근접하게 하는 간접적인 제어방식이다.
즉, 직접적인 제어대상이 속도가 아니라 전동기에 흐르는 3상 교류이고 그 크기는 부하에 따라 변하지만 유도전동기의 특성상 무부하시도 자속전 류로 인해 각 상에 인가되는 상전류의 크기는 적지 않으므로 전속도운전 영역에서 제어동작이 비교적 용이하다. 따라서, 정격속도 1% 미만의 극저 속영역에서도 안정된 속도제어가 가능하다는 특징을 가진다.
6. 컴퓨터 시뮬레이션
본 논문에서 제안한 전력변환방식에 의한 유도전동기 센서리스 속도제 어 알고리즘의 타당성을 고찰하기 위해 실험에 앞서, 속도검출기가 설치 된 인버터와 속도검출기가 설치되지 않은 인버터의 극저속영역과 저속영 역에서 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다. 우선 속도검출기가 설치된 유도 전동기와 본 논문에서 제안하는 알고리즘이 적용된 센서리스 유도전동기 의 극저속영역 및 저속영역에서의 지령속도 추종성능을 알아본다. 그 다 음으로 저속영역의 부하 특성과 역전시험 속도응답특성을 확인한다.
시뮬레이션은 Powersim Inc사의 PSIM을 사용하였다. PSIM은 전력변환 및 전동기 구동 전용의 프로그램으로서 시뮬레이션 시간이 빠르고, 정확 한 결과를 제공한다. PSIM은 크게 회로도를 기반으로 할 수 있고, 또는 C 언어, Fortran과 같은 언어 기반으로도 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
본 논문에서 SVPWM방법을 적용한 AFE 컨버터와 전류오차보상 센서리 스 인버터의 제어 알고리즘은 C언어를 기반으로 작성하였다. 작성된 C언 어 제어 알고리즘을 PSIM 프로그램으로 시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬 레이션 연산 주기는 2 이다.
컴퓨터 시뮬레이션 및 실험에 사용한 유도전동기의 파라미터 및 시스템 정수는 Table 6.1과 같다.
Table 6.1 Parameters of induction motor used for computer simulation and experiment & system constants.
정격출력 3[HP]
R
r 1.56[Ω]정격전압 220[V]
L
s 180[mH]정격전류 9[A]
L
r 180[mH]정격속도 1735[rpm]
L
m 176[mH]극수 4
J
(관성모멘트) 0.1[Kg‧m2]R
s 2.0[Ω] 샘플링주기 Fig. 6.1은 SVPWM을 적용한 AFE 정류기와 전류오차보상 센서리스 인 버터의 PSIM 프로그램 계통도이다.
Fig. 6.1 The PSIM schematic diagram of the Proposed power conversion system.