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AFE 정류기를 이용한 유도 전동기의 센서리스 속도 제어에 관한 연구. 전류 제어는 직접 토크 제어 방법입니다.

서 론

연구배경

전기 모터를 구동하는 데 사용되는 전기 에너지의 약 80%가 유도 모터를 구동하는 데 사용됩니다. 전기모터를 구동하는 인버터 구동 방식은 에너지 흐름 방향에 따라 비회생 회로 방식과 회생 회로 방식으로 구분된다.

연구 목적과 구성

4장에서는 유도 전동기의 센서리스 속도 제어 방법에 대해 설명합니다. 5장에서는 본 논문에서 사용하는 센서리스 속도 제어 시스템에 대해 설명한다.

고조파 저감을 위한 컨버터 회로방식

비회생형 회로방식

DFE 방식은 주로 12펄스와 24펄스 다이오드 브리지 시스템을 사용한다. 그러나 펄스 수가 증가하면 전력 품질이 저하됩니다.

회생형 회로방식

비회생형과 달리 회생회로형은 입력측 회로 구성을 다르게 할 수 있어 비회생형에 비해 더 많은 종류의 컨버터를 출시할 수 있다. 두 가지 스위칭 방식을 결합하면 원하는 전압과 주파수의 AC 출력이 가능해 입력 전류의 품질이 향상되고, 넓은 공간과 비용이 필요한 DC 링크 커패시터가 없어진다는 장점이 있다.

그림 2.2 매트릭스 컨버터 Fig. 2.2 Matrix converter

DFE와 AFE 정류 회로방식 비교

이 제로 전압 벡터의 사용은 변조 성능에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 신경망을 이용하면 별도의 수학적 모델 없이 비선형 다변량 입력과 다변량 출력을 갖는 유도 전동기를 근사화할 수 있으며 이를 제어 시스템에 적용할 수 있습니다. 지령이 인가되었을 때의 속도 응답 특성을 나타내는 그래프입니다. a) 시뮬레이션 결과를 통해 모터가 잘 제어되고 중간 속도 범위에서 순간적인 반전에도 속도 명령을 따르는 것을 보여줍니다.

스텝 속도 명령이 적용될 때의 속도 응답을 보여줍니다. a)는 속도 그래프로, 저속 영역에서도 속도 응답성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 부하 토크 5[N·m]를 가했을 때의 응답을 나타냅니다. a)는 속도 그래프이다. 스텝 입력 속도 명령이 적용될 때 모터의 속도 응답 특성을 나타냅니다. a)는 시뮬레이션과 같은 명령속도인 자동차의 속도를 나타내는 그래프이다.

역방향 속도 명령이 적용될 때의 속도 응답 특성을 보여줍니다. a)는 속도 그래프이다. 중속 영역에서 순간 역방향 운전 중에도 속도 명령에 따라 모터 속도가 잘 제어되는 것을 알 수 있다. 이러한 방식에서 유도전동기는 고정자 전압을 입력으로 받아 고정자 전류와 속도를 출력하는 다변수 입출력 시스템으로 볼 수 있다.

AFE 정류장치의 전류제어 방식

히스테리시스 방식

삼각파 비교 전류제어 방식

공간벡터전압변조 방식

유도전동기의 센서리스 속도제어 방식

속도추정기를 이용한 방식
모델기준적응제어를 이용한 방식
칼만필터를 이용한 방식
슬롯고조파 분석을 이용한 방식
상태궤환 선형화 기법을 이용한 방식
신경회로망을 이용한 방식
고주파 신호주입을 이용한 방식

여기서 생성된 숫자는 각 노드의 출력이 되어 다른 노드와 연결되거나 신경망의 출력값이 된다. 집계, 임계값, 비선형 활성화) 집계. 신경망을 이용하여 속도를 추정하여 유도 전동기의 속도를 제어하는 제어 시스템은 그림 4.8과 같다. 신경망을 이용한 방식의 경우 약 1000000000000000000까지 속도 제어가 가능하다. 정격속도의 1.5[%]입니다.

고주파 신호 주입을 이용한 방식에서는 정격 속도의 약 1[%] 정도의 낮은 속도까지 제어가 가능합니다.

AFE 정류기를 이용한 센서리스 속도제어

전류오차수정에의한 센서리스 속도제어방식

직접토크제어

또한, 자속 및 토크 오차를 입력으로 사용하여 히스테리시스 대역폭을 조정하여 제어 정밀도 및 스위칭 주파수를 변경할 수 있습니다. 직접 토크 제어 루프에는 자속 비교기, 토크 비교기, 고정자 자속 및 토크 계산기, 스위칭 벡터가 포함됩니다. 스위치 벡터) 선택 부분과 직접 토크 제어 방식은 다음과 같습니다.

제어변수는 전압과 주파수이다.

그림 5.3 직접토크제어 방식의 제어기 구성도 Fig. 5.3 Control block diagram of direct torque control

제어 알고리즘

시뮬레이션

기존의 DFE 정류기를 이용한 유도전동기의 센서리스 속도제어

고속영역, 중속영역, 저속영역에서 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 속도응답특성을 확인하였다. 고속 영역에서 속도 제어가 잘 되어 속도 응답 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. DC 링크단의 DC 전압 파형은 역방향 속도 명령 전후의 DC 출력 값을 나타내며 과도 조건에서도 비교적 안정적인 출력을 제공합니다. d)는 모터 상전류 파형의 변화와 역방향 속도 명령을 나타내는 그래프이다.

그림 6.2 계단입력 속도지령 변화에 대한 응답(0→1,000[rpm])

제안하는 AFE 정류기를 이용한 유도전동기의 센서리스 속도제어

1,000[rpm]에서 스텝 속도 명령을 적용했을 때의 응답 특성을 표시합니다. a)는 속도 그래프로 고속 영역에서도 속도 응답 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. DC 링크단의 DC 전압 파형은 역방향 속도 명령 전후의 DC 출력 값을 보여줍니다. 정적 DC 전압의 출력 값을 지정합니다. d)는 모터 상전류 파형의 변화를 나타내는 그래프이다. 역방향 속도 명령을 인가하는 시점인 T=1[s] 이후 과도 구간을 지나도 정현파에 가까운 전류 파형을 보여줍니다.

이는 부하가 가해진 후에도 속도 제어가 잘 작동함을 나타냅니다.

그림 6.6 계단입력 속도지령 변화에 대한 응답(0→1,500[rpm])

시뮬레이션 결과 검토

실험 및 결과검토

실험장치의 구성

전체 시스템의 전류 및 전압을 제어하는 제어 알고리즘은 전적으로 소프트웨어를 통해 처리되기 때문에 가장 중요한 역할을 하는 장치는 마이크로프로세서이다. 본 실험에서는 위의 조건을 충족할 수 있는 Texas Instruments의 고성능 32비트 DSP 디바이스인 TMS320F2811을 사용했습니다.

그림 7.2 TMS320F2811 의 기능 블록 다이어그램 Fig. 7.2 TMS320F2811 Functional block diagram

실험결과 검토

전류 파형을 나타낸 (c)의 전류 파형과 비교하면, 고조파가 정현파에 가까운 파형으로 크게 줄어들고, 전류 파형도 크게 개선된 것을 알 수 있다.

결 론

Yano," Speed-Sensorless Vector Control of Induction Motor with Model Reference Adaptive System", IEEE IAS., pp. Schauder, "Adaptive Speed Identification for Vector Control of Induction Motors without Rotational Transducers", IEEE Trans. Matsuse, “Field-oriented speed sensorless control of induction motor with rotor resistance adaptation,” IEEE Trans.

Schauder, “Adaptive speed identification for vector control of induction motors without rotational transducers,” IEEE Trans.