전류제어기법을 이용한 SRM의 속도제어에 관한 연구

Abstract

SRM은 구조적인 면에서 영구자석이나 브러시 그리고 정류자가 없는 매우 단순한 구조로 고정자는 돌극을 가진 강철의 적층구조로 되어 있으며, 직렬로 된 코일이 감겨진 권선이 각각의 상(phase)에 독립적으로 연결되어 고정자 극을 감싸는 구조로 되어 있다. 회전자에는 권선이 없고, 강철의 적층구조로 되어 있으며 고정자와 마찬가지로 돌극형 구조로 된 이중 돌극형(double salient)구조이다. 이러한 단순한 구조는 기기의 신뢰성을 높이고, 생산단가를 낮춤으로서 가변속 드라이브의 대안으로 그 가능성이 크다고 할 수 있다. 또한 성능 면에서 토크 출력성능이 우수하고 효율 면에서도 범용 유도전동기와 비교할 때 변환효율이 약 1%～3%정도 높은 우수한 특성을 가지고 있다. 비용 면에서 낮은 조립단가와 영구자석을 사용하지 않는 낮은 재료비용 그리고 단순한 구조로 인한 낮은 유지비용을 확보할 수 있으며 고속운전영역과 가속 운전능력 면에서 볼 때, 적절한 드라이브를 가진다면 100,000[RPM]의 고속운전이 가능하다. 냉각의 측면에서 볼 때 대부분의 줄(joule)열은 고정자 측에 한정해서 발생하기 때문에 상대적으로 외부 방출과 냉각이 용이하며 강인한 기계적인 구조는 고온이나 진동이 있는 환경에서도 이용이 적절하다는 등의 우수한 면을 가지고 있다. 또한 SRM의 드라이브의 측면에서 고려한다면 가변속 드라이브의 브리지형태의 인버터와 비교할 때, Bipolar(reversed) 전류를 사용하지 않기 때문에 전력용 스위칭 반도체 수가 그 절반으로 줄어든다. 본 연구를 통해서 SRM의 모델링에 기초한 PI 제어 알고리즘을 적용한 전류제어기법을 이용하였고 시뮬레이션을 통해 그 결과를 고찰하였다. 이러한 제어 방식의 결과는 single phase exciting 전류방식의 최적화를 의미하는데, 이것은 또한 스위치드 릴럭턴스 전동기의 최종 성능에 중대한 영향을 미치는 요인이기 때문에 본 연구에서는 전체 시스템의 평균전압을 최적화에 의한 single exciting 전류 방식의 최적화된 전도방식을 제안한다. SRM의 모델이 복잡한 제어알고리즘과 최종의 성능에 직접적으로 영향을 줄 수 있으므로 전동기의 성능을 강화하기 위한 SRM의 모델링에는 많은 연구가 요구된다. 본 연구에서는 고정자 극수가 6이고, 회전자의 극수가 4인 3 상 SRM 드라이브의 모델링을 수행하였고 설계된 모델과 드라이브의 가변속 운전을 통해서 동적 성능을 분석하였고, 이에 대한 광범위한 속도특성을 검출하였다. 또한 Top flat Shape의 형태의 전류의 출력파형을 통해서 각 상당 전류가 연속적인 제어를 이루도록 하여 고속 SRM설계의 기초를 마련하였다.|Nowadays, Switched Reluctance motor(SRM) attract more and attention. The switched reluctance motor is simple to construct. It not only features a salient pole stator with concentrated coils, which allows earlier winding and shorter end turns than other types of motors, but also features a salient pole rotor, which has no conductors or magnets and it thus the simplest of all electric machine rotors. Simplicity makes the SRM inexpensive and reliable, and together with its high speed capacity and high torque to inertia ratio, makes it a superior choice in different applications. As a high performance variable speed drive, the motor's magnetics are optimized for closed-loop operation. Rotor position information is used to control phase energization in an optimal way to achieve smooth, continuous torque and high efficiency. This study presents a analytical design method, characteristics estimation method, and current control method for an servo SRM. This paper describes the advanced switching angle along with rotor position for maximum efficiency, and the simulation results are given.