슈퍼프리미엄급 PMA-SynRM 제어 기법에 관한 연구

Abstract

최근 유가가 불안정하고 에너지 자원 한계에 대한 위기감이 고조됨에 따라 새로운 에너지 자원 개발과 더블어 에너지 절약에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. 특히 자동자 전장품 및 생활 가전 분야에서 전동기에 대한 수요가 증가하고 있으며, 전동기의 전력 소비율이 국내 총 전력 소비율의 60% 이상을 차지하고 있고, 산업용 전동기는 전체 전동기의 70% 수준인 42% 이상을 차지하고 있으며, 전수명 주기 비용(Life Cycle Cost) 중 에너지가 차지하는 비중이 96% 이상으로 가장 큰 품목중 하나로써, 미국을 비롯한 선진 각국에서는 90년대 들어 에너지 절감을 위해 고효율 전동기의 생산/판매를 의무화 하는 최저효율제(MEPS : Minimum Energy Performance Standards) 정책을 법률로 제정하여 시행하고 있다. 국내에서는 에너지 절약을 위한 방안으로 2008년부터 최저효율제 시행을 통해 고효율 전동기의 사용을 의무화 하고 있으며, 2015년부터는 고효율에서 프리미엄 효율로 강화하는 추세이다. 이에 일부 대규모 중공업계에서 최저 효율제를 시행함에 따라 고효율(IE2) 뿐만 아니라 프리미엄 효율(IE3)까지 유도 전동기로 양산 진행 중이나, 유도 전동기는 회전자 부분의 2차 회로에 전류가 흐르기 때문에 추가 동손이 발생하므로 이로 인한 효율 개선에는 한계가 있기 때문에 새로운 구조 및 구동방식의 전동기의 개발이 필요하다. 영구자석형 동기 릴럭턴스 전동기(PMA-SynRM : Permanent Magnet Assistant Synchronous Reluctance Motor)는 동기형 릴럭턴스 모터(SynRM)에 영구자석을 적절하게 삽입하여 SynRM의 단점을 개선한 전동기로써 토크밀도와 역률, 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 기존의 유도 전동기의 고정자 구조를 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 이에 본 논문에서는 유도기 대체형 영구자석형 동기 릴럭턴스 전동기(PMA-SynRM)에 관한 인버터 설계와 제어 성능 분석에 관한 연구를 제안한다. PMA-SynRM은 기존 PMSM과 SynRM 제어법과는 다른 점이 많기 때문에 벡터 제어를 위한 PMA-SynRM 제어 알고리즘의 구축에 대한 연구가 필요하다. 따라서 이러한 인버터의 제어 알고리즘을 시뮬레이션을 통해 성능을 예측하고, 이를 토대로 인버터를 제작 및 시험평가하여 본 논문의 타당성을 확인한다.