매입형 영구자석 동기전동기에서의 전류 모델 기반 센서리스 제어 기법에 대한 연구

Abstract

This paper suggests sensorless method that controls torque, speed and location of Interior permanent magnet synchronous motor without speed and location detector. There are many sensorless control types, but the most popular one is sensorless control based on counter electromotive force that use harmonics. However, it has disadvantages of increase estimation error due to small electromotive force value at low speed, noise by harmonics injection and voltage rate drop of inverter voltage. Also it is necessary to have extra driving algorithm to move rotator to desirable location and examine accurate initial location for driving rotator in vector driving without rotator location examine sensors from stationary state. This research uses sensorless control method based on current model for initial driving of electric motor. The sensorless control based on current model has aim of converging location error to zero stable, fast and accurate by using information of voltage and current. By selecting estimation gain of speed and location by electric motor, it is possible to complete location and speed estimation algorithm and possible to bring initial driving. After operating electric motor with above method, it switches to sensorless control based on counter electromotive force at speed range that has low influence on counter electromotive force value by disturbance after starting motor. Sensorless control based on counter electromotive force has advantage of toughness against change of measured current value and small error on estimation of speed and location than sensorless control based on current model. Therefore, it is more stable to use sensorless control based on counter electromotive force in mid-high speed range. This paper conducted simulations by Matlab Simulink and pre-reviewed sensorless algorithm. Also it confirmed the the result by using actual 700w size interior permanent magnet synchronous motor in sensorless vector control inverter system. Therefore, it suggested validity of suggested sensorless algorithm, |본 논문에서는 속도 및 위치 검출기가 없는 매입형 영구자석 동기 전동기의 토크, 속도 및 위치 제어를 위한 센서리스 방법을 제안한다. 센서리스 제어 방식에는 여러 가지 방법이 이용되고 있으나 현재 가장 널리 사용되는 방식은 고주파를 이용한 역기전력 기반 센서리스 제어가 있다. 그러나 저속에서는 작은 역기전력 값으로 인해 추정 오차가 커진다는 문제와 고주파 주입으로 인한 소음 및 인버터 전압의 사용률 저하라는 단점이 있다. 그 외에도 회전자 위치 검출 센서 없이 벡터 운전으로 정지 상태에서 기동하기 위해서는 초기 위치를 정확히 검출하거나 원하는 위치로 회전자를 이동시키기 위한 별도의 기동 알고리즘이 요구가 된다. 본 연구에서는 초기 전동기의 구동을 위하여 전류 모델기반 센서리스 제어 방식을 이용한다. 전류 모델기반 센서리스 제어는 전압과 전류의 정보를 사용하여 어떤 경우에도 반드시 안정하고 빠르며 또한 정확하게 위치 오차를 0으로 수렴시키는 것이 목표이다. 또한 속도 및 위치의 추정 이득을 전동기의 따라 선정함으로써 위치 및 속도 추정 알고리즘을 완성할 수 있으며 초기 구동이 가능해진다. 이러한 방식으로 모터를 구동 시킨 후 역기전력 값이 외란 등에 오차가 영향이 작아지는 속도 영역에서 역기전력 기반 센서리스 제어로 전환 한다. 역기전력 기반 센서리스 제어는 전류 모델 기반 센서리스 제어 보다 속도 및 위치 추정 오차가 적고 측정하는 전류 값 변동에 강인한 장점이 있다. 따라서 중 고속 영역에서는 역기전력 기반 센서리스 제어 방식을 이용하는 것이 안정적이다. 본 논문은 Matlab Simulink를 이용하여 모의 실험을 하였으며 센서리스 알고리즘을 사전 검토하였다. 또한 실제 700W급 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM)를 이용하여 센서리스 벡터 제어 인버터 시스템으로 그 결과를 직접 확인함으로써 제안된 센서리스 알고리즘의 유효성을 제시하였다.; This paper suggests sensorless method that controls torque, speed and location of Interior permanent magnet synchronous motor without speed and location detector. There are many sensorless control types, but the most popular one is sensorless control based on counter electromotive force that use harmonics. However, it has disadvantages of increase estimation error due to small electromotive force value at low speed, noise by harmonics injection and voltage rate drop of inverter voltage. Also it is necessary to have extra driving algorithm to move rotator to desirable location and examine accurate initial location for driving rotator in vector driving without rotator location examine sensors from stationary state. This research uses sensorless control method based on current model for initial driving of electric motor. The sensorless control based on current model has aim of converging location error to zero stable, fast and accurate by using information of voltage and current. By selecting estimation gain of speed and location by electric motor, it is possible to complete location and speed estimation algorithm and possible to bring initial driving. After operating electric motor with above method, it switches to sensorless control based on counter electromotive force at speed range that has low influence on counter electromotive force value by disturbance after starting motor. Sensorless control based on counter electromotive force has advantage of toughness against change of measured current value and small error on estimation of speed and location than sensorless control based on current model. Therefore, it is more stable to use sensorless control based on counter electromotive force in mid-high speed range. This paper conducted simulations by Matlab Simulink and pre-reviewed sensorless algorithm. Also it confirmed the the result by using actual 700w size interior permanent magnet synchronous motor in sensorless vector control inverter system. Therefore, it suggested validity of suggested sensorless algorithm,