세트간 상호 결합에 의한 영향을 고려한 Duplex 3상 영구자석 동기 모터 설계 방법

Abstract

Compared to general three-phase motors, Duplex three-phase motor is one of the multi-phase motors and has advantages such as higher torque, lower torque ripple, higher reliability, etc. So it is worth researching as a motor used in ship, electric vehicle, aviation, etc. And with the development of power and electronic technology and microelectronic technology, the phase number of the motor is no longer limited in the motor design stage. Typically, research related to Duplex three-phase motors is increasing. However, although the Duplex three-phase motor has a lot of advantages, it will produce a large harmonic current due to the effect of coupling between sets. Thus, this paper selected a Duplex 3-phase permanent magnet synchronous motor as a research subject and conducted an optimal design to reduce current THD. Firstly, the definition of the Duplex 3 phase and the characteristics of the Duplex 3 phase motor is described. Secondly, a mathematical modeling of the Duplex three-phase motor was presented, and a Simulink modeling was created based on the mathematical modeling presented to predict current harmonics. The inductance shown in the mathematical modeling is calculated using the Frozen Permeability Method. After that, the design variable was selected. The current THD was defined as the objective function. The optimal design for minimizing the current THD was carried out. The experimental point was extracted using OLHS, which maximizes the minimum distance between the two test points, and SMDD, which extracts additional experimental points. Performance of each experimental point was calculated, and a kriging surrogate model was created using a correlation function. Based on the kriging surrogate model, the current THD optimum point was found. Finally, the performance of Duplex three phase-motor under harmonic current is compared with that under sine wave current. | 일반적인 3상 모터에 비해서 Duplex 3상 모터는 다상 모터 중 하나이며 높은 출력 토크, 낮은 토크 리플, 높은 신뢰성 등의 장점들이 있기 때문에 선박, 전기 자동차, 항공 등 분야에 사용되는 모터로 연구 가치가 있다 [1]. 그리고 전력 전자 기술 및 마이크로 전자 기술 발전에 따라, 모터의 상수는 더 이상 모터 설계 단계에서 제한되지 않는다. 대표적으로 Duplex 3상 모터에 관련된 연구가 증가하고 있다. 하지만 Duplex 3상 모터의 장점에도 불구하고 세트간 결합 영향에 의해서 전류 고조파 많이 생긴다. 그래서 본 논문에서는 Duplex 3상 영구자석 동기 모터를 연구 대상으로 선정해 전류 THD를 저감하는 최적 설계를 진행하였다. 우선 Duplex 3상의 정의와 Duplex 3상 모터의 특징에 대해 설명한다. 다음에 Duplex 3상 모터의 수학적인 모델링을 제시하고, 전류 고조파를 예측하기 위해 제시된 수학적인 모델링을 기반으로 Simulink 모델링을 만들었다. 수학적인 모델링에 나타난 인덕턴스는 Frozen Permeability Method (FPM)를 이용하여 계산된다. 그 이후, 설계 변수를 선정해서 전류 THD를 최적 설계의 목적 함수로, 최대 토크는 제한 조건으로 전류 THD를 최소화하는 방향으로 최적화 문제를 결정하였다. 두 시험점 사이의 최소 거리가 최대가 되는 OLHS 및 추가적 인 실험점을 추출하는 SMDD를 이용해서 실험점을 결정하였다. 각 실험점에 대해서 성능 해석을 진행하고 상관 함수를 이용하여 크리깅 대체 모델을 생성하였다. 크리깅 대체 모델을 기반으로 전류 THD 최적점을 확인하였다. 마지막으로 크리깅 모델로 예측한 최적점의 고조파 전류로 모터 부하 해석 결과가 정현파 전류를 인가해서 얻었던 해석 결과와 비교하였다.