초고속 전동기 구동시스템의 인버터 전압왜곡을 고려한 인덕턴스 및 초기위치 추정

Abstract

수소연료전지 시스템에 사용되는 공기압축기는 시스템을 조밀하게 설계하기 위해 변속기어가 필요없는 초고속 전동기를 사용하고 있다. 초고속 전동기는 매우 빠른 속도로 회전시 진동과 온도 조건 때문에 위치센서를 사용하기 어렵기 때문에 센서리스 알고리즘이 필요하다. 특히, 역회전을 허용하지 않는 시스템에서는 기동 시 초기위치 추정 알고리즘이 필수적이다. 또한 모델기반 센센서리스와 신호주입 센서리스 알고리즘을 설계할 때 d-q축 인덕턴스 값이 필요하여 이를 추정할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 기존에 초기위치와 d-q축 인덕턴스를 추정할 수 있는 알고리즘이 제안되었지만 인버터 비선형성에 의한 전압왜곡을 작게 보기 위해 전압을 크게 인가하였다. 초고속 전동기는 인덕턴스가 매우 작게 설계된 전동기로 인가할 수 있는 전압 크기의 제한이 있으며 전류가 크게 유기될 경우 추정과정에서 회전자가 움직일 위험이 있다. 이에 대응하기 위하여 본 논문에서는 초고속 전동기를 대상으로 인버터 비선형성에 의한 전압왜곡을 고려한 d-q축 인덕턴스 및 초기위치 추정 방법을 제안하였다. 0°부터 60°간격으로 전압벡터를 인가할 때 각 상에서 나타나는 전압왜곡을 모델링하고 정지좌표계 d-q축, 전압을 인가하는 방향으로 회전변환하여 분석하였다. 6방향에 전압을 인가할 때 전압을 인가하는 방향으로 회전변환하여 나타내면 전압왜곡이 모두 동일하게 나타나는 점을 이용하여 전압방정식에 반영하였다. D-q축 인덕턴스와 초기위치 추정 시 전압왜곡을 함께 추정하여 추정값의 오차를 줄였으며 15 kW 초고속 전동기를 대상으로 효과를 검증하였다.