공기 압축기용 표면 부착형 영구자석 동기전동기의 과변조를 고려한 센서리스 제어 방법에 관한 연구

Abstract

최근 수소 연료전지 자동차의 연구가 활발해짐에 따라 자동차에 탑재되는 연료 전지 시스템의 소형화 및 효율 향상에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 수소 연료전지 자동차의 핵심 장치 중 공기 압축기용 전동기를 대상으로 하여, 인버터의 전압 합성 범위를 증가시키기 위해 사용하는 과변조 구간에서의 센서리스 추정 성능을 향상시키는 방법에 대해 연구한다. 또한 공기 압축기의 특성상 초고속 운전을 하기 때문에 운전 주파수와 샘플링 주파수의 비가 작다. 이러한 조건에서도 센서리스 제어의 각 추정 성능을 확보하여 시스템의 안정성을 향상시켜야 한다. 추정 성능을 개선하기 위해서는 초고속 어플리케이션의 특성을 고려하여 센서리스 방법이 설계되어야 한다. 본 논문에서 제안한 센서리스 방법은 운전 주파수와 샘플링 주파수의 비를 고려하여, 부족한 샘플링 횟수에서도 정확한 각 추정을 할 수 있도록 전압과 전류의 관계를 면밀히 따져서 추정 성능을 개선했다. 이를 통해 시스템의 안정성을 확보할 수 있기 때문에 과변조 운전을 병행하여 인버터의 전압사용 범위를 확장시킬 수 있다. 제안된 센서리스 기법을 바탕으로 모의실험 및 실험을 수행하였다. 기존에 설계된 센서리스 방식과의 비교를 통해 개선된 추정 성능과 과변조 운전을 통해 전류 크기가 저감된 것을 모의실험과 실험 결과를 통해 검증한다.