이중 인버터를 이용한 권선형 교류 전동기의 최소 동손 운전

Abstract

본 논문은 이중 인버터를 이용한 권선형 교류 전동기의 제어 방법을 제안한다. 전동기의 고정자와 회전자 단에 각각 적용된 인버터는 전동기 구동을 위한 전력을 양측에서 공급할 수 있으며, 양측의 전류를 모두 제어할 수 있기 때문에 고정자 측에만 인버터를 연결하여 구동되는 단일 여자 전동기 시스템에 비해 높은 제어의 자유도를 가지게 된다. 하지만 이러한 전력 분배의 원리와 회전자 전류 제어를 모두 고려하는 권선형 전동기의 운전에 대한 명확한 방법은 제시되지 않았다. 본 논문에서는 이중 인버터를 적용한 권선형 전동기의 회전자 자속 기준 좌표계에서의 벡터 제어 방식을 적용하여 최대 운전 영역에서의 최소 동손 운전을 위한 전류 지령 결정 방법을 제안한다. 수식적 분석과 함께 고정자 전류 평면상에서의 분석을 통해 고정자와 회전자 단의 전압 및 전류 제한 조건들뿐 만 아니라 자속 제한까지 고려하여 동손을 최소화 하기 위한 전류 지령을 구하는 방법을 제안한다. 본 논문에서는 제안된 최적화 전류 지령을 토크 제어에 적용하기 위해 주어진 속도와 요구되는 토크에 대해서 전류 지령을 선택하는 알고리즘을 고안하였다. 또한, 전동기 제정수 변동이 제안된 최적화 전류 지령에 미치는 영향을 분석하고 변동하는 제정수들을 고려한 디지털 제어 방법을 제시하였다. 본 논문은 효율 운전 적용 시 발생하는 자속의 변화에 의한 토크 및 전류 제어의 동적 성능 저감을 막기 위하여 자속의 변동을 고려한 전향 보상 성분을 포함한 전류 제어 방법을 제안하였다. 권선형 전동기에서 양측에 적용된 인버터들은 각각의 전류를 제어하게 되는데 이러한 전류 제어기들은 자속의 변동에 모두 영향을 받기 때문에 서로 상호 간섭이 발생하게 된다. 이러한 상호 간섭을 억제하기 위한 전류 제어기 및 전향 보상 방법을 제안한다. 끝으로 본 논문에서는 제안된 방법 및 알고리즘의 유효성과 성능을 서로 다른 두 개의 권선형 전동기에 대하여 모의 실험을 통해 검증하였으며, 이중 하나의 전동기에 대해서는 실험을 통해 제안된 방법의 효용성과 우수성을 실증하였다.