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분수 슬롯 집중권을 가지는 매입형 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 분석 및 수식화 : Analysis and Formulation of Inductance for IPMSMs with Fractional-Slot Concentrated Windings

DC Field Value Language
dc.contributor.advisor설승기-
dc.contributor.author권용철-
dc.date.accessioned2017-07-13T07:22:46Z-
dc.date.available2017-07-13T07:22:46Z-
dc.date.issued2017-02-
dc.identifier.other000000142556-
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10371/119309-
dc.description학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2017. 2. 설승기.-
dc.description.abstract최근 10년간 분수 슬롯 집중권(Fractional-Slot Concentrated Winding: FSCW)을 가지는 영구자석 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor: PMSM)에 대한 관심이 학계와 산업계에서 크게 증가하였다. 분수 슬롯 집중권은 높은 토크 밀도 및 효율, 낮은 코깅 토크, 우수한 제작성 등의 장점을 가지고 있어서 현재까지 활발한 연구가 이루어지고 있으며 적용 분야가 차츰 넓어지는 추세이다.
하지만 전동기의 벡터 제어를 위해 사용되는 기존의 매입형 영구자석 동기 전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor: IPMSM)의 모델은 FSCW IPMSM에 적용되지 않는다. 기존의 IPMSM 모델에서는 정현 권선을 가지는 대칭 전동기를 가정하고 전동기의 하나의 극쌍에 대한 공극 자계 분포를 통해 전동기의 전체 모델을 유도하였다. 하지만 FSCW IPMSM은 펄스 형태의 권선을 가지는 비대칭 전동기이므로 상 권선이 자극별로 나누어지지 않기 때문에 기존의 모델을 적용할 수 없다. 뿐만 아니라 기존의 연구에서 모델링한 IPMSM의 퍼미언스 함수가 실제 IPMSM의 공극 자계 분포를 잘 설명하지 못한다는 것을 본 논문에서 발견하였다. 이는 기존의 연구에서 IPMSM의 특징적인 현상인 극편 부유 효과를 고려하지 않았기 때문이다.
본 논문에서는 극편 부유 효과를 통해 복잡한 IPMSM의 공극 자계 분포의 특성을 분석하였다. 그리고 이를 바탕으로 FSCW IPMSM의 인덕턴스를 정확하게 수식화하는 방법을 제안하였다. 이를 위해 우선 전류도체법을 기반으로 단일 도체에 의한 공극 자계 분포를 이용하여 코일 인덕턴스를 수식화하였다. 이후 FSCW의 각 극/슬릇 조합에 따른 권선법을 고려하여 코일 인덕턴스를 상 및 동기 인덕턴스로 변환하여서 수식화를 완성하였다. 또한 제안된 방법을 확장하여서 절대각 센서리스 구동을 위한 전동기를 모델링하여 전동기 설계를 최적화 하였다.		-
dc.description.tableofcontents제 1장 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 5
1.3 논문의 구성 6
제 2장 시험용 전동기 설계 및 기본 특성 7
2.1 시험용 전동기의 기본 사양 7
2.2 시험용 전동기의 정격 설계 8
2.3 시험용 전동기에 사용되는 물질 특성 13
2.4 시험용 전동기의 무부하(No load) 특성 16
2.5 시험용 전동기의 전부하(Full load) 특성 18
제 3장 기존의 연구 20
3.1 권선 함수 이론 20
3.1.1 회전자 위치, 공극 위치 20
3.1.2 일반적인 기자력 표현 21
3.1.3 권선 함수로 표현된 기자력 수식 유도 24
3.1.3.1 돌극성이 없는 회전자에 따른 기자력 표현 24
3.1.3.2 돌극성이 있는 회전자에 따른 기자력 표현 25
3.1.4 권선 함수를 이용한 인덕턴스의 표현 29
3.2 권선 함수 이론의 적용 31
3.2.1 이상적인 IPMSM의 모델링 31
3.2.2 실질적인 전동기의 모델링 36
3.2.2.1 권선형 회전자 동기기 36
3.2.2.2 편심을 가지는 전동기 37
3.2.2.3 릴럭턴스 전동기 38
3.2.2.4 영구자석 동기 전동기 39
3.3 기존 연구의 한계 42
3.3.1 회전자 형태에 따른 역 공극 함수 43
3.3.1.1 역 공극 함수 분석을 위한 네 가지 전동기 모델 43
3.3.1.2 일체형 철심의 회전자를 가지는 전동기의 역 공극 함수 45
3.3.1.3 복잡한 회전자 구조를 가지는 전동기의 역 공극 함수 49
3.3.2 분수 슬롯 집중권에서의 권선 함수 이론 53
제 4장 제안된 방법 57
4.1 매입형 영구자석 동기 전동기의 공극 자계 분포 특성 58
4.1.1 전기각 vs 기계각 기준 해석 58
4.1.2 단일 코일에 의한 공극 자계 분포 62
4.1.3 극편 부유 효과를 고려한 공극 자계 분포 분석 69
4.1.3.1 극편 부유 효과 69
4.1.3.2 회전자 등가 모델을 이용한 분석 72
4.2 제안된 전동기의 인덕턴스 분석 방법 79
4.2.1 자계 분포 함수 79
4.2.2 단일 코일의 인덕턴스 88
4.2.2.1 인덕턴스의 일반 식 88
4.2.2.2 자기 인덕턴스 89
4.2.2.3 상호 인덕턴스 90
4.2.3 상 권선의 인덕턴스 93
4.2.3.1 상 인덕턴스의 일반 수식 93
4.2.3.2 8P9S 전동기 95
4.2.3.3 8P12S 전동기 100
4.2.3.4 10P9S 전동기 104
4.2.3.5 10P12S 전동기 107
4.2.4 동기 인덕턴스 112
4.2.5 유한 요소 해석을 통한 제안된 방법의 검증 117
4.2.5.1 대상 전동기 117
4.2.5.2 코일 인덕턴스 118
4.2.5.3 상 인덕턴스 124
4.2.5.4 동기 인덕턴스 129
제 5장 절대각 센서리스 전동기의 설계와 모델링 134
5.1 절대각 센서리스 제어 134
5.2 비대칭 회전자와 비대칭 권선을 가지는 절대각 센서리스 전동기 136
5.2.1 제안된 전동기 설계 136
5.2.2 제안된 전동기의 모델링 139
5.2.3 회전자의 절대 위치 추정 알고리즘 145
5.2.4 제안된 전동기의 기본 특성 148
5.3 비대칭 회전자와 측정 코일을 가지는 절대각 센서리스 전동기 152
5.3.1 제안된 전동기 설계 152
5.3.2 제안된 전동기의 모델링 155
5.3.3 측정 코일 전압의 측정 160
5.3.4 회전자의 절대 위치 추정 알고리즘 161
5.3.5 제안된 전동기의 기본 특성 162
제 6장 실험 결과 166
6.1 실험 환경 166
6.2 역기전력 측정 169
6.3 인덕턴스 측정 171
6.3.1 코일 인덕턴스 171
6.3.2 동기 인덕턴스 174
6.4 절대각 센서리스 제어 176
6.4.1 비대칭 회전자와 비대칭 권선을 가지는 절대각 센서리스 전동기 176
6.4.2 비대칭 회전자와 측정 코일을 가지는 절대각 센서리스 전동기 179
제 7장 결론 183
참고 문헌 187
Abstract 191
부 록 192		-
dc.formatapplication/pdf-
dc.format.extent14389549 bytes-
dc.format.mediumapplication/pdf-
dc.language.isoko-
dc.publisher서울대학교 대학원-
dc.subject매입형 영구자석 동기 전동기-
dc.subject분수 슬롯 집중권-
dc.subject인덕턴스-
dc.subject권선 함수 이론-
dc.subject절대각 센서리스 구동-
dc.subject.ddc621-
dc.title분수 슬롯 집중권을 가지는 매입형 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 분석 및 수식화-
dc.title.alternativeAnalysis and Formulation of Inductance for IPMSMs with Fractional-Slot Concentrated Windings-
dc.typeThesis-
dc.contributor.AlternativeAuthorYong-Cheol Kwon-
dc.description.degreeDoctor-
dc.citation.pages208-
dc.contributor.affiliation공과대학 전기·컴퓨터공학부-
dc.date.awarded2017-02-
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