KR101038302B1 - Control method - Google Patents
Control method Download PDFInfo
- Publication number
- KR101038302B1 KR101038302B1 KR1020080108556A KR20080108556A KR101038302B1 KR 101038302 B1 KR101038302 B1 KR 101038302B1 KR 1020080108556 A KR1020080108556 A KR 1020080108556A KR 20080108556 A KR20080108556 A KR 20080108556A KR 101038302 B1 KR101038302 B1 KR 101038302B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- phase
- coordinate system
- motor
- variable
- control
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
- H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
본 발명은 12상 교류전동기의 제어방법에 관한 것으로서, 특히 12상 교류전동기의 12상(fabcdefghijkl)을 2상으로 축변환하여 다변수 모델을 단순화하고, 단순화된 모델을 2상 d-q 동기좌표계 전류제어기로 구현하여 제어하도록 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a control method of a 12-phase AC motor, and in particular, the 12-phase (f abcdefghijkl ) of the 12-phase AC motor is converted into two phases to simplify the multivariate model, and the simplified model is a two-phase dq synchronous coordinate system current. Characterized in that configured to control by implementing a controller.
본 발명에 의하면, 다상 교류전동기의 제어방식을 간략화 할 수 있도록 한 12상 교류전동기의 제어방법을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, the effect of providing a control method for a 12-phase AC motor can be expected to simplify the control method of the multi-phase AC motor.
12상 교류전동기, 2상, d-q 동기좌표계, 축변환, 12-phase AC motor, 2-phase, d-q synchronous coordinate system, axis conversion,
Description
본 발명은 12상 교류전동기의 제어방법에 관한 것으로서, 특히 12상 교류전동기의 12상(fabcdefghijkl)을 2상으로 축변환하여 다변수 모델을 단순화하고, 단순화된 모델을 2상 d-q 동기좌표계 전류제어기로 구현하여 제어하도록 구성하므로서, 다상 교류전동기의 제어방식을 간략화 할 수 있도록 한 12상 교류전동기의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a 12-phase AC motor, and in particular, the 12-phase (f abcdefghijkl ) of the 12-phase AC motor is converted into two phases to simplify the multivariate model, and the simplified model is a two-phase dq synchronous coordinate system current. The present invention relates to a control method of a 12-phase AC motor, which can be configured to be controlled by a controller to simplify the control method of a multi-phase AC motor.
인버터를 이용한 교류 전동기 구동 시스템은 고효율, 과부하 능력, 약계자 영역에서의 뛰어난 특성으로 잠수함 추진 시스템으로 적합하다. 특히 다상 교류 전동기 드라이브 시스템은 출력용량을 증대시킬 수 있으며 토크 펄스 성분이 작다. 이와 같은 다상 교류 전동기의 효과적인 구동을 위해선 토크 제어가 가능한 인버터 시스템이 필요하다.AC motor drive system using inverter is suitable for submarine propulsion system because of its high efficiency, overload capability and excellent field in weak field. In particular, the multi-phase AC motor drive system can increase the output capacity and has a small torque pulse component. In order to effectively drive such a multi-phase AC motor, an inverter system capable of torque control is required.
AIP(Air Independent Propulsion)시스템 개념이 적용된 잠수함의 잠항 유지 시간을 확대하기 위해선 반드시 고효율의 추진 전동기로 사용하는 것이 필요하며 추진 인버터 시스템 역시 효율 향상을 고려하여 설계 제작되어야 한다. 잠수함 추 진 전동기를 구동하기 위한 전력변환 회로는 효율 및 부피, 중량 등을 고려해야 하며 제한된 공간에서 구성된 잠수함 전력계통의 특성상 고조파 발생 제한도 중요한 설계 요소이다.In order to extend the dwell time of submarines with the concept of Air Independent Propulsion (AIP) system, it is necessary to use a high efficiency propulsion motor, and the propulsion inverter system must be designed and manufactured to improve efficiency. The power conversion circuit for driving submarine propulsion motors should consider efficiency, volume, weight, etc., and the limitation of harmonic generation is also an important design element due to the characteristics of submarine power system in limited space.
잠수함용 추진 장치 및 전동기를 다상 방식으로 구성하는 이유는 고신뢰성, 잉여성, 그리고 높은 출력 밀도와 같은 장점을 갖기 때문이다. 다상 추진 전동기 구동을 위한 전력변환 장치는 잠수함의 동적 성능을 결정하는 중요한 요소이므로 속도, 토크 제어 특성이 뛰어난 벡터제어방식 구동이 필요하다. 이와 같은 특성에 따라 SIEMENS, JEUMONT사 등 해외 선진 제작사는 모두 12상 이상의 다상 전동기와 인버터를 잠수함 추진장치로 채택하고 있으나, 전력변환용 인버터 및 제어방법은 다양하다.The reason why the submarine propulsion system and electric motors are constructed in a multiphase manner is that they have advantages such as high reliability, surplus and high power density. Power conversion device for driving a multi-phase propulsion motor is an important factor in determining the dynamic performance of a submarine. Therefore, it is necessary to operate a vector control method with excellent speed and torque control characteristics. According to these characteristics, overseas advanced manufacturers such as SIEMENS, JEUMONT, etc. all adopt 12 phase or more multiphase motors and inverters as submarine propulsion devices, but there are various power conversion inverters and control methods.
전력전자 기술이 충분히 발전하기 전, 산업용 유도 전동기를 3상 상용 전원으로 직접 구동하고 권선형 2차측의 저항을 조절하여 속도를 가변하던 시대에는 3상 이외의 다상(multi-phase) 교류 전동기는 상상속에서만 가능한 이야기였다. 그러나 전력용 반도체가 개발되면서 입력 전류 또는 전압의 크기와 주파수를 임의로 조절할 수 있게 됨에 따라 다상 교류 전동기는 특정 응용 분야에 있어 3상 전동기의 현실적인 대안이 될 수 있게 되었다.Before the development of power electronics technology, multi-phase AC motors other than 3-phase could be imagined in an age where industrial induction motors were directly driven by three-phase commercial power supplies and the speed was varied by adjusting the resistance of the winding secondary. The story was only possible in the inside. However, with the development of power semiconductors, the magnitude and frequency of the input current or voltage can be arbitrarily adjusted, making polyphase AC motors a realistic alternative to three-phase motors for certain applications.
다상 구동 시스템의 장점은 기존의 3상 구동 시스템과 비교하여 크게 다음의 세 가지로 구분할 수 있다.Advantages of the multiphase drive system can be classified into three categories as compared with the conventional three phase drive system.
첫째, 전기 자동차의 구동이나 항공 우주용 또는 군용을 목적으로 개발되는 장비와 같이 높은 신뢰성이 요구되는 분야에서 다상 구조를 채택하게 되면 구동 시 스템에서 부분적인 상 모듈의 고장이 발생하더라도 해당 모듈을 전동기와 분리하고 전동기를 계속해서 운전할 수 있다는 잉여성(redundancy) 측면에서의 장점을 갖는다.First, if a multi-phase structure is adopted in a field that requires high reliability, such as equipment developed for the purpose of driving an electric vehicle, aerospace, or military, even if a partial phase module failure occurs in the drive system, It has the advantage in terms of redundancy that it can be separated from the motor and continue to operate the motor.
둘째, 전동기를 포함한 전체 구동 시스템의 단위 체적당 출력, 즉 출력 밀도(power density)가 증가할 수 있다. 예를 들어, 표면 부착형 영구 자석 동기 전동기(Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 SMPM 전동기)의 경우 고정자의 권선을 180도의 피치(pitch)를 갖는 집중권(concentrated winding) 방식으로 감고 상(phase)의 수를 늘리면 직류 전동기와 같이 전류 밀도의 분포와 영구 자석에 의한 공극 자속 밀도의 분포를 모두 구형파 형태로 가져갈 수 있으므로 단위 전류당 토크가 증가하게 된다. 더불어 역기전력 전압 또한 구형파 형태에 가까워지므로 전기자 반작용 전압을 무시하면 이론적으로 다상 구동 시스템의 출력 밀도는 3상 구동 시스템에 비해 증가하게 된다.Second, the output per unit volume of the entire drive system including the electric motor, that is, the power density may increase. For example, in the case of Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Motors (SMPM motors), the windings of the stator are wound in a concentrated winding manner with a pitch of 180 degrees. Increasing the number of) increases the torque per unit current because both the current density distribution and the pore flux density distribution by the permanent magnet can take the form of a square wave like a DC motor. In addition, since the back EMF voltage is closer to the square wave form, ignoring the armature reaction voltage, theoretically, the output density of the multiphase drive system is increased compared to the three phase drive system.
다상 BLDC 전동기의 경우도 앞서 언급한 바와 같이 잉여적 측면에서의 장점뿐만 아니라 상의 수가 증가함에 따라 준구형파(quasi-square wave) 형태의 전류와 사다리꼴 형태의 역기전력 전압이 보다 구형파에 가까워질 수 있으므로 출력 밀도가 3상 BLDC 전동기에 비해 증가하게 된다.In the case of the multi-phase BLDC motor, as described above, the quasi-square wave current and the trapezoidal counter electromotive voltage may be closer to the square wave as the number of phases increases, as well as the redundant advantages. Density is increased compared to three-phase BLDC motors.
셋째, 대형 선박의 추진이나 전기 기관차의 구동을 목적으로 하는 수 MW 이상의 대용량 구동 시스템에서 인버터의 회로 병렬이나 소자 병렬과 같이 상용 반도체 스위칭 소자의 병렬 사용이 불가피한 경우 다상 구조를 채택함으로써 동일한 전류 분담의 효과를 얻으면서 동시에 스위칭 소자의 고장으로 인한 출력의 감소를 최 소로 할 수 있다. 예를 들어, 2개의 3상 인버터로 구동되는 회로 병렬 개념의 3상 SMPM 전동기와 6상 인버터로 구동되는 6상 SMPM 전동기를 비교하면 1개의 상 모듈에 고장이 발생하는 경우 고장전과 비교하여 전자는 최대 50%의 토크만을 발생시킬 수 있는데 반해 후자의 경우는 최대 77%의 토크를 얻을 수 있다.Third, in the case of inevitable parallel use of commercially available semiconductor switching elements such as parallel circuits and parallel circuits of inverters in large-capacity drive systems for the purpose of propulsion of large vessels or driving of electric locomotives, it is necessary to adopt the multi-phase structure. The effect can be minimized while at the same time minimizing the reduction in output due to switching element failure. For example, if you compare a three-phase SMPM motor with a circuit parallel concept driven by two three-phase inverters and a six-phase SMPM motor driven by a six-phase inverter, if one phase module fails, the former Only up to 50% of torque can be generated, while the latter can achieve up to 77% of torque.
이밖에도 전동기의 상 수를 늘리면 직류단 커패시터의 맥동(ripple) 전류가 감소하고, 토크 맥동(pulsating)의 크기가 감소하고 주파수는 증가하는 등의 장점을 얻을 수 있다는 연구 결과가 발표되었다.In addition, research results have shown that increasing the constant of the motor has advantages such as reducing the ripple current of the DC-link capacitor, decreasing the magnitude of the torque pulsating and increasing the frequency.
다음으로, 제어적인 측면에서의 다상 전동기와 관련한 최근의 연구는 크게 다음의 세 가지로 분류할 수 있다.Next, recent researches related to polyphase motors in terms of control can be classified into three categories.
첫째, 벡터 제어를 위한 전동기 모델링에 대한 연구가 5상 SRM과 SMPM 전동기에 대해서 수행되었다.First, a study on motor modeling for vector control was performed for 5-phase SRM and SMPM motors.
둘째, 다상 전압형 PWM 인버터의 전압 변조 기법에 관한 연구로서 3상 인버터에서와 동일한 정현파 전압에 대한 공간 벡터 전압 변조(Space Vector Pulse Width Modulation, 이하 SVPWM) 기법이 제안되었다.Second, as a study on the voltage modulation technique of a multi-phase voltage PWM inverter, a space vector pulse width modulation (SVPWM) technique for the same sinusoidal voltage as in a three-phase inverter has been proposed.
셋째, 고장 허용(fault tolerance)의 관점에서 다상 인버터의 상 모듈(module)에 부분적으로 고장이 발생하더라도 해당 모듈을 전동기와 분리할 수 있는 경우에, 전동기를 계속해서 운전하기 위한 상 비대칭(phase asymmetric) 조건에서의 상 전류에 대한 최적의 해를 구하는 연구로서 주어진 전류 제한 조건에서 최대 토크를 발생시킬 수 있도록 각 상이 동일한 실효값을 갖는 상 전류의 해가 제시되었다. 하지만 통상의 다상 전동기가 집중권 방식을 사용함에도 불구하고 권선의 분포가 정현적이라는 가정하에서 상 비대칭 조건에서도 여전히 토크에 긍정적으로 기여할 수 있는 고조파 전류를 배제하고 기본파 전류의 해만을 언급하고 있다.Third, if the module can be separated from the motor even if the phase module of the multi-phase inverter partially fails in terms of fault tolerance, phase asymmetric for continuing to operate the motor. As a study to find the optimal solution for the phase current in the) condition, the solution of the phase currents with the same effective value for each phase is presented to generate the maximum torque in the given current limit condition. However, despite the fact that conventional multiphase motors use the intensive zone method, the solution assumes only harmonic currents, excluding harmonic currents, which can still contribute positively to torque under asymmetric conditions under the assumption that the distribution of the windings is sinusoidal.
앞서 언급한 여러 장점에도 불구하고 아직까지 다상 교류 전동기는 우주 항공용이나 군용을 목적으로 개발되는 극히 제한적인 몇몇 분야에만 적용되고 있다. 이러한 다상 교류 전동기의 확대 적용을 가로막는 이유에는 여러 가지가 있겠지만 무엇보다 다상 구조에 적합한 제어 기법이 충분히 발전하지 않음으로 인한 제어 성능의 저하와 제어 시스템 설계의 어려움을 큰 이유라고 생각한다. 따라서 제어 성능 향상의 측면에서 기존의 연구 결과를 검토해 보면 다음의 연구가 미진했거나 필요함을 알 수 있다.Despite the many advantages mentioned above, polyphase alternating current motors have only been applied to a few limited areas developed for aerospace or military purposes. There are many reasons to prevent the widespread application of such a multi-phase AC motor, but above all, I think the main reason is that the control performance and the difficulty of designing the control system due to the insufficient development of the control technique suitable for the multi-phase structure. Therefore, reviewing existing research results in terms of improving control performance shows that the following studies are insufficient or necessary.
첫째, 다상 전동기의 경우 히스테리시스 제어와 같은 각상 제어를 할 경우 구현이 용이한 반면 스위칭 주파수가 증가하는 단점이 있다. 또한 상이 증가하게 될 수록 그에 따른 제어기의 추가가 하드웨어 구성상에서 부담으로 작용하게 된다. 따라서 3상 전동기 구동 시스템과 같은 d-q축 상에서 전류제어기 및 변조기를 구성할 필요가 있다. 이를 위하여 전동기 모델 및 제어기를 d-q축 상에서 구현하여야 한다.First, in the case of a multi-phase motor, each phase control such as hysteresis control is easy to implement, but the switching frequency increases. Also, as the phase increases, the addition of the controller becomes a burden on the hardware configuration. Therefore, it is necessary to configure a current controller and a modulator on the d-q axis such as a three-phase motor drive system. For this purpose, the motor model and controller must be implemented on the d-q axis.
둘째, 잉여성의 장점을 극대화하기 위해서 다상 인버터의 고장이 발생한 상 모듈을 전동기와 분리할 수 있는 경우, 즉 다상 교류 전동기가 상 비대칭이 되는 경우에 대해서도 선형 전류 제어 방식을 적용하기 위한 연구가 필요하다. 또한 시간 및 공간 고조파간의 직교성 상실로 인해 불가피하게 초래되는 맥동 토크에 대한 해석이 요구된다.Second, in order to maximize the advantages of redundancy, a study is needed to apply a linear current control method even when a phase module in which a polyphase inverter has failed can be separated from a motor, that is, a case where a polyphase AC motor becomes phase asymmetric. Do. Also required is an analysis of the pulsating torque inevitably caused by loss of orthogonality between time and space harmonics.
셋째, 일반적으로 집중권 방식을 사용하는 다상 교류 전동기의 정현파가 아닌 고조파 성분을 포함하는 비정현적인 형태로 주어지는 기준 전압을 다상 인버터로 합성하기 위한 다상 PWM 기법에 대한 해석이 필요하다. 이는 통상의 정현파를 전제로 하는 PWM 전압 합성 방법에 대한 새로운 검토를 필요로 한다.Third, an analysis of the multiphase PWM technique for synthesizing a reference voltage given in a non-sinusoidal form including a harmonic component rather than a sinusoidal wave of a multiphase AC motor using a intensive zone method is required. This necessitates a new review of the PWM voltage synthesis method under the assumption of conventional sinusoids.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 다상 교류전동기를 2상으로 축변화하여 다상 교류전동기의 제어모델을 간략화 하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to simplify the control model of a multiphase AC motor by axially changing the multiphase AC motor to two phases.
상기 목적달성을 위한 본 발명은, 12상 교류전동기의 12상(fabcdefghijkl)을 2상으로 축변환하여 다변수 모델을 단순화하고, 단순화된 모델을 2상 d-q 동기좌표계 전류제어기로 구현하여 제어하도록 구성한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention simplifies a multivariate model by converting 12 phases (f abcdefghijkl ) of a 12-phase AC motor into two phases, and implements and controls the simplified model with a two-phase dq synchronous coordinate system current controller. It is characterized by the configuration.
본 발명에 의하면, 다상 교류전동기의 제어방식을 간략화 할 수 있도록 한 12상 교류전동기의 제어방법을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, the effect of providing a control method for a 12-phase AC motor can be expected to simplify the control method of the multi-phase AC motor.
이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 9 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, FIGS. 1 to 9.
본 발명을 설명함에 있어서 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.The terms defined in describing the present invention have been defined in consideration of the functions of the present invention and should not be construed to limit the technical elements of the present invention.
상기 도면에 의하면, 본 발명은 12상 교류전동기의 12상(fabcdefghijkl)을 2상(fs dq)으로 축변환하여 다변수 모델을 단순화하고, 단순화된 모델을 2상 d-q 동기 좌표계(fe dq) 전류제어기로 구현하여 제어하도록 구성한 것을 특징으로 한다.According to the drawings, the present invention simplifies the multivariate model by converting the 12-phase (f abcdefghijkl ) of the 12-phase AC motor into a two-phase (f s dq ) and converts the simplified model into a two-phase dq synchronous coordinate system (f e). dq ) characterized in that configured to control by implementing a current controller.
본 발명을 구현하기 위해서는 먼저 12상 시스템을 2상으로 단순화시켜야 한다.In order to implement the present invention, a 12 phase system must first be simplified to 2 phases.
일반적인 n상 시스템에서 시스템의 제어 파라미터는 각상의 위상 및 크기로서 2ⅹn개의 제어요소가 제어기 내에서 취급되어야 한다.In a typical n-phase system, the control parameters of the system are the phase and magnitude of each phase, and 2ⅹn control elements must be handled in the controller.
그러나 n상 평형 시스템에서는 한 상의 위상 및 크기를 알 경우 다른 기타의 상은 종속변수의 형태를 가지게 되므로 전체 제어계의 자유도는 2가 된다.In the n-phase equilibrium system, however, if one phase's phase and magnitude are known, the other phases take the form of dependent variables, so the degree of freedom of the entire control system is two.
따라서 3상 시스템이나 기타의 n상 시스템을 서로 독립인 두 개의 좌표축을 가진 2상 시스템으로 변환하여 d축과 q축으로 표현하여 전동기 모델링과 제어계를 구성하는 것이 가능하게 되며 이를 축변환이라 한다.Therefore, it is possible to convert a three-phase system or other n-phase system into a two-phase system having two coordinate axes independent from each other, and to express the d-axis and the q-axis to configure the motor modeling and control system.
3상 기준 좌표계 이론을 12상 시스템에 확대 적용하면 다변수 모델을 단순화시킬 수 있으며, 영상분을 제외한 12상(fabcdefghijkl) - 2상(fs dq 또는 fe dq) 축변환하는 식은 다음과 같다.Applying the three-phase reference coordinate system theory to the 12-phase system can simplify the multivariate model, and the 12-phase (f abcdefghijkl ) to 2-phase (f s dq or f e dq ) axes transformation except for the image fraction is as follows. same.
식1 --- 
12상 시스템의 모델링과 제어를 위해서 3상 시스템과 같은 축변환이 적용된다.For modeling and controlling a 12-phase system, the same axis transformations as for a 3-phase system are applied.
12상 좌표계를 d-q 정지좌표계로 단순화시켜 모델링을 구현하며, d-q 정지좌표계에서 전류 제어를 수행한다. 이에 관련된 축변환 벡터도는 도 1과 같고, 도 2는 축변환 블록도이며 관련된 수식은 아래와 같다.Modeling is implemented by simplifying the 12-phase coordinate system to the d-q static coordinate system, and current control is performed in the d-q static coordinate system. The associated axis transformation vector diagram is shown in FIG. 1, FIG. 2 is an axis transformation block diagram, and the associated equation is as follows.
** 12상 좌표계 → d-q 정지좌표계** 12-phase coordinate system → d-q static coordinate system
식2 --- 
여기서, here,
이므로, Because of,
** d-q 정지좌표계 → d-q 동기좌표계** d-q stop coordinate system → d-q synchronous coordinate system
식3 --- 
여기서, here,
이므로,Because of,
** d-q 동기좌표계 → d-q 정지좌표계** d-q Synchronous Coordinate System → d-q Stop Coordinate System
식4 --- 
여기서, here,
이므로,Because of,
** d-q 정지좌표계 → 12상 좌표계** d-q geocoordinate system → 12-phase coordinate system
식5 --- 
여기서, here,
이므로,Because of,
위에서, 다상 시스템을 2상으로 축변환하여 간략하게 모델링하는 것을 예시하였다.In the above, a simple modeling of a multiphase system by axial transformation to two phases is illustrated.
이하, 본 발명을 12상 유도전동기와 12상 동기전동기에 적용한 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a 12-phase induction motor and a 12-phase synchronous motor will be described.
◈ 12상 유도전동기 ◈◈ 12 phase induction motor ◈
12상 유도전동기의 정지좌표계 d-q 축 모델링은 도 3과 같이 나타낼 수 있다.The stationary coordinate system d-q axis modeling of the 12-phase induction motor may be represented as shown in FIG. 3.
도 3 의 모델에 따르면According to the model of FIG. 3
고정자의 d-q축 전압방정식은,The d-q axis voltage equation of the stator is
고정자의 쇄교자속은,The linkage of the stator is
회전자의 d-q 축 전압 방정식은,The d-q axis voltage equation of the rotor is
회전자의 쇄교 자속은,The linkage flux of the rotor,
토오크식은Torque type
로 모델링된다.Is modeled as:
도 4는 12상 유도전동기를 12상 → 2상으로 축변환하여 모델링 및 시뮬레이션한 결과로써 12상 유도전동기의 2상 모델링이 가능함을 나타내는 것이다. 전동기 전압(Vas, Vbs, Vcs, Vds), 전류(Ias, Ibs, Ics, Ids), 회전력(TORQUE), 그리고 정격 속도(Wrpm_rating)와 실제 속도(Wrpm)가 2상 모델에서도 원활히 구현된다.4 shows that the two-phase modeling of the 12-phase induction motor is possible as a result of modeling and simulating the 12-phase induction motor from 12-phase to 2-phase. Motor voltages (Vas, Vbs, Vcs, Vds), currents (Ias, Ibs, Ics, Ids), torque (TORQUE), and rated speeds (Wrpm_rating) and actual speeds (Wrpm) are also seamlessly implemented in two-phase models.
12상 유도 전동기를 개별 상별로 제어를 하면 시스템의 규모가 커지는 단점이 발생한다.Controlling 12-phase induction motors for individual phases has the disadvantage of increasing the size of the system.
따라서 제어기 설계를 간략화하기 위하여 12상-2상 d-q 정지좌표계 변환 관계식을 상기와같이 유도하였으며, 이를 이용하여 12상으로 이루어진 시스템 모델을 3상 시스템과 마찬가지로 2상 d-q 동기좌표계 전류제어기를 구현함으로써 제어 구조를 간략화할 수 있게 된다. Therefore, in order to simplify the controller design, the 12-phase to 2-phase dq stationary coordinate system transformation equation is derived as described above. Using this, the 12-phase system model is controlled by implementing the 2-phase dq synchronous coordinate system current controller like the 3-phase system. The structure can be simplified.
12상-2상 변환 모델을 시뮬레이션에 적용함으로서 12상 시스템을 포함한 다상 시스템에서도 3상과 마찬가지로 2상 동기좌표계 제어기 구성이 가능함을 확인할 수 있다.By applying the 12-phase to 2-phase transformation model to the simulation, it can be seen that the multi-phase system including the 12-phase system can be configured as a 2-phase synchronous coordinate system controller like the 3-phase.
도 5는 좌표변환을 이용하여 다변수 제어모델을 단순화한 실시예를 도시한 것이고, 도 6은 12상 유도전동기 벡터제어 시뮬레이션 결과로서, 12상 유도전동기를 동기좌표계 d-q축에서 전류제어기 및 속도제어기를 구성하므로서 다상 교류전동기의 제어방식을 간략화할 수 있게 되는 것이다. 전동기 전압(Vas, Vbs, Vcs, Vds), 2상 d-q축의 전류 기준값(Iqse_ref, Idse_ref)과 실제값(Iqse, Idse), 전류(Ias, Ibs, Ics, Ids), 회전력(TORQUE), 그리고 속도 기준값(Wrpm_ref)과 실제 속도(Wrpm)가 2상 제어로 원활히 구현된다.FIG. 5 illustrates a simplified embodiment of a multivariate control model using coordinate transformation, and FIG. 6 shows a 12-phase induction motor vector control simulation result. The 12-phase induction motor is a current controller and a speed controller in the synchronous coordinate system dq. By constructing the control method of the multi-phase AC motor can be simplified. Motor voltages (Vas, Vbs, Vcs, Vds), current reference values (Iqse_ref, Idse_ref) and actual values (Iqse, Idse), currents (Ias, Ibs, Ics, Ids), torque (TORQUE) and speed The reference value Wrpm_ref and the actual speed Wrpm are smoothly implemented by two-phase control.
◈ 12상 영구자석형 동기전동기 ◈◈ 12 phase permanent magnet synchronous motor ◈
12상 영구자석형 동기전동기의 동기좌표계 d-q 축 모델링은 도 7과 같이 나타낼 수 있다.Synchronous coordinate system d-q axis modeling of the 12-phase permanent magnet synchronous motor can be represented as shown in FIG.
도 7 을 참조하여 With reference to FIG.
동기좌표계 d-q축 전압 방정식은,Synchronous coordinate system d-q voltage equation,
토오크 식은,Torque type,
이다.to be.
12상 영구자석형 동기전동기를 개별 상별로 제어를 하면 시스템의 규모가 커지는 단점이 발생한다. Controlling 12-phase permanent magnet synchronous motors by individual phases has the disadvantage of increasing the size of the system.
따라서 제어기 설계를 간략화하기 위하여 12상-2상 d-q 정지좌표계 변환 관계식을 앞 장에서 유도하였으며, 이를 이용하여 12상으로 이루어진 시스템 모델을 3상 시스템과 마찬가지로 2상 d-q 동기좌표계 전류제어기를 구현함으로써 제어 구조를 간략화한다. Therefore, in order to simplify the controller design, the 12-phase to 2-phase dq static coordinate system transformation equation was derived in the previous chapter. Simplify the structure.
12상-2상 변환 모델을 시뮬레이션에 적용함으로서 12상 시스템을 포함한 다상 시스템에서도 3상과 마찬가지로 2상 동기좌표계 제어기를 간략하게 구성할 수 있다.By applying the 12-phase to 2-phase transformation model in the simulation, the 2-phase synchronous coordinate system controller can be easily configured in the multi-phase system including the 12-phase system as in the 3-phase.
도 8 은 좌표변환을 이용하여 다변수 제어모델을 단순화한 실시예를 도시한 것이고, 도 9 는 12상 영구자석형 동기전동기 벡터제어를 시뮬레이션 한 결과를 도 시한 것으로서, 12상 영구자석형 동기전동기를 동기좌표계 d-q축에서 전류제어기 및 속도제어기를 구성하므로써 다상 교류전동기의 제어방식을 현저하게 간략화할 수 있게 되는 것이다. 전동기 전압(Vas, Vbs, Vcs, Vds), 2상 d-q축의 전류 기준값(Iqse_ref, Idse_ref)과 실제값(Iqse, Idse), 전류(Ias, Ibs, Ics, Ids), 회전력(TORQUE), 그리고 속도 기준값(Wrpm_ref)과 실제 속도(Wrpm)가 2상 제어로 원활히 구현된다.FIG. 8 illustrates an embodiment in which a multivariate control model is simplified using coordinate transformation, and FIG. 9 illustrates a simulation result of a 12 phase permanent magnet synchronous motor vector control, and a 12 phase permanent magnet synchronous motor. By configuring the current controller and the speed controller in the dq axis of the synchronous coordinate system, the control method of the multi-phase AC motor can be significantly simplified. Motor voltages (Vas, Vbs, Vcs, Vds), current reference values (Iqse_ref, Idse_ref) and actual values (Iqse, Idse), currents (Ias, Ibs, Ics, Ids), torque (TORQUE) and speed The reference value Wrpm_ref and the actual speed Wrpm are smoothly implemented by two-phase control.
그리고, 아래의 요약들은 상기 본 발명의 상세한 설명과 도면에 표시되는 수식, 그리고 도면의 주요부분에 대한 기호를 설명한 것이다.In addition, the following summary describes the detailed description of the present invention, the equations shown in the drawings, and the symbols for the main parts of the drawings.
T(0) : 12상 좌표계에서 d-q 2상 정지 좌표계로의 변환 행렬T (0): transformation matrix from 12-phase coordinate system to d-q 2-phase stop coordinate system
p : 미분 연산자p: derivative operator
Rs : 전동기 고정자 저항Rs: motor stator resistance
Rr : 전동기 회전자 저항Rr: Motor Rotor Resistance
Ls : 전동기 고정자 인덕턴스Ls: Motor Stator Inductance
Lr : 전동기 회전자 인덕턴스Lr: Motor Rotor Inductance
Lm : 전동기 상호 인덕턴스Lm: Motor mutual inductance
Te ; 전동기 출력 토오크Te; Motor output torque
P : 전동기 극수P: number of motor poles
*(위첨자): 기준값(reference)* (Superscript): reference
e(위첨자): 동기좌표계e (superscript): synchronous coordinate system
VSI: Voltage Source Inverter, 전압형 인버터VSI: Voltage Source Inverter, Voltage Inverter
도 1 은 12상 교류전동기의 축변환 벡터도.1 is an axial transformation vector diagram of a 12-phase AC motor;
도 2 는 12상 교류전동기의 축변환 블럭도.2 is an axial conversion block diagram of a 12-phase AC motor;
도 3 은 12상 유도 전동기 모델을 위한 축변환 블럭도.3 is an axis conversion block diagram for a 12-phase induction motor model.
도 4 는 12상 유도전동기 모델의 시뮬레이션 결과를 보인 도면.Figure 4 shows the simulation results of the 12-phase induction motor model.
도 5 는 좌표변환을 이용한 다변수 제어모델을 단순화한 도면.5 is a simplified diagram of a multivariate control model using coordinate transformation.
도 6 은 12상 유도전동기 벡터제어를 시뮬레이션한 결과를 보인 도면.6 is a diagram showing a result of simulating a 12-phase induction motor vector control.
도 7 은 12상 영구자석형 동기전동기 모델을 위한 축변환 블럭도.7 is an axis conversion block diagram for a 12-phase permanent magnet synchronous motor model.
도 8 은 12상 영구자석형 동기전동기를 위한 좌표변환을 이용한 다변수 제어모델을 단순화한 도면.8 is a simplified diagram of a multivariate control model using coordinate transformation for a 12-phase permanent magnet synchronous motor.
도 9 는 12상 영구자석형 동기전동기 벡터제어를 시뮬레이션한 결과를 보인 도면.9 is a diagram showing a result of simulating a 12-phase permanent magnet synchronous motor vector control.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080108556A KR101038302B1 (en) | 2008-11-03 | 2008-11-03 | Control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080108556A KR101038302B1 (en) | 2008-11-03 | 2008-11-03 | Control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100049416A KR20100049416A (en) | 2010-05-12 |
| KR101038302B1 true KR101038302B1 (en) | 2011-05-31 |
Family
ID=42275872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080108556A KR101038302B1 (en) | 2008-11-03 | 2008-11-03 | Control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101038302B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110086383B (en) * | 2019-05-30 | 2020-11-03 | 清华大学 | Model prediction control method and device for twelve-phase driving system |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008043175A (en) * | 2006-08-10 | 2008-02-21 | Toshiba Corp | Control unit for motor |
-
2008
- 2008-11-03 KR KR1020080108556A patent/KR101038302B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008043175A (en) * | 2006-08-10 | 2008-02-21 | Toshiba Corp | Control unit for motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20100049416A (en) | 2010-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kallio et al. | Decoupled dq model of double-star interior-permanent-magnet synchronous machines | |
| Bojoi et al. | Direct torque control for dual three-phase induction motor drives | |
| Pena et al. | Control of a doubly fed induction generator via an indirect matrix converter with changing DC voltage | |
| Abdel-Khalik et al. | Effect of stator winding connection on performance of five-phase induction machines | |
| Zhou et al. | A fault-tolerant direct torque control for six-phase permanent magnet synchronous motor with arbitrary two opened phases based on modified variables | |
| Patel et al. | Fast direct torque control of an open-end induction motor drive using 12-sided polygonal voltage space vectors | |
| Zhao et al. | Hybrid modulation fault-tolerant control of open-end windings linear vernier permanent-magnet motor with floating capacitor inverter | |
| Rovere et al. | Zero-sequence voltage elimination for dual-fed common DC-link open-end winding PMSM high-speed starter–generator—Part I: Modulation | |
| Wang et al. | Half-controlled-converter-fed open-winding permanent magnet synchronous generator for wind applications | |
| US10312838B2 (en) | Drive system | |
| Hijikata et al. | Wide speed range operation by low-voltage inverter-fed MATRIX motor for automobile traction motor | |
| Sun et al. | Four-switch inverter fed PMSM DTC with SVM approach for fault tolerant operation | |
| Lim et al. | Model predictive current control of a five-phase induction motor | |
| Munim et al. | Effects of zero-sequence transformations and min-max injection on fault-tolerant symmetrical six-phase drives with single isolated neutral | |
| Titus et al. | An asymmetric nine-phase induction motor for LCI-fed medium voltage drive applications | |
| Elgenedy et al. | Indirect field oriented control of five-phase induction motor based on SPWM-CSI | |
| Iffouzar et al. | Behavior analysis of a dual stars induction motor supplied by pwm multilevel inverters | |
| Matsutani et al. | Optimal control of PMSMs using model predictive control with integrator | |
| Park et al. | A dead time compensation algorithm of independent multi-phase PMSM with three-dimensional space vector control | |
| Rezaei et al. | Modelling and analysis of indirect field-oriented control of SVPWM-driven induction motor drive based on a voltage source inverter | |
| KR101038302B1 (en) | Control method | |
| Gaiceanu et al. | Regenerative AC drive system with the three-phase induction machine | |
| Dai et al. | The control strategy of open-winding permanent magnet synchronous motor drive system based on five-leg inverter | |
| Zhang et al. | A new scheme to direct torque control of interior permanent magnet synchronous machine drives for constant inverter switching frequency and low torque ripple | |
| Arashloo et al. | On the effect of accessible neutral point in fault tolerant five phase PMSM drives |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| B701 | Decision to grant | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140519 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |