KR102610608B1 - System and method of controlling inverter output for harmonic suppression - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 기계 시스템인 프로펠러에서 발생되는 진동을 고조파 성분으로 실시간 분석하고 인버터 제어 시스템에서 이러한 고조파 성분을 상쇄시키는 역 고조파 성분을 발생시킴으로써 프로펠러에서 전달되는 고조파 진동을 억제하는 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템은, 전기 추진 시스템에서 인버터의 출력을 제어하는 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템에 있어서, 프로펠러에 연결되는 전동기; 상기 전동기에 구동 전압을 인가하는 인버터; 상기 전동기에서 측정되는 전류값을 기반으로 제 1 전류를 생성하는 전류 제어기; 상기 프로펠러에서 측정되는 토크를 제 1 고조파 성분으로 변환시키고, 상기 제 1 고조파 성분을 기반으로 제 2 고조파 성분을 포함하는 제 2 전류를 생성하는 고조파 주입기; 및 상기 제 1 전류와 상기 제 2 전류를 기반으로 생성되는 제어 전압을 상기 인버터로 인가하는 전압 제어기;를 포함하며, 상기 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분은 서로 상쇄되는 것을 특징으로 한다.The purpose of the present invention is to provide an inverter for harmonic suppression that suppresses harmonic vibration transmitted from the propeller by analyzing the vibration generated in the propeller, which is a mechanical system, in real time into harmonic components and generating reverse harmonic components that cancel out these harmonic components in the inverter control system. To provide an output control system and method.
In order to achieve the above object, the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention is an output control system for the inverter for harmonic suppression that controls the output of the inverter in an electric propulsion system, comprising: an electric motor connected to a propeller; an inverter that applies a driving voltage to the electric motor; a current controller that generates a first current based on the current value measured by the electric motor; a harmonic injector that converts the torque measured from the propeller into a first harmonic component and generates a second current including a second harmonic component based on the first harmonic component; and a voltage controller that applies a control voltage generated based on the first current and the second current to the inverter, wherein the first harmonic component and the second harmonic component cancel each other out.
Description
본 발명은 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 프로펠러에서 전달되는 고조파 진동을 억제하는 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an output control system and method for an inverter for harmonic suppression, and particularly to an output control system and method for an inverter for harmonic suppression that suppresses harmonic vibration transmitted from a propeller.
일반적으로, 선박에는 주기관, 프로펠러 등 수많은 진동원이 존재하며, 진동은 파도나 유체의 흐름에 의해서도 발생할 수 있다.In general, ships have numerous vibration sources such as main engines and propellers, and vibration can also be caused by waves or fluid flow.
이러한 진동 중 주기관과 프로펠러에 의한 진동력이 대부분을 차지한다.Among these vibrations, the vibration force caused by the main engine and propeller accounts for most.
특히, 프로펠러의 회전에 의해 야기되는 횡력과 모멘트는 베어링 윤활의 저하를 가져오고, 선상 기계류의 가장 흔한 손상인 프로펠러 샤프트 및 주기관의 베어링을 손상시킨다.In particular, the lateral forces and moments caused by the rotation of the propeller result in a decrease in bearing lubrication and damage the propeller shaft and main engine bearings, which are the most common damage to shipboard machinery.
프로펠러 평면의 후류장은 선체를 따라 흐르는 유선류, 선체의 경계층 및 파도를 생성하는 구성 요소에 의해 발생하며, 이 때 프로펠러의 회전에 의해 야기되는 힘과 모멘트는 후류장의 유속을 불균일하게 만드는 원인이 된다.The wake field in the propeller plane is generated by the streamlines flowing along the hull, the boundary layer of the hull, and the components that generate waves. At this time, the force and moment caused by the rotation of the propeller cause the flow velocity of the wake field to become non-uniform. .
또한, 선박의 운동에 의해 프로펠러가 수면 근처에 도출되어 파랑의 영향이 보다 직접적으로 영향을 미치게 되면, 추진 효율이 급격히 저하되고 과도한 외력의 직접적 작용으로 추진시스템 고장의 원인이 된다.In addition, if the propeller is brought near the water due to the movement of the ship and the influence of waves is more directly affected, the propulsion efficiency decreases rapidly and the direct action of excessive external force causes propulsion system failure.
특히, 가혹한 해상 조건에서는 프로펠러의 힘과 모멘트 변동이 급격히 증가한다.In particular, in harsh sea conditions, propeller force and moment fluctuations increase rapidly.
프로펠러에 의한 진동을 비롯하여 다양한 형태의 선박 진동을 제거하기 위해, 대부분의 선박 진동 저감 장치는 동일한 주파수의 반대 위상의 진동을 추가하여 진동을 상쇄한다.In order to eliminate various types of ship vibrations, including those caused by propellers, most ship vibration reduction devices cancel the vibrations by adding vibrations of the same frequency and opposite phase.
대표적인 진동 저감 장치로는 디젤 엔진의 2차 불균형 모멘트를 줄이기 위한 불평형 중량 저차 진동력 보상기와 프로펠러의 표면력에 의한 진동을 억제하기 위한 불평형 중량 고차 진동력 보상기가 있다.Representative vibration reduction devices include an unbalanced low-order vibration force compensator to reduce the secondary unbalanced moment of a diesel engine and an unbalanced high-order vibration force compensator to suppress vibration caused by the surface force of the propeller.
일 예로, 목표물에 역진동을 가하여 선박의 상부 구조물의 진동을 감소시키는 능동 제어 장치가 종래 제공되었다.As an example, an active control device has been provided that reduces vibration of the superstructure of a ship by applying reverse vibration to a target.
여기서, 진동은 저주파 영역에서 효율적으로 감소된 반면, 진동의 진폭은 다른 영역에서 더 컸다.Here, the oscillations were efficiently reduced in the low-frequency region, while the amplitude of the oscillations was larger in other regions.
상술한 기계적 진동 저감 장치는 저주파 영역의 진동을 효율적으로 제어하지만, 장치의 제어 주기가 상대적으로 길어 고주파 영역의 진동을 저감하기 어렵고, 설치 및 유지 보수에 추가 비용이 발생하는 문제점이 있다.The mechanical vibration reduction device described above efficiently controls vibration in the low-frequency region, but the control cycle of the device is relatively long, making it difficult to reduce vibration in the high-frequency region, and additional costs are incurred for installation and maintenance.
최근 IMO의 배출 규제로 전기 추진선 기술이 주목받고 있다.Recently, electric propulsion technology has been attracting attention due to IMO's emission regulations.
전기 추진선의 가장 큰 특징은 프로펠러가 전기 모터로 구동된다는 점이다.The biggest feature of electric propulsion ships is that the propeller is driven by an electric motor.
예를 들어, 기존 화석 연료를 이용한 기계적 추진 시스템의 효율은 28.3 % 인 반면 전기 추진 시스템의 경우 최대 추진 효율 67.8 % 를 달성할 수 있다.For example, the efficiency of a conventional fossil fuel-based mechanical propulsion system is 28.3%, while an electric propulsion system can achieve a maximum propulsion efficiency of 67.8%.
그러나 이러한 전기 추진선에서 전압 및 전류 파형은 속도 및 토크 제어를 위해 전력 변환기에서 전압과 주파수를 변환하는 과정에서 고조파 성분을 포함한다.However, in these electric propulsion lines, the voltage and current waveforms contain harmonic components during the conversion of voltage and frequency in power converters for speed and torque control.
고조파 전류는 고조파 전압 강하를 유발하여 전원 케이블의 절연 파괴, 회전 장치의 가열 및 토크 리플, 기계적 진동 등을 유발한다.Harmonic currents cause harmonic voltage drops, causing insulation breakdown in power cables, heating and torque ripple in rotating devices, and mechanical vibration.
이러한 이유로 IEEE 519에서는 개별 고조파(%) 및 전체 고조파 왜곡을 규제한다.For this reason, IEEE 519 regulates individual harmonic (%) and total harmonic distortion.
따라서, 종래에는 고조파를 줄이기 위해 능동 감쇠 제어와 고조파 주입을 통해 고조파 성분을 제어하는 방법이 사용되었다.Therefore, in the past, a method of controlling harmonic components through active attenuation control and harmonic injection was used to reduce harmonics.
그 중 고조파 주입 방식은 상술한 진동 감소 방식과 동일하게 동일한 주파수의 다른 위상을 가진 다른 고조파를 도입하여 고조파를 제거한다.Among them, the harmonic injection method removes harmonics by introducing other harmonics of the same frequency and different phases, in the same way as the vibration reduction method described above.
또한, 회전 장치의 경우, AC 모터의 전류 고조파 효과는 변압기의 동손 및 와전류 손실과 유사하다.Additionally, for rotating devices, the current harmonic effects of an AC motor are similar to the copper and eddy current losses of a transformer.
특히, 고차 고조파에 의한 회전자 와이어의 과열은 샤프트의 변형과 샤프트 베어링의 윤활 불량을 유발하여 모터의 수명을 좌우하는 심각한 문제를 유발할 수 있다.In particular, overheating of the rotor wire due to high-order harmonics can cause deformation of the shaft and poor lubrication of the shaft bearing, which can cause serious problems that affect the life of the motor.
따라서, 도착, 출발 및 악천후 시 속도 응답, 전류 및 전압 파형에 포함된 총 고조파 왜곡률, 추진 모터의 토크 응답을 입증한 종래 기술이 있으나, 이러한 종래 기술에서는 전 세계 기관에서 규정한 고토크 하에서 저속 운전시 전체 고조파 왜곡률이 전압의 총 고조파 왜곡률(5 ~ 8 % 이내)을 초과하여, 상당한 토크 리플이 발생하며, 전류 파형에 포함된 총 고조파 왜곡률이 5 % 의 한계를 초과함을 확인할 수 있다.Accordingly, there is prior art that has demonstrated speed response, total harmonic distortion contained in current and voltage waveforms, and torque response of propulsion motors during arrival, departure, and inclement weather; When the total harmonic distortion rate exceeds the total harmonic distortion rate of the voltage (within 5 to 8%), significant torque ripple occurs, and it can be confirmed that the total harmonic distortion rate included in the current waveform exceeds the limit of 5%.
한편, 드라이브 트레인의 진동에 대해 샤프트 커플링 토크는 API 표준 671에 의해 규제되고 라인 전압의 고조파 함량은 ANSI/API 표준 618에 의해 규제된다.Meanwhile, for drive train vibrations, the shaft coupling torque is regulated by API Standard 671 and the harmonic content of the line voltage is regulated by ANSI/API Standard 618.
이러한 규정은 기계의 진동 진폭과 손실을 간접적으로 제한한다.These regulations indirectly limit the vibration amplitude and losses of the machine.
이러한 한계를 기반으로 종래에는 전자기 손실이 유도 전동기에서 최대 20 %, 동기식 기계에서 최대 75 % 임이 알려져 있다.Based on these limitations, it is conventionally known that electromagnetic losses are up to 20% in induction motors and up to 75% in synchronous machines.
이 추가 손실은 기계의 온도를 높이고 부하 용량을 줄인다.These additional losses increase the temperature of the machine and reduce its load capacity.
이를 위해, 모터 자체의 전기적 진동이나 모터의 샤프트 불균형으로 인한 기계적 진동에 의해 발생하는 고조파 특성을 분석하고 제거한다.To this end, harmonic characteristics generated by electrical vibration of the motor itself or mechanical vibration caused by imbalance of the motor shaft are analyzed and removed.
그러나 모터의 출력 토크는 입력 토크와 부하 토크의 차이이므로 부하 토크의 진동 성분을 다루지 않으면 모터의 출력 토크로 나타난다.However, the output torque of the motor is the difference between the input torque and the load torque, so if the vibration component of the load torque is not addressed, it appears as the output torque of the motor.
이 경우 발생된 부하 토크에 의한 고조파 성분이 모터 및 인버터의 손실을 초래하면서 모터의 제어 성능에 영향을 미칠 수 있다.In this case, harmonic components caused by the generated load torque may affect the control performance of the motor, causing losses in the motor and inverter.
또한, 기계적 토크는 부하 토크와 프로펠러에 의한 진동 성분의 합으로 표현되며, 변동하는 부하 토크에 의해 모터의 출력 토크가 진동한다.Additionally, the mechanical torque is expressed as the sum of the load torque and the vibration component caused by the propeller, and the output torque of the motor oscillates due to the fluctuating load torque.
이는 가장 빈번한 고장인 프로펠러 샤프트와 주 엔진의 윤활 베어링을 손상시키는 문제점이 있다.This has the problem of damaging the propeller shaft and lubricated bearings of the main engine, which are the most frequent failures.
환언하면, 종래 선박용 전기 추진 인버터 시스템 구조의 경우 배터리, 인버터, 전동기로 구성되어 있으며, 배터리에 저장된 전력이 인버터에 공급되고, 인버터에서는 공급된 전력이 교류 전압으로 변환되어 선박 추진기를 구동하기 위한 교류 전동기에 공급된다.In other words, the conventional marine electric propulsion inverter system structure consists of a battery, an inverter, and an electric motor. The power stored in the battery is supplied to the inverter, and the inverter converts the supplied power into alternating current voltage to drive the ship's propulsion. supplied to the electric motor.
즉, 선박용 전기 추진 인버터 제어 시스템은 전동기와 프로펠러가 축을 통해 직결로 연결되어 있다.In other words, in the marine electric propulsion inverter control system, the electric motor and propeller are directly connected through a shaft.
그런데, 수중에서 프로펠러 회전시 공동 현상(cavitation) 현상이 발생하며 이러한 현상이 진동과 소음이 발생하므로 연결된 축을 통해 진동이 추진 전동기에 전달되는 문제점이 있다.However, when the propeller rotates underwater, a cavitation phenomenon occurs, and this phenomenon generates vibration and noise, so there is a problem in that the vibration is transmitted to the propulsion motor through the connected shaft.
따라서, 이러한 진동 성분은 전기 추진 시스템 효율이 감소하므로 진동을 억제하는 새로운 방법이 필요하다.Therefore, these vibration components reduce the efficiency of electric propulsion systems, so new methods to suppress vibration are needed.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기계 시스템인 프로펠러에서 발생되는 진동을 고조파 성분으로 실시간 분석하고 인버터 제어 시스템에서 이러한 고조파 성분을 상쇄시키는 역 고조파 성분을 발생시킴으로써 프로펠러에서 전달되는 고조파 진동을 억제하는 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention to solve the conventional problems as described above is to analyze the vibration generated in the propeller, which is a mechanical system, in real time into harmonic components and generate reverse harmonic components that cancel out these harmonic components in the inverter control system, thereby transmitting the vibration from the propeller. To provide an output control system and method of an inverter for harmonic suppression that suppresses harmonic vibration.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템은, 전기 추진 시스템에서 인버터의 출력을 제어하는 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템에 있어서, 프로펠러에 연결되는 전동기; 상기 전동기에 구동 전압을 인가하는 인버터; 상기 전동기에서 측정되는 전류값을 기반으로 제 1 전류를 생성하는 전류 제어기; 상기 프로펠러에서 측정되는 토크를 제 1 고조파 성분으로 변환시키고, 상기 제 1 고조파 성분을 기반으로 제 2 고조파 성분을 포함하는 제 2 전류를 생성하는 고조파 주입기; 및 상기 제 1 전류와 상기 제 2 전류를 기반으로 생성되는 제어 전압을 상기 인버터로 인가하는 전압 제어기;를 포함하며, 상기 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분은 서로 상쇄되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention is an output control system for the inverter for harmonic suppression that controls the output of the inverter in an electric propulsion system, comprising: an electric motor connected to a propeller; an inverter that applies a driving voltage to the electric motor; a current controller that generates a first current based on the current value measured by the electric motor; a harmonic injector that converts the torque measured from the propeller into a first harmonic component and generates a second current including a second harmonic component based on the first harmonic component; and a voltage controller that applies a control voltage generated based on the first current and the second current to the inverter, wherein the first harmonic component and the second harmonic component cancel each other out.
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템은, 상기 전류 제어기에서 생성되는 상기 제 1 전류와, 상기 제 2 고조파 성분을 포함하는 상기 제 2 전류에 의해 상기 인버터의 구동 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention controls the driving voltage of the inverter by the first current generated by the current controller and the second current including the second harmonic component. It is characterized by
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템에서, 상기 고조파 주입기는 상기 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분이 동일 크기의 다른 위상을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Additionally, in the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention, the harmonic injector is characterized in that it controls the first harmonic component and the second harmonic component to have different phases of the same magnitude.
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템에서, 상기 고조파 주입기는 상기 토크의 변동을 감소시키기 위해 크기와 위상을 제어하여 제 2 고조파 성분을 생성하는 것을 특징으로 한다.Additionally, in the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention, the harmonic injector is characterized in that it generates a second harmonic component by controlling the size and phase to reduce the fluctuation of the torque.
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템에서, 상기 제 1 고조파 성분의 결과 값은 상기 프로펠러의 하중에 포함된 고조파 성분을 제거하기 위해 회전 각도에 따라 역 FFT 형태로 재구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention, the resultant value of the first harmonic component is reconstructed in the form of an inverse FFT according to the rotation angle to remove the harmonic component included in the load of the propeller. Do it as
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템에서, 상기 제 2 고조파 성분은, 상기 제 1 고조파 성분의 회전각()에 해당 각도의 튜닝 포인트()가 추가되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention, the second harmonic component is the rotation angle of the first harmonic component ( ) to the tuning point ( ) is added.
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템에서, 제어되는 상기 인버터의 구동 전압은 고조파를 포함하는 3상 전압인 것을 특징으로 한다.In addition, in the output control system of the inverter for suppressing harmonics according to the present invention, the driving voltage of the controlled inverter is characterized in that it is a three-phase voltage including harmonics.
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템에서, 상기 3상 전압에 따라 변동하는 전류는 모터의 회전각에 따른 변동 토크를 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention, the current that varies according to the three-phase voltage generates a variable torque according to the rotation angle of the motor.
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템은, 상기 변동 토크의 제어를 위해 제어되는 전류에 상기 고조파 주입기에서 생성된 고조파 성분이 더해지는 것을 특징으로 한다.In addition, the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention is characterized in that the harmonic component generated by the harmonic injector is added to the current controlled to control the variable torque.
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템은, 상기 변동 토크를 전류로 보상하기 위해, 그 크기의 상기 튜닝 포인트의 이득을 곱하는 것을 특징으로 한다.In addition, the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention is characterized by multiplying the gain of the tuning point by the magnitude in order to compensate for the fluctuating torque with current.
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템에서, 상기 고조파는, 시간에 따른 상기 변동 토크의 변동 성분을 회전각에 따른 변동 성분으로 변환하는 것을 특징으로 한다.Additionally, in the output control system of the inverter for suppressing harmonics according to the present invention, the harmonics are characterized by converting the variable component of the variable torque according to time into a variable component according to the rotation angle.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법은, 인버터에 의해, 프로펠러에 연결되는 전동기에 구동 전압을 인가하는 단계; 상기 전동기에서 측정되는 전류값을 기반으로 전류 제어기에 의해 제 1 전류를 생성하는 단계; 고조파 주입기에 의해, 상기 프로펠러에서 측정되는 토크를 제 1 고조파 성분으로 변환시키고, 상기 제 1 고조파 성분을 기반으로 제 2 고조파 성분을 포함하는 제 2 전류를 생성하는 단계; 및 전압 제어기에 의해, 상기 제 1 전류와 상기 제 2 전류를 기반으로 생성되는 제어 전압을 상기 인버터로 인가하는 단계;를 포함하며, 상기 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분은 서로 상쇄되는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the output control method of the inverter for harmonic suppression according to the present invention includes the steps of applying a driving voltage to an electric motor connected to a propeller by an inverter; generating a first current by a current controller based on the current value measured by the electric motor; Converting the torque measured at the propeller into a first harmonic component by a harmonic injector and generating a second current including a second harmonic component based on the first harmonic component; And applying, by a voltage controller, a control voltage generated based on the first current and the second current to the inverter, wherein the first harmonic component and the second harmonic component cancel each other out. It is characterized by
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법은, 상기 전류 제어기에서 생성되는 상기 제 1 전류와, 상기 제 2 고조파 성분을 포함하는 상기 제 2 전류에 의해 상기 인버터의 구동 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the output control method of the inverter for harmonic suppression according to the present invention is to control the driving voltage of the inverter by the first current generated by the current controller and the second current including the second harmonic component. It is characterized by
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법에서, 상기 고조파 주입기는 상기 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분이 동일 크기의 다른 위상을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Additionally, in the output control method of the inverter for harmonic suppression according to the present invention, the harmonic injector is characterized in that the first harmonic component and the second harmonic component are controlled to have different phases of the same magnitude.
또한, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법에서, 상기 고조파 주입기는 상기 토크의 변동을 감소시키기 위해 크기와 위상을 제어하여 제 2 고조파 성분을 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the output control method of the inverter for suppressing harmonics according to the present invention, the harmonic injector is characterized in that it generates a second harmonic component by controlling the size and phase to reduce the fluctuation of the torque.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템은, 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법에 의해 동작한다.Meanwhile, in order to achieve the above object, the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention operates by the output control method of the inverter for harmonic suppression.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in “Specific Details for Carrying Out the Invention” and the attached “Drawings.”
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.The advantages and/or features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the various embodiments described in detail below along with the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in various different forms. However, each embodiment disclosed in this specification ensures that the disclosure of the present invention is complete, and the present invention It is provided to fully inform those skilled in the art of the present invention, and it should be noted that the present invention is only defined by the scope of each claim.
본 발명에 의하면, 기계 시스템인 프로펠러에서 발생되는 진동을 고조파 성분으로 실시간 분석하고 인버터 제어 시스템에서 이러한 고조파 성분을 상쇄시키는 역 고조파 성분을 발생시킴으로써 프로펠러에서 전달되는 고조파 진동을 억제하는 효과가 있다.According to the present invention, the vibration generated in the propeller, which is a mechanical system, is analyzed in real time as harmonic components and the inverter control system generates counter-harmonic components that cancel out these harmonic components, thereby suppressing the harmonic vibration transmitted from the propeller.
도 1의 (a)는 MR 탱커의 측면도이고, (b)는 SP598M 프로펠러를 나타내는 도면.
도 2는 계산 영역 및 경계 조건을 나타내는 그래프.
도 3의 (a) 내지 (c)는 파도 조건에서 자체 추진 계산을 위한 셀 분포를 나타내는 도면.
도 4는 CFD로 계산된 시계열 토크 데이터를 나타내는 그래프.
도 5는 각 주기에 대한 FFT 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 역 FFT와 CFD로 계산한 토크를 비교한 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 공간 고조파 주입을 통한 PMSM의 시스템 구성을 나타내는 개념도.
도 8은 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도.
도 9는 본 발명에 따른 과 의 관계를 나타내는 도면.
도 10은 PMSM 기계 시스템의 보드 다이어그램.
도 11의 (a)는 전체 시뮬레이션 중 의 전기 시스템 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, (b)는 고조파 주입 중 의 전기 시스템 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이며, (c)는 고조파 주입 중 의 전기 시스템 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, (d)는 고조파 주입 중 의 전기 시스템 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.
도 12의 (a)는 전체 시뮬레이션 동안의 토크 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, 도 12의 (b)는 고조파 주입시 토크 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.
도 13은 고조파 주입이 있는 경우와 없는 경우의 비교를 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법의 전체 흐름을 나타내는 플로우 차트.Figure 1 (a) is a side view of the MR tanker, and (b) is a diagram showing the SP598M propeller.
2 is a graph showing the calculation domain and boundary conditions.
Figures 3 (a) to (c) are diagrams showing cell distribution for self-propulsion calculations in wave conditions.
Figure 4 is a graph showing time series torque data calculated with CFD.
Figure 5 is a graph showing FFT results for each cycle.
Figure 6 is a graph comparing torque calculated by inverse FFT and CFD.
Figure 7 is a conceptual diagram showing the system configuration of PMSM through spatial harmonic injection according to the present invention.
Figure 8 is a block diagram showing the overall configuration of the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention.
Figure 9 shows a diagram according to the present invention. class A drawing showing the relationship between .
10 is a board diagram of a PMSM mechanical system.
Figure 11(a) shows the overall simulation. This is a graph showing the electrical system simulation results, and (b) is during harmonic injection. This is a graph showing the electrical system simulation results, and (c) is during harmonic injection. This is a graph showing the electrical system simulation results, and (d) is during harmonic injection. Graph showing the electrical system simulation results.
Figure 12(a) is a graph showing the torque simulation results during the entire simulation, and Figure 12(b) is a graph showing the torque simulation results during harmonic injection.
Figure 13 shows the cases with and without harmonic injection. Graph showing comparison.
Figure 14 is a flow chart showing the overall flow of the output control method of the inverter for harmonic suppression according to the present invention.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before explaining the present invention in detail, the terms or words used in this specification should not be construed as unconditionally limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor of the present invention should not use the terms or words in order to explain his invention in the best way. It should be noted that the concepts of various terms can be appropriately defined and used, and furthermore, that these terms and words should be interpreted with meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used in this specification are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not used with the intention of specifically limiting the content of the present invention, and these terms refer to various possibilities of the present invention. It is important to note that this is a term defined with consideration in mind.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, it should be noted that in this specification, singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates a different meaning, and may include singular meanings even if similarly expressed in plural. .
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.Throughout this specification, when a component is described as “including” another component, it does not exclude any other component, but includes any other component, unless specifically stated to the contrary. It could mean that you can do it.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, if a component is described as being "installed within or connected to" another component, it means that this component may be installed in direct connection or contact with the other component and may be installed in contact with the other component and It may be installed at a certain distance, and in the case where it is installed at a certain distance, there may be a third component or means for fixing or connecting the component to another component. It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when a component is described as being “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that no third component or means is present.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between", or "neighboring" and "directly neighboring", have the same meaning. It should be interpreted as
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, in this specification, terms such as "one side", "other side", "one side", "the other side", "first", "second", etc., if used, refer to one component. It is used to clearly distinguish it from other components, and it should be noted that the meaning of the component is not limited by this term.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, in this specification, terms related to position such as "top", "bottom", "left", "right", etc., if used, should be understood as indicating the relative position of the corresponding component in the corresponding drawing. Unless the absolute location is specified, these location-related terms should not be understood as referring to the absolute location.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in this specification, when specifying the reference numeral for each component in each drawing, the same component has the same reference number even if the component is shown in different drawings, that is, the same reference is made throughout the specification. The symbols indicate the same component.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to this specification, the size, position, connection relationship, etc. of each component constituting the present invention is exaggerated, reduced, or omitted in order to convey the idea of the present invention sufficiently clearly or for convenience of explanation. It may be described, and therefore its proportions or scale may not be exact.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, hereinafter, in describing the present invention, detailed descriptions of configurations that are judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, for example, known technologies including prior art, may be omitted.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the related drawings.
본 발명에서는 프로펠러 평면의 불균일한 흐름에 의해 발생하는 기계적 진동 특성을 줄이기 위한 전기적 제어 방법으로 고조파 주입을 조사한다.In the present invention, harmonic injection is investigated as an electrical control method to reduce mechanical vibration characteristics caused by uneven flow in the propeller plane.
MR 탱커와 SP598M 프로펠러는 시뮬레이션에서 각각 선박과 프로펠러로 사용되며 상용 프로그램인 STAR-CCM+ Ver. 15.06이 분석에 사용된다.The MR tanker and SP598M propeller are used as ships and propellers, respectively, in the simulation, and are used in the commercial program STAR-CCM+ Ver. 15.06 is used for analysis.
프로펠러의 토크 변동을 모사하기 위해 잔잔한 물에서 프로펠러 블레이드의 회전 각도에 따른 토크의 진동 성분을 분석한다.To simulate the torque fluctuation of a propeller, the vibration component of torque according to the rotation angle of the propeller blade in calm water is analyzed.
또한, 모의 부하를 모터, 제어기, 프로펠러로 구성된 모사 모형으로 대체한다.Additionally, the simulated load is replaced with a simulated model consisting of a motor, controller, and propeller.
이러한 기계적 토크 변동을 제거하기 위해, 본 발명에서는 현재의 q축에 고조파 성분을 더하여 부하 토크 리플과 같은 크기의 반대 위상을 갖는 리플을 모터의 입력 토크 성분에 주입하는 방법을 제공한다.In order to eliminate such mechanical torque fluctuations, the present invention provides a method of adding a harmonic component to the current q-axis and injecting a ripple with the same magnitude and opposite phase as the load torque ripple into the input torque component of the motor.
- 수치 설정 -- Numerical settings -
- 수치 체계- Numerical system
유체 흐름의 지배 방정식으로, URANS(Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes) 방정식이 사용된다.As the governing equation of fluid flow, the URANS (Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes) equation is used.
URAN 방정식은 시간 평균 성분(예를 들어, ) 및 변동 성분(예를 들어, )을 연속성 및 Navier-Stokes 방정식으로 대입하여 하기 수식 1과 같이 표현된다.The URAN equation has a time-averaged component, e.g. ) and variation components (e.g. ) is expressed as Equation 1 below by substituting the continuity and Navier-Stokes equations.
시간 평균과 변동 성분을 사용하는 목적은 작은 규모의 와류 운동을 해결하지 않고 난류 모델을 채택하여 난류를 시뮬레이션하는 것이다.The purpose of using time average and fluctuation components is to simulate turbulence by adopting a turbulence model without resolving small-scale vortex motion.
[수식 1][Formula 1]
여기서, 는 x, y 및 z 방향의 3차원 속도 벡터() 이고, 는 정압이며, t는 시간이고, 및 는 각각 밀도 및 동점도이다.here, is the three-dimensional velocity vector in x, y and z directions ( ) ego, is the static pressure, t is time, and are the density and kinematic viscosity, respectively.
URANS 방정식에서, 레이놀드(Reynolds) 응력항()의 비선형성으로 인해 방정식을 닫을 수 없다.In the URANS equation, the Reynolds stress term ( ), the equation cannot be closed due to the nonlinearity of
따라서, 레이놀드 응력항을 닫기 위해, 난류 모델이 사용된다.Therefore, to close the Reynolds stress term, a turbulence model is used.
본 발명에서, 난류 운동 에너지() 및 난류 소산율 에너지()로 정의되는 실현가능한 난류 모델이 선택된다.In the present invention, turbulent kinetic energy ( ) and turbulent dissipation rate energy ( ), defined as feasible A turbulence model is selected.
URAS 솔버로는 상용 소프트웨어인 STAR-CCM+ 15.06 버전을 사용한다.The commercial software STAR-CCM+ version 15.06 is used as the URAS solver.
압력 또는 압력 보정 방정식을 풀기 위해 압력 기반 알고리즘이 사용되며, 속도 및 압력 연결에 대해 반 암시적(SIMPLE) 방법이 적용된다.Pressure-based algorithms are used to solve the pressure or pressure compensation equations, and semi-implicit (SIMPLE) methods are applied for speed and pressure coupling.
시간은 암시적으로 불안정한 조건을 갖는 2차 역방향 차동 스케줄(scheme)에 의해 이산화된다.Time is discretized by a second-order backward differential scheme with implicitly unstable conditions.
파동과 자유 표면을 생성하기 위해, VOF(유체의 부피(Volume of Fluid)) 파동 스케줄이 5차 파동과 함께 채택된다.To generate waves and free surfaces, a VOF (Volume of Fluid) wave schedule is adopted with a 5th order wave.
선박의 움직임을 시뮬레이션하기 위해 DFBI 모델을 사용하며, 2개의 자유도(헤브(Heave) 및 피치(Pitch) Motion Free)를 적용한다.The DFBI model is used to simulate the movement of the ship, and two degrees of freedom (Heave and Pitch Motion Free) are applied.
- 대상 선박 및 프로펠러 -- Target vessel and propeller -
도 1의 (a)는 MR 탱커의 측면도이고, 도 1의 (b)는 SP598M 프로펠러이다.Figure 1(a) is a side view of the MR tanker, and Figure 1(b) is the SP598M propeller.
대상 선박으로, 석유 제품을 비교적 단거리로 운송하는데 주로 사용되는 MR(Medium Range) 탱커를 선택한다.As the target vessel, an MR (Medium Range) tanker, which is mainly used to transport petroleum products over relatively short distances, is selected.
선박은 운항 중 적재 및 밸러스트 조건을 반복하며, 본 발명에서는 밸러스트 조건을 선택한다.A ship repeats loading and ballast conditions during operation, and in the present invention, the ballast conditions are selected.
수직선 사이의 길이()는 174 m 이고, 밸러스트 조건의 흘수는 7.3 m 이다.The length between vertical lines ( ) is 174 m, and the draft in ballast conditions is 7.3 m.
작동 속도는 Froude 수(Fr) 0.1743 이다.The operating speed is Froude number (Fr) 0.1743.
수치 계산을 위해, 도 1의 (a)와 같이 축척비 36.667에 해당하는 모델선을 채택한다.For numerical calculations, a model line corresponding to a scale ratio of 36.667 is adopted, as shown in Figure 1 (a).
특별한 특징으로 이 선박은 에너지 절약 장치로 방향타 전구와 핀을 포함한다.As a special feature, the vessel includes rudder bulbs and fins as energy saving devices.
MR 탱커의 타겟 프로펠러로는 도 1의 (b)와 같이 SP598M 프로펠러를 사용한다.The SP598M propeller is used as the target propeller of the MR tanker, as shown in Figure 1 (b).
이 프로펠러는 NACA66 섹션이 있는 4개의 블레이드 프로펠러이다.This propeller is a four blade propeller with NACA66 section.
- 계산 영역 및 그리드 시스템 -- Calculation area and grid system -
도 2는 계산 영역 및 경계 조건을 나타내는 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the calculation domain and boundary conditions.
계산 영역은 도 2와 같다.The calculation area is as shown in Figure 2.
선박을 중심으로 전방 2.2 , 후방 3.4 , 상향 1.48 , 하향 1.58 , 좌우 1.48 크기의 영역을 적용한다.2.2 ahead of the ship , rear 3.4 , up 1.48 , down 1.58 , left and right 1.48 Apply area of size.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이 입구, 상부 및 하부에 속도 입구 조건, 출구에 압력 출구 조건, 측면에 슬립 벽 조건, 선체 표면에 논슬립 벽 조건을 적용한다.Additionally, as shown in Figure 2, a velocity inlet condition is applied to the inlet, top and bottom, a pressure outlet condition is applied to the outlet, a slip wall condition is applied to the side, and a non-slip wall condition is applied to the hull surface.
도 3은 웨이브 조건에서 자체 추진 계산을 위한 셀 분포를 나타내는 도면이다.Figure 3 is a diagram showing cell distribution for self-propulsion calculation in wave conditions.
대칭 경계 조건의 반폭 영역을 사용하는 저항 계산에서, 셀의 수는 3.5 M 이다.For resistance calculations using half-width areas with symmetrical boundary conditions, the number of cells is 3.5 M.
자체 추진 계산에서는, 전폭 영역 계산을 위해 셀 수를 두 배로 늘린다.In self-propelled calculations, the number of cells is doubled for full-width area calculations.
계산에 사용된 그리드 분포는 도 3에 나타내고 있다.The grid distribution used in the calculations is shown in Figure 3.
규칙파를 정확하게 생성하고 켈빈파의 영향을 고려하기 위해, 도 3에 나타낸 바와 같이 메쉬를 구성한다.In order to accurately generate regular waves and consider the influence of Kelvin waves, a mesh is constructed as shown in Figure 3.
선체 후면부에서는, 그리드의 크기를 증가시켜 그리드 댐핑 효과를 준다.At the rear of the hull, the grid size is increased to provide a grid damping effect.
도 3의 (b), (c)에 나타낸 바와 같이, 선체 표면에 프리즘 층이 적용되며, 그리드는 자유 표면 영역에 조밀하게 분포되어 있다.As shown in Figures 3 (b) and (c), a prismatic layer is applied to the hull surface, and the grid is densely distributed in the free surface area.
- 융합 테스트 및 검증 -- Convergence testing and verification -
- 융합 테스트- Convergence testing
계산의 수렴을 테스트하기 위해, 잔잔한 물에서 저항에 대한 수렴 테스트를 수행한다.To test the convergence of the calculations, a convergence test on resistance is performed in calm water.
수치 해석의 수렴도를 나타내는 GCI(Grid Convergence Index)를 통해 평가한다.It is evaluated through GCI (Grid Convergence Index), which indicates the degree of convergence of numerical analysis.
그리드 크기 및 시간 단계 조건에 따른 테스트의 수렴을 분석한다.We analyze the convergence of tests according to grid size and time step conditions.
그리드 조건은 3,577,651개, 1,419,364개 및 912,574개의 셀이 있는 미세, 중간, 거친 조건이다.The grid conditions are fine, medium, and coarse with 3,577,651, 1,419,364, and 912,574 cells.
시간 단계 조건은 0.01초, 0.025초 및 0.005초이다.The time step conditions are 0.01 second, 0.025 second and 0.005 second.
점근적 값에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 나타내는 GCI 값을 계산하는데 사용되는 변수는 표 2에 나타내고 있다.The variables used to calculate the GCI value, which indicates how far it is from the asymptotic value, are shown in Table 2.
계수 은 정제 계수를 정의하고, 및 은 해의 차이를 나타낸다.Coefficient defines the refinement coefficient, and indicates the difference in years.
겉보기 차수 는 이러한 변수를 사용하여 계산된다.apparent order is calculated using these variables.
은 외삽 값을 의미하고, 은 대략적인 상대 오차를 나타낸다. means the extrapolated value, represents the approximate relative error.
그리드 테스트의 GCI 값은 1.270 % 이고, 시간 단계별 GCI는 0.752 % 로 허용 가능한 값이다.The GCI value of the grid test is 1.270%, and the GCI per time step is 0.752%, which is an acceptable value.
가장 짧은 시간 단계와 미세 그리드 조건이 사용된다.The shortest time step and fine grid conditions are used.
[표 1][Table 1]
표 1은 이산화 오차 계산을 나타내는 표이다.Table 1 is a table showing the discretization error calculation.
- 저항 및 자체 추진 성능- Resistance and self-propelled performance
수치적 계산 검증을 위해, EFD(Experimental Fluid Dynamics)로 표기된 실험 모델 시험 결과와 저항 및 자체 추진 성능을 비교한다.To verify the numerical calculations, the resistance and self-propelled performance are compared with experimental model test results, expressed as Experimental Fluid Dynamics (EFD).
다른 위치(예를 들어, 부산 대학교)에서 동일한 선체에서 실험을 수행한다.Experiments are performed on the same hull at a different location (e.g., Pusan National University).
[표 2][Table 2]
표 2는 저항 및 자체 추진 시험의 변수를 비교하는 표이다.Table 2 is a table comparing the parameters of resistance and self-propelled tests.
저항 계수는 실험에서 2.53 % 의 오차를 가지며, 이는 저항 성능이 EFD와 유사함을 보여준다.The resistance coefficient has an error of 2.53% in the experiment, which shows that the resistance performance is similar to the EFD.
또한, 자체 추진 성능을 검증하기 위해, 자체 추진 계수와 추정 동력을 실험과 비교한다.Additionally, to verify self-propulsion performance, the self-propulsion coefficient and estimated power are compared with experiments.
효율과 프로펠러 회전수(RPM)는 약 2 % 의 오차율을 보인다.Efficiency and propeller rotation speed (RPM) show an error rate of approximately 2%.
그 결과, 전달되는 마력의 차이는 -1.66 % 로 자체 추진 성능을 추정하기에 충분하다.As a result, the difference in delivered horsepower is -1.66%, which is sufficient to estimate self-propelled performance.
본 발명의 주요 특징은 프로펠러에서 발생하는 추력과 토크이며, CFD 해석 결과를 통해 발생된 추력과 토크의 신뢰성을 검증한다.The main feature of the present invention is the thrust and torque generated from the propeller, and the reliability of the generated thrust and torque is verified through CFD analysis results.
- 프로펠러 특성 -- Propeller characteristics -
프로펠러의 힘과 모멘트의 변동은 선박과 프로펠러의 상호작용에 의해 발생하며, 변동 성분과 일정 성분으로 구분된다.Fluctuations in the force and moment of the propeller are caused by the interaction between the ship and the propeller, and are divided into a variable component and a constant component.
변동 성분은 주로 선박과 프로펠러에 의해 생성되는 후류장의 변동에서 파생된다.The fluctuation component is mainly derived from the fluctuations of the wake field generated by the ship and propeller.
일정 성분은 프로펠러 무게, 관성 및 평균 후류장에서 비롯된다.Certain components come from propeller weight, inertia, and average wake field.
프로펠러에서 발생하는 하중의 변동을 상쇄하기 위해, 토크의 CFD 결과를 분석한다.To offset the fluctuations in load occurring in the propeller, the CFD results of the torque are analyzed.
도 4는 CFD로 계산된 시계열 토크 데이터를 나타내는 그래프이다.Figure 4 is a graph showing time series torque data calculated with CFD.
도 4에서는 프로펠러 4회전 동안의 시변 토크 값을 나타낸다.Figure 4 shows time-varying torque values during 4 propeller rotations.
회전 속도는 8.5 rps 이다.The rotation speed is 8.5 rps.
도 4에 나타낸 바와 같이, 프로펠러가 한 번 회전하면, 4개의 험프(hump)와 할로우(hallow)가 나타난다.As shown in Figure 4, when the propeller rotates once, four humps and hollows appear.
이 현상은 4개의 블레이드를 가진 프로펠러가 후류장에서 회전하기 때문에 발생한다.This phenomenon occurs because a four-blade propeller rotates in the wake field.
- 고속 푸리에 변환 -- Fast Fourier Transform -
프로펠러의 블레이드 부분은 후류장 내에서 완전히 작동하며, 여기서 유속은 선박의 속도에 의해 무차원화될 수 있고, 하기 수식 2와 같이 푸리에 급수의 합으로 표현될 수 있다.The blade portion of the propeller operates completely within the wake field, where the flow velocity can be non-dimensionalized by the speed of the ship and can be expressed as the sum of Fourier series as shown in Equation 2 below.
여기서, 는 프로펠러 디스크의 한 지점에서의 축방향 유속이고, 는 선박 속도이며, 는 각 위치이다.here, is the axial flow velocity at a point on the propeller disk, is the ship speed, is each location.
축 방향 외에 접선 성분과 반경 성분도 같은 방식으로 표현할 수 있다.In addition to the axial direction, the tangential and radial components can also be expressed in the same way.
[수식 2][Formula 2]
주기적인 양력과 추력 또는 비틀림력으로 분해된 블레이드 단면에 의해 생성된 힘은 푸리에 급수의 합으로 유사하게 표현될 수 있으며, 결과적으로 하기 수식 3의 힘과 하기 수식 4의 모멘트는 평균 성분 세트와 조화 성분 세트의 합으로 표현된다.The forces generated by the blade cross-section decomposed into periodic lift and thrust or torsion forces can be similarly expressed as a sum of Fourier series, resulting in the force in Equation 3 below and the moment in Equation 4 being harmonized with the set of average components. It is expressed as the sum of a set of components.
[수식 3][Formula 3]
[수식 4][Formula 4]
프로펠러 토크의 주파수 분석은 변동하는 부품의 특성을 이해하기 위해 수행된다.Frequency analysis of propeller torque is performed to understand the characteristics of fluctuating components.
공간 고조파를 회전각의 함수로 분석하기 위해, 프로펠러의 회전 주파수에 따라 변하는 시간 고조파가 아니라 시간에 따른 토크의 변동 성분을 회전각에 따른 변동 성분으로 변환한다.In order to analyze spatial harmonics as a function of rotation angle, the variation component of torque over time, rather than the time harmonics that vary depending on the rotation frequency of the propeller, is converted into a variation component depending on rotation angle.
공간 영역에서 변동하는 토크의 공간 주파수와 주파수에 따른 토크 성분을 구하기 위해 FFT를 수행한다.FFT is performed to obtain the spatial frequency of the torque that fluctuates in the spatial domain and the torque component according to the frequency.
공간 영역에서 정규화된 타겟 토크 데이터의 개수가 n일 때, X(j)의 FFT Y(k)는 하기 수식 5와 같이 정의된다.When the number of normalized target torque data in the spatial domain is n, the FFT Y(k) of X(j) is defined as Equation 5 below.
[수식 5][Formula 5]
상기 수식 5에서, Y(k)는 X(j)의 푸리에 변환을 나타내고, X(j)는 Y(k)의 역 푸리에 변환을 나타내며, 은 이다.In Equation 5, Y(k) represents the Fourier transform of X(j), and X(j) represents the inverse Fourier transform of Y(k), silver am.
모든 사이클에 대한 FFT 결과가 유사하면, 모든 사이클에 대한 토크를 분석할 필요가 없다.If the FFT results for all cycles are similar, there is no need to analyze the torque for all cycles.
따라서, 각 사이클에 대한 FFT 결과를 분석하여 동일한 결과가 나오는지 확인한다.Therefore, analyze the FFT results for each cycle to check whether the same results are obtained.
FFT는 4개의 사이클 각각에 대해 수행된다.The FFT is performed for each of the four cycles.
또한, FFT 결과의 크기 성분은 하기 수식 6과 같이 정규화되고, 크기 성분과 각도 성분은 순서에 따라 분리된다.Additionally, the magnitude component of the FFT result is normalized as shown in Equation 6 below, and the magnitude component and angle component are separated according to order.
[수식 6][Formula 6]
도 5는 각 주기에 대한 FFT 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 5 is a graph showing FFT results for each cycle.
도 5는 각 고조파 차수에 따른 크기 값을 나타낸다.Figure 5 shows magnitude values according to each harmonic order.
프로펠러는 4개의 블레이드를 가지고 있기 때문에, 4차 고조파에서 지배적인 크기가 관찰된다.Since the propeller has four blades, the dominant magnitude is observed at the fourth harmonic.
다른 구성 요소는 수치 오류이다.Another component is numerical error.
하기 표 3은 각 주요 고조파 차수에 대한 크기 구성 요소를 제공한다.Table 3 below provides magnitude components for each major harmonic order.
[표 3][Table 3]
표 3은 각 주기에 대한 FFT 결과를 나타낸다.Table 3 shows the FFT results for each cycle.
- 역 고속 푸리에 변환 -- Inverse fast Fourier transform -
블레이드 주파수 1, 4, 8, 12 ㎐ 의 배수는 프로펠러의 토크 성분에 대해 FFT를 수행했을 때 동일한 것으로 확인되므로, 첫 번째 사이클에 역 FFT를 수행하여 프로펠러 부하 토크를 산출한다.Since multiples of the blade frequencies of 1, 4, 8, and 12 Hz are found to be the same when performing an FFT on the torque component of the propeller, an inverse FFT is performed on the first cycle to calculate the propeller load torque.
16 ㎐ 이상의 주파수 진폭은 불규칙한 값을 가지며, 따라서 계산에서 제외된다.Frequency amplitudes above 16 Hz have irregular values and are therefore excluded from the calculation.
하기 표 4는 사용된 데이터를 나타낸다.Table 4 below shows the data used.
[표 4][Table 4]
표 4는 역 고속 푸리에 변환에 사용된 데이터를 나타낸다.Table 4 shows the data used for the inverse fast Fourier transform.
역푸리에 변환을 위해 도출된 크기와 각도는 주파수별로 하기 수식 7을 이용하여 계산한다.The size and angle derived for the inverse Fourier transform are calculated for each frequency using Equation 7 below.
각도에 대한 토크 데이터()는 짝수 함수이므로, 푸리에 코사인 변환을 사용하여 역변환을 수행한다.Torque data for angle ( ) is an even function, so the inverse transformation is performed using the Fourier cosine transform.
는 FFT의 주파수 결과를 기반으로 한 사인을 포함하는 무차원 크기이고, 는 각도 및 주파수 성분이다. is a dimensionless magnitude containing the sine based on the frequency result of the FFT, are the angle and frequency components.
역 FFT의 결과는 역 FFT의 특성을 고려하여 2를 곱해야 한다.The result of the inverse FFT must be multiplied by 2 considering the characteristics of the inverse FFT.
[수식 7][Formula 7]
도 6은 역 FFT와 CFD로 계산한 토크를 비교한 그래프이다.Figure 6 is a graph comparing torque calculated by inverse FFT and CFD.
도 6은 CFD로 계산한 원본 데이터와 함께 역 FFT 결과를 나타낸다.Figure 6 shows the inverse FFT results along with the original data calculated by CFD.
생성된 토크는 기존 토크와 크기 및 파형이 거의 동일하다.The generated torque is almost identical in size and waveform to the existing torque.
- 전기 추진 시스템의 고조파 주입 시뮬레이션 -- Harmonic injection simulation of electric propulsion system -
- 고조파 주입 방식 시뮬레이션 모델- Harmonic injection method simulation model
전기 추진 시스템은 전기 모터, 전력 변환 장치 및 추진용 프로펠러를 포함한다.Electric propulsion systems include electric motors, power conversion devices, and propellers.
프로펠러를 구동하기 위한 대표적인 모터로는 동기 전동기와 유도 전동기가 있으며, 동기 전동기는 영구 자석 동기 전동기와 권선계 동기 전동기가 일반적으로 사용된다.Representative motors for driving propellers include synchronous motors and induction motors, and permanent magnet synchronous motors and wound-type synchronous motors are commonly used.
영구 자석 동기 전동기(100)는 영구 자석의 위치에 따라 표면 실장형 영구 자석 동기 전동기(PMSM)와 내부 영구 자석 동기 전동기(IPMSM)로 나뉜다.The permanent
동기 모터의 장점으로 전류 제어를 통해 토크를 쉽게 제어할 수 있지만, 회전자의 위치와 전류의 위상을 동일하게 제어해야 한다.The advantage of a synchronous motor is that torque can be easily controlled through current control, but the position of the rotor and the phase of the current must be controlled equally.
마찬가지로 유도기는 전류 제어를 통해 토크를 제어하지만, 전기자의 회전 주파수(입력 전압)가 회전자의 회전 주파수(입력 전압)와 일치하지 않는 슬립 현상이 발생하여 토크를 직접 제어하기 어렵다.Likewise, an inductor controls torque through current control, but it is difficult to directly control torque because a slip phenomenon occurs where the rotation frequency (input voltage) of the armature does not match the rotation frequency (input voltage) of the rotor.
표면 실장형 영구 자석 동기 전동기(100)에서, 전류 제어기(300)의 q축 전류는 토크로 변환되지만, PMSM보다 토크 제어가 더 복잡한 내부 영구 자석 동기 모터의 경우 전류에 의해 발생되는 자기 토크와 자기 저항 토크의 합으로 표현된다.In a surface-mounted permanent
각 모터에 대한 토크 방정식은 하기 수식 7 내지 수식 9와 같다.The torque equation for each motor is as shown in Equations 7 to 9 below.
여기서, P는 모터의 극 쌍이고, 는 자속 결합이며, 는 모터의 고정 기준 좌표계의 전류이고, 는 동기 인덕턴스이며, 는 유도 전동기의 회로 매개 변수이다.where P is the pole pair of the motor, is the flux coupling, is the current in the fixed reference frame of the motor, is the synchronous inductance, is the circuit parameter of the induction motor.
[수식 7][Formula 7]
[수식 8][Formula 8]
[수식 9][Formula 9]
상술한 바와 같이, 모터의 토크를 제어하는 가장 간단한 방법은 영구 자석 동기 모터를 사용하여 전류를 제어하는 것이므로, 본 발명에서는 PMSM에 고조파를 주입하는 방법을 사용하여 프로펠러 진동의 감소를 시뮬레이션한다.As mentioned above, the simplest way to control the torque of a motor is to use a permanent magnet synchronous motor. Since the current is controlled, the present invention simulates the reduction of propeller vibration using a method of injecting harmonics into the PMSM.
영구 자석에 의한 역 기전력(EMF) 상수()는 PMSM 모터 모델에서 하기 수식 10과 같이 전압 방정식을 회전수의 함수로 표현하는 데 사용된다.Back electromotive force (EMF) constant by permanent magnet ( ) is used in the PMSM motor model to express the voltage equation as a function of rotation speed as shown in Equation 10 below.
[수식 10][Formula 10]
상기 수식 10을 이용하여 상전류를 d-q 축으로 변환하여 상기 수식 7과 같은 모터 토크를 계산할 수 있으며, 모터의 시뮬레이션 모델은 도 7과 같이 구성한다.The motor torque can be calculated as in Equation 7 by converting the phase current to the d-q axis using Equation 10, and the simulation model of the motor is constructed as shown in FIG. 7.
도 7은 공간 고조파 주입을 통한 PMSM의 시스템 구성을 나타내는 개념도이다.Figure 7 is a conceptual diagram showing the system configuration of PMSM through spatial harmonic injection.
전동기(100)를 구동하는 인버터(200)는 회로 모델을 운용할 수 있는 전압 제어 전압원을 이용하여 3상 리니어 인버터를 구성하고, 자계 지향 벡터 제어 알고리즘을 사용한다.The
본 발명에서 적용한 선박 추진 시스템의 정격 작동 범위에서 최대 토크를 발생시키기 위해 대용량 표면 실장형 영구 자석 동기 전동기(SPM)를 사용한다.A large-capacity surface-mounted permanent magnet synchronous motor (SPM) is used to generate maximum torque in the rated operating range of the ship propulsion system applied in the present invention.
기존 추진 장치의 대용량 모터는 인덕터나 권선형 동기 기기를 사용하기 때문에 단위 동력당 부피가 증가하고 유지 보수가 어려워진다.The large-capacity motors of existing propulsion devices use inductors or wire-wound synchronous devices, which increases the volume per unit of power and makes maintenance difficult.
최근 친환경 선박에서는 전력 밀도가 높고 유지 보수가 용이한 영구 자석 전동기(100)가 많이 사용되고 있다.Recently, permanent magnet electric motors (100), which have high power density and are easy to maintain, are being widely used in eco-friendly ships.
본 발명에서 사용된 모터의 정격 속도는 1,200 rpm 이고, 정격 토크는 1,670 Nm 이다.The rated speed of the motor used in the present invention is 1,200 rpm and the rated torque is 1,670 Nm.
모터 해석 파라미터는 추진 시스템의 토크 값과 추력 상수 값이 크게 변하지 않는 범위 내에서 적용한다.Motor analysis parameters are applied within the range where the torque value and thrust constant value of the propulsion system do not change significantly.
해당 값은 하기 표 5에 나타내고 있다.The corresponding values are shown in Table 5 below.
[표 5][Table 5]
표 5는 SPM의 시뮬레이션 파라미터를 나타낸다.Table 5 shows the simulation parameters of SPM.
도 8은 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.Figure 8 is a block diagram showing the overall configuration of the output control system of the inverter for harmonic suppression according to the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템(1000)은 전동기(100)와, 인버터(200)와, 전류 제어기(300)와, 고조파 주입기(400)와, 전압 제어기(500)를 포함한다.Referring to FIG. 8, the
여기서, 전동기(100)는 프로펠러와 연결된다.Here, the
인버터(200)는 전동기(100)에 구동 전압을 인가한다.The
전류 제어기(300)는 전동기(100)에서 측정되는 전류값을 기반으로 제 1 전류를 생성한다.The
또한, 전류 제어기(300)에서 생성되는 제 1 전류와, 제 2 고조파 성분을 포함하는 제 2 전류에 의해 인버터(200)의 구동 전압을 제어한다.Additionally, the driving voltage of the
고조파 주입기(400)는 프로펠러에서 측정되는 토크를 제 1 고조파 성분으로 변환시키고, 제 1 고조파 성분을 기반으로 제 2 고조파 성분을 포함하는 제 2 전류를 생성한다.The
또한, 고조파 주입기(400)는 제 1 고조파 성분과 제 2 고조파 성분이 동일 크기의 다른 위상을 갖도록 제어한다.Additionally, the
이러한 고조파 주입기(400)는 토크의 변동을 감소시키기 위해 크기와 위상을 제어하여 제 2 고조파 성분을 생성한다.This
전압 제어기(500)는 제 1 전류와 상기 제 2 전류를 기반으로 생성되는 제어 전압을 인버터(200)로 인가한다.The
이때, 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분은 서로 상쇄된다.At this time, the first harmonic component and the second harmonic component cancel each other out.
도 9는 제안된 아이디어에서 와 의 관계를 나타내는 도면이다.Figure 9 shows the proposed idea and This is a diagram showing the relationship between .
전류에 의해 발생하는 토크()와 프로펠러 부하 토크()의 관계는 하기 수식 11과 같이 나타낼 수 있다.Torque generated by current ( ) and propeller load torque ( ) can be expressed as Equation 11 below.
[수식 11][Formula 11]
수식 11에서 볼 수 있듯이, 전기 모터의 축 시스템에 작용하는 기계적 토크 은 관성()의 기본 시스템과 모터의 기계적 시스템의 마찰 계수()로 간주될 수 있다.As can be seen in Equation 11, the mechanical torque acting on the axial system of the electric motor is inertia ( ) of the basic system and the friction coefficient of the mechanical system of the motor ( ) can be considered.
일반적으로 전동기(100)의 회전자의 관성은 프로펠러의 관성보다 훨씬 크기 때문에, 토크의 변화는 회전 속도에 큰 영향을 미치지 않는다.In general, since the inertia of the rotor of the
도 10은 MSM 기계 시스템의 보드 다이어그램이다.10 is a board diagram of the MSM mechanical system.
도 10에서는 축 시스템의 토크와 회전수에 대한 주파수 응답 특성을 보여준다.Figure 10 shows the frequency response characteristics for torque and rotation speed of the shaft system.
주파수 응답 특성에서, 프로펠러 회전수가 20 rps 일 때, 시스템의 입력() 및 출력() 이득은 59.1 ㏈ 이다.In the frequency response characteristics, when the propeller rotation speed is 20 rps, the input of the system ( ) and output ( ) The gain is 59.1 dB.
이는 프로펠러 회전수()와 토크()의 비율이 약 1,000 배 차이가 난다는 것을 의미한다.This is the propeller rotation speed ( ) and torque ( ) means that the ratio differs by about 1,000 times.
따라서, 기계적 토크()가 변동하는 성분을 포함하더라도 충분히 큰 관성 모멘트로 인해 일정한 속도를 유지할 수 있다.Therefore, the mechanical torque ( ) Even if it contains a fluctuating component, it can maintain a constant speed due to a sufficiently large moment of inertia.
- 공간 고조파 주입 컨트롤러- Spatial harmonic injection controller
프로펠러 부하에서 해석된 고조파 성분을 이용하여 모터 토크의 변동이 부하 토크와 같은 크기의 다른 위상을 갖도록 q축 전류를 제어한다.Using the harmonic components analyzed from the propeller load, the q-axis current is controlled so that the fluctuations in motor torque have different phases of the same magnitude as the load torque.
도 7과 같이 q축 전류()에 고조파 성분()을 더하는 방식이다.As shown in Figure 7, the q-axis current ( ) to the harmonic components ( ) is added.
공간 고조파 주입은 고조파 성분()을 생성하는데 사용되며, 기계적 토크()의 변동을 줄이기 위해 크기와 위상을 제어한다.Spatial harmonic injection involves harmonic components ( ) is used to generate mechanical torque ( ) Control the size and phase to reduce the variation.
FFT 결과는 프로펠러 하중에 포함된 고조파 성분을 제거하기 위해 입력되며 회전 각도에 따라 역 FFT 형태로 재구성된다.The FFT results are input to remove harmonic components included in the propeller load and are reconstructed in the form of an inverse FFT according to the rotation angle.
즉, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템(1000)에서, 제 1 고조파 성분의 결과 값은 프로펠러의 하중에 포함된 고조파 성분을 제거하기 위해 회전 각도에 따라 역 FFT 형태로 재구성된다.That is, in the
그러나 회전각()의 함수인 q축 전류()가 저역 통과 필터를 통과하기 때문에 시간 지연이 나타난다.However, the rotation angle ( ), the q-axis current ( ) passes through a low-pass filter, so a time delay appears.
그 결과 공간 고조파로 해석된 전기적 토크()와 q축 전류()는 위상차를 발생시킨다.As a result, the electrical torque interpreted as spatial harmonics ( ) and q-axis current ( ) generates a phase difference.
이를 보완하기 위해, 회전각()에 해당 각도의 튜닝 포인트()가 추가된다.To compensate for this, the rotation angle ( ) to the tuning point ( ) is added.
또한, 전기적 토크()를 q축 전류()로 보상하기 위해, 그 크기의 튜닝 포인트() 이득을 곱한다.Additionally, the electrical torque ( ) to the q-axis current ( ), the tuning point of that magnitude ( ) Multiply the gain.
환언하면, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템(1000)에서, 제 2 고조파 성분은 제 1 고조파 성분의 회전각()에 해당 각도의 튜닝 포인트()가 추가된다.In other words, in the
- 고조파 주입 시뮬레이션 결과- Harmonic injection simulation results
q축 전류() 제어는 고조파를 포함하는 3상 전압()을 생성하고, 3상 전압()에 따라 변동하는 전류는 모터의 변동 토크()를 생성한다.q-axis current ( ) control is a three-phase voltage (including harmonics) ), and generates three-phase voltage ( ) The current that fluctuates according to the motor's fluctuating torque ( ) is created.
토크 제어를 위해 제어되는 q축 전류에 고조파 제어기에서 생성된 고조파 성분()이 10초에 더해진다.Harmonic components generated by the harmonic controller in the q-axis current controlled for torque control ( ) is added to 10 seconds.
환언하면, 본 발명에서, 제어되는 인버터(200)의 구동 전압은 고조파를 포함하는 3상 전압이다.In other words, in the present invention, the driving voltage of the controlled
이러한 3상 전압에 따라 변동하는 전류는 모터의 회전각에 따른 변동 토크를 생성한다.The current that fluctuates according to these three-phase voltages generates fluctuating torque according to the rotation angle of the motor.
또한, 변동 토크의 제어를 위해 제어되는 전류에 상기 고조파 주입기(400)에서 생성된 고조파 성분이 더해진다.Additionally, harmonic components generated by the
이러한 변동 토크를 전류로 보상하기 위해, 그 크기의 상기 튜닝 포인트의 이득을 곱한다.To compensate for this fluctuating torque with current, the gain of the tuning point is multiplied by its magnitude.
상기 고조파는 시간에 따른 상기 변동 토크의 변동 성분을 회전각에 따른 변동 성분으로 변환한다.The harmonic converts the variation component of the variable torque over time into a variation component according to the rotation angle.
도 11의 (a)는 전체 시뮬레이션 중 의 전기 시스템 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, 도 11의 (b)는 고조파 주입 중 의 전기 시스템 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이며, 도 11의 (c)는 고조파 주입 중 의 전기 시스템 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, 도 11의 (d)는 고조파 주입 중 의 전기 시스템 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 11(a) shows the overall simulation. It is a graph showing the electrical system simulation results, and Figure 11 (b) is during harmonic injection. It is a graph showing the electrical system simulation results, and Figure 11 (c) is a graph showing the results of harmonic injection. It is a graph showing the electrical system simulation results, and Figure 11 (d) is during harmonic injection. This is a graph showing the electrical system simulation results.
도 11의 (a)는 고조파 주입의 전체 시뮬레이션 동안의 d, q축 전류()를 나타내고, 11의 (b)는 고조파 주입 직전 및 직후 3번째 사이클의 d, q축 전류()를 나타낸다.Figure 11 (a) shows the d and q-axis currents during the entire simulation of harmonic injection ( ), and (b) in 11 shows the d and q-axis currents of the 3rd cycle immediately before and after harmonic injection ( ).
도 11의 (c)와 도 11의 (d)는 각각 고조파 주입이 없는 데이터와 비교하여 고조파 주입 직후의 3번째 사이클에서 3상 전류() 및 3상 전압() 데이터를 보여준다.Figures 11(c) and 11(d) show the three-phase current ( ) and three-phase voltage ( ) shows the data.
일반적으로 정현파로 구현되는 3상 전류()와 3상 전압()은 고조파 주입에 의해 서로 겹치는 여러 정현파 성분으로 나타난다.Three-phase current, generally implemented as a sinusoidal wave ( ) and three-phase voltage ( ) appears as several sinusoidal components overlapping each other by harmonic injection.
도 12의 (a)는 전체 시뮬레이션 동안의 토크 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, 도 12의 (b)는 고조파 주입시 토크 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 12 (a) is a graph showing the torque simulation results during the entire simulation, and Figure 12 (b) is a graph showing the torque simulation results during harmonic injection.
도 12는 고조파 주입이 있는 경우와 없는 경우에 모터 토크(), 프로펠러 부하 토크(), 기계적 토크()를 보여준다.Figure 12 shows the motor torque (with and without harmonic injection) ), propeller load torque ( ), mechanical torque ( ) shows.
모터 토크()에 고조파를 주입하기 전에는 동일한 값을 유지하였으나 주입 직후 주황색으로 표시된 바와 같이 모터 토크 성분()의 변동이 관찰된다.motor torque ( ) maintained the same value before injecting harmonics into the motor torque component (as indicated in orange immediately after injection). ) is observed.
토크 컨트롤러의 영향으로 고조파 주입 후 모터 토크의 중심점은 고조파가 주입되지 않은 경우와 동일한 경향이 있다.Due to the influence of the torque controller, the center point of the motor torque after harmonic injection tends to be the same as when harmonics are not injected.
고조파 주입과 무고조파 주입의 경우 모두 동일한 값이 주어지기 때문에 부하 토크()는 완벽하게 겹친다.Since the same value is given for both harmonic injection and non-harmonic injection, the load torque ( ) overlap perfectly.
마지막으로, 모터 토크()와 부하 토크()의 차이로 계산되는 기계적 토크 값()은 고조파 주입 전에 고조파 주입 조건과 정상 조건에서 정확히 동일하지만, 고조파 주입 후 변동의 크기가 크게 감소한다.Finally, motor torque ( ) and load torque ( The mechanical torque value calculated as the difference between ) ( ) is exactly the same under harmonic injection conditions and under normal conditions before harmonic injection, but the magnitude of the fluctuation decreases significantly after harmonic injection.
도 13은 고조파 주입이 있는 경우와 없는 경우의 비교를 나타내는 그래프이다.Figure 13 shows the cases with and without harmonic injection. This is a graph showing comparison.
도 13은 고조파 주입이 있는 경우와 없는 경우 프로펠러의 3회전 동안의 기계적 토크()를 보여준다.Figure 13 shows the mechanical torque during three revolutions of the propeller with and without harmonic injection ( ) shows.
기계적 토크()의 최대값과 최소값의 차이는 고조파를 주입하지 않았을 때 8.06 Nm 인 반면, 고조화 주입법을 사용할 경우에는 그 차이가 1.85 Nm 로 약 77.04 % 감소하는 것을 확인할 수 있다.mechanical torque ( ), the difference between the maximum and minimum values is 8.06 Nm when no harmonics are injected, whereas when the harmonic injection method is used, the difference is reduced to 1.85 Nm by about 77.04%.
RMS(Root Mean Square) 값도 고조파 주입이 없는 조건에서 2.596 Nm 이고, 고조파 주입 방법을 사용할 때 0.645 Nm 로 75 % 감소한다.The RMS (Root Mean Square) value is also 2.596 Nm in the condition without harmonic injection, and decreases by 75% to 0.645 Nm when using the harmonic injection method.
이를 기반으로 모터 토크에 변동 성분을 생성하여 부하 토크와 동일한 크기의 반대 위상을 갖는 모터 토크를 생성함으로써, 변동 성분을 완전히 제거할 수 있다.Based on this, by generating a fluctuation component in the motor torque and generating a motor torque with the same magnitude and opposite phase as the load torque, the fluctuation component can be completely removed.
도 14는 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법의 전체 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.Figure 14 is a flow chart showing the overall flow of the output control method of the inverter for harmonic suppression according to the present invention.
본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법의 구성들은 상술한 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템의 구성과 동일한 구성과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.Since the configurations of the output control method of the inverter for harmonic suppression according to the present invention are the same as those of the output control system of the inverter for harmonic suppression described above, detailed description thereof will be omitted.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법은 4개의 단계를 포함한다.Referring to Figure 14, the output control method of the inverter for harmonic suppression according to the present invention includes four steps.
제 1 단계(S100)에서는, 인버터(200)에 의해, 프로펠러에 연결되는 전동기(100)에 구동 전압을 인가한다.In the first step (S100), a driving voltage is applied to the
제 2 단계(S200)에서는, 전동기(100)에서 측정되는 전류값을 기반으로 전류 제어기(300)에 의해 제 1 전류를 생성한다.In the second step (S200), a first current is generated by the
이러한 전류 제어기(300)에서 생성되는 제 1 전류와, 제 2 고조파 성분을 포함하는 제 2 전류에 의해 인버터(200)의 구동 전압을 제어한다.The driving voltage of the
제 3 단계(S300)에서는, 고조파 주입기(400)에 의해, 프로펠러에서 측정되는 토크를 제 1 고조파 성분으로 변환시키고, 제 1 고조파 성분을 기반으로 제 2 고조파 성분을 포함하는 제 2 전류를 생성한다.In the third step (S300), the torque measured at the propeller is converted into a first harmonic component by the
여기서, 고조파 주입기(400)는 제 1 고조파 성분과 제 2 고조파 성분이 동일 크기의 다른 위상을 갖도록 제어한다.Here, the
또한, 이러한 고조파 주입기(400)는 토크의 변동을 감소시키기 위해 크기와 위상을 제어하여 제 2 고조파 성분을 생성한다.Additionally, the
제 4 단계(S400)에서는, 전압 제어기(500)에 의해, 제 1 전류와 제 2 전류를 기반으로 생성되는 제어 전압을 인버터(200)로 인가한다.In the fourth step (S400), the control voltage generated based on the first current and the second current is applied to the
이때, 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분은 서로 상쇄된다.At this time, the first harmonic component and the second harmonic component cancel each other out.
따라서, 본 발명에 따른 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템(1000)은 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법에 의해 동작한다.Therefore, the
- 결론 -- conclusion -
본 발명에서는 후류장의 평면에서 회전하는 프로펠러에 의해 발생하는 토크 변동을 감소시키기 위한 새로운 방법으로 고조파 주입이 제공된다.In the present invention, harmonic injection is provided as a new method for reducing torque fluctuations caused by a propeller rotating in the plane of the wake field.
고조파 주입은 모터의 전류에 부하 토크의 고조파 성분을 더하여 역 기전력(EMF) 형태의 고조파를 주입하는 방식이다.Harmonic injection is a method of injecting harmonics in the form of back electromotive force (EMF) by adding the harmonic component of the load torque to the motor current.
이것은 모터 토크의 변동으로 나타나며, 이는 모터 토크를 부하 토크와 동일한 크기의 다른 위상을 갖도록 제어함으로써 제거될 수 있다.This appears as a fluctuation in the motor torque, which can be eliminated by controlling the motor torque to have a different phase of the same magnitude as the load torque.
본 발명에서 사용할 데이터를 획득하기 위해 밸러스트 조건의 MR 탱커를 이용하여 CFD 해석을 수행한다.To obtain data to be used in the present invention, CFD analysis is performed using an MR tanker in ballast conditions.
CFD 분석과 실험 결과를 비교하여, 합리적인 결과를 획득하고, 프로펠러에서 발생하는 토크를 추출한다.By comparing CFD analysis and experimental results, reasonable results are obtained and the torque generated from the propeller is extracted.
부하 토크의 변동 성분에 대해 FFT를 수행하여 변동 성분을 추출한 후, 데이터를 이용하여 q축 전류에 변동 성분을 추가한다.After performing FFT on the variation component of the load torque to extract the variation component, the variation component is added to the q-axis current using the data.
고조파 주입 제어기는 모터 토크의 변동 성분이 부하 토크의 변동 성분과 같은 크기의 반대 위상을 가지도록 조정되며, 그 결과 전체 기계적 토크의 변동이 시뮬레이션에서 87 % 만큼 감소하는 것으로 나타난다.The harmonic injection controller is adjusted so that the fluctuation component of the motor torque has the same magnitude and opposite phase as the fluctuation component of the load torque, resulting in a reduction of the overall mechanical torque fluctuation by 87% in the simulation.
모터 토크의 위상과 크기 사이의 정확한 관계를 파악하면, 간단한 감소 외에도 토크 변동을 상쇄하는 범위까지 적용 범위를 확장할 수 있다.Knowing the exact relationship between the phase and magnitude of motor torque can expand the scope of application beyond simple reduction to offset torque fluctuations.
시뮬레이션에서 구현된 부하 토크는 회전각의 함수일 뿐이며 모터 토크는 전류의 함수이다.The load torque implemented in the simulation is only a function of rotation angle, and the motor torque is a function of current.
그러나 실제 조건에서, 기계적 토크는 모터 토크와 부하 토크의 결합으로 인해 다른 파형을 가질 수도 있다.However, in real conditions, mechanical torque may have different waveforms due to the combination of motor torque and load torque.
이와 같이 본 발명에 의하면, 기계 시스템인 프로펠러에서 발생되는 진동을 고조파 성분으로 실시간 분석하고 인버터 제어 시스템에서 이러한 고조파 성분을 상쇄시키는 역 고조파 성분을 발생시킴으로써 프로펠러에서 전달되는 고조파 진동을 억제하는 효과가 있다.In this way, according to the present invention, the vibration generated in the propeller, which is a mechanical system, is analyzed in real time as harmonic components, and the inverter control system generates reverse harmonic components that cancel out these harmonic components, thereby suppressing the harmonic vibration transmitted from the propeller. .
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.Above, various preferred embodiments of the present invention have been described by giving some examples, but the description of the various embodiments described in the "Detailed Contents for Carrying out the Invention" section is merely illustrative and the present invention Those skilled in the art will understand from the above description that the present invention can be implemented with various modifications or equivalent implementations of the present invention.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is intended to make the disclosure of the present invention complete and is commonly used in the technical field to which the present invention pertains. It is provided only to fully inform those with knowledge of the scope of the present invention, and it should be noted that the present invention is only defined by each claim in the claims.
100 : 전동기
200 : 인버터
300 : 전류 제어기
400 : 고조파 주입기
500 : 전압 제어기
1000 : 고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템100: electric motor
200: inverter
300: current controller
400: Harmonic Injector
500: voltage controller
1000: Output control system of inverter for harmonic suppression
Claims (16)
4개의 블레이드를 갖는 프로펠러에 연결되는 전동기;
상기 전동기에 구동 전압을 인가하는 인버터;
상기 전동기에서 측정되는 전류값을 기반으로 제 1 전류를 생성하는 전류 제어기;
상기 프로펠러에서 측정되는 4차 고조파 토크를 제 1 고조파 성분으로 변환시키고, 상기 제 1 고조파 성분을 기반으로 제 2 고조파 성분을 포함하는 제 2 전류를 생성하는 고조파 주입기; 및
상기 제 1 전류와 상기 제 2 전류를 기반으로 생성되는 제어 전압을 상기 인버터로 인가하는 전압 제어기;를 포함하며,
상기 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분은 서로 상쇄되는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
In the output control system of the inverter for harmonic suppression that controls the output of the inverter in the electric propulsion system for ships,
An electric motor connected to a propeller with four blades;
an inverter that applies a driving voltage to the electric motor;
a current controller that generates a first current based on the current value measured by the electric motor;
a harmonic injector that converts the fourth harmonic torque measured from the propeller into a first harmonic component and generates a second current including a second harmonic component based on the first harmonic component; and
It includes a voltage controller that applies a control voltage generated based on the first current and the second current to the inverter,
Characterized in that the first harmonic component and the second harmonic component cancel each other out,
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 전류 제어기에서 생성되는 상기 제 1 전류와, 상기 제 2 고조파 성분을 포함하는 상기 제 2 전류에 의해 상기 인버터의 구동 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to claim 1,
Characterized in that controlling the driving voltage of the inverter by the first current generated by the current controller and the second current including the second harmonic component,
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 고조파 주입기는 상기 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분이 동일 크기의 다른 위상을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to claim 1,
The harmonic injector controls the first harmonic component and the second harmonic component to have different phases of the same magnitude,
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 고조파 주입기는 상기 토크의 변동을 감소시키기 위해 크기와 위상을 제어하여 제 2 고조파 성분을 생성하는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to claim 3,
The harmonic injector is characterized in that it generates a second harmonic component by controlling the size and phase to reduce the fluctuation of the torque.
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 제 1 고조파 성분의 결과 값은 상기 프로펠러의 하중에 포함된 고조파 성분을 제거하기 위해 회전 각도에 따라 역 FFT 형태로 재구성되는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to claim 1,
Characterized in that the resulting value of the first harmonic component is reconstructed in the form of an inverse FFT according to the rotation angle to remove the harmonic component included in the load of the propeller.
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 제 2 고조파 성분은,
상기 제 1 고조파 성분의 회전각()에 해당 각도의 튜닝 포인트()가 추가되는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to claim 1,
The second harmonic component is,
The rotation angle of the first harmonic component ( ) to the tuning point ( ) is added,
Inverter output control system for harmonic suppression.
제어되는 상기 인버터의 구동 전압은 고조파를 포함하는 3상 전압인 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to claim 6,
Characterized in that the driving voltage of the controlled inverter is a three-phase voltage including harmonics,
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 3상 전압에 따라 변동하는 전류는 모터의 회전각에 따른 변동 토크를 생성하는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to claim 7,
The current that varies depending on the three-phase voltage generates a varying torque depending on the rotation angle of the motor.
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 변동 토크의 제어를 위해 제어되는 전류에 상기 고조파 주입기에서 생성된 고조파 성분이 더해지는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to claim 8,
Characterized in that harmonic components generated by the harmonic injector are added to the current controlled to control the variable torque.
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 변동 토크를 전류로 보상하기 위해, 그 크기의 상기 튜닝 포인트의 이득을 곱하는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to clause 9,
Characterized in multiplying the gain of the tuning point by its magnitude to compensate for the fluctuating torque with current,
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 고조파는,
시간에 따른 상기 변동 토크의 변동 성분을 회전각에 따른 변동 성분으로 변환하는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 시스템.
According to claim 8,
The harmonics are,
Characterized in converting the variable component of the variable torque over time into a variable component according to the rotation angle,
Inverter output control system for harmonic suppression.
상기 전동기에서 측정되는 전류값을 기반으로 전류 제어기에 의해 제 1 전류를 생성하는 단계;
고조파 주입기에 의해, 상기 프로펠러에서 측정되는 4차 고조파 토크를 제 1 고조파 성분으로 변환시키고, 상기 제 1 고조파 성분을 기반으로 제 2 고조파 성분을 포함하는 제 2 전류를 생성하는 단계; 및
전압 제어기에 의해, 상기 제 1 전류와 상기 제 2 전류를 기반으로 생성되는 제어 전압을 상기 인버터로 인가하는 단계;를 포함하며,
상기 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분은 서로 상쇄되는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법.
Applying a driving voltage to an electric motor connected to a four-blade propeller by an inverter in a marine electric propulsion system;
generating a first current by a current controller based on the current value measured by the electric motor;
converting the fourth harmonic torque measured at the propeller into a first harmonic component by a harmonic injector, and generating a second current including a second harmonic component based on the first harmonic component; and
Comprising: applying, by a voltage controller, a control voltage generated based on the first current and the second current to the inverter,
Characterized in that the first harmonic component and the second harmonic component cancel each other out,
Output control method of inverter for harmonic suppression.
상기 전류 제어기에서 생성되는 상기 제 1 전류와, 상기 제 2 고조파 성분을 포함하는 상기 제 2 전류에 의해 상기 인버터의 구동 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법.
According to claim 12,
Characterized in that controlling the driving voltage of the inverter by the first current generated by the current controller and the second current including the second harmonic component,
Output control method of inverter for harmonic suppression.
상기 고조파 주입기는 상기 제 1 고조파 성분과 상기 제 2 고조파 성분이 동일 크기의 다른 위상을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법.
According to claim 12,
The harmonic injector controls the first harmonic component and the second harmonic component to have different phases of the same magnitude,
Output control method of inverter for harmonic suppression.
상기 고조파 주입기는 상기 토크의 변동을 감소시키기 위해 크기와 위상을 제어하여 제 2 고조파 성분을 생성하는 것을 특징으로 하는,
고조파 억제용 인버터의 출력 제어 방법.
According to claim 12,
The harmonic injector is characterized in that it generates a second harmonic component by controlling the size and phase to reduce the fluctuation of the torque.
Output control method of inverter for harmonic suppression.
An output control system for a harmonic suppression inverter operated by the output control method of a harmonic suppression inverter according to any one of claims 12 to 15.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220129931A KR102610608B1 (en) | 2022-10-11 | 2022-10-11 | System and method of controlling inverter output for harmonic suppression |
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| KR1020220129931A KR102610608B1 (en) | 2022-10-11 | 2022-10-11 | System and method of controlling inverter output for harmonic suppression |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011050118A (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-10 | Meidensha Corp | System for suppressing torque ripple of electric motor |
| KR20210068290A (en) * | 2019-11-29 | 2021-06-09 | 주식회사 로보비즈코어 | Apparatus of suprressing torque ripple caused by misalignment of multi-stage gearbox using harmonic current injectioon method |
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Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
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-
2023
- 2023-10-06 WO PCT/KR2023/015466 patent/WO2024080679A1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011050118A (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-10 | Meidensha Corp | System for suppressing torque ripple of electric motor |
| KR20210068290A (en) * | 2019-11-29 | 2021-06-09 | 주식회사 로보비즈코어 | Apparatus of suprressing torque ripple caused by misalignment of multi-stage gearbox using harmonic current injectioon method |
| KR102442866B1 (en) | 2020-10-12 | 2022-09-15 | 영남대학교 산학협력단 | Inverter system driving multiple PMSMs in parallel |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Hongfen Bai, Position Estimation of a PMSM in an Electric Propulsion Ship System Based on High-Frequency Injection, Electronics 2020, vo.9. (2020.02.06.)* * |
| Zihui Wang,Study on torque ripple suppression of permanent magnetic in-wheel motor under rotor eccentricity by separated harmonic current injection, Applied Electromagnetics and Mechanics 2021,vo.65* * |
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|---|---|
| WO2024080679A1 (en) | 2024-04-18 |
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