5상 유도전동기 구동을 위한 인버터의 고장진단 및 허용제어기법
초록/요약
본 논문은 5상 유도전동기 구동을 위한 전력변환장치의 IGBT 스위치 고장 및 상 개방고장을 진단하고 각 개방고장이 발생한 상에 적합한 허용제어 방법을 제안한다. 일반적으로 5상 전동기는 3상 전동기와 비교하여 정상상태 운전에서 낮은 전류로 동일한 토크를 얻을 수 있으며 하나의 상 개방고장 발생시에도 약 14 % 더 높은 토크를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있어 고장진단 및 허용제어를 적용하기 위해 적합한 시스템이다. 전동기 구동을 위한 인버터의 고장진단 및 허용제어는 시스템의 운영 지속성을 보장하고 갑작스러운 운전 중단으로부터 발생할 수 있는 2차 피해를 줄여 운영효율을 향상시키는데 목적이 있다. 제안된 고장진단 방법은 d-q축 공간개념을 이용하여 5상 전류를 d-q축 전류로 변환하고 임의의 상 개방고장에 따른 d-q축 전류 궤적의 변화를 분석하여 스위치 및 상 개방고장 위치를 판별한다. 개방고장을 판별하기 위한 기준값으로 정지좌표계 d-q축 전류의 크기에 대한 평균값( )과 각도에 대한 오차값( ) 파라미터를 통한 판별을 제안하였다. 상 개방고장에 따른 허용제어는 동기좌표계 변환행렬을 이용한 전류제어 방법을 적용한다. 허용제어를 위한 변환행렬의 조건은 동일한 확률로 발생하는 각 상의 개방고장에 대하여 직교성을 상실하지 않아야 한다. 이를 위해 각 상의 비대칭 조건에 적합한 변환행렬을 도출하는 것은 단순한 문제가 아니다. 본 연구에서는 고장이 발생한 상을 기준으로 정상 출력상의 재배치 기법을 통하여 허용제어시 토크리플(torque ripple)과 전류리플(current ripple)을 최소화 할 수 있도록 알고리즘을 제안하였다. 본 논문에서 제안한 5상 유도전동기의 고장진단과 허용제어 방법은 시뮬레이션을 통해 해석적으로 결과를 예측하였고, 1.5 kW급 실험세트 제작 및 비교 실험을 통하여 제안된 방법의 타당성과 가용성을 검증하였다.
more목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 6
1.2.1 5상 인버터의 고장진단 6
1.2.2 5상 인버터의 허용제어 7
1.3 논문의 구성 9
제 2 장 5상 유도전동기 해석 및 모델링 10
2.1 5상 유도전동기(Induction Machine) 특성해석 10
2.2 5상 유도전동기의 모델링 15
2.3 5상 유도전동기의 좌표변환 20
2.4 5상 인버터의 공간 전압벡터 24
2.5 5상 인버터의 스위칭 구현방법 33
2.6 5상 유도전동기 벡터제어 37
제 3 장 5상 구동용 인버터의 고장진단 기법 40
3.1 정지좌표계 d-q축 전류의 패턴분석 40
3.2 스위치 개방 패턴 분석 44
3.3 고장진단 알고리즘 50
제 4 장 5상 구동용 인버터의 허용제어 기법 52
4.1 상비대칭 조건의 변환행렬 52
4.2 제안된 허용제어 기법 55
제 5 장 시뮬레이션 61
5.1 고장진단 시뮬레이션 결과 63
5.2 허용제어 시뮬레이션 결과 69
제 6 장 실험결과 및 분석 79
6.1 5상 유도전동기 및 인버터 설계 79
6.2 실험결과 82
제 7 장 결론 및 요약 98
제 8 장 참고문헌 101
