영구자석형 동기전동기에서 자기식 위치 센서를 사용한 초기 회전자 위치 검출 성능의 개선

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, we proposed the method of using a magnetic position sensor to detect the position of the rotor required for vector control of PMSM.
Existing methods for detecting the initial rotor position were not satisfactory in terms of accuracy and practicality, but the proposed method can accurately detect the initial rotor position using the magnetic position sensor AS5047U and a cylindrical permanent magnet.
In this paper, we first performed an experiment on the initial rotor position detection performance when using the conventional method and using magnetic position sensor. From this, it was confirmed that the proposed method using the magnetic position sensor accurately measures the position of the initial rotor. In addition, a characteristic experiment of a magnetic position sensor was performed to confirm the detection performance according to the position of the cylindrical permanent magnet and the sensor. From this, it was found that even if the permanent magnet was separated from the sensor, the measurement accuracy was practically sufficient.
Subsequently, in order to check whether the proposed magnetic position sensor exhibits sufficient vector control performance, experiments on starting characteristics, speed control characteristics, and load fluctuation characteristics were performed, and it was confirmed that excellent vector control performance was shown.
Until now, in the process of lowering the price of low-power vector control inverters, it has been difficult to measure the rotational speed of the motor. If the method of using the magnetic position sensor proposed in this paper is applied, it can be implemented at much lower price, and it is a great advantage that user engineer can design and manufacture himself to meet his requirements. In addition, if this is applied to mass-produced products, it is expected to further lower the price.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 영구자석형 동기전동기의 벡터제어를 수행하는데 필요한 회전자의 위치, 특히 기동시의 초기 회전자 위치를 정확하게 검출하기 위하여 자기식 위치 센서를 사용하는 방법을 제안한다. 기존의 벡터제어 시스템에서는 홀센서의 출력 신호를 사용하여 초기 회전자의 위치를 판단하거나 이러한 센서를 사용하지 않은 센서리스 방식으로 제어를 수행하였으나 위치 오차가 발생하여 정확도가 떨어지며, 실용성 측면에서도 만족스럽지 못하였다.
이러한 문제점을 해결하고자 본 논문에서는 자기식 위치 센서(magnetic position sensor)를 사용하여 초기 회전자의 위치를 검출하고자 한다. 이 방식을 사용하여 동기전동기의 실제 회전자 위치가 제어기가 사용하는 위치값과 달라서 벡터제어 시스템에서 전동기의 기동특성이 나빠지는 문제점을 해결하며, 소용량의 벡터제어 인버터를 저가격화하는 목적으로 자기식 위치 센서를 속도 및 위치 검출에 사용하여 홀센서와 회전속도를 측정하기 위한 로터리 엔코더를 통합하고 가격을 절반 이하로 낮추는 방안을 제안한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 영구자석형 동기전동기의 모델링 및 벡터제어 4
• 1. 영구자석형 동기전동기의 모델링 4
• 2. 영구자석형 동기전동기의 벡터제어 15
• Ⅲ. 회전자의 초기 위치 검출 성능 개선 22
• 1. 기존의 초기 위치 검출 방식 22
• 2. 자기식 위치 센서를 사용한 초기 위치 검출 방식 25
• Ⅳ. 시스템의 구성 및 실험 결과 34
• 1. 시스템의 구성 34
• 2. 자기식 위치 센서의 특성 실험 43
• 3. 검출 방식에 따른 속도제어 특성 실험 49
• Ⅴ. 결 론 59
• 참고문헌 61
• Abstract 64