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루시아 국
5 years ago
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1 유도전동기벡터제어 ECL 원준희

2 Contents 1. 좌표변환 2. 유도전동기 d-q 모델링 3. 회전자위치추정 4. 유도전동기기동법비교 5. Basic Skills of MATLAB

3 유도전동기벡터제어시스템 유도전동기벡터제어시스템 Software * m + - Flux Controller i d PI PI Current Controller i q PI PI Current Controller V d abc V a, b, c V q dq i d i q dq abc 인버터 V S I i ab, CT Sensor 유도기 m d dt e

4 Introduction 직류전동기동기전동기유도전동기

5 직류로여자된기기에서는 0 에서멈추게됨 마그네틱토크와자기배열토크

6 타여자직류전동기의순시토크제어 I a m 전기자기자력 I a f R f 계자자속 f I f V f I a 타여자직류전동기의모델 T k i f a 계자자속일정시 ( 영구자석사용시 ) T k i a 전기자전류로순시토크제어가능 계자회로와젂기자회로가기계적으로분리 계자젂류와젂기자젂류를독립적으로제어 계자자속과젂기자젂류는정류자와브러쉬에의해공갂적으로 90 유지

7 벡터제어 i 자속 Φ 성분젂류 i as i bs i cs T e i T 토크 T e 성분젂류 유도전동기순시토크제어를위한조건 1. 자속과토크성분젂류는항상공갂적으로 90도유지 2. 자속과토크성분젂류는독립적인제어가능해야함 3. 토크성분젂류는즉각적인제어가가능

8 ( 참고 ) 타여자직류기 vs 벡터제어차이 1. 고정자가 2 개 (d 축권선, q 축권선 ) 의독립된권선 2. 고정자권선과회젂자가동일속도로회젂 a a i q T N S f S N f V q i d V d

9 3 상전압방정식 cs bs b cr ar br as br ar cr bs cs r Re a v v abcs abcr λ R R i s abcs i r abcr 고정자인덕턴스 dλ dt dλ dt abcs abcr abcs s sr abcs T λabcr Lsr Lr iabcr L L i 회전자인덕턴스 c as

10 3 상전압방정식 자기인덕턴스 + 상호인덕턴스 Lasas Lasbs Lascs ias Lasar Lasbr Lascr iar iabcs λ abcs Ls L sr Lbsas Lbsbs L bscs i bs Lbsar Lbsbr L bscr i br iabcr Lcsas Lcsbs L cscs i cs Lcsar Lcsbr L cscr i cr Laras Larbs Larcs ias Larar Larbr Larcr iar T iabcs λ abcr Lsr L r L bras Lbrbs L brcs i bs Lbrar Lbrbr L brcr i br i abcr Lcras Lcrbs L crcs i cs Lcrar Lcrbr L crcr i cr 자기인덕턴스 + 상호인덕턴스 L L L L L asas ls ams ls ms L L L L L bsbs ls bms ls ms L L L L L cscs ls cms ls ms L L L L L arar lr amr lr mr L L L L L brbr lr bmr lr mr L L L L L crcr lr cmr lr mr L L L asbs bsas ms L L L bscs csbs ms L L L csas ascs ms L L L arbr brar mr L L L brcr crbr mr L L L crar arcr mr /2 /2 /2 /2 /2 /2 L L ms mr N 0 N 0 2 s 2 r rl g rl g 4 4

11 3 상전압방정식 Lasas Lasbs Lascs ias Lasar Lasbr Lascr iar iabcs λ abcs Ls L sr Lbsas Lbsbs L bcs i bs Lbsar Lbsbr L bscr i br iabcr Lcsas Lcsbs L cscs i cs Lcsar Lcsbr L cscr i cr Laras Larbs Larcs ias Larar Larbr Larcr iar T iabcs λ abcr Lsr L r L bras Lbrbs L brcs i bs Lbrar Lbrbr L brcr i br i abcr Lcras Lcrbs L crcs i cs Lcrar Lcrbr L crcr i cr 상호인덕턴스 ( 고정자와회전자 ) 상호인덕턴스 ( 고정자와회전자 ) L N / N L cos asar r s ms r L N / N L cos bsbr r s ms r L N / N L cos cscr r s ms r L N / N L cos aras s r mr r L N / N L cos brbs s r mr r L N / N L cos crcs s r mr r L N / N L cos 2 / 3 L N / N L cos 2 / 3 L N / N L cos 2 / 3 L N / N L cos 2 / 3 L N / N L cos 2 / 3 L N / N L cos 2 / 3 asbr r s ms r bscr r s ms r csar r s ms r arbs s r mr r brcs s r mr r cras s r mr r L N / N L cos 2 / 3 L N / N L cos 2 / 3 L N / N L cos 2 / 3 ascr r s ms r bsar r s ms r csbr r s ms r L N / N L cos 2 / 3 L N / N L cos 2 / 3 L N / N L cos 2 / 3 arcs s r mr r bras s r mr r crbs s r mr r

12 좌표변환 β 축 b 축 i cs q 축 s i qs s i ds a 축 (α 축 ) e i qs 회젂회젂 r e i ds d 축 i as e a 축 ( 기준축 ) i bs c 축 3 상젂류를 90 도의위상차를갖는두젂류로변홖 자속벡터와 d 축을일치 αβ 변환 dq 변환

13 좌표변환 α-β 고정좌표계 (Stationary reference frame) b +120 a v v v u v w v v b +120 β α a c c cos 0 cos 120 v v cos 120 v v sin 0 sin 120 a b c v v a b c v v sin 120 v v v v + + v v a a C v abc b v v c cos 0 cos 120 cos 120 C abc sin 0 sin 120 sin 120

14 좌표변환 정지좌표계 d-q 축모델젂압방정식 b qs b qs fqs fb fc ds a fds fa ds a c c s s v ds Rs Ls p 0 Lm p 0 i ds s s v qs 0 Rs Ls p 0 Lm p iqs s s v dr Lm p rlm Rr Lr p rl r i dr s s vqr r Lm Lm p r Lr Rr Lr p iqr

15 좌표변환 d-q 축회젂좌표계 (Rotating reference frame) α β d q v v v v α β q d θ t dq d a q v v C v v cos sin d d v v v v cos sin sin cos C + sin cos q q v v v v +

16 좌표변환 임의의각속도 ω c 로회젂하는 d-q 축모델젂압방정식 qs qs qe qe θ de fqs de θ ω fqe fde ds fds ds c c v qs Rs Ls p c Ls Lm p c Lm i ds c c v ds cls Rs Ls p clm Lm p iqs c c v Lm p ( c r ) Lm Rr Lr p ( c r ) L qr r i dr c c v ( c r ) Lm Lm p ( c r ) L dr r Rr Lr p i qr

17 전압방정식 동기각속도 ω s 로회젂하는 d-q 축모델젂압방정식 ( ω c = ω s ) e e v qs Rs Ls p s Ls Lm p s Lm i ds e e v ds sls Rs Ls p slm Lm p iqs e e v Lm p ( s r ) Lm Rr Lr p ( s r ) L qr r i dr e e v ( s r ) Lm Lm p ( s r ) L dr r Rr Lr p i qr

18 α-β 정지좌표계변홖 MATLAB / Simulink C uvw

19 d-q 회젂좌표계변홖 MATLAB / Simulink dq cos sin C sin cos

20 좌표변홖모델링 MATLAB / Simulink v v v as bs cs 100cos(2100 t) 100cos(2100 t(2 / 3)) 100cos(2100 t(4 / 3))

21 MATLAB / Simulink Vas Vbs Vcs s Vqs e V ds s V ds e V qs

22 Induction Motor Model 유도전동기벡터제어모델링 Speed Controller + Flux Controller + Current Controller + SVPWM + IM Modeling

23 Induction Motor Model Induction Motor Model : d-q 동기좌표계모델 유도전동기 d-q 축전압방정식 회전자자속추정 토크방정식 기계방정식

24 전압방정식 동기각속도 ω s 로회젂하는 d-q 축모델젂압방정식 ( ω c = ω s ) e e v qs Rs Ls p s Ls Lm p s Lm i ds e e v ds sls Rs Ls p slm Lm p iqs e e v Lm p ( s r ) Lm Rr Lr p ( s r ) L qr r i dr e e v ( s r ) Lm Lm p ( s r ) L dr r Rr Lr p i qr 1 Lm i V R i L i L i dt i L L e e e e e e ds ds s ds s s qs s m qr dr s s 1 Lm i V R i L i L i dt i L L e e e e e e qs qs s qs s s ds s m dr qr s s 1 Lm i R i ( ) L i ( ) L i dt i L L e e e e e dr r dr s r m qs s r r qr ds r r Lm i e qs r Lr e 1 e e e iqr Rriqr ( s r ) Lmids ( s r ) Lridr dt L

25 MATLAB / Simulink 젂압방정식모델링 ( 고정자 d 축 ) idqsr ωs 1 Lm i V R i L i L i dt i L L e e e e e e ds ds s ds s s qs s m qr dr s s

26 젂압방정식모델링 MATLAB / Simulink

27 유도젂동기토크방정식 T P T Lsr i 2 e abcs abcr r i 토크방정식 T P T Lsr i i 2 e abcs abcr r P e L T i T idqr 2 1 T e sr 1 dqs r 3 L 3 0 Lms 0 2 P e T 3 3 i L 0 0 i P e T sr 1 e i dqs T T i dqr 2 2 r e dqs ms dqr P 3 T L i i i i 22 e e e e e m qs dr ds qr

28 토크방정식모델링 MATLAB / Simulink P 3 T L i i i i 22 e e e e e m qs dr ds qr

29 기계방정식모델링 MATLAB / Simulink d T J B T dt m m m Load 1 J T T B dt m Load m m

30 자속각 (Flux Angle) 회젂자자속기준갂접벡터제어 0 v R i p e e e e qr r qr qr e r dr 2 0 v R i p e e e e dr r dr dr e r qr Ri e r qr e r sl e dr i e dr p R e dr r 1 e e e L i L i 0 i e qr qr r qr m qs L L m r i e qs e e e L i L i 0 dr r dr m ds Rr Lm Lm i R L r Lrp r 1 R e e e dr ds ds r i p e e 1Trp iqs 1 iqs L sl T e e r T i T i R r ds r ds r r : Rotor Time Constant

31 회젂자자속의위치 MATLAB / Simulink sl i L 1 e qs r e Tr r ds Rr T i e sl r

32 MATLAB / Simulink Induction Motor Model : d-q 동기좌표계모델

33 MATLAB / Simulink Idqs Idqr Te Wrpm

34 Induction Motor Starting Line Start Mode( 전전압기동 ) Induction Motor Model 선간 220V rms, 60Hz

35 Induction Motor Starting Line Start Mode( 전전압기동 )

36 Induction Motor Starting Voltage Start Mode( 전압기동 ) T P2 P 2 r 2 / s mv 1 1 s 4 f r 2 r1 ( x1 x 2) s 2 [Nm] 좁은속도제어범위 정격속도이하의속도를제어하는방법으로이용 속도제어범위가너무작아거의사용되지않음 기동시에는젂류를제한할수있으므로대용량유도젂동기의기동법으로사용 36

37 Induction Motor Starting Voltage Start Mode( 전압기동 ) 회전속도에따라전압증가

38 Induction Motor Starting Voltage Start Mode( 전압기동 )

39 Induction Motor Starting Voltage Frequency Start Mode( 전압주파수기동 ) 주파수와전압의비를일정 공극자속과최대토크거의일정 m 2V 1 [Wb] k N 1 1 T m P m V (4 ) ( L1 L 2) f 2 [Nm] 정격젂압의제한치에의해최고속도가제한 정격속도이하의속도제어법으로많이이용 VVVF(Variable Voltage and Variable Frequency) 인버터사용

40 Induction Motor Starting Voltage Frequency Start Mode( 전압주파수기동 ) 회전속도에따라전압증가 회전속도에따라주파수증가

41 Induction Motor Starting Voltage Frequency Start Mode( 전압주파수기동 )

42 Induction Motor Starting Variable 2 nd Resistance Start Mode(2 차저항기동 ) T P2 P 2 r 2 / s mv 1 1 s 4 f r 2 r1 ( x1 x 2) s 2 [Nm] 기동젂류제한가능속도제어범위가작음 2차저항이커지면효율나빠짐저항크기에따라속도변화폭다름갂단한속도제어

43 Induction Motor Starting Variable 2 nd Resistance Start Mode(2 차저항기동 ) 회전속도에따라 2 차외부저항가변 (1~5 배 )

44 Induction Motor Starting Variable 2 nd Resistance Start Mode(2 차저항기동 )

45 Induction Motor Starting 유도전동기기동법비교 : 가속시간 전전압기동 2 차저항기동 전압주파수기동 전압기동

46 Induction Motor Starting 유도전동기기동법비교 : 기동전류

47 Induction Motor Starting 유도전동기기동법비교 : 속도 - 토크특성

48 48 Basic Skills of MATLAB

49 Simulink 그래픽기반 Simulation tool. 동특성해석가능 다양한 Library Block 제공 편리한 Debugging 기능 Script 형태와조합하여, 정밀한특성해석가능 dspace 및 NI LabView(SIT) 등외부프로그램연동 User Community & NewsGroup 49

50 Simulink 1. MATLAB R2016b 실행 Simulink Library 실행 m-file 생성 Workspace Command Window Command history

51 Library Browser Commonly Used Blocks Continuous Discontinuities Discrete Logic and Bit Operations Lookup Tables Math Operation Ports & Subsystems Signal Routing Sinks Sources User-Defined Functions

52 Simulation Block 구성 Source Block - Simulation 시필요한입력원들로구성 Block or System - Block을사용하여 Simulation System을구성. - Block의특성의숙지필요. - 해당 Block에임의로입력싞호를인가 - 출력싞호분석 - Block 특성파악 Sink Block -Simulation 시특성을파악하기위한스코프기능

53 Simulink Simulink Library Browser Click! Click!

54 Modeling using Block Libraries Sources and Sinks Drag & Drop 으로붙여넣기 블록간 Line 연결은마우스좌클릭 & 드래그

55 Modeling using Block Libraries Sine wave and Scope Double Click! Double Click! Click! Click! 반드시체크해제!

56 Modeling using Block Libraries Configuration Parameters Simulation Configuration Parameters : Simulation 수행과관련된환경설정 시작시간, 종료시간, Time-Step type, Solver Type, Max Step size, Min Step size., Click!

57 Modeling using Block Libraries Simulation 4. Click! 1. Save 버튼을통한 Simulink 모델저장 (ex). Ex1.mdl ) 2. Click! 혹은 F5 3. Double Click!

58 Modeling using Block Libraries Workspace 데이터저장 1. Sinks 에 To Workspace Block 끌고오기 2. Block 설정 3. Run

59 Modeling using Block Libraries Workspace 데이터확인 Double Click!

60 Modeling using Block Libraries Scope 를이용해서 workspace 에데이터저장 Double Click! Click! Click! Check!

61 Modeling using Block Libraries Workspace 에서데이터확인 1. Double Click! 2. Signals values 를차례로 Double Click

62 Modeling using Block Libraries Input & Output Input port Output port

63 Modeling using Block Libraries Label & Memo 블록 Label 의경우, 마우스선택후작성또는변경, 삭제가능 블록이없는빈여백공간에마우스더블클릭시 Memo 가능

64 Modeling using Block Libraries Subsystem 블록영역선택후, 마우스우클릭 Create Subsystem

65 Modeling using Block Libraries 변수저장을위한 m-file 설정 Click!

66 Modeling using Block Libraries 변수저장을위한 m-file 설정 2. Workspace 에저장된것을확인 1. Click! or Push F5

슬라이드 1

슬라이드 1 3 장유도전동기의동특성해석법 3-1 αβ좌표계에서 IM의지배방정식 [2] abc 좌표계에서유도전동기전압방정식 1 (1) 유도전동기의전압방정식 dλas dλbs dλcs vas = Ri s as +, vbs = Ri s bs +, vcs = Ri s cs + dt dt dt dλar dλbr dλcr var = Ri r ar +, vbr = Ri r br +,