整流角 制御에 의한 Trapezoidal 驅動型 브러시없는 直流電動機의 運轉特性 改善 = Improvement in performance characteristics of trapezoidal driving brushless DC motor by commutation angle control
저자
발행사항
서울: 檀國大學校, 1991
학위논문사항
학위논문(박사)-- 檀國大學校 大學院: 電子工學科 回路 및 시스템專攻 1991
발행연도
1991
작성언어
한국어
주제어
KDC
562.23 판사항(3)
DDC
621.3132 판사항(19)
발행국(도시)
서울
형태사항
x,77장: 삽도; 26cm
소장기관
브러시없는 직류전동기는 서보전동기로 가장 많이 사용되는 직류전동기의 整流(commutation)시에 발생하는 문제점을 개선하기 위하여 기계적인 정류자와 브러시를 반도체 정류자로 대체하고, 영구자석을 회전자로, 전기자 권선을 고정자에 배치한 회전 계자형의 직류전동기이다.
이러한 구조의 직류전동기는 계자자속이 일정하여 입력전압의 크기에 의해서만 회전속도가 결정되고, 정밀한 속도제어를 위해서는 전원 주파수의 변동에 적응하며 전원 주기보다 빠른 제어응답의 시간지연을 요하며, 또한 토크의 크기는 전동기 회전속도의 함수로 주어지는 整流位置에 따라 크게 영향을 받는다.
본 연구에서는 Trapezoidal 구동형 브러시없는 직류전동기의 정밀한 속도제어를 위한 가변 직류전원 시스템을 설계하였다. 시스템 설계는 PLL의 원리를 이용하여 전원 주파수 변동에 적응이 가능하도록 전원 주파수를 체배하여 한 주기의 점호패턴을 스캐닝하였고, 미아크로프로세서를 이용하여 A/D 변환기에서의 제어입력을 1/16 주기마다 읽어들여 계산루틴을 수행한 후 이에 해당하는 전원과 동기된 점호신호를 출력하도록 하여 1/16 전원 주기로 제어응답의 시간지연을 단축하였다.
최대토크를 발생시켜 효율을 증대시키기 위한 整流角 제어시스템은 전진시켜야 할 整流角 값을 전동기의 속도 함수로서 ROM에 저장하고 전동기의 최대속도 및 整流角의 분해능을 고려한 슬릿펄스 체배회로를 이용하여 기준 정류펄스의 하강 모서리에서 카운터에 의해 整流角 γ 값이 저장된 ROM의 번지를 지정하고, ROM으로부터 γ 값을 읽어내어 기준 정류펄스의 상승 모서리에서 해당 최적 정류펄스 값을 계산한 후 출력시키도록 마이크로프로세서를 이용하여 제어시스템을 설계하였다.
이러한 제어시스템에 의하여 속도는 입력 주파수의 변동이나 부하의 변동에 대하여 일정속도가 유지되는 것을 확인하였고, 전원주기의 1/16 마다 오차전압을 검출하여 위상제어각 α 값을 보정함으로써 제어응답의 시간지연을 전원의 1/16 주기로 단축하여 속도제어의 속응성을 높였다.
또한 최대토크를 발생시키기 위한 整流角 制御는 속도의 변화에 따라 최대토크를 발생시키는 最適 整流角을 계산하여 위상이 전진된 최적 정류펄스를 공급함으로써 整流角을 전진시키지 않은 경우에 비하여 최대 265%의 토크 증대효과를 얻었으며, 전 운전구간에서 토크가 크게 향상되고, 운전범위가 크게 확대됨을 확인할 수 있었다.
In this thesis we attempt to solve the commutation problems of de motor which is mainly used as a servomotor. The brushless de motor, which is the rotational field type de motor with the rotor of permanent magnet and the stator of armature coil, substitutes semiconductor devices, for commutator and brush.
As brushless de motor has the constant field flux, the motor speed is dependent upon the input voltage. For the precise speed control, the control scheme should be free from the power frequency variation and the response time delay should be shorter than input power period. The torque depends largely upon the commutation position which is the function of motor speed.
For the precise speed control of trapezoidal driving brushless de motor, the controlled rectifier system is proposed. The system achieves the response time delay of 1/16 input power period by scanning the firing pattern of one period which input power frequency multiplier circuit using PLL principles. Microprocessor reads the control inputs form A/C converter at the rate of 1/16 input power period and writes the firing signals synchronized with input power frequency after the arithmetic operations.
In the microprocessor-based control system for the maximum torque and efficience, the ROM, in which is stored the value of advanced commutation angle given by the function of motor speed, is addressed by using the counter and slit pulse multiplier circuit at the falling edge of a reference commutation pulse. The microprocessor reads the contents of ROM, calculates the optimal advance angle. and writes the optimal commutation patterns at the rising edge of reference commutation pulse.
We confirm that the motor speed is invariant in spite of input power frequency and load variation, and the responsibility is achieved at the rate of 1/16 input power period by the compensation of error voltage.
Commutation angle control system for maximum torque calculates the optimal commutation angle given by the function of motor speed, and supplies the advanced optimal commutation pulse.
The experimental results present that the torque is largely increased all over the operating range, the increase of torque is up to 265[%], and the operating range is largly extended.
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