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Capstone Design
for the Better World

친환경 전기 자동차 탑재 모터/인버터 시뮬레이션 모델 구축 및 제어성능 예측

  • 이명진 [ 인천대학교 ]
  • 조회수179 리뷰수0 좋아요1
  • 작품번호 : 미입력
  • 공개여부 : 공개
  • 카테고리 : 전자, 전기
  • 등록일 : 2021-09-14
  • 팀원(공동개발자) : 최연수
  • 출품작 : 2021. 공과대학 EATED 프로그램 연구성과 중간발표 행사

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수행 목적

전기자동차 구동에 있어 핵심적인 역할을 하는 모터/인버터 시스템을 Matlab 프로그램을 활용하여 구성하고 시뮬레이션 함으로써 전동기 동작과 제어 개념을 체계적으로 이해하고 경험적으로 습득하는것에 목적을 두었다.

전동기 매커니즘은 복잡한 수식으로 이루어져 있는데 이를 논리게이트와 subsystem을 이용하여 구축한 뒤 실험을 통해 reference값과 실측값을 비교한다. 발생한 오차들은 여러가지 제어방식을 통해 줄이면서 보다 효율적인 모터 시스템을 구현한다.

상세설명

1. 수행배경

  • 지구 환경 보호와 에너지 보존 문제에 대한 요구가 높아짐에 따라 전동기는 가장 중요한 기계적 원동력으로 자리매김하게 되었다. 고전적인 디젤 또는 가솔린 기관, 유압 등의 장치들을 이용한 많은 기계 시스템들이 현재 환경 친화적이며 제어가 용이한 전동기 구동시스템으로 대치되고 있다. 
  • 이러한 흐름 속에서 전기자동차 내부에 탑재되는 매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM)을 설계하고 제어함으로써 전기 공학도로서의 역할을 수행하였다.

2. 수행기간

  • 4월 전동기제어 관련 주제 및 관련 프로그램 선정
  • 5월 전기자동차 동력 구조에 대한 학습 
  • 6월 Mathworks 홈페이지에서 제공하는 Matlab Simulink 기본 및 심화 학습
  • 7월 전동기 내부 수식 및 매커니즘에 대한 학습
  • 8월 본격적인 시스템 구축
  • 9월 성능 예측 및 제어

3. 개발작품 설명

  • 전동기를 구동하는 인버터는 지령 전압과 동일한 크기 및 주파수의 기본파 전압을 발생하도록 게이팅 펄스를 생성하는 PWM 제어를 실시한다. 그 중 직류전압이용률이 높은 SVPWM을 채택하여 시스템을 구축하였다.
  • 모터의 고정자와 회전자의 특성을 고려해 모델을 구축하고 PI 제어, MTPA 제어, 약자속 제어를 통해 설정값과 실측값의 오차범위를 최대한으로 줄이는 과정을 거쳤다.
  • IPMSM 저속운전영역과 고속운전영역에서의 특성을 고려하여 장점을 최대화, 단점을 최소화하였다.

4. 활용방안

  • IPMSM은 전기자동차 뿐만 아니라 항공, 공장 자동화, 가전제품, 방산 등의 분야에서도 사용되며, 여러 요인으로 인한 모터의 고장 발생시 막대한 재산, 인명 피해로 이어질 수 있다. 구축한 모델과 제어 시스템으로 모터의 안정성과 신뢰성을 보장할 수 있다.
  • 나아가 전동기의 한계를 보완해 효율 개선하고, 주행패턴을 설정해 가상주행 시뮬레이션도 가능하다.

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