직접토크제어를 이용한 저압용 친환경 선박 추진 전동기의 속도제어 (Speed Control for Low Voltage Propulsion Electric Motor of Green Ship through DTC Application)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 24권 / 7호 / 422 ~ 432페이지
· 저자명 : 류기탁, 이윤형

초록

직접토크제어(DTC: Direct Torque Control)는 1980년대 AC 전동기에 대한 자속기준제어(FOC: Field Oriented Control)의 대안으로 제안되었으며 현재까지도 가장 우수한 토크 제어방법으로 현장에서 적용되고 있다. 이방법은 인버터의 직접적인 스위칭 논리 테이블을 기반으로 하므로 동작이 매우 신속하다. 또한, 전류 제어기가 없어 더간단한 제어 체계를 제공하고, 전동기 파라미터에 덜 민감한 특징을 가진다. 본 논문에서는 선박용 추진 전동기에 직접토크제어와 2레벨 인버터, 안티 와인드업이 포함된 PI 제어기를 적용하여 전동기의 속도를 제어한다. 전동기는 현재 실제선박에서 운용되고 있는 유도 전동기로 1.3 [MW]급의 대용량, 10 [kNm]급의 대출력이며 저압인 690 [V]의 선간전압을사용한다. Matlab Simulink 환경에서 제어시스템을 모델링하고, 선박의 운항을 고려하여 전동기의 정방향 및 역방향모두에 대해 시뮬레이션을 시행한다. 단계별 속도 지령을 시뮬레이션한 결과 속도와 토크 양방향에서 모두 우수한 제어성능을 보였고, 전동기 회전 방향에 따른 고정자 자속의 방향 전환도 확인하였다. 또한, 정현파 형태의 고정자 전류와이에 대한 고조파 분석 및 선간전압 특성을 통해 제안한 방법의 유효성을 확인하였다.

영어초록

DTC (Direct Torque Control) was proposed as an alternative to FOC (Field Oriented Control) for AC motors in the 1980s and is still applied in the industry for excellent torque control. This strategy provides rapid operation based on the switching logic table directly on the inverter. In addition, it provides a simpler structure because there is no current controller and less sensitivity to motor parameters. In this paper, DTC, a two-level inverter, and a PI controller with anti-windup were applied to a propulsion electric motor (PEM) to control the rotor speed. The induction motor, actually operated in the ship, has a large capacity of 1.3 [MW] and a large power of 10 [kNm] and uses a line-to-line voltage of 690 [V]. The control system was modeled using MATLAB/Simulink software, and simulations were performed for both the Ahead and Astern directions. The simulation for the speed step reference of the telegraph showed that both speed and torque had great control performance, and the direction change of the stator flux was also confirmed according to the motor rotation direction. Furthermore, the effectiveness of the proposed scheme was confirmed using the sinusoidal stator current and its harmonic analysis and line-to-line voltage characteristics.

참고자료

· 없음