Winding Function 이론을 이용한 동기형 릴럭턴스 전동기의 토크 특성 해석

Abstract

동기형 릴럭턴스 전동기는 회전자 돌극 구조에 의해 릴럭턴스 토크가 발생하는 전동기로서 회전자에 영구자석이나 권선이 없어 구조가 간단하다. 고정자 권선은 일반적인 3상 정현파 분포를 가지므로 기존 교류전동기의 고정자를 그대로 이용할 수 있어 경제적이다. 정현파 전류가 인가되어 회전자계를 생성하여 공극 기자력을 발생시킴으로써 스위치드 릴럭턴스 전동기에 비해 토크 맥동 및 소음 등을 줄일 수 있어 유연한 토크 특성 및 정속 운전이 가능하며 영구자석을 사용하지 않기 때문에 매입자석형 동기 전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor: IPMSM)보다는 효율이 낮으나, 유도기에 비해서 높은 효율과 역률을 가지며 제작비용이 저렴하다. 본 논문에서는 돌극형 회전자보다 d, q축 인덕턴스 차와 비의 특성이 좋은 원통형 회전자를 갖는 전동기의 토크 리플을 최소화 하기 위하여 최적화 기법을 적용하여 회전자 내 자속장벽을 설계하였다. 그리고 WFT를 이용하여 동기형 릴럭턴스 전동기의 토크 특성을 해석하기 위하여 회전자 등가모델을 제안하였으며 유한요소해석의 결과와 비교하여 타당성을 검토하였다.

SynRM has advantages, such as, high speed operation, long time operation and simple structure. But it has also disadvantage like high torque ripple. By growth of power electronics technology, SynRM is watched by researchers. The Finite Element Analysis, was used for a long time in the field of motor analysis and design, but analysis time consuming is longer than other method. And the other motor analysis method, Magnetic Equivalent Circuit Method, could not consider a torque harmonic in the air gap. But Winding Function Theory could consider a torque harmonic in the air gap and the analysis time consuming is very short. The torque characteristics of SynRM with salient rotor by using Winding Function Theory are recently researched. But there are not researches deal with the torque characteristics of SynRM with cylindrical rotor. It has a letter torque ripple characteristic. In the SynRM, the inductance distribution is most important characteristics. Because the torque ripple is rely on the Ld, Lq difference and ratio. In this paper, torque characteristic analysis in the cylindrical rotor type SynRM based on Winding Function Theory is described. The optimization technique is used to design the rotor barrier for the torque ripple reduction. New equivalent rotor model is proposed to analyze the torque characteristics. The results are compared with those of Finite Element Analaysis.