지구 환경 보호와 에너지 보존 문제에 대한 요구가 높아짐에 따라 현재 전동기(Electric Motor)는 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. 현재 전동기 구동시스템은 가전기기, 사무기기로부터 수송, 산업기기에 이르기까지 우리 생활의 편리함을 뒷받침해주는 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 시스템들의 안정적이고 효율적인 제어를 위한 전동기의 제어 기술을 제공하는 것이 이 책의 중요 목적이다.
현재 널리 사용되고 있는 대표적인 전동기로는 직류 전동기, 동기 전동기와 유도 전동기의 교류 전동기, BLDC 전동기가 있다. 이들 전동기를 효과적으로 제어하기 위해서는 전동기 자체의 기본 동작원리, 구동방법, 제어이론 및 전력변환장치 등 여러 관련기술의 종합적인 습득이 필요하다. 『모터제어』에서는 이러한 내용들을 한꺼번에 다루고 있으며, 또한 이들 기술에 대해 Matlab/Simulink를 이용하여 시뮬레이션 하는 방법에 대해서도 다루고 있다.
CHAPTER 01 전동기의 기본 원리
1.1 전동기의 동작 원리
1.2 전동기의 토크 발생 조건
1.3 부하 시스템
1.4 전동기 구동 시스템의 구성
CHAPTER 02 직류 전동기의 토크 제어
2.1 직류 전동기의 구조
2.2 직류 전동기의 모델링
2.3 직류 전동기의 정상상태 특성
2.4 직류 전동기의 과도상태 특성
2.5 전동기의 제어 시스템
2.6 직류 전동기의 전류 제어기
2.7 직류 전동기의 속도 제어기
2.8 직류 전동기의 구동을 위한 전력 변환 장치
2.9 영구자석 직류 전동기의 시뮬레이션:Matlab Simulink
CHAPTER 03 BLDC 전동기
3.1 BLDC 전동기의 구조
3.2 BLDC 전동기의 기본 구동 방법
3.3 BLDC 전동기의 모델링
3.4 BLDC 전동기 제어
3.5 BLDC 전동기의 센서리스(Sensorless) 제어
CHAPTER 04 교류 전동기의 회전 원리
4.1 유도 전동기
4.2 동기 전동기
CHAPTER 05 교류 전동기의 모델링과 좌표 변환
5.1 유도 전동기의 모델링
5.2 영구자석 동기 전동기의 모델링
5.3 좌표 변환
5.4 행렬식을 이용한 좌표 변환
5.5 복소수 벡터를 이용한 좌표 변환
5.6 유도 전동기의 d-q축 모델
5.7 영구자석 동기 전동기의 d-q축 모델
CHAPTER 06 교류 전동기의 벡터 제어
6.1 전동기의 순시... 토크 제어
6.2 유도 전동기의 벡터 제어
6.3 유도 전동기의 자속 추정
6.4 유도 전동기의 자속 제어기
6.5 영구자석 동기 전동기의 벡터 제어
CHAPTER 07 교류 전동기의 전류 제어기
7.1 히스테리시스 제어기
7.2 삼각파 비교 전류 제어기
7.3 d-q축 전류 제어기
CHAPTER 08 PWM 인버터(Inverter)
8.1 인버터
8.2 PWM 인버터
8.3 불연속 변조 방식
8.4 옵셋(Offset) 전압을 이용한 변조 방식
8.5 과변조
8.6 데드 타임(Dead Time)
8.7 PWM 인버터에서의 상전류 측정
CHAPTER 09 교류 전동기의 고속 운전
9.1 유도 전동기의 약계자 제어
9.2 영구자석 동기 전동기의 약자속 제어
CHAPTER 10 속도 측정과 교류 전동기의 센서리스 제어
10.1 속도 및 위치 센서
10.2 증분형 엔코더를 이용한 속도 측정 방법
10.3 교류 전동기의 센서리스 제어
[머리말]
지구 환경 보호와 에너지 보존 문제에 대한 요구가 높아짐에 따라 현재 전동기(Electric Motor)는 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. 현재 전동기 구동시스템은 가전기기, 사무기기로부터 수송, 산업기기에 이르기까지 우리 생활의 편리함을 뒷받침해주는 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 시스템들의 안정적이고 효율적인 제어를 위한 전동기의 제어 기술을 제공하는 것이 이 책의 중요 목적이다.
현재 널리 사용되고 있는 대표적인 전동기로는 직류 전동기, 동기 전동기와 유도 전동기의 교류 전동기, BLDC 전동기가 있다. 이들 전동기를 효과적으로 제어하기 위해서는 전동기 자체의 기본 동작원리, 구동방법, 제어이론 및 전력변환장치 등 여러 관련기술의 종합적인 습득이 필요하다. 이 책에서는 이러한 내용들을 한꺼번에 다루고 있으며, 또한 이들 기술에 대해 Matlab/Simulink를 이용하여 시뮬레이션 하는 방법에 대해서도 다루고 있다.
본 책의 구성은 다음과 같다. 먼저 1장에서는 전동기의 기본 회전 원리와 전동기 구동의 기초적인 내용을 기술하고 있다. 2장에서는 제어용 전동기로 널리 사용되어온 직류 전동기의 제어를 위한 토크 제어기법에 대해 기술하였고, 이에 필요한 전류 제어기와 속도 제어기의 설계 및 이를 구동하는 전력 변환 장치에 대해 설명하였다. 3장은 고전적인 전동기는 아니지만 직류 전동기를 대치해 최근 소형 전동기 구동분야에 널리 사용되고 있는 BLDC 전동기에 대해 알아보고 있다. 4장에서는 현재 산업용 전동기의 주류인 유도 전동기 및 동기 전동기와 같은 교류 전동기에 대한 기본 내용을 기술하였다. 5장 이후는 산업 분야에서 사용되는 교류 전동기의 고급 제어에 대한 내용으로 기술하고 있다. 교류 전동기의 고성능 제어를 위해 벡터 제어 기법에 대한 기초 이론과 그 개념 및 구현 방법에 대해 설명하였고, 이러한 제어에 필요한 전류 제어기, PWM 인버터, 고속 운전을 위한 약계자 제어, 센서리스 제어 기법 등에 대해 기술하였다. 1-4장은 전동기 제어의 기본적인 내용을 이해하려는 학부생의 교육과정으로 알맞으며, 5장 이후는 이러한 기초 내용을 습득한 엔지니어 또는 대학원 과정에서 다루면 좋을 것이다.
이 책은 단순히 간단한 기기나 장난감 등에 사용되는 모터의 사용기술을 설명한 것이 아니고, 전동기를 설명하는 수식을 바탕으로 그 동작과 제어 개념을 체계적으로 이해하고 습득하여 적용하기위한 것이므로, 이 책을 선택하려고 하는 경우 이러한 점을 미리 유념해 주길 바란다.
현대 사회에 주요한 동력을 공급하는 전동기를 다루는 많은 엔지니어들이 이 책을 통해 그 제어 방법을 보다 쉽게 이해하는데 도움이 되었으면 하는 것이 저자의 바람이다.
2021년 12월
저자 김상훈
김상훈 [저]
서울대학교 전기공학과 졸업(학사), 서울대학교 전기공학과 대학원 졸업(석사), 서울대학교 전기공학과 대학원 졸업(박사), 고등기술연구원, 대우 중공업 선임연구원, 현재 강원대학교 전기전자공학과 교수.
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