SPMSM 문의

작성한 질문수 23

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안녕하세요, 제어쟁이입니다.

이 부분은 운전 단계와 d–q축의 기준이 달라서 생긴 혼동입니다.

먼저 일반적인 회전자 자속 기준 FOC에서는 d축을 영구자석 자속 방향, q축을 그와 전기각 90°인 방향으로 정의합니다. SPMSM의 토크식은

이며, SPMSM은 L_d = Lq이므로

가 됩니다. 따라서 정상적인 토크 제어 구간에서는 보통 d축 전류는 0A, q축에 전류를 인가하여 제어합니다.

강의에서 d축 전류를 조절한다고 한 것은 초기 d축 정렬이나 I/F 시동 구간을 설명한 것으로 보입니다.

초기 d축 정렬에서는 아직 회전자 위치를 정확히 알 수 없기 때문에, 제어기가 임의로 정한 d축 방향에 일정한 전류를 인가합니다. 그러면 고정된 방향의 고정자 자계가 만들어지고, 회전자 영구자석은 그 자계 방향으로 정렬되려는 토크를 받습니다. 처음에는 제어기가 정한 d축과 실제 회전자 d축 사이에 각도 차이가 있으므로 회전 토크가 발생하고, 회전자가 해당 방향으로 이동합니다. 정렬이 완료되어 두 축이 일치하면 각도 차이가 0이 되므로 토크도 0이 되고, 회전자는 그 위치에 고정됩니다.

즉, 정렬 시 회전하는 이유는 실제 회전자 d축에 전류가 정확히 일치해서가 아니라, 처음에는 인가한 전류 벡터와 회전자 자속 사이에 각도 차이가 있기 때문입니다. 실제 회전자 d축과 전류가 완전히 일치한 상태에서는 SPMSM의 지속적인 회전 토크가 발생하지 않습니다.

I/F 제어도 비슷한 원리입니다. I/F 제어에서는 지령 주파수를 적분해 가상의 회전각을 만들고, 그 가상 좌표계의 d축에 일정한 전류를 인가하는 방식을 사용할 수 있습니다. 이 가상의 d축을 서서히 회전시키면 고정자 자계도 회전하고, 회전자 영구자석이 그 회전자계를 따라가면서 회전합니다.

이때 회전자는 가상의 전류축을 완전히 같은 각도로 따라가는 것이 아니라 일정한 부하각을 두고 따라갑니다. 따라서 인가 전류를 실제 회전자 좌표계에서 보면 q축 성분이 생기며 토크가 발생합니다.

정리하면 다음과 같습니다.

• 정상적인 회전자 자속 기준 SPMSM FOC: d축전류 : 0A, q축 전류로 토크 제어

• 초기 d축 정렬: 일정한 d축 전류를 인가하여 회전자를 특정 위치로 정렬

• I/F 시동: 일정한 전류 벡터를 회전시켜 회전자가 동기적으로 따라오도록 구동

  
  

추가 질문 사항 있으시면 댓글 부탁드립니다. 감사합니다.

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안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. dayday님.

SPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)에 대한 질문을 주셨군요. SPMSM의 경우, 일반적으로 d축 전류(Id)를 0으로 유지하는 것이 이상적입니다. 이는 자속의 최적화와 효율적인 전력 사용을 위해 q축 전류만 조절하는 방식을 취하기 때문입니다. 이는 대다수의 교과서와 이론에서 널리 수용된 방식입니다.

하지만, 강의에서 설명하는 idRef 값을 조절하는 부분은 특정 상황이나 제어 목표 달성에 따라 약간의 d축 전류를 준다는 의미일 수 있습니다. 이는 실제 시스템의 특성과 제어 목적, 또는 특정 시뮬레이션 조건에서 이러한 조율이 필요할 수 있기 때문입니다. 실제 제어 시스템에서는 약간의 d축 전류도 필요할 수 있으므로, 강의에서는 이러한 가능성을 염두에 두고 설명하는 것으로 보입니다.

기본적인 이론은 d축 전류를 0으로 하고 q축 전류를 통해 토크를 제어하는 것이 맞습니다. 그러나 실제 구현 시 여러 요인으로 인해 일부 조정이 있을 수 있다는 것을 고려해야 합니다.
비슷한 관점에서 다뤄진 내용이 있는 Q&A와 자료를 참고하는 것도 좋은 방법이며, PMSM 벡터제어 완전정복 - 이론, Matlab, STM32 실습까지! 강의의 다른 부분에서도 더 많은 힌트를 얻을 수 있을 것입니다.

저는 질문자님의 이해를 돕고자 지식공유자님의 기존 답변을 참고하여 유사한 답변 링크를 추천해드리고 있습니다.
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추가적으로 궁금한 점이 있으시면, 이어서 질문해 주세요. 곧 지식공유자께서 답변해 주실 것입니다.