드라이브의 폐루프 제어
폐루프 시스템에서 시스템의 출력은 입력으로 피드백되어 전기 구동을 제어하고 작동을 자동 조정할 수 있게 됩니다. 전기 구동의 피드백 루프는 다음의 중요한 요구 사항을 충족하기 위해 통합됩니다:
토크 및 속도 향상: 시스템의 토크 및 속도 성능을 향상시키기 위함입니다.
정상 상태 정확성 향상: 정상 상태 동작 중 시스템의 정밀도를 향상시키기 위함입니다.
보호: 전기 구동 구성 요소가 잠재적인 손상으로부터 보호받도록 하기 위함입니다.
폐루프 시스템의 주요 구성 요소에는 컨트롤러, 변환기, 전류 제한기, 전류 센서 등이 포함됩니다. 변환기는 가변 주파수 전력을 고정 주파수로, 그리고 그 반대로 변환하는 중요한 역할을 합니다. 한편, 전류 제한기는 전류가 미리 설정된 최대 값보다 초과되지 않도록 기능합니다. 아래에서는 다양한 종류의 폐루프 구성을 살펴보겠습니다.
전류 제한 제어
이 제어 방식은 일시적인 동작 중 변환기와 모터의 전류가 안전 범위 내에 있도록 설계되었습니다. 이 시스템은 임계값 논리 회로와 통합된 전류 피드백 루프를 특징으로 합니다.
논리 회로는 과도한 전류로부터 시스템을 보호하는 역할을 합니다. 일시적인 동작으로 인해 전류가 미리 설정된 최대 값보다 상승하면 피드백 회로가 활성화됩니다. 즉시 수정 조치를 취하여 전류가 최대 임계값 아래로 돌아오게 합니다. 전류가 정상 수준으로 돌아오면 피드백 루프는 비활성화되고 대기 상태로 돌아갑니다.
폐루프 토크 제어
폐루프 토크 제어 시스템은 배터리 구동 차량, 철도 응용 분야, 전기 열차 등에서 널리 사용됩니다. 참조 토크 T^*는 가속 페달의 위치에 따라 결정됩니다. 루프 컨트롤러는 모터와 함께 작업하여 실제 토크 출력이 참조 값 T^*를 밀접하게 따르도록 합니다. 가속 페달에 가하는 압력을 조정함으로써 운전자는 구동 시스템의 속도를 효과적으로 제어할 수 있습니다. 토크 출력은 차량이나 열차의 가속 및 속도에 직접 영향을 미칩니다.
폐루프 속도 제어
폐루프 속도 제어 시스템의 블록 다이어그램은 아래 그림에 표시되어 있습니다. 이 시스템은 외부 속도 루프 내부에 내부 제어 루프가 중첩된 구조를 특징으로 합니다. 내부 제어 루프의 주요 기능은 모터 전류와 토크를 규제하여 안전한 작동 범위 내에 유지하는 것입니다.
폐루프 속도 제어
참조 속도 ωm∗가 양의 속도 오차 Δω*m을 생성한다고 가정해봅시다. 이 속도 오차는 속도 컨트롤러에 의해 처리되고 전류 제한기에 입력됩니다. 유의할 점은 작은 속도 오차에서도 전류 제한기가 과부하 될 수 있다는 것입니다. 전류 제한기는 내부 전류 제어 루프를 위한 전류를 설정합니다. 그 후, 구동 시스템은 가속을 시작합니다. 구동 속도가 원하는 속도와 일치하면 모터 토크는 부하 토크와 같습니다. 이 균형은 참조 속도를 감소시키고, 결과적으로 음의 속도 오차를 발생시킵니다.
전류 제한기가 포화 상태에 도달하면 구동은 제동 모드로 진입하여 감속을 시작합니다. 반대로 전류 제한기가 포화 상태에서 해제되면 구동은 제동 상태에서 구동 모드로 부드럽게 전환됩니다.
멀티 모터 구동의 폐루프 속도 제어
멀티 모터 구동 시스템에서 전체 부하가 여러 모터 사이에 분산됩니다. 각 시스템 섹션은 해당 섹션의 특정 부하를 운반하는 주요 책임을 지닌 자체 모터를 갖추고 있습니다. 모터의 등급은 제공하는 부하 유형에 따라 다르지만, 모든 모터는 동일한 속도로 작동합니다. 각각의 모터의 토크 요구 사항이 각각의 구동 메커니즘에 의해 충족되면, 구동축은 비교적 작은 동기 토크만을 감당할 필요가 있어 멀티 모터 설정의 조정된 작동을 용이하게 합니다.
기관차에서 마모 정도에 따라 바퀴들이 일정한 속도로 회전하지 않습니다. 결과적으로 기관차의 구동 속도는 그에 따라 변동합니다. 일관된 속도를 유지하는 것만큼 중요한 것은 여러 모터 사이에서 토크가 균등하게 분배되는 것입니다. 이러한 균형이 이루어지지 않으면 하나의 모터는 과부하 상태가 되고 다른 모터는 활용되지 않을 수 있습니다. 이 불균형은 결국 전체 기관차의 정격 토크가 개별 모터의 누적 토크 등급보다 크게 낮아지는 상황을 초래합니다.
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