모터 모델링 및 시뮬레이션이란?

Simulink^® 및 Simscape Electrical은 모터 크기 설정 및 전기차 견인 모터 제어 설계 등의 다양한 응용 사례를 수용하기 위해 여러 충실도 수준의 모터 모델링 및 시뮬레이션을 지원합니다. 다양한 수준의 모터 모델 충실도를 통해 엔지니어는 자신의 특정 응용 사례에 필요한 적절한 수준의 정밀도를 선택할 수 있습니다.

모델링을 사용한 시스템 설계

시스템 설계 모터 모델링 및 시뮬레이션은 다양한 작동 조건에서 모터의 성능을 포착하고 작동 범위 내에서 모터의 에너지 소비를 예측하는 것을 목표로 합니다. 이 시나리오에서 엔지니어는 다음과 같은 시스템 동작의 간소화된 동역학을 사용합니다.

• PWM(펄스 폭 변조) 또는 전력 전자 스위칭 없음
• 에너지 기반, 정상 상태 등가 및 효율 맵 모델링

이 간소화된 모터 모델링 접근법에서는 다양한 토크 및 속도를 통해 일반적인 모터를 표현하는 Motor & Drive (System Level) 블록을 사용할 수 있습니다. 이를 통해 모터의 전체적인 동작을 포착하는 토크-속도 포락선을 얻으면서 시스템을 모델링하고 시뮬레이션하기 더욱 쉬워지기 때문에 손실에 대한 정확한 예측을 제공하면서도 빠른 시뮬레이션이 가능합니다.

모델링을 사용한 모터 드라이브 설계

제어 시스템 설계는 산업용 모터 드라이브 응용 사례에서 전기 모터의 속도, 토크, 에너지 소비를 관리하는 데 있어 필수적인 역할을 합니다. 엔지니어는 제어 설계를 우선화하고, 정확도를 유지하면서도 더 빠른 시뮬레이션을 실현하기 위해 다음과 같은 사항을 통합하는 최적화되고 안정적인 모터 제어 시스템을 개발합니다.

• 이상적 스위칭
• 집중 파라미터 모델링
• 선형 토크-전류 관계

Simscape Electrical은 집중 파라미터 모터 모델링을 쉽게 할 수 있도록 제조사의 모터 데이터가 포함된 사전 파라미터화된 모터 블록을 제공합니다. 제조사 데이터가 없는 경우 Motor Control Blockset™ 은 계측 테스트를 실행하여 모터 파라미터 값을 추정할 수 있도록 합니다.

모델링을 사용한 견인 모터 응용 사례

정확한 고충실도 모터 모델을 사용하면 견인 모터 에너지 손실로 인해 차량 주행 거리가 줄어드는 전기차 응용 사례의 비선형적 동작을 재현할 수 있습니다. 선형 집중 파라미터 모터 모델을 사용할 때와 달리 엔지니어는 회전자 위치, 쇄교 자속, 전류 및 토크 간의 비선형적 매핑을 포함한 FEM(유한 요소법)의 모터 시뮬레이션 결과를 통합할 수 있습니다. 공간 고조파를 포함한 부가적인 FEM 데이터를 사용해서 최고충실도의 모터 시뮬레이션을 달성하여 토크 리플 경감 알고리즘 개발을 촉진하고 모터 제어 효율성을 최적화할 수 있습니다. 견인 모터 제어 시스템을 정확하게 표현하기 위해 엔지니어는 다음과 같은 사항을 사용합니다.

• 비이상적 스위칭 - 전력 반도체의 물리 기반 모델링.
• 포화 – 전류 및/또는 회전자 각도에 대한 비선형적 의존성.
• 공간 고조파 – 코깅 토크에 의해 발생하는 토크 리플과 쇄교 자속의 고조파 포함.

제어 엔지니어는 고충실도 모터 모델링을 사용하여 Simulink을 통한 시뮬레이션으로 극한 동작 조건을 살펴볼 수 있습니다. 엔지니어는 고충실도 모터 모델링과 검증을 위한 모터 모델의 연동 시뮬레이션을 달성하기 위해 ANSYS Maxwell, Motor-CAD 및 JMAG-RT와 같은 타사 툴의 FEA 데이터를 Simscape Electrical의 FEM-Parameterizer PMSM 블록으로 가져올 수 있습니다.

MATLAB 및 Simulink를 사용한 모터 모델링 및 시뮬레이션에 대한 자세한 내용은 Simscape Electrical 및 Motor Control Blockset을 참조하십시오.