Static analysis-based co-simulation method of interior permanent magnet synchronous motor for railway vehicle

Abstract

철도용 견인전동기의 고효율, 고성능이 요구되면서 매입형 영구자석 동기전동기에 대한 관심이 증가하고 있다. 또한 시스템의 안정성과 정확성을 위해 실제 구동 환경과 동일한 시뮬레이션이 필수로 요구되고 있다. 기본적으로 전기기기는 유한요소법을 이용하여 설계되지만, 공간고조파 및 제어 알고리즘 등 전동기가 구동되는 시스템을 고려하지 못한다. 이를 보완하기 위해 유한요소해석과 제어 시뮬레이션을 동시에 수행하는 연동 해석에 대한 연구가 이루어졌지만 해석에 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다. 본 논문에서는 정적해석기반 오프라인 방식의 연동 해석 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 공간고조파를 고려할 수 있으며 빠른 해석시간으로 과도응답 특성을 확인하고 제어기 최적화를 진행할 수 있다. 마지막으로 철도차량용 견인전동기를 제작하여 제안된 방법의 유효성을 검증하였다.

As efficiency and high performance are required of traction motors for railway trains, interest in interior permanent magnet synchronous motors is increasing. In addition, for stability and accuracy of the system, simulation identical to the actual driving environment is required. Basically, electric devices are designed using the finite element method, but these devices do not consider the system in which the motor is driven, such as the spatial harmonics and control algorithms. In order to compensate for this problem, co-simulation, which involves finite element analysis and, simultaneously, control simulation have been studied; the analysis, however, takes a long time. In this paper, we proposed an offline analysis method based on static analysis. The proposed method can consider the spatial harmonics, confirm transient response characteristics with fast analysis time, and proceed with controller optimization. Finally, the effectiveness of the proposed method was verified by fabricating a traction motor for railway vehicles.