전기차용 주전동기 속도 제어 방식의 종류

전기차용 주전동기 속도 제어 방식의 종류

 

 

1. 서론

전기차를 일정 가속도로 순조롭게 기동하고 일정 속도까지 가속하여 소요 균형 속도로 주행하거나 또는 균형 속도를 여러 종류로 변환시키는 것을 속도 제어라 한다.

 

2. 속도 제어 방식

1) 직류 전기차

(1) 저항 제어

주전동기 회로에 저항을 넣고, 저항치를 변화시켜 주전동기의 단자 전압을 변화함으로써 속도를 제어하는 방식이다.

저항 손실이 크고 제어 효율이 나쁘므로 일반적으로 기동 제어에 이용되고 주행중의 속도 제어에는 사용되지 않는다.

(2) 직 병렬 제어

짝수 개의 주전동기를 가질 경우, 이것을 직렬, 병렬로 접속함으로써 주전동기의 단자 전압을 바꾸는 제어이다.

직, 병렬 제어만으로는 노치 수가 적어서 원활한 속도 제어를 할 수 없으므로 저항 제어와 병용하게 되면 저항 손실도 경감된다.

(3) 계자 제어

주전동기의 계자 자속을 약하게 하여 속도 제어를 하는 방식이다. 일반적으로 저항 제어, 직 병렬 제어가 끝나고 속도가 어느 정도 증가하여 전류가 감소하고 나면 계자 자속을 약하게 하여 속도를 더 증가시키는데 이용된다.

(4) 초퍼 제어

사이리스터의 스위칭 작용을 이용하여 직류 전압을 구형 단속파로 공급함으로써 필요한 직류 평균 전압을 얻어 주전동기의 단자 전압을 제어한다.

(5) VVVF 인버터 제어

주파수를 임의로 가변시키면 임의의 회전 속도를 얻을 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 주파수를 변화시켜 모터를 가, 변속하는 것이 인버터이다.

즉, 인버터의 교류를 일단 직류로 변환하여 이 직류를 트랜지스터 등의 반도체 소자의 스위칭에 의하여 교류로 역변환하여 스위칭 간격을 가변시킴으로써 주파수를 임의로 변화시키는 것이다.

실제로 모터 운전시에 충분한 토크를 확보하기 위해 주파수뿐만 아니라 전압도 주파수에 따라 가변시키고 있는데, 이를 VVVF(가변 전압 가변 주파수) 인버터 제어라 한다.

 

2) 교류 전기차

(1) 탭 제어

교류 전기차 특유의 제어 방식으로 주변압기에 10~25개 정도의 탭을 설치

하고 탭절환기에 의해 부하시 탭 절환을 수행한다.

탭 제어는 저항 제어와 같은 전력 손실이 생기지 않고 어떤 전압에서도 자유로이 사용할 수 있으므로, 재점착 성능이 좋은 영구 병렬 접속으로 할 수 있다.

(2) 사이리스터, 다이오드 혼합 브리지 제어

사이리스터, 다이오드 혼합 브리지란 브리지를 구성하는 4개의 암 중 각각 2개의 암에 사이리스터 다이오드를 이용하여 사이리스터의 위상 제어에 의해 직류 전압을 연속적으로 변화시키는 것이다.

(3) 사이리스터 순브리지 제어

브리지의 암 전체를 사이리스터로 구성하는 것을 사이리스터 순브리지라 하며, 사이리스터 순브리지의 제어 방식에는 대변이 되는 암을 동시에 제어하는 대칭 제어와 교류 단자에서 보았을 때 양측을 따로따로 제어하는 비대칭 제어가 있다.

철도 차량에는 맥류율이나 열률 및 주파수 면에서 우수한 비대칭 제어가 사용된다.

(4) 인버터 제어

3상 유도 전동기를 이용하여 VVVF 제어를 한다.

 

3) 교, 직류 전기차

교류 25KV를 변압기와 정류기에 의해 직류 1,500V로 변환하고, 직류 전기차와 같은 방법으로 직류 직권 전동기를 구동하고 있다. 직류측의 제어 방법으로서 직, 병렬 조합 저항제어, 계자 제어를 이용한다.

 

3. 결론

전기차의 속도 제어는 특수한 것을 제외하고는 주전동기의 회전수를 제어하여 수행한다. 따라서 전기차 속도는 단자 전압 또는 계자 자속에 의해서 결정되고, 견인력은 전류에 의해서 결정된다. 또한 전기차의 진행 방향을 변경 시키기 위해서는 주전동기의 전기자 전류 또는 계자 전류의 어느 하나의 전류 방향을 반대

로 하여 그 회전 방향을 바꾸고 있다.