전기차용 PMSM 모터 제어에서 약자속 제어의 효율 저하 원인과 이를 개선하기 위한 최신 연구 동향이 궁금합니다.

Question

고속 영역에서 약자속 제어를 수행할 때 동손 외에 철손이나 인버터의 스위칭 손실 측면에서는 어떤 비중으로 효율 저하가 일어나는지 구체적인 매커니즘이 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

전기차용 PMSM 고속 회전 시 역기전력이 제한 전압을 넘지 않아야되요. 그래서 자속을 줄이는 약자속 제어를 쓰게 돼요. 이때 d축에 큰 고주파 자속 반대 방향 전류를 흘려줍니다. 그러면 고정자 권선 자체의 동손이 급격히 늘어나죠. 동시에 고속 운전으로 자속 변화 빈도가 잦아지면서, 모터 코어의 히스테리시스 손실과 와전류 손실을 합친 철손 비중이 동손 못지않게 치명적으로 커저요. 인버터 스위칭 손실 역시 고속 제어를 위한 고주파수 스위칭과 높은 전류 때문에 가파르게 상승합니다. 최근 연구에서는 이 효율 저하를 막으려고 손실 최소화 제어(LMC) 알고리즘이나 고효율 규소강판 개발, 그리고 스위칭 손실이 적은 SiC(탄화규소) 기반 반도체를 적용하는 동향이 있어요. 이러한 매커니즘을 이해하고 최적화 조건을 찾아야합니다. 그리고 이 조건이 고속 영역 효율 개선의 핵심 과제입니다.