인류가 유용하게 활용할 수 있는 전기 에너지 시스템 개발 위해 노력
꾸준한 연구와 교육으로 인류 위해 공헌하는 공학적인 결과 만들어 낸다
서울대학교 전기공학부 하정익 교수가 지난 4월 25일에 열린 The 10th IEEE International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS)에서 최우수 논문상(Best Paper Award)을 수상했다. 최우수 논문상을 수상한 논문은 ‘Sensorless Control of AC Machines at Carrier Frequency Signal Injection Using Analog Filter Circuit’으로, 신호주입을 통한 전동기 센서리스 제어 시 아날로그 필터회로를 이용한 신호처리방법을 제안하고 있다. 이 방법은 전기 에너지 변환 시스템에서 센서리스 운전을 가능하게 하고 가청주파수의 잡음도 저감시킬 수 있고, 전기 자동차나 백색가전(白色家電) 제품에 적용될 수 있다.
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심도 있는 연구 통해 대한민국 백색가전, 전기자동차, 및 산업전자 기술 발전에 기여
서울대학교 전기공학부 하정익 교수는 우리나라의 백색가전 및 산업전자 분야 전문가이자 서울대 전력전자 센터(SPEC) 내 전기에너지 변환 연구실에서 인류가 유용하게 활용할 수 있는 에너지 시스템을 개발하기 위해 노력을 기울이고 있는 연구자이다. 그는 전력전자를 기반으로 하는 전기 에너지 변환, 전기형태를 바꾸는 동력 변환과 전동기에 관련된 연구를 하고 있다. 전동기 안의 자석이 움직이면서 에너지를 내는데, IT기술을 이용해 정확한 에너지 변환이 되도록 전동기 외부에서 자석의 위치를 알아내고 이를 통해 자석의 힘을 효율적으로 제어를 하는 연구이다. 이번 연구는 특이하게도 디지털과 아날로그 기술이 혼합된 연구이며 이는 주로 백색가전, 전기자동차, 산업전자 분야에 쓰이고 있다.
그는 이번에 수상한 논문에서는 아날로그 필터회로의 신호 증폭비에 따른 센서리스 각추정 성능에 대해 분석했다. 하 교수는 “신호 주입 센서리스에서 높은 주파수 신호 주입 방법이 선호되는데, 주입 주파수가 커질수록 시스템 임피던스가 증가합니다. 따라서 낮은 주파수 주입방법과 동일한 각추정 성능을 얻기 위해서는 상대적으로 큰 주입전압이 필요합니다. 특히 전동기의 돌극성이 작거나 ADC의 정밀도가 낮으면 각추정이 불가능한 경우도 존재 합니다”라고 전했다. 하지만 아날로그 필터회로를 이용해 주입 주파수 신호를 증폭할 경우 작은 크기의 전압 주입으로 각추정이 가능하다. “아날로그 대역통과필터의 신호 증폭비에 따른 최대 각에러 값을 분석하고 모의실험을 통해 비교하여, 실제 회로를 설계하고 센서리스 각추정 성능을 시험평가 하였습니다”라고 하 교수는 덧붙였다.
하 교수는 “이번 연구를 통해 아날로그 필터회로를 이용한 센서리스 구동 시스템에서 신호 증폭비에 따른 각추정 성능향상에 대해 살펴보았습니다. 아날로그회로의 주입신호 증폭비를 높일수록 각추정성능의 향상이 가능함을 모의실험을 통해 보였으며, 작은 돌극비를 가지는 전동기를 대상으로 작은 주입전압에도 센서리스 속도제어 가능함을 보였습니다. 기존 센서리스 시스템에 비해 ADC(아날로그-디지털 변환기) 채널을 하나 추가해야 한다는 단점이 존재하지만, 낮은 ADC 정밀도를 가지거나 돌극비가 작은 전동기에서 높은 주파수 작은 주입으로 센서리스 구동이 가능하다는 장점이 있습니다”라고 밝혔다.
사회를 이롭게 하는 연구 위해 노력
하정익 교수가 이끌고 있는 전기에너지 변환 연구실에서는 학생들이 귀가하는 것도 잊은 채 연구에 힘을 쏟고 있다. 하 교수도 노력하는 학생들이 분발할 수 있도록 자신의 교육 철학을 바탕으로 그들을 독려하고 있었다. “수업을 할 때는 사회공헌을 강조합니다. 과학을 통해서 얼마나 사회를 이롭게 하느냐가 공학이라고 생각해요. 열심히 연구해서 인류에게 얼마나 많이 혜택이 가는 기술이 되느냐가 중요합니다. 저희는 에너지 연구를 하기 때문에 공기나 물을 공급하는 것과 똑같다고 생각해요. 효율적인 연구 결과가 나오면 사람들이 작은 에너지로 많은 혜택을 볼 수 있습니다. 학생들도 이런 생각을 가져야 좋은 연구를 할 수 있기 때문에 항상 강조하는 부분이기도 합니다.”
하 교수와 연구팀은 자신들이 열심히 해야 사람들이 에너지를 자유롭게 쓰는 날이 올 것이라는 사명감을 가지고 있다. 하 교수는 “에너지는 쓴 만큼 다시 회수를 하는 것이 중요합니다. 지구의 온도가 안정화 돼야 해요. 사람은 온도에 민감한 동물입니다. 지구 온난화는 에너지를 잘못 사용한 결과입니다. 에너지를 사용하는 것도 중요하지만 사용하고 회수할 책임을 갖는 것은 더 중요합니다. 그런 역할들을 우리 연구팀이 잘 해나가야 합니다.”라고 전했다. 하 교수는 결국 전기에너지도 물이나 공기처럼 함부로 사용하는 시점에서, 이를 대처할 수 있는 장기적인 정책도 필요하지만 연구팀이 더 많은 노력을 기울여서 에너지를 효율적으로 쓰고 회수할 수 있는 기반의 기술을 개발하는 의무감을 가져야 한다고 강조했다.
이번 최우수 논문상 수상이 그저 기쁘고 더 열심히 하라는 의미인 것 같다고 전한 하정익 교수. 그는 앞으로 좋은 학생들을 산업계로 많이 보내 에너지 변화 분야에서 새로운 변화에 대처해 우리나라 공학 발전은 물론 경제 발전에도 기여하는 인력을 양성하는 것을 교육자로서의 목표로 삼고, 연구자로서 인류에 기여할 뜻을 밝혔다.
