본 논문에서는 y결선 된 7상 BLDC 전동기의 최대 효율 제어를 위한 새로운 권선 여자 방식을 제안한다. 다상 BLDC 전동기의 기본동작은 N상 (N-1)여자 방식이다. 하지만 여자되는 권선수를 감소시켜도 동작이 가능하다. 수중 추진 시스템의 동일한 부하 조건에서 다상 BLDC 전동기는 여자되는 권선수에 따라 발생하는 손실이 다르기 때문에 최대 효율 제어를 위해서는 여자되는 권선의 수를 조정해야 한다. 전동기의 동손과 인버터 시스템의 전기적인 손실은 기존의 논문과 IGBT 제조사의 애플리케이션 노트를 활용하여 계산이 가능하다. 따라서 동일한 부하조건에서 다상 BLDC 전동기의 여자되는 권선수에 대한 전기적인 손실과 전동기의 동손을 분석하고 최대 효율 운전을 위한 새로운 권선 여자 방식을 제안한다. 제안한 방법은 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증하였다.
이 논문은 단상 외전형 브러시리스 모터의 권선 인덕턴스를 해석적인 방법으로 산정하고 실험결과와 비교하였다. 모터의 초기 설계단계에서 사용하는 자기회로해석은 매우 유용하고, 인덕턴스는 자기회로해석에서 중요한 파라미터이다. 회전자계의 영향은 쇄교 자속으로 표현할 수 있고 자속 쇄교수는 인덕턴스에 비례하기 때문이다. 따라서 모터의 특성해석을 위해서 인덕턴스 산정은 매우 중요하다. 해석적인 방법으로 권선 인덕턴스를 산정하였고 회전자의 영향을 무시하였다. 그리고 LCR 미터와 전류 변화법으로 각각 권선 인덕턴스를 측정하였다. 해석값과 전류 변화법으로 측정한 권선 인덕턴스는 비슷하였다. 이 논문에서 제시한 권선 인덕턴스의 해석적인 산정방법은 모터의 초기 설계단계에서 자기회로해석으로 특성을 해석하는 데 도움이 될 것이다.
본 연구에서는 수용가에서 에너지 절감과 최대수요전력 제어를 위하여 마이크로프로세서를 이용한 고효율 자동 전압 조정기의 제어 방법에 대하여 제안한다. 제안한 고효율 자동 전압 조정기는 트로이달 코아에 1개의 직렬 권선과 분리된 4개의 분로 권선으로 구성되어 있는 단권 변압기를 사용한다. 변압기의 전압 조정은 직렬 권선과 분로 권선의 연결 방법에 따라 감압/승압이 가능하다. 스위치는 릴레이와 트라이악을 병행하여 사용한다. 스위치의 조작 시 발생하는 권선의 여자돌입전류를 제어하기 위하여 트라이악을 이용 연결 상태를 변경하고 연결 상태 유지 시에는 릴레이를 이용함으로써 스위치 소비 전력을 최소화 한다. 제어신호는 여자 돌입 전류를 줄이기 위하여 전압 파형에 동기화 하여 제어되며 이를 위하여 소프트웨어 PLL을 사용한다. 소프트웨어 PLL은 전압 파형의 zero-cross, 전압 최고점 등의 시간을 생성한다. 권선 스위치의 제어, 소프트웨어 PLL등 자동 전압 조정기의 제어는 마이크로프로세서에 의해서 이루어진다.
단상유도전동기로 사용되는 커패시터 기동방식이나, 커패시터 구동-기동방식의 단상유도전동기는 전동기가 기동된 후 원심력스위치를 이용해서 기동용 커패시터를 개방하거나, 액체냉매 사용장소 등에서는 전류릴레이를 이용해서 이들을 개방한다. 본 연구에서는 원심력스위치나 전류릴레이 대신 회전자 전류에 의한 자속에 의해 기동권선에 나타나는 전압을 검출하는 릴레이를 기동권선에 연결하여, 회전속도에 비례하는 기동권선 전압으로 릴레이 코일을 여자하여, 릴레이 접접이 기동 권선을 개방하는 방법을 적용한다. 이 기동방법은 전동기 축에 연결하는 원심력스위치나 전류릴레이에 비해 전동기의 크기를 줄이고, 릴레이를 별도로 설치 가능하여 방폭형전동기 제작에도 보다 효율적인 방법을 제공한다.
수력발전기의 운전중 신뢰성 및 장기 사용된 발전기의 경우 노후도 평가를 위한 지표로 고정자권선의 물리적 절연상태를 평가하는 방법이 일반적으로 이용되고 있다. 시험방법은 크게 부분방전 특성을 검출하는 운전중(On-line) 진단기법과 정지중(Off-line) 진단기법이 있다. 운전중 진단기법은 발전기의 정지없이 상시 상태를 감시할 수 있는 장점이 있으므로 활용도가 증가되고 있고 정지중 진단기법은 고정자권선 절연상태를 정밀하게 평가할 수 있는 잘 알려진 시험법으로 권선의 절연상태를 모니터링하여 운영자에게 고장징후를 알려주고, 예측보전이 가능하도록 도움을 주고 있다. 이 논문에서는 장기간 운영된 대용량 수력발전기의 정지중 절연진단기법(성극지수, 교류전류, 유전정접, 부분방전) 결과의 통계적 추이변화 고찰을 통하여 대용량 수력발전기 고정자 권선의 신뢰성평가를 실시하였다.
전동기는 산업설비의 동력원으로 널리 사용되고 있으며, 그 운전의 신뢰성은 설비의 가동율에 큰 영향을 미친다. 따라서 전동기의 운전신뢰성을 높이려면 예상 할 수 있는 고장원인에 대하여 여러가지 보호대책이 필요하다. 전동기의 고장원인중 권선의 소손, 열화는 전체고장원인의 50~60%를 점하고 있어 이에 대한 보호에 각별한 배려가 있어야 한다. 전동기의 소손보호는 권선온도가 소손사고에 이르기 전에 회로로부터 전동기를 회로로부터 분리하는데 있으며, 권선온도를 직접 검출하는 보호방법이 이상적인 방법이라 할 수 있다. 그러나 경제성, 취급성 등의 면에서 소손원인에 기인하는 전기적현상의 변화(주로 전류)를 감시하여 간접적으로 보호하는 방식도 많이 사용되고 있다. 여기서는 저압삼상유도전동기를 위주로 하여 고장의 원인과 그 보호장치및 보호방식에 관해서 기술코저한다.
본 논문에서는 일반적인 단상유도기의 권선 배치를 가지는 경우, 즉 주권선과 보조권선의 배치가 임의의 각을 가지는 경우에 대하여 등가회로를 구성하였다. 이때, 등가회로를 이용하여 최적 효율 확보 방법으로 평형 운전 및 고정자 동손 최소화를 적용하였다. 설계된 전동기에 대해 2차원 유한요소해석을 수행함으로써 비직교 권선 분포 설계 시 자기적 평형상태와 이로 인한 철손 및 회전자 저항손 저감 및 효율 개선 효과를 검증하였다.
본 논문에서는 전력계통에서 발생되는 surge나 고장전류에 의해서 변압기의 고압측 권선에 선간단락이 발생할 경우 유도되는 전자력의 크기를 유한요소 전자계해석 프로그램을 이용하여 해석하는 방법을 제안하였다. 연구에서 사용된 배전용 변압기 model은 1[MVA], 22,900/220[V] 단상 외철형 Cable 권선형 변압기로서 권선간 단락을 모의하는 방법을 제안하고, FEM 프로그램(FLUX2D)을 이용하여 단락전류와 각방향의 전자력을 계산하고 분석하였다. 누설자속분포, 권선단락 시 전압 및 전류파형, 권선간에 작용하는 힘의 변화와 분포를 계산하였다. Simulation 방법의 타당성을 검증하기 위하여 이론치와 Pspice 프로그램을 이용하여 계산한 결과와 5[%] 이내의 오차율로 아주 잘 일치함을 확인하였다. 선간단락전류는 정격전류의 약 400배이며, 전자력도 $20{\sim}200$배 정도로 급증하였다. 본 연구의 결과는 배전용 변압기의 신뢰도 향상을 위하여 변압기 코일과 절연구조 설계에 유용한 정보를 제공하게 될 것이다.
본 연구는 산업분야의 수많은 전기설비 시스템에 널리 사용되고 있으며 또 이중여자기로도 사용될 수 있는 권선형 유도전동기의 기동특성과 설계를 다루었다. 고정자는 재래색 3상 권선형 유도 전동기의 고정자와 동일하고 회전자 권선은 새로운 방법으로 재권선한 결과 기동토크로 크고 기동전류는 작으며 운전효율은 좋아졌다. 뿐만 아니라 슬립링과 브러쉬 및 외부저항의 필요성이 없어 구조가 간단하고 시스템 비용을 절약할 수 있을 뿐 아니라 유지보수비도 절약할 수 있었다.
본 논문에서는 권선 방법에 따라 코일 U, V, W를 같은 층에 원주방향으로 배치한 집중권 권선 모델, 코일 U, V, W를 각각 한 층씩 원주 방향으로 배치한 분포권 권선 #1 모델, 코일에 경사각을 적용하여 코일 U, V, W를 한 층에 배치하는 분포권 #2 모델로 총 3가지 사양의 3상 코어리스 축방향 자속 발전기를 설계하였다. 3차원 유한요소 해석을 활용하여, 무부하 상태에서의 역기전력, 쇄교 자속 밀도와 외부 정류 회로를 구성한 부하 상태에서의 정류 전압, 정류 전류와 같은 전자기 특성에 대한 해석 및 특성 비교를 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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