근래의 영구자석 전동기는 출력밀도와 효율을 높이기 위해 주로 희토류 자석을 사용하고 있다. 하지만 전동기용으로 주로 사용되는 희토류 자석의 하나인 네오디뮴 자석은 고온에서 잔류 자속밀도와 보자력이 낮아지는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 고려하면 영구자석 전동기는 고온과 역방향 ...
근래의 영구자석 전동기는 출력밀도와 효율을 높이기 위해 주로 희토류 자석을 사용하고 있다. 하지만 전동기용으로 주로 사용되는 희토류 자석의 하나인 네오디뮴 자석은 고온에서 잔류 자속밀도와 보자력이 낮아지는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 고려하면 영구자석 전동기는 고온과 역방향 자계가 함께 가해지는 상황을 피해야 한다. 하지만 인버터 구동으로 인해 발생되는 고조파에 의한 영구자석 와류손, 고속운전을 위한 약계자 운전, 과부하 등에 의해 영구자석 전동기는 고온과 역방향 자계가 함께 발생하는 상황에 놓인다. 또한, 영구자석 전동기는 양의 q축전류와 음의 d축전류에 의해 운전되기 때문에 역방향 자계는 주로 영구자석의 회전방향의 뒷부분에 가해지게 된다. 따라서, 영구자석 전동기의 구조와 운전환경을 고려할 때 균일 부분 감자 현상은 고온과 역방향자계에 빈번하게 노출되는 영구자석 전동기에서 가장 쉽게 일어날 수 있는 감자 고장이다. 하지만 학계 및 산업계에서 해당 고장을 진단하는 방법은 보고된 바가 없다. 본 연구에서는 기존에 있는 영구자석 감자 진단방법을 균일 부분 감자된 영구자석 전동기에 실험해보고 균일 부분 감자진단에 가장 적절한 방법을 제안한다. 실험은 1.8KW급 380V 8극 12슬롯 표면 부착형 영구자석 동기전동기를 대상으로 수행되었고 회전자 분해 후 홀센서를 이용한 자속 측정, 역기전력과 같은 비활선 상태 진단방식과 전동기 전류 스펙트럼 분석 기법(MCSA), 진동 분석, 누설 자속, 공극 자속 측정과 같은 활선 상태 진단방식을 시행했다. 실험 결과를 바탕으로 정확성, 용이성을 고려할 때 공극 자속 측정 방식이 균일 부분 감자고장 진단에 가장 적절한 방식으로 판단된다.
근래의 영구자석 전동기는 출력밀도와 효율을 높이기 위해 주로 희토류 자석을 사용하고 있다. 하지만 전동기용으로 주로 사용되는 희토류 자석의 하나인 네오디뮴 자석은 고온에서 잔류 자속밀도와 보자력이 낮아지는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 고려하면 영구자석 전동기는 고온과 역방향 자계가 함께 가해지는 상황을 피해야 한다. 하지만 인버터 구동으로 인해 발생되는 고조파에 의한 영구자석 와류손, 고속운전을 위한 약계자 운전, 과부하 등에 의해 영구자석 전동기는 고온과 역방향 자계가 함께 발생하는 상황에 놓인다. 또한, 영구자석 전동기는 양의 q축전류와 음의 d축전류에 의해 운전되기 때문에 역방향 자계는 주로 영구자석의 회전방향의 뒷부분에 가해지게 된다. 따라서, 영구자석 전동기의 구조와 운전환경을 고려할 때 균일 부분 감자 현상은 고온과 역방향자계에 빈번하게 노출되는 영구자석 전동기에서 가장 쉽게 일어날 수 있는 감자 고장이다. 하지만 학계 및 산업계에서 해당 고장을 진단하는 방법은 보고된 바가 없다. 본 연구에서는 기존에 있는 영구자석 감자 진단방법을 균일 부분 감자된 영구자석 전동기에 실험해보고 균일 부분 감자진단에 가장 적절한 방법을 제안한다. 실험은 1.8KW급 380V 8극 12슬롯 표면 부착형 영구자석 동기전동기를 대상으로 수행되었고 회전자 분해 후 홀센서를 이용한 자속 측정, 역기전력과 같은 비활선 상태 진단방식과 전동기 전류 스펙트럼 분석 기법(MCSA), 진동 분석, 누설 자속, 공극 자속 측정과 같은 활선 상태 진단방식을 시행했다. 실험 결과를 바탕으로 정확성, 용이성을 고려할 때 공극 자속 측정 방식이 균일 부분 감자고장 진단에 가장 적절한 방식으로 판단된다.
Recent permanent magnet electric machines mainly adapt rare-earth magnet to increase output density and efficiency. However, the neodymium magnet, one of the rare earth magnets mainly used for electric motors, has a characteristic that the residual flux density and the coercive force of magnet decre...
Recent permanent magnet electric machines mainly adapt rare-earth magnet to increase output density and efficiency. However, the neodymium magnet, one of the rare earth magnets mainly used for electric motors, has a characteristic that the residual flux density and the coercive force of magnet decrease at high temperature. Considering these characteristics, the permanent magnet motors should avoid the situation in which high temperature and reverse magnetic field are applied together. However, permanent magnet eddy current loss due to harmonics generated by inverter driving, field-weakening operation for high-speed operation, overload put permanent magnet motors in high temperature and reverse magnetic field are applied together. Also, since permanent magnet motors are operated with positive q axis current and negative d axis current, the reverse magnetic flux is mainly applied to the trailing edge of permanent magnets. For these reasons, uniform partial demagnetization is the most common case in all demagnetization faults. However, there are no method reported for diagnosing this demagnetization in academia and industry. In this study, the existing permanent magnet demagnetization diagnosis method is tested on a permanent magnet motor with uniform partial demagnetization and the most appropriate method for uniform partial demagnetization diagnosis is proposed. The experiment includes offline diagnosis method such as direct flux measurement, BEMF and online diagnosis method such as MCSA, vibration analysis, measurement of leakage and airgap flux. The experimental study on 1.8KW class 380V 8-pole 12-slot surface-attached permanent magnet synchronous motor shows that airgap flux measurement is the most appropriate method for uniform partial demagnetization diagnosis.
Recent permanent magnet electric machines mainly adapt rare-earth magnet to increase output density and efficiency. However, the neodymium magnet, one of the rare earth magnets mainly used for electric motors, has a characteristic that the residual flux density and the coercive force of magnet decrease at high temperature. Considering these characteristics, the permanent magnet motors should avoid the situation in which high temperature and reverse magnetic field are applied together. However, permanent magnet eddy current loss due to harmonics generated by inverter driving, field-weakening operation for high-speed operation, overload put permanent magnet motors in high temperature and reverse magnetic field are applied together. Also, since permanent magnet motors are operated with positive q axis current and negative d axis current, the reverse magnetic flux is mainly applied to the trailing edge of permanent magnets. For these reasons, uniform partial demagnetization is the most common case in all demagnetization faults. However, there are no method reported for diagnosing this demagnetization in academia and industry. In this study, the existing permanent magnet demagnetization diagnosis method is tested on a permanent magnet motor with uniform partial demagnetization and the most appropriate method for uniform partial demagnetization diagnosis is proposed. The experiment includes offline diagnosis method such as direct flux measurement, BEMF and online diagnosis method such as MCSA, vibration analysis, measurement of leakage and airgap flux. The experimental study on 1.8KW class 380V 8-pole 12-slot surface-attached permanent magnet synchronous motor shows that airgap flux measurement is the most appropriate method for uniform partial demagnetization diagnosis.
주제어
#영구자석 동기전동기 감자 진단 부분 감자 공극 자속 누설 자속 전류 스펙트럼 분석 진동 분석
학위논문 정보
저자
정지균
학위수여기관
고려대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
전기전자공학과
지도교수
이상빈
발행연도
2023
총페이지
76 p
키워드
영구자석 동기전동기 감자 진단 부분 감자 공극 자속 누설 자속 전류 스펙트럼 분석 진동 분석
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