[국내논문]부분방전 측정에 의한 하이브리드차량 견인전동기의 절연성능평가 Evaluation on Insulation Performance of Traction Motors for a Hybrid Vehicle by Partial Discharge Measurement원문보기
본 논문에서는 부분방전 측정에 의한 하이브리드 차량용 견인전동기의 절연평가에 대하여 기술하였다. 부분방전법은 효과적인 비파괴시험으로 저압용 전기전자기기의 절연성능평가에 사용되어 왔다. 부분방전 측정시스템은 결합회로망, 저잡음 증폭회로 및 주변 전자회로로 구성되며, 주변 잡음의 영향을 최소화하기 위하여 차폐함내에 설치하였다. 교정실험으로부터 부분방전 측정시스템의 주파수 대역은 $1[MHz]{\sim}30[MHz]$ (-3[dB]), 감도는 19[mV/pC]로 평가되었다. 기사용 전동기와 신품 전동기에서 방전개시전압(DIV)과 겉보기 전하량(q)을 측정한 결과, 기사용 전동기의 방전개시전압은 $1,100[V_{rms}]$, 겉보기 전하량은 105[pC], 신품 전동기에서의 방전개시전압은 $1,400[V_{rms}]$, 겉보기 전하량은 84[pC]이었다. 방전개시전압과 전하량을 비교함으로써 견인전동기의 절연상태를 평가할 수 있었다.
본 논문에서는 부분방전 측정에 의한 하이브리드 차량용 견인전동기의 절연평가에 대하여 기술하였다. 부분방전법은 효과적인 비파괴시험으로 저압용 전기전자기기의 절연성능평가에 사용되어 왔다. 부분방전 측정시스템은 결합회로망, 저잡음 증폭회로 및 주변 전자회로로 구성되며, 주변 잡음의 영향을 최소화하기 위하여 차폐함내에 설치하였다. 교정실험으로부터 부분방전 측정시스템의 주파수 대역은 $1[MHz]{\sim}30[MHz]$ (-3[dB]), 감도는 19[mV/pC]로 평가되었다. 기사용 전동기와 신품 전동기에서 방전개시전압(DIV)과 겉보기 전하량(q)을 측정한 결과, 기사용 전동기의 방전개시전압은 $1,100[V_{rms}]$, 겉보기 전하량은 105[pC], 신품 전동기에서의 방전개시전압은 $1,400[V_{rms}]$, 겉보기 전하량은 84[pC]이었다. 방전개시전압과 전하량을 비교함으로써 견인전동기의 절연상태를 평가할 수 있었다.
This paper dealt with the insulation evaluation by a measurement of partial discharge(PD) on traction motors used in a hybrid vehicle. The PD method has been accepted as an effective and a non-destructive. technique to evaluate insulation performance of low-voltage electric and electronic devices. I...
This paper dealt with the insulation evaluation by a measurement of partial discharge(PD) on traction motors used in a hybrid vehicle. The PD method has been accepted as an effective and a non-destructive. technique to evaluate insulation performance of low-voltage electric and electronic devices. In this paper, the PD measurement system which was manufactured with a coupling network, a low noise amplifier, and an associated electronics is described. The PD measurement system has the frequency bandwidth of $1[MHz]{\sim}30[MHz]$ at -3 [dB] and the stable sensitivity of 19 [mV/pC] for the traction motor. From the experimental results, discharge inception voltage (DIV) and apparent charge (q) were $1,100[V_{rms}]$ and 105 [pC] for the used motor, and $1,400[V_{rms}]$ and 84 [pC] for the new one. By comparing the DIV and q, we could evaluate the insulation condition for the traction motors.
This paper dealt with the insulation evaluation by a measurement of partial discharge(PD) on traction motors used in a hybrid vehicle. The PD method has been accepted as an effective and a non-destructive. technique to evaluate insulation performance of low-voltage electric and electronic devices. In this paper, the PD measurement system which was manufactured with a coupling network, a low noise amplifier, and an associated electronics is described. The PD measurement system has the frequency bandwidth of $1[MHz]{\sim}30[MHz]$ at -3 [dB] and the stable sensitivity of 19 [mV/pC] for the traction motor. From the experimental results, discharge inception voltage (DIV) and apparent charge (q) were $1,100[V_{rms}]$ and 105 [pC] for the used motor, and $1,400[V_{rms}]$ and 84 [pC] for the new one. By comparing the DIV and q, we could evaluate the insulation condition for the traction motors.
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문제 정의
따라서 시험 전압을 가능한 낮게 설정하여 피시험기기의 절연성능에 영향을 주지 않으면서 효과적으로 평가할 수 있는 방법이 요구되고 있다[8-12]. 본 논문에서는 하이브리드 차량용 견인전동기의 절연성능을 평가하기 위하여 부분방전 측정시스템을 설계 . 제작하였으며, 1일 12시간씩 5년간 운행에 사용된 기사용 전동기와 신품 전동기를 대상으로 방전개시전압 (DIV)과 겉보기 전하량(q)을 측정하여 절연상태를 비교.
본 논문에서는 하이브리드 차량용 견인전동기의 절연성능평가를 위하여 부분방전 측정시스템을 설계 . 제작하였으며, 교정실험을 통하여 감도를 산출하고 기사용 전동기와 신품 전동기를 대상으로 Div와 겉보기 전하량을 측정하였다.
제안 방법
견인전동기의 고정자 권선과 외함간에 고전압 변압기 (220[V]/5[kV], 30[mA])를 연결하고, 전압을 서서히 증가 시 키 면서 부분방전을 측정하였다. 방전개 시 전압(discharge inception voltage, DIV)과 겉보기 전하량(apparent charge) 의 관계로부터 기사용 전동기와 신품 전동기의 절연상태를 비교.
부분 방전 신호는 크기가 매우 작아 외부 노이즈의 영향을 받기 쉬우므로 외부잡음의 영향을 최소화 하기위해 측정회로를 차폐함 내에 설치하였다. 또한 미소 부분방전신호를 증폭하기 위해 주파수 범위 DC~420[Mmlz]인 연산증폭기를 사용하여 Fig. 2와 같이 2단 증폭회로를 구성하였다.
키 면서 부분방전을 측정하였다. 방전개 시 전압(discharge inception voltage, DIV)과 겉보기 전하량(apparent charge) 의 관계로부터 기사용 전동기와 신품 전동기의 절연상태를 비교. 분석하였다.
필요하다[13, 14]. 본 논문에서는 인가전압인 상용주파수 전압은 완전히 차단하고, 부분방전 신호만을 통과시키는 고역통과필터의 특성의 결합회로망을 구성하였다. Fig.
부분방전 측정시스템을 이용하여 하이브리드 차량용 견인전동기(3상 400[V] 52마력)에서 부분방전을 측정하였으며, 실험계의 구성은 Fig. 6과 같다.
본 논문에서는 하이브리드 차량용 견인전동기의 절연성능을 평가하기 위하여 부분방전 측정시스템을 설계 . 제작하였으며, 1일 12시간씩 5년간 운행에 사용된 기사용 전동기와 신품 전동기를 대상으로 방전개시전압 (DIV)과 겉보기 전하량(q)을 측정하여 절연상태를 비교. 분석하였다.
제작하였으며, 교정실험을 통하여 감도를 산출하고 기사용 전동기와 신품 전동기를 대상으로 Div와 겉보기 전하량을 측정하였다.
증폭회로의 주파수응답은 신호발생기를 이용하여 정현파 입력전압에 대한 출력전압의 비율로서 평가하였다. 설계.
측정시스템의 감도를 산출하기 위하여 전용의 교정기 CAL 1A(PD Diagnostix, l[pC] ~ 100[pC])를 이용하여 교정실험을 수행하였다. 교정펄스신호는 선로 길이, 교정기의 설치 위치, 전동기의 구조적 특성에 따라 펄스의 형태 및 크기가 달라지므로 동일한 조건에서 실험을 수행하였으며 차폐함 내에서 잡음레벨은 3.
성능/효과
교정실험결과, 부분방전 측정시스템은 10[pC]에서 100 [pC]까지 선형적인 출력특성을 나타내었으며, 측정 감도는 약 19[mV/pC] 로 산출되었다.
인가전압은 피시험체의 절연성능을 저하시키지 않는 범위로서 내전압시험의 인가전압인 1, 800[Vrms]보다 낮게 설정하였다. 기사용 전동기와 신품 전동기에서 부분방전을 측정한 결과, 기사용 전동기에서는 l, 100[VmJ에서 부분방전이 발생하였으며, 105[pC]의 겉보기 전하량이 검출되었다. 신품 전동기에서는 기사용 전동기보다 다소 높은 l&OOIVg] 에서부분방전이 발생하였으며 겉보기 전하량은 84[pC]이 검출되었다.
실험결과, 내전압시험보다 80[%] 이하의 낮은 전압을 인가하여 피시험체에 영향을 미치지 않고 절연성능을 평가할 수 있었으며, 기사용 전동기는 신품 전동기에 비해 낮은 전압에서 큰 방전전하량이 검출되어 절연상태가 좋지 못한 것으로 나타났다.
실험결과로부터 기사용 전동기는 신품 전동기와 비교하여 방전개시전압은 낮고 방전전하량은 크게 나타남을 알 수 있다. 이상에서와 같이 부분방전 측정에 의한 방법은 l, 800[VmJ를 인가하는 내전압시험보다 낮은 전압 레벨에서 절연성능 평가가 가능하여, 피시험체의 절연성능에 영향을 미치지 않으므로 시험후에도 사용이 가능하다.
있다. 이상에서와 같이 부분방전 측정에 의한 방법은 l, 800[VmJ를 인가하는 내전압시험보다 낮은 전압 레벨에서 절연성능 평가가 가능하여, 피시험체의 절연성능에 영향을 미치지 않으므로 시험후에도 사용이 가능하다.
측정시스템의 외부잡음에 대한 평가결과, 잡음레벨은 최대 3.19[mVp_p]로 측정되었으며, 교정실험에 의해 산출된 측정시스템의 감도는 19[mV/pC]으로 나타났다. 인가전압은 피시험체의 절연성능을 저하시키지 않는 범위로서 내전압시험의 인가전압인 1, 800[Vrms]보다 낮게 설정하였다.
후속연구
인버터 구동 견인전동기에서는 고속 스위칭소자의 동작에 의해 [μs]당 최고 수 천 [V]의 과도전압이 발생할 수 있으며, 견인전동기 의 고정 자권선에 불규칙 적 인 전압분포를 야기 시켜 절연파괴를 초래할 수 있다[1-7]. 또한 제조시 결함 및 고온, 흡습, 진동과 같은 운전환경에 의해 절연성능이 저하될 수 있으므로 이에 대한 평가와 분석이 필요하다.
참고문헌 (14)
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