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고장진단을 위한 영구자식 동기전동기의 권선 단락에 의한 고장모델 연구 및 특성해석
A Study on Stator Winding Turn-Fault Model for Fault Diagnosis in Inverter-Driven Permanent Magnet Moor Drives 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.23 no.5, 2009년, pp.18 - 28  

김경화 (서울산업대학교 전기공학과) ,  최동욱 (서울산업대학교 대학원 전기공학과) ,  구본관 (전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터) ,  정인성 (전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터)

초록
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고정자 권선의 단락으로 인한 고장을 해석하고 진단 알고리즘의 효과적인 시험 평가를 위해 사용될 수 있는 인버터 구동 영구자석 동기전동기의 고장모델이 제시된다. 기존에 전동기의 해석과 제어에 많이 사용되는 dq 모델은 상전압 모델을 변환한 것으로 전동기 고정자의 권선 단락 시에는 더 이상 3상평형 조건이 성립하지 않기 때문에 인버터 극전압으로부터 전동기 입력 전압을 구하기가 쉽지 않아 고장모델의 해석을 위해서 사용하기 어렵다. 이를 해결하기 위해 전동기 3상 변수와 선전압 관계식을 이용한 전동기의 고장모델이 제안된다. 제안된 고장모델의 타당성을 입증하기 위해 시뮬레이션이 수행되며 내부 고정자의 권선 단락이 가능하도록 제작된 전동기와 DSP TMS320F28335를 이용한 제어 시스템에 의해 동일 고장 조건에서 비교 실험이 수행된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To analyze influences under faults caused by a stator winding short and to evaluate an effectiveness of a diagnostic algorithm a faulty model for an inverter-driven permanent magnet synchronous motor is presented. Even though the conventional dq motor model obtained through the transformation of pha...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 이러한 고정자 권선의 단락으로 인해 발생하는 고장을 해석하고 진단 알고리즘의 시험평가를 위해 효과적으로 사용될 수 있는 영구자석 동기전동기의 고장모델이 제시된다. 기존의 전동기의 해석과 제어에 많이 사용되는 dq 모델은 상전압 모델을 변환한 것으로[9] 전동기의 어느 고정자 상의 권선 단락 시에는 3상평형 조건이 성립하지 않아 인버터 극전압으로부터 전동기 입력전압을 구하기가 쉽지 않아 고장모델의 해석을 위해 사용하기 어렵다.
  • 이 절에서는 제안된 고장모델의 타당성과 유용성을 입증하기 위해 전동기 권선 단락에 의한 고장 등여러 동작 조건에서 비교 시뮬레이션과 실험 결과가 제시된다. 전동기의 권선 단락에 의한 고장모델로식 (7)~(9)의 상태 방정식과 고장 권선에 따른 인덕턴스 값이 사용된다.
  • 기존의 전동기의 해석과 제어에 많이 사용되는 dq 모델은 상전압 모델을 변환한 것으로[9] 전동기의 어느 고정자 상의 권선 단락 시에는 3상평형 조건이 성립하지 않아 인버터 극전압으로부터 전동기 입력전압을 구하기가 쉽지 않아 고장모델의 해석을 위해 사용하기 어렵다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 전동기의 3 상 변수와 선전압 관계식을 이용한 전동기의 고장 모델이 제안된다. 제안된 고장모델의 타당성을 입증하기 위해 고장모델을 사용한 시뮬레이션이 수행되어 실제 동일 고장 조건에서의 실험결과와 비교된다.
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참고문헌 (13)

  1. M. A. Awadallah, M. M. Morcos, S. Gopalakrishnan, and T. W. Nehl, "Detection of stator short circuits in VSI-fed brushless DC motors using wavelet transform", IEEE Trans. Ener. Conv., vol. 21, no. 1, pp. 1-8, 2006 

  2. F. Filippetti, G. Franceschini, C. Tassoni, and P. Vas, "Recent developments of induction motor drives fault diagnosis using AI techniques", IEEE Trans. Ind. Elec., vol. 47, no. 5, pp. 994-1004, 2000 

  3. R. M. Tallam, T. G. Habetler, and R. G. Harley, "Stator winding turn-fault detection for closed-loop induction motor drives", IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 39, no. 3, pp. 720-724, 2003 

  4. M. A. Awadallah, M. M. Morcos, S. Gopalakrishnan, and T. W. Nehl, "A neuro-fuzzy approach to automatic diagnosis and location of stator inter-turn faults in CSI-fed PM brushless DC motors", IEEE Trans. Ener. Conv., vol. 20, no. 2, pp. 253-259, 2005 

  5. H. J. Park, D. U. Jang, G. D. Kim, J. S. Choi, and J. S. Kim, "A study on the condition diagnosis for the stator coil of traction motor by transient surge," KIPE journal, vol. 8, no. 3, pp. 247-252, June 2003 

  6. L. Li, A. David, and L. Wenxin, "Application of particle swarm optimization to PMSM stator fault diagnosis", Int. Conf. on Neural Networks, Vancouver, pp. 1969-1974, 2006 

  7. G. M. Joksimovic, and J. Penman, "The detection of inter-turn short circuits in the stator windings of operating motors", IEEE Trans. Ind. Elec., vol. 47, no. 5, pp. 1078-1084, 2000 

  8. J. D. Lee, B. G. Park, T. S. Kim, J. S. Ryu, D. S. Hyun, "Fault detection of BLDC motor drive based on operating characteristics," KIPE journal, vol. 13, no. 2, pp. 88-95, April 2008 

  9. P. C. Krause, Analysis of Electric Machinery. New York:McGraw-Hill, 1986 

  10. TMS320F28335 Digital Signal Controller (DSC) - Data Manual. Texas Instrument, 2008 

  11. H. W. van der Broeck, H. C. Skudelny, and G. V. Stanke, "Analysis and realization of a pulsewidth modulator based on voltage space vectors, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 24, no. 1, pp. 142-150, 1988 

  12. T. M. Rowan and R. J. Kerkman, "A new synchronous current regulator and an analysis of current-regulated PWM inverters, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 22, no. 4, pp. 678-690, 1986 

  13. R. C. Dorf and R. H. Bishop, Modern Control Systems. Prentice-Hall International Editions, 2005 

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