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기관실 시뮬레이터 제작을 위한 3상유도전동기의 실용적 모델링 설계
A practical modelling design of 3 phase induction motors for configuring engine room simulators 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.34 no.6, 2010년, pp.887 - 893  

최순만 (한국해양수산연수원 교육연구처)

초록
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기관실 시뮬레이터에서 3상유도전동기에 대한 모델링을 단순하게 처리하는 경우에는 왜곡된 특성에 의해 각종 전기 기계적 모의 성능 수준이 크게 저하된다. 한편, 전동기 특성을 1, 2차 측 파라미터로 구분하는 기존의 등가회로 방식들은 복잡한 실험을 거치거나 상세 기술 자료가 확보되지 않고는 현장 전동기에 대한 회로에서의 파라미터 값들을 확정하지 못한다는 점에서 정격제원 정도만 주어지는 기관실 시뮬레이터의 개발 작업 환경에서는 사용할 수가 없다. 이러한 문제의 해결을 위해 본 논문에서는 최소 파라미터에 의한 전원 직결의 2 회로정수 방식 등가회로를 제시하였으며 이로부터 정격제원에 의해 회로정수가 결정되기까지의 조건과 과정 및 관련 식들을 해석하였다. 또한 실제 전동기에 이를 적용하여 얻어지는 특성곡선들을 통해 임의의 전동기에 대한 근사특성과 실용성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Modelling methods of 3 phase induction motors dependant on a lot of parameters give much drawbacks and difficulties when making engine room simulators due to computation burden and the time required for acquiring detailed technical data corresponding to actual induction motors. This paper suggests a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 배경에서 본 논문에서는 기본적인 정격제원만으로 관련된 파라미터 값을 모두 확정할 수 있는 등가회로의 구성 문제를 다루고 있으며 최소 파라미터 방식에 의해 1, 2차 구분이 없는 전원 직결의 2회로정수 등가회로를 대안으로 제시하였다. 회로요소인 저항과 리액턴스 비를 변환 인자로 하여 단일 파라미터에 의한 임피던스 변환을 통해 파라미터 값들이 도출되기 위한 단계적 과정과 관련 식의 해석과 함께 간이 특성 변환 도구인 이 같은 방식을 실제 전동기의 예에 적용한 결과 양호한 모의 근사성과 실용성을 확인할 수 있었다.

가설 설정

  • 명판의 제원만으로 관련된 회로정수 모두가 정해지기 위해서는 Figure 1의 파라미터 대신 1, 2차 구분이 없는 최소 파라미터에 의한 등가회로 방식을 고려해야 하므로 단일 저항과 리액턴스가 직렬로 구성된 회로 Figure 2를 가정한다. 또한 회로의 전원 전압과 전류를 모의 대상인 3상전동기의 선간전압과 선전류에 대응시켜 저항과 리액턴스 값을 정한다면 등가회로의 전류가 직접 전동기 부하 전류로 출력될 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최소 파라미터에 의한 전원 직결의 2 회로정수 방식 등가회로는 어떤 문제를 해결하기 위해 제시되었는가? 기관실 시뮬레이터에서 3상유도전동기에 대한 모델링을 단순하게 처리하는 경우에는 왜곡된 특성에 의해 각종 전기 기계적 모의 성능 수준이 크게 저하된다. 한편, 전동기 특성을 1, 2차 측 파라미터로 구분하는 기존의 등가회로 방식들은 복잡한 실험을 거치거나 상세 기술 자료가 확보되지 않고는 현장 전동기에 대한 회로에서의 파라미터 값들을 확정하지 못한다는 점에서 정격제원 정도만 주어지는 기관실 시뮬레이터의 개발 작업 환경에서는 사용할 수가 없다. 이러한 문제의 해결을 위해 본 논문에서는 최소 파라미터에 의한 전원 직결의 2 회로정수 방식 등가회로를 제시하였으며 이로부터 정격제원에 의해 회로정수가 결정되기까지의 조건과 과정 및 관련 식들을 해석하였다.
모의 기관실이 갖는 각종 전동기의 특성이 기존 시뮬레이터에서 제대로 구현되지 못하는 이유는? 이와 같이 전기 부하에서 가장 큰 비중을 차지하는 유도전동기의 모델링이 제대로 설계되지 않으면 전동기 운전의 기대 특성 뿐 아니라 결합된 보기에서의 과도응답 역시 왜곡되므로 시뮬레이터로서의 모의 성능이 제한적일 수밖에 없다. 한편, 모의 기관실이 갖는 각종 전동기의 특성이 기존 시뮬레이터들에서 제대로 구현되지 못하는 이유는 대상 전동기가 다수인 반면 이들을 효율적이고 간편하게 모델링 할 수 있는 도구가 마땅히 없다는 점에서 찾을 수 있다.
기관실 시뮬레이터에서 3상유도전동기에 대한 모델링을 단순하게 처리하는 경우 어떤 문제가 발생하는가? 기관실 시뮬레이터에서 3상유도전동기에 대한 모델링을 단순하게 처리하는 경우에는 왜곡된 특성에 의해 각종 전기 기계적 모의 성능 수준이 크게 저하된다. 한편, 전동기 특성을 1, 2차 측 파라미터로 구분하는 기존의 등가회로 방식들은 복잡한 실험을 거치거나 상세 기술 자료가 확보되지 않고는 현장 전동기에 대한 회로에서의 파라미터 값들을 확정하지 못한다는 점에서 정격제원 정도만 주어지는 기관실 시뮬레이터의 개발 작업 환경에서는 사용할 수가 없다.
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참고문헌 (10)

  1. Manuals and Diagrams of Engine Room Simulator(Kongsberg System), 2000. 

  2. Manuals and Diagrams of Engine Room Simulator(Transas System), 2010. 

  3. Emmanuel Delaleau, and Aleksandar M. Stankovi, "Modeling and simulation of the induction motor with positiondependent load torque", Proceedings of the 42nd IEEE Conference on Decision and Control, pp. 6212-6217, 2003. 

  4. Luo X., Liao Y., Toliyat H.A., El-Antably A. and Lipo T.A., "Multiple coupled circuit modeling of induction machines", IEEE Transaction on Industry Applications, vol. 31, no.2, pp. 311-318, 1995. 

  5. Gastli, A., "Identification of induction motor equivalent circuit parameters using the single-phase test", IEEE Trans. Energy Convers.,14, (1), pp. 51-56, 1999. 

  6. Jacobina, C.B., Filho, Chaves, and Lima, Nogueira, "Estimating the parameters of induction machines at standstill", IEEE Trans. Energy Convers.,17, (1), pp. 85-89, 2002. 

  7. Willis, J.R., Brock, G.J., and Edmonds, J.S., "Derivation of induction motor models from standstill frequency response tests", IEEE Trans. Energy Convers., 4, (4), pp. 608-615, 1989. 

  8. G. R. Slemon,"Modelling Induction Machines for Electric Drives," IEEE Trans. on Industry Applications, Vol.25, No. 6, pp. 1126-1131, 1989. 

  9. P. Zhou, S. Stanton and Z.J. Cendes, "Dynamic modeling of three phase and single phase induction motors," Proceedings of IEEE International Electric Machines and Drives Conference, pp. 556-558, 1999. 

  10. LIPO, T.A. and CONSOLI, A., "Modeling and simulation of induction motors with saturable leakage reactances", IEEE Transactions on industry Applications, vol. 20, no.1, pp.180-189, 1984. 

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