본 연구에서는 진공 차단기(Vacuum circuit breaker)의 동적 특성을 모사하기 위해 리커다인을 이용한 다물체 동역학 해석 모델이 개발 되었다. 진공 차단기는 VI(Vacuum interrupter)를 포함한 3 개의 주회로 부와, 구동 메커니즘을 포함한 기구부로 구성된다. 이 해석적 모델의 검증을 위해, 해석 결과와 실측을 통한 실험적 결과를 비교 하였다. 일반적으로, 원활한 사고 전류 차단을 위해서는 0.9~1.1m/s 의 차단속도(Opening velocity)가 필요하다. 차단 속도의 향상을 위해, 다구찌 기법을 이용하여 진공 차단기의 설계 변수최적화를 수행하였다. 또한 향상된 차단기의 동적 특성을 검증하기 위해, 해석 결과와 개선된 샘플의 실험적 결과를 비교 분석 하였다.
본 연구에서는 진공 차단기(Vacuum circuit breaker)의 동적 특성을 모사하기 위해 리커다인을 이용한 다물체 동역학 해석 모델이 개발 되었다. 진공 차단기는 VI(Vacuum interrupter)를 포함한 3 개의 주회로 부와, 구동 메커니즘을 포함한 기구부로 구성된다. 이 해석적 모델의 검증을 위해, 해석 결과와 실측을 통한 실험적 결과를 비교 하였다. 일반적으로, 원활한 사고 전류 차단을 위해서는 0.9~1.1m/s 의 차단속도(Opening velocity)가 필요하다. 차단 속도의 향상을 위해, 다구찌 기법을 이용하여 진공 차단기의 설계 변수 최적화를 수행하였다. 또한 향상된 차단기의 동적 특성을 검증하기 위해, 해석 결과와 개선된 샘플의 실험적 결과를 비교 분석 하였다.
In this study, the VCB(Vacuum Circuit Breaker) has been developed using the Recurdyn that is widely used on multibody dynamics analysis. The VCB consists of three main circuits with the VI(Vacuum Interrupter) and the main frame with the operating mechanism. This analytic model is validated by compar...
In this study, the VCB(Vacuum Circuit Breaker) has been developed using the Recurdyn that is widely used on multibody dynamics analysis. The VCB consists of three main circuits with the VI(Vacuum Interrupter) and the main frame with the operating mechanism. This analytic model is validated by comparing the simulation results and the experimental results. Generally, in order to reliably cut off the breaking current, the opening speed of the VCB after contact separation has to be a 0.9~1.1m/s. Therefore, the study of the design parameters of the VCB is needed. To improve the opening velocity, Taguchi design method is applied to optimize the design parameters of a VCB with a lot of linkages. In addition, to evaluate the improvement of the operating characteristics, the simulation results are compared with the Recurdyn and experimental results with improved prototype sample.
In this study, the VCB(Vacuum Circuit Breaker) has been developed using the Recurdyn that is widely used on multibody dynamics analysis. The VCB consists of three main circuits with the VI(Vacuum Interrupter) and the main frame with the operating mechanism. This analytic model is validated by comparing the simulation results and the experimental results. Generally, in order to reliably cut off the breaking current, the opening speed of the VCB after contact separation has to be a 0.9~1.1m/s. Therefore, the study of the design parameters of the VCB is needed. To improve the opening velocity, Taguchi design method is applied to optimize the design parameters of a VCB with a lot of linkages. In addition, to evaluate the improvement of the operating characteristics, the simulation results are compared with the Recurdyn and experimental results with improved prototype sample.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
78m/s 로써 안정적인 차단을 어렵게 만드는 요인으로 작용한다. 따라서 개발된 해석 모델에 다구찌 기법을 적용하여 성능을 개선하고자 한다.
본 연구에서는 이러한 상용 프로그램을 이용하여, 실제 진공 차단기의 동특성을 묘사(simulation)할 수 있는 다물체 동역학 모델(multibody dynamic model)을 구성하였다. 또한, 진공 차단기의 동특성에 영향을 미치는 인자와 수준을 선정하고, 다구찌 기법(Taguchi Method)을 이용하여 진공 차단기의 동특성 개선을 위한 최적 조합을 찾고자 한다.
본 논문에서는 진공 차단기의 동특성 분석을 위해, Recurdyn 을 이용한 다물체 동역학 해석 모델을 개발하였다. 그리고 해석 결과와 실험의 비교를 통하여, 그 동적 모델의 타당성을 검증 하였다.
본 연구에서는 최적화를 위해 진공 차단기의 설계변수들을 각각 Table 2 와 같이 선정하였으며, 인자 들의 최적 조합을 구하고자 한다.
제안 방법
본 논문에서는 진공 차단기의 동특성 분석을 위해, Recurdyn 을 이용한 다물체 동역학 해석 모델을 개발하였다. 그리고 해석 결과와 실험의 비교를 통하여, 그 동적 모델의 타당성을 검증 하였다. 이러한 해석 모델을 기반으로 진공 차단기의 동특성 개선을 위해 다구찌 기법을 적용하여 개선된 시작품을 제작할 수 있었으며, 기존 시작품 대비 차단 속도를 약 22% 개선할 수 있었다.
다구찌 기법의 분석 결과를 통해, 개선된 시작품을 제작하였으며 이를 해석 모델과 비교하였다. Table 3 은 초기 시작품과 개선된 시작품의 해석 및 실험 결과를 나타낸다.
진공 차단기는 압축된 스프링력에 의해 발생하는 Contact force 로 동작되는 부분이 많이 존재하므로, 실제 실험결과가 없으면 가상 모델의 동적 특성에 대한 정당성을 검증하기 어렵다. 따라서, 기존에 제작된 시작품에 대해 실험을 통해 main shaft stroke 특성을 구하고, 이 결과를 이용하여 Recurdyn 해석 모델을 개발하였다. Fig.
특히, 차단기 접점 개극 후 VI stroke 의 20% 까지의 초기 차단 속도는 차단기의 성능에 중요한 영향을 미치므로, 이에 대한 측정이 필요하다. 실 제품에서는 직접 VI 의 차단 속도를 측정하기 어려운 관계로 main shaft 의 회전속도를 접점의 차단 속도로 환산하여 다음과 같이 대략적으로 추정한다.
데이터처리
Table 3 은 다구찌 직교배열표에 따른 Recurdyn 모델의 해석 결과를 나타낸다. 해석 결과는 차단기의 접점 개극 후 20% 지점에 도달하는 시간으로써, 낮을수록 차단기의 평균 속도가 향상 되므로 계량특성치 중 망소특성으로 S/N 비를 계산하였고 각 수준별 평균을 통해 인자의 최적 수준을 구하였다.
이론/모형
본 연구에서는 이러한 상용 프로그램을 이용하여, 실제 진공 차단기의 동특성을 묘사(simulation)할 수 있는 다물체 동역학 모델(multibody dynamic model)을 구성하였다. 또한, 진공 차단기의 동특성에 영향을 미치는 인자와 수준을 선정하고, 다구찌 기법(Taguchi Method)을 이용하여 진공 차단기의 동특성 개선을 위한 최적 조합을 찾고자 한다.
성능/효과
Table 3 은 초기 시작품과 개선된 시작품의 해석 및 실험 결과를 나타낸다. 개선된 시작품의 경우, 해석 모델과 실제 실험 결과가 유사하였으며, 초기 시작품 대비 접점 개극 속도가 약 22% 향상되었다.
Table 1 은 리커다인 해석 모델과, 초기 시작품의 실험적 결과를 나타낸다. 위 결과로부터, 시작품의 접점 개극 속도가 약 0.78m/s 로 나타나며, 원활한 사고 전류 차단을 위해 접점 개극 속도의 개선이 반드시 필요하다.
4 는 리커다인을 통해 개발된 해석 모델과, 초기 시작품의 실험 결과를 나타낸다. 이 결과에서 Recurdyn 해석 모델과 시작품의 main shaft stroke 곡선 결과가 유사하므로 개발된 해석 모델의 정당성을 검증할 수 있다.
그리고 해석 결과와 실험의 비교를 통하여, 그 동적 모델의 타당성을 검증 하였다. 이러한 해석 모델을 기반으로 진공 차단기의 동특성 개선을 위해 다구찌 기법을 적용하여 개선된 시작품을 제작할 수 있었으며, 기존 시작품 대비 차단 속도를 약 22% 개선할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
진공차단기는 어떤 구동 메커니즘을 가지는가?
이러한 진공차단기의 구동메커니즘은 소형 차단기의 개폐 스위치와도 같은 역할을 하는 기구로서 스프링에 미리 충전된 탄성에너지를 링크를 이용한 기구부에서 운동에너지로 변환시켜 접점을 개폐하는 운동을 생성한다.(1~4)
진공 차단기는 어떻게 구성되는가?
진공 차단기는 통전부에 해당하는 주회로(main Circuit)와 주회로 내부 접점을 동작시키는 메커니즘(mechanism)으로 구성된다.
진공 차단기의 동특성 분석을 위해, Recurdyn을 이용한 다물체 동역학 해석 모델을 개발하고 비교 분석한 결과 어떤 효과를 얻을 수 있었는가?
그리고 해석 결과와 실험의 비교를 통하여, 그 동적 모델의 타당성을 검증 하였다. 이러한 해석 모델을 기반으로 진공 차단기의 동특성 개선을 위해 다구찌 기법을 적용하여 개선된 시작품을 제작할 수 있었으며, 기존 시작품 대비 차단 속도를 약 22% 개선할 수 있었다.
참고문헌 (6)
Willis, H. L., 1997, Power Distribution Planning Reference Book, Marcel Dekker, Inc.
Flurscheim, C. H., 1975, Power Circuit Breaker Theory and Design, Short Run Press Ltd.
Greenwood, A., 1994, Vacuum Switchgear, Short Run Press Ltd.
Van Sickle, R. C. and Goodman, T. P., 1953, "Spring Actuated Linkage Analysis to Increase Speed," Product Engineering, Vol. 24, pp. 152-157..
Yang, H. I., Ahn, K.Y., Kim, I. K. and Park, W. J., 2010, "Design of Vacuum Circuit Breaker Using Dynamic Analysis," Conference of KSPE, pp. 891-892.
Yang, H.I., Ahn, K.Y., Yang, S. P., Park, W. J., 2012, "Dynamic Analysis and Design of a Vacuum Circuit Breaker," Conference of KSME, pp. 289-290.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.