운전 중인 유도전동기에 고장이 발생하면, 구동장치 등 전체 시스템에 2차적인 고장을 유발 시킬 수 있다. 이 경우 구동시스템의 신뢰도와 안전성이 저하되고, 경제적인 손실을 초래할 뿐만 아니라, 인명 피해의 위험 등 많은 문제가 발생할 수 있다. 따라서 유도전동기의 고장징후를 조기 감지하여 전체 시스템 고장을 방지할 수 있도록 하는 유도전동기 고장진단 방법이 필요하다. 본 논문은 유도전동기에서 고정자권선의 부분 단락과 회전자 바의 균열이 발생하는 경우, 인버터 입력전류를 분석하여 고장징후를 조기 감지하는 유도전동기 고장진단 방법을 제안한다. 제안한 고장진단 방법은 고정자 전류 3개를 모두 센싱해야 하는 기존 고장진단 방법과 달리, 인버터 입력전류 센서 한 개만으로 유도전동기 고장진단이 가능하다. 또한, 정상전류 주파수성분과 고장전류 주파수성분이 서로 분리되어 나타나는 인버터 입력전류 특성을 통해 기존 고장진단 방법보다 비교적 쉽고 확실한 고장진단이 가능하다. 시뮬레이션을 통하여 제안한 유도전동기 고장진단 방법의 우수성과 유효성을 확인한다.
운전 중인 유도전동기에 고장이 발생하면, 구동장치 등 전체 시스템에 2차적인 고장을 유발 시킬 수 있다. 이 경우 구동시스템의 신뢰도와 안전성이 저하되고, 경제적인 손실을 초래할 뿐만 아니라, 인명 피해의 위험 등 많은 문제가 발생할 수 있다. 따라서 유도전동기의 고장징후를 조기 감지하여 전체 시스템 고장을 방지할 수 있도록 하는 유도전동기 고장진단 방법이 필요하다. 본 논문은 유도전동기에서 고정자권선의 부분 단락과 회전자 바의 균열이 발생하는 경우, 인버터 입력전류를 분석하여 고장징후를 조기 감지하는 유도전동기 고장진단 방법을 제안한다. 제안한 고장진단 방법은 고정자 전류 3개를 모두 센싱해야 하는 기존 고장진단 방법과 달리, 인버터 입력전류 센서 한 개만으로 유도전동기 고장진단이 가능하다. 또한, 정상전류 주파수성분과 고장전류 주파수성분이 서로 분리되어 나타나는 인버터 입력전류 특성을 통해 기존 고장진단 방법보다 비교적 쉽고 확실한 고장진단이 가능하다. 시뮬레이션을 통하여 제안한 유도전동기 고장진단 방법의 우수성과 유효성을 확인한다.
It is well known that since abrupt faults in induction motors tend to lead to subsequent faults and deterioration of the drive apparatus, motor faults may lead to several operating restrictions, such as security problems and economic loss. A lot of research has been done in the area of diagnosis to ...
It is well known that since abrupt faults in induction motors tend to lead to subsequent faults and deterioration of the drive apparatus, motor faults may lead to several operating restrictions, such as security problems and economic loss. A lot of research has been done in the area of diagnosis to detect machine faults and to prevent catastrophic hazards in the motor drive system. This paper presents a new method of motor current signature analysis in which the DC-link current of the inverter-driven induction motor system, where a single current sensor is employed instead of three AC current sensors, is measured, and fast Fourier transform analysis is performed. This proposed method makes it possible to easily discern and clearly separate the motor fault current signature from the normal operation current flowing through the stator and rotor windings.
It is well known that since abrupt faults in induction motors tend to lead to subsequent faults and deterioration of the drive apparatus, motor faults may lead to several operating restrictions, such as security problems and economic loss. A lot of research has been done in the area of diagnosis to detect machine faults and to prevent catastrophic hazards in the motor drive system. This paper presents a new method of motor current signature analysis in which the DC-link current of the inverter-driven induction motor system, where a single current sensor is employed instead of three AC current sensors, is measured, and fast Fourier transform analysis is performed. This proposed method makes it possible to easily discern and clearly separate the motor fault current signature from the normal operation current flowing through the stator and rotor windings.
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문제 정의
본 논문은 기존의 유도전동기 고장진단에 사용되는 MCSA 기법을 이용한 고정자전류 FFT 분석 진단 방법을 사용하지 않고, 인버터 입력전류를 FFT 분석을 통한 고장진단 방법을 제안하였다. 이 방법은 기존 고장진단 방법이 3개의 전류센서를 이용한 것과 달리 한 개의 전류센서를 이용하여 고정자 권선 부분 단락과 회전자 바 균열에 대한 고장진단이 가능하다.
하지만, 이러한 방법은 전류센서 3개를 사용해야 하고, 정상전류 주파수성분 근처에 고장 전류 주파수성분이 존재하므로 고장 판별이 어려운 단점이 있다. 이러한 이유로, 본 논문은 유도전동기에서 흔히 발생하는 고정자 권선 부분 단락과 회전자 바 균열에 대하여 인버터 입력전류 분석을 통하여 진단하는 방법을 제안한다. 제안한 고장진단 방법은 인버터 입력전류만 센싱하면 되므로 전류센서를 한 개로 줄일 수 있다.
제안 방법
3장에서 제안한 인버터 입력전류를 이용한 유도전동기 고장진단 방법을 이용하여 권선 부분단락 고장과 회전자 바 균열 고장을 판별하고, 기존 고정자전류를 통한 고장진단 방법과 비교한다. 시뮬레이션 상황은 첫 번째로, 정상동작 시 유도전동기 고정자전류와 인버터 입력 전류의 FFT 분석 결과를 보여준다.
성능/효과
0~200Hz 범위에서 인버터 입력전류를 FFT 분석해 보면 정상동작시와 같이 직류성분이 나타나는 것을 볼 수 있고, 2(1–s)fS에 회전자 바 균열 고장전류 성분이 검출됨을 알 수 있다.
시뮬레이션 상황은 첫 번째로, 정상동작 시 유도전동기 고정자전류와 인버터 입력 전류의 FFT 분석 결과를 보여준다. 두 번째로, 유도전동기에 고정자 권선 부분단락 고장이 발생했을 때 유도전동기 고정자전류와 인버터 입력전류 FFT 분석 결과를 보여준다. 세 번째로, 회전자 바 균열 고장이 발생했을 때 유도전동기 고정자전류와 인버터 입력전류 FFT 분석 결과를 보여준다.
두 번째로, 유도전동기에 고정자 권선 부분단락 고장이 발생했을 때 유도전동기 고정자전류와 인버터 입력전류 FFT 분석 결과를 보여준다. 세 번째로, 회전자 바 균열 고장이 발생했을 때 유도전동기 고정자전류와 인버터 입력전류 FFT 분석 결과를 보여준다. 각 시뮬레이션의 인버터 입력전류는 정상전류와 고장전류 주파수 영역인 0~200Hz를 보기 위하여 1kHz 차단주파수를 갖는 저역통과필터를 거친 파형이다.
이 방법은 기존 고장진단 방법이 3개의 전류센서를 이용한 것과 달리 한 개의 전류센서를 이용하여 고정자 권선 부분 단락과 회전자 바 균열에 대한 고장진단이 가능하다. 시뮬레이션을 통하여 본 논문이 제안한 유도전동기 고장진단 방법의 우수성과 유효성을 증명하였다.
이러한 이유로, 본 논문은 유도전동기에서 흔히 발생하는 고정자 권선 부분 단락과 회전자 바 균열에 대하여 인버터 입력전류 분석을 통하여 진단하는 방법을 제안한다. 제안한 고장진단 방법은 인버터 입력전류만 센싱하면 되므로 전류센서를 한 개로 줄일 수 있다. 또한, 정상전류 주파수성분과 고장전류 주파수성분이 서로 분리되어 나타나는 인버터 입력전류 특성을 통해 쉽게 고장진단이 가능하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유도전동기의 고장진단을 위해 사용하는 온도, 진동 감시 기법의 한계는 무엇인가?
일반적으로 유도전동기의 고장진단을 위하여 온도, 진동, 전기적 감시기법 등이 사용되고 있다[2-5]. 온도나 진동 감시 기법이 기기의 상태를 평가하기 위하여 사용 되고 있지만 감지기기 자체의 고장이 일어나기 쉽고, 비용이 비싸기 때문에 전기적인 고장을 진단하는데 제한이 있다[3]. 최근에는 공극의 자속 변화를 이용하여 진단하는 방법이 연구 되었으나 공극 자속 측정을 위해서는 유도전동기의 고정자 슬롯에 자속을 측정할 수 있는 센서를 삽입해야 하므로 운전 중인 유도전동기의 진단에는 적합하지 않다[4].
유도전동기의 고장 발생 후 유지 보수하는 방법의 문제점은 무엇인가?
유도전동기는 대용량 구성이 용이하고 토크 및 속도 제어를 위한 구동장치 비용이 저렴하다는 장점 때문에 폭넓게 사용되고 있다. 유도전동기의 고장 발생 후 유지 보수하는 방법은 구동장치를 사용하는 전체 시스템에 대한 신뢰도 및 안전성을 저하시키고, 경제적인 손실을 초래할 뿐만 아니라, 인명 피해의 위험 등 많은 문제를 발생시킬 수 있다. 이러한 이유로, 유도전동기의 고장징후를 조기 감지하여 고장발생 전 유지 보수를 통하여 예방 정비가 이루어질 수 있도록 하는 고장진단 방법이 필요 하다.
MCSA 기법이란 무엇인가?
또한, 임의의 시그널을 발생시켜 그 변화 추이를 측정하여 고장을 진단하는 시그널 인젝션 방법이 연구되었지만, 고정자 전류에 고조파를 발생시키는 등 문제점을 가지고 있다[5]. 반면에, MCSA(motor current signature analysis) 기법은 운전 중인 유도전동기의 전류 신호를 간단하게 측정하여 유도전동기 고장진단이 가능한 방법이다[6-8].
참고문헌 (8)
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C. Concari, G. Franceschini, and C. Tassoni, "Differential diagnosis based on multivariable monitoring assess induction machines rotor conditions," IEEE Trans. Ind. Electron, vol. 55, no. 12, pp. 4156-4166, Dec. 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2008.2003212
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I. Georgakopoulos, E. Mitronikas, and A. Safacas, "Detection of induction motor faults in inverter drives using inverter input current analysis," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 9, pp. 4365-4373, Sep. 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2010.2093476
J. Faiz, V. Ghorbanian, and B. M. Ebrahimi, "EMD-based analysis of industrial induction motors with broken rotor bars for identification of operating point at different supply modes," IEEE Trans. Ind. Informat, vol. 10, no. 2, pp. 957-966, May 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TII.2013.2289941
B. Xu, L. Sun, L. Xu, and G. Xu,"Improvement of the Hilbert method via ESPRIT for detecting rotor fault in induction motors at low slip," IEEE Trans. Energy Convers, vol. 28, no. 1, pp. 225-233, Mar. 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TEC.2012.2236557
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