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KR20190099861A - 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체 - Google Patents

3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체 Download PDF

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Publication number
KR20190099861A
KR20190099861A KR1020180019870A KR20180019870A KR20190099861A KR 20190099861 A KR20190099861 A KR 20190099861A KR 1020180019870 A KR1020180019870 A KR 1020180019870A KR 20180019870 A KR20180019870 A KR 20180019870A KR 20190099861 A KR20190099861 A KR 20190099861A
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KR
South Korea
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damper bar
synchronizer
phase
fault
preset
Prior art date
Application number
KR1020180019870A
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English (en)
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KR102028710B1 (ko
Inventor
이상빈
양찬승
박상욱
알폰소 안토니노-데이비우 호세
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록매체가 개시된다. 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템은 자속 측정부, 주파수 분석부, 댐퍼 바 진단부를 포함한다. 자속 측정부는 3상 교류 돌극형 동기기의 회전자와 고정자 사이의 공극에서의 자속을 측정하고, 주파수 분석부는 측정된 자속의 크기를 주파수에 대응하여 산출하며, 댐퍼 바 진단부는 산출된 자속의 크기가 미리 설정된 진단 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값보다 커지는 경우 3상 교류 돌극형 동기기 댐퍼 바가 고장이라고 진단한다. 이때, 진단 주파수 대역(fdamper)은
Figure pat00015
의 수학식에 의해 산출되며, fs는 동기기의 전원 주파수, p는 동기기의 회전자 극쌍수, s는 동기기의 슬립, k는 2p의 배수를 제외한 양의 정수이다.

Description

3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체 {SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING DAMPER BAR BREAKAGE OF 3-PHASE SALIENT POLE SYNCHRONOUS MACHINES}
본 발명은 전력 기기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동기나 발전기와 같은 동기기의 결함을 진단하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
발전기의 95%를 차지하고 있는 동기 발전기의 1/3은 댐퍼 바를 구비하고 있으며, 고압 전동기의 5-10%를 차지하는 동기 전동기는 대부분이 댐퍼 바를 구비하고 있다. 도 1은 댐퍼 바가 구비된 동기기 회전자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
3상 교류 동기 전동기의 동작을 위해서는 고정자의 3상 권선에 전기적으로 120°의 위상차를 가지는 3상 전압 또는 전류를 인가하며, 이 경우 입력되는 전원의 주파수에 따라 일정한 속도로 회전하는 회전 자계가 만들어진다. 도 2는 3상 교류 전동기에서 발생하는 고정자 자속을 도시한 개략적인 도면이다.
댐퍼 바는 서로 모두 단락이 된 도체 구조로서, 고정자 권선이 만들어내는 회전 자계에 의해 댐퍼 바에 발생된 전류로 인해 전동기의 기동 토크를 발생시켜 전동기의 기동을 가능하게 해 준다. 댐퍼 바는 전동기의 기동 외에도 속도를 유지시켜 전동기의 회전을 안정시키는 역할도 수행한다.
댐퍼 바는 동기 전동기의 기동을 위해 꼭 필요하다. 그런데 직립 기동을 반복하게 되면 댐퍼 바가 끊어지는 현상이 흔히 발생한다. 댐퍼 바는 큰 기동 전류를 감당해야 하고 고속 회전을 해야 하기 때문에, 댐퍼 바에 열수축 팽창과 원심력에 의한 스트레스로 금이 가거나 부러지는 경우가 발생하는 것이다.
이러한 결함은 작게는 기동 토크가 작아지는 현상을 일으키지만 점차 기기의 효율을 떨어뜨리고 더 나아가서는 기기의 기동 자체가 되지 않는 현상까지 야기하게 된다. 고장이 있을 경우 충분한 전류가 유기되지 않아 기동 시 토크가 약해지거나 혹은 기동을 하지 못하게 되는 것이다.
그런데 이와 같이 예기치 못한 전동기의 고장은 큰 경제적 손실을 야기하게 된다. 보통 전동기가 기동이 되지 않으면 그때서야 고장 사실을 알게 되고, 수리 후에 사용할 수 있기 때문에, 경우에 따라서는 전동기 정지로 인해 막대한 비용의 손해가 발생하게 되는 것이다.
그렇지만, 아직까지 동기기의 댐퍼 바를 진단하기 위한 어떠한 상용화된 진단 방법도 존재하지 않으며, 단지 내시경을 이용하여 직접 전동기(motor)나 발전기(generator)의 내부를 살펴 댐퍼 바의 고장 여부를 관찰하거나, 전동기 분해 후에 육안으로 확인하는 방법 등을 대부분 사용하고 있다.
댐퍼 바 고장 여부를 진단하는 기술을 다룬 논문으로는 “H.C. Karmaker, “Broken damper bar detection studies using flux probe measurements and time-stepping finite element analysis for salient-pole synchronous machines”, 4th IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives, 2003. SDEMPED 2003.” 가 있으며, 여기서는 아주 초보적인 전류 모니터링 기법을 사용하고 있다.
회전자의 댐퍼 바가 부러지게 되면, salient-pole synchronous machine의 airgap flux와 current 분포가 기동 중에 변화하게 된다. 댐퍼 바를 부러뜨리게 되면 해당하는 pole의 댐퍼 바들에 흐르는 전류가 줄어들어 정상 상태와 비교했을 때 각 pole의 댐퍼 바에 흐르는 전류를 측정하여 평균을 구한 값이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
따라서 Flux probe를 stator bore surface에 설치하면 댐퍼 바가 부려졌는지 online monitoring을 할 수 있다. 이는 아주 초보적인 기술로 민감도가 많이 떨어지는 문제점이 있어 현장에서는 사용되지 않고 있다.
한편, 동기기의 회전자는 그 형태에 따라 돌극형(salient pole) 회전자와 원통형(cylindrical) 회전자로 분류될 수 있다. 도 3 및 도 4는 각각 돌극형 회전자와 실린더형 회전자를 가지는 동기 전동기의 구조를 도시한 개략적인 도면이다. 그런데 돌극형 전동기는 돌극의 영향 때문에 원통형(Cylindrical rotor) 전동기에 비해 전동기의 결함을 진단하기가 더욱 어려운 문제가 있다.
KR 100928536 B1 US 20150088444 A1
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 동기 전동기나 발전기와 같은 3상 교류 동기기, 특히 돌극형 동기기의 댐퍼 바 결함을 진단하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템은 자속 측정부, 주파수 분석부, 댐퍼 바 진단부를 포함한다. 자속 측정부는 3상 교류 돌극형 동기기의 회전자와 고정자 사이의 공극에서의 자속을 측정하고, 주파수 분석부는 측정된 자속의 크기를 주파수에 대응하여 산출하며, 댐퍼 바 진단부는 산출된 자속의 크기가 미리 설정된 진단 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값보다 커지는 경우 3상 교류 돌극형 동기기 댐퍼 바가 고장이라고 진단한다.
이때, 진단 주파수 대역(fdamper)은
Figure pat00001
의 수학식에 의해 산출되며, fs는 상기 동기기의 전원 주파수, p는 상기 동기기의 회전자 극쌍수, s는 상기 동기기의 슬립, k는 2p의 배수를 제외한 양의 정수이다. 여기서 동기기의 슬립은 회전자 속도와 회전자계의 속도(동기속도)와의 차이를 회전자계의 속도(동기속도)로 나눈 값이다.
이와 같은 구성에 의하면, 동기기에 일반적으로 설치된 자속 센서에 의해 측정된 자속을 이용하여 용이하게 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장을 진단할 수 있게 된다.
또한, 댐퍼 바의 진단은 미리 설정된 기동 시간에 대해 수행될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 큰 댐퍼 바 전류가 유기되는 동기기 기동 시간에 대해 댐퍼 바의 진단을 수행함으로써 댐퍼 바의 고장으로 인한 전기-자기적 불평형 진단이 더욱 용이해 진다.
또한, 본 발명에 따른 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템은 전류 측정부, 특징값 산출부, 및 고장 진단부를 포함한다. 전류 측정부는 3상 교류 돌극형 동기기의 고정자 전류를 측정하고, 특징값 산출부는 미리 설정된 고장 주파수 대역에서의 동기기의 저항, 리액턴스, 임피던스 중 하나 이상의 특징값을 산출하며, 고장 진단부는 산출된 특징값을 미리 설정된 고장 기준 특징값과 비교하여 댐퍼 바의 고장 여부를 진단한다. 이때, 고장 주파수 대역(fd)은
Figure pat00002
의 수학식에 의해 산출되며, s는 동기기의 슬립, fs는 동기기의 전원 주파수이다.
이와 같은 구성에 의하면, 동기기에 일반적으로 설치된 전류 센서에 의해 측정된 전류를 이용하여 용이하게 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장을 진단할 수 있게 된다.
또한, 산출된 특징값과 미리 설정된 개수 기준 특징값을 비교하여 댐퍼 바의 고장 개수를 산출하는 고장 개수 산출부를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 동기기에 설치된 전류 센서를 이용하여 측정된 전류를 이용하여 용이하게 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 여부는 물론 고장난 댐퍼 바의 개수까지 파악할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템은 전류 측정부, 벡터합 산출부, 및 고장 진단부를 포함한다. 전류 측정부는 3상 교류 돌극형 동기기의 고정자 전류를 측정하고, 벡터합 산출부는 미리 설정된 고장 주파수 대역에서 고정자 전류의 3상 벡터합을 산출하며, 고장 진단부는 산출된 벡터합과 미리 설정된 고장 기준 특징값을 비교하여 댐퍼 바의 고장 여부를 진단한다. 이때, 고장 주파수 대역(fd)은
Figure pat00003
의 수학식에 의해 산출되며, s는 동기기의 슬립, fs는 동기기의 전원 주파수이다.
이와 같은 구성에 의해서도, 동기기에 일반적으로 설치된 전류 센서에 의해 측정된 전류를 이용하여 용이하게 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장을 진단할 수 있게 된다.
아울러, 상기 시스템을 방법의 형태로 구현한 발명과 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체가 함께 개시된다.
본 발명에 의하면, 동기기에 계자권선 단락의 진단을 위해 설치되는 자속 센서에 의해 측정된 자속을 이용하여 용이하게 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장을 진단할 수 있게 된다.
또한, 동기기에 설치된 전류 센서를 이용하여 측정된 전류를 이용하여 용이하게 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 여부는 물론 고장난 댐퍼 바의 개수까지 파악할 수 있게 된다.
또한, 큰 댐퍼 바 전류가 유기되는 동기기 기동 시간에 대해 댐퍼 바의 진단을 수행함으로써 댐퍼 바의 고장으로 인한 전기-자기적 불평형 진단이 용이해 진다.
또한, 동기기에 일반적으로 설치된 전류 센서에 의해 측정된 전류를 이용하여 용이하게 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장을 진단할 수 있게 된다.
도 1은 댐퍼 바가 구비된 동기기 회전자의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 3상 교류 전동기에서 발생하는 고정자 자속을 도시한 개략적인 도면.
도 3 및 도 4는 각각 돌극형 회전자와 실린더형 회전자를 가지는 동기 전동기의 구조를 도시한 개략적인 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템의 개략적인 블록도.
도 6 및 도 7은 3상 4극 돌극형 동기 전동기의 공극 자속의 시간-주파수 분석 파형을 정상과 결함 전동기에 대해 각각 도시한 도면.
도 8은 슬립 변화에 따라 변화하는 진단 주파수 대역을 4극 전동기를 예를 들어 나타낸 표이다.
도 9 및 도 10은 각각 저항과 리액턴스를 시간과 주파수에 대해 도시한 도면.
도 11 및 도 12는 댐퍼바 0, 1, 2, 3개의 고장이 있는 동기기에 대해 동기기의 저항과 리액턴스의 2s*f 주파수 성분의 최대(max)값을 취하여 플롯(plot)한 결과를 도시한 그래프이다.
도 11 및 도 12는 댐퍼바 0, 1, 2, 3개의 고장이 있는 동기기에 대해 동기기의 저항과 리액턴스의 2s*f 주파수 성분의 최대(max)값을 취하여 플롯(plot)한 결과를 도시한 그래프이다.
도 13 내지 도 15는 각각 댐퍼 바가 0, 1, 2개 부러진 경우 시간에 따라 변화하는 주파수 응답의 그래프.
도 16은 고장 주파수 대역에서의 3상 전류의 벡터합을 도시한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템의 개략적인 블록도이다. 도 5에서 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템(100)은 자속 측정부(110), 주파수 분석부(120), 전류 측정부(130), 특징값 산출부(140), 벡터합 산출부(150), 및 고장 진단부(160)를 포함한다.
도 5에서, 고장 진단 시스템(100)에는 자속 측정부(110)와 전류 측정부(120)가 모두 포함되어 있으나, 자속 측정부(110)와 전류 측정부(120)는 선택적으로 포함될 수 있다. 또한, 도 5에는 전류 측정부(120)만 도시되어 있으나, 고정자 전류의 전압을 측정하기 위한 별도의 전압 측정부(미도시)가 더 포함될 수도 있다.
도 5에서 3상 교류 돌극형 동기기 고장 진단 시스템(100)의 각 구성들은 하드웨어로만 구현할 수도 있겠으나, 하드웨어 및 하드웨어상에서 동작하는 소프트웨어로 함께 구현되는 것이 일반적일 것이다.
자속 측정부(110)는 3상 교류 돌극형 동기기의 회전자와 고정자 사이의 공극에서의 자속을 측정한다. 이때, 자속 측정을 위한 자속 센서는 전동기의 내부의 축 방향(axial direction), 반경 방향(radial direction), 회전 방향 (circumferential direction)의 자속을 측정할 수 있다.
주파수 분석부(120)는 측정된 자속의 크기를 주파수에 대응하여 산출하고, 고장 진단부(160)는 산출된 자속의 크기가 미리 설정된 진단 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값보다 커지는 경우 3상 교류 돌극형 동기기 댐퍼 바가 고장이라고 진단한다.
이때, 진단 주파수 대역(fdamper)은
Figure pat00004
의 수학식에 의해 산출되며, fs는 상기 동기기의 전원 주파수, p는 상기 동기기의 회전자 극쌍수, s는 상기 동기기의 슬립, k는 2p의 배수를 제외한 양의 정수이다.
또한, 이때의 미리 설정된 기준값은 사용자 등에 의해 미리 설정된 값으로서, 예를 들어, 정상 상태일 때의 진단 주파수 대역에서의 주파수 응답일 수 있다.
예를 들어 설명하자면, 극쌍수(pole pair)가 p인 돌극형 동기 전동기의 경우, 전동기가 운전함에 따라 회전자 결함(편심 또는 댐퍼 바 결함, 계자 권선 결함 등), 또는 부하 결함(불평형, 오정렬, 편심 등)이 있을 경우 식 (1)과 같은 회전자 회전 성분(rotor rotational frequency) fr의 토크 맥동이 발생한다.
Figure pat00005
(1)
여기서, k는 양의 정수이며, s는 전동기의 슬립(동기 속도-회전자 속도)/동기 속도), p는 전동기의 극쌍수, fs는 전원의 주파수(60Hz)이다. 일반적으로 진동을 분석하면 이 성분이 나타나며, 전류나 자속의 주파수 스펙트럼을 분석할 경우, 식(2)에 보인 것과 같이 전원 주파수의 사이드밴드(sideband)로 나타나게 된다.
Figure pat00006
(2)
돌극형 전동기의 특성상 P(=2p)극 전동기의 경우, k는 2p의 배수 성분이 돌극형 회전자로 인해 결함과 관계없이 진동이나 전류에 유기된다. 예를 들어, 4극 (p=2) 전동기의 경우 k= 4, 8, 12,… 성분이 항상 유기된다.
자속 센서를 한 개 설치하면 P(=2p)극 전동기의 경우, k는 P의 배수 성분이 돌극 회전자로 인해 결함과 관계없이 자속 신호에 유기된다. 댐퍼 바 결함이 있을 경우, 전류, 진동, 자속 신호에서 모든 양의 정수 k에서 대해 성분이 유기되는 것을 감안하면 댐퍼 바 결함을 진단할 수 있다.
한편, 댐퍼 바의 진단은 미리 설정된 기동 시간에 대해 수행될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 큰 댐퍼 바 전류가 유기되는 동기기 기동 시간에 대해 댐퍼 바의 진단을 수행함으로써 댐퍼 바의 고장으로 인한 전기-자기적 불평형 진단이 더욱 용이해 진다.
댐퍼 바 고장 성분이 동기기 기동 중에 특히 민감하게 나타나기 때문이며, 이 성분의 증가는 동기기의 기동 중은 물론 운전 중에도 관찰할 수 있다. 하나의 예로, 3상 4극 돌극형 동기 전동기의 기동과 정상 상태에서 공극 자속의 시간-주파수 분석 파형을 정상과 결함 전동기에 대해 각각 도 6 및 도 7에 나타내었다.
도 6 및 도 7은 3상 4극 돌극형 동기 전동기의 공극 자속의 시간-주파수 분석 파형을 정상과 결함 전동기에 대해 각각 도시한 도면이고, 도 8은 슬립 변화에 따라 변화하는 진단 주파수 대역을 4극 전동기를 예로 나타낸 표이다.
도 6 및 도 7에서, 기동 중(1-3초)과 운전 중(3.5초 이후)에 다른 성분이 나타남을 확인할 수 있다. 예시의 전동기는 4극 전동기로 결함 유무와 관계없이 k=4, 8, 12, 16,… 인 경우에 대해 모든 성분이 기동과 운전 중에 나타나지만, 이를 제외한 k=1, 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11,… 의 성분들은 결함 전동기에서만 나타나거나 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
이 성분들은 특히 기동 중에 두드러지게 증가하는 것을 알 수 있으며, 자속, 전류, 그리고 진동 신호에서 이 성분들을 관찰하면 댐퍼 바의 결함 여부를 신뢰성 있게 관찰할 수 있게 된다.
전류 측정부(130)는 3상 교류 돌극형 동기기의 고정자 전류를 측정하고, 특징값 산출부(140)는 미리 설정된 고장 주파수 대역에서의 동기기의 저항, 리액턴스, 임피던스 중 하나 이상의 특징값을 산출한다. 이때, 고장 주파수 대역(fd)은
Figure pat00007
의 수학식에 의해 산출되며, s는 동기기의 슬립, fs는 동기기의 전원 주파수이다. 댐퍼 바에 고장이 발생하는 경우, 슬립 주파수의 2배에 해당하는 사이드밴드 성분이 전류, 자속 스펙트럼에 나타나기 때문이다.
이 경우, 고장 진단부(160)는 산출된 특징값을 미리 설정된 고장 기준 특징값과 비교하여 댐퍼 바의 고장 여부를 진단한다. 이때, 고장 기준 특징값은 사용자등에 의해 미리 설정된 값으로서, 예를 들어, 정상 상태에서의 동기기의 저항, 리액턴스, 임피던스 중의 하나 이상일 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 동기기에 일반적으로 설치된 전류 센서에 의해 측정된 전류를 이용하여 용이하게 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장을 진단할 수 있게 된다.
또한, 고장 진단부(160)는 산출된 특징값과 미리 설정된 개수 기준 특징값을 비교하여 댐퍼 바의 고장 개수를 산출할 수 있다. 미리 설정된 개수 기준 특징값 역시 사용자 등에 의해 미리 설정된 값으로서, 예를 들어, 각각의 고장 개수에 대응하여 설정된 동기기의 저항, 리액턴스, 임피던수 중 하니 이상일 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 동기기에 설치된 전류 센서를 이용하여 측정된 전류를 이용하여 용이하게 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 여부는 물론 고장난 댐퍼 바의 개수까지 파악할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 동기기의 고정자에 인가되는 전압과 전류를 이용하여 모터의 Resistance(R)와 Reactance(X)를 구해낼 수 있다. 회전자의 댐퍼 바(Damper Bar)가 부러지게 되면 저항 R과 리액턴스 X를 도 9 및 도 10과 같이 STFT를 통해 플롯(plot)할 수 있다. 도 9 및 도 10은 각각 저항과 리액턴스를 시간과 주파수에 대해 도시한 도면이다.
DC 값을 제외했을 때 두드러지게 나타나고 있는 2s*f 성분은 부러진 Bar의 개수가 증가함에 따라 R과 X가 증가하는 경향을 보인다. 다시 말해, R과 X의 크기 증가를 통해 댐퍼 바(Damper Bar)의 부러짐 여부를 판단할 수 있다. 도 11 및 도 12는 동기기의 저항과 리액턴스의 2s*f 주파수 성분의 max값을 취하여 플롯(plot)한 결과를 도시한 그래프이다.
벡터합 산출부(150)는 미리 설정된 고장 주파수 대역에서 고정자 전류의 3상 벡터합을 산출하며, 이때, 고장 진단부(160)는 산출된 벡터합과 미리 설정된 고장 기준 특징값을 비교하여 댐퍼 바의 고장 여부를 진단한다. 이때, 고장 주파수 대역(fd)은
Figure pat00008
의 수학식에 의해 산출되며, s는 동기기의 슬립, fs는 동기기의 전원 주파수일 수 있다.
보다 구체적으로, 고정자에 흐르는 3상 전류의 벡터합을 구하여 도 13 내지 도 15에 도시된 3개의 plot과 같이 STFT를 할 수 있다. 도 13 내지 도 15는 각각 댐퍼 바가 0, 1, 2개 부러진 경우 시간에 따라 변화하는 주파수 응답의 그래프이다.
그리고 이 STFT에서 두드러지게 나타나는 (1-2s)fs성분의 최대(maximum)값을 트래킹하면 도 16에 도시된 플롯(plot)을 얻을 수 있다. 도 16은 고장 주파수 대역에서의 3상 전류의 벡터합을 도시한 그래프이다. 도 16에서 플롯(Plot)한 것을 보면 댐퍼 바의 부러진 개수가 증가함에 따라 전류를 STFT한 값의 크기가 증가하는 것을 쉽게 확인할 수 있다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.
100: 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템
110: 자속 측정부
120: 주파수 분석부
130: 전류 측정부
140: 특징값 산출부
150: 벡터합 산출부
160: 고장 진단부

Claims (13)

  1. 3상 교류 돌극형 동기기의 회전자와 고정자 사이의 공극에서의 자속을 측정하는 자속 측정부;
    상기 자속의 크기를 주파수에 대응하여 산출하는 주파수 분석부; 및
    미리 설정된 진단 주파수 대역에서 상기 산출된 자속의 크기가 미리 설정된 기준값보다 커지는 경우 상기 3상 교류 돌극형 동기기 댐퍼 바가 고장이라고 진단하는 고장 진단부를 포함하며,
    상기 진단 주파수 대역(fdamper)은
    Figure pat00009
    의 수학식에 의해 산출되며, fs는 상기 동기기의 전원 주파수, p는 상기 동기기의 회전자 극쌍수, s는 상기 동기기의 슬립, k는 2p의 배수를 제외한 양의 정수인 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 댐퍼 바의 진단은 미리 설정된 기동 시간에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템.
  3. 3상 교류 돌극형 동기기의 고정자 전류를 측정하는 전류 측정부;
    미리 설정된 고장 주파수 대역에서의 상기 동기기의 저항, 리액턴스, 임피던스 중 하나 이상의 특징값을 산출하는 임피던스 산출부; 및
    상기 산출된 특징값과 미리 설정된 고장 기준 특징값을 비교하여 상기 댐퍼 바의 고장 여부를 진단하는 고장 진단부를 포함하며,
    상기 고장 주파수 대역(fd)은
    Figure pat00010
    의 수학식에 의해 산출되며, s는 상기 동기기의 슬립, fs는 상기 동기기의 전원 주파수인 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고장 진단부는 상기 특징값과 미리 설정된 개수 기준 특징값을 비교하여 상기 댐퍼 바의 고장 개수를 더 산출하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템.
  5. 3상 교류 돌극형 동기기의 고정자 전류를 측정하는 전류 측정부;
    미리 설정된 고장 주파수 대역에서 상기 고정자 전류의 3상 벡터합을 산출하는 벡터합 산출부; 및
    상기 벡터합과 미리 설정된 고장 기준 특징값을 비교하여 상기 댐퍼 바의 고장 여부를 진단하는 고장 진단부를 포함하며,
    상기 고장 주파수 대역(fd)은
    Figure pat00011
    의 수학식에 의해 산출되며, s는 상기 동기기의 슬립, fs는 상기 동기기의 전원 주파수인 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고장 진단부는 상기 벡터합과 미리 설정된 개수 기준 특징값을 비교하여 상기 댐퍼 바의 고장 개수를 더 산출하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템.
  7. 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템이 수행하는 고장진단 방법으로서,
    3상 교류 돌극형 동기기의 회전자와 고정자 사이의 공극에서의 자속을 측정하는 자속 측정 단계;
    상기 자속의 크기를 주파수에 대응하여 산출하는 주파수 분석 단계; 및
    상기 산출된 자속의 크기가 미리 설정된 진단 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값보다 커지는 경우 상기 3상 교류 돌극형 동기기 댐퍼 바가 고장이라고 진단하는 고장 진단 단계를 포함하며,
    상기 진단 주파수 대역(fdamper)은
    Figure pat00012
    의 수학식에 의해 산출되며, fs는 상기 동기기의 전원 주파수, p는 상기 동기기의 회전자 극쌍수, s는 상기 동기기의 슬립, k는 2p의 배수를 제외한 양의 정수인 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 댐퍼 바의 진단은 미리 설정된 기동 시간에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템.
  9. 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템이 수행하는 고장진단 방법으로서,
    3상 교류 돌극형 동기기의 고정자 전류를 측정하는 전류 측정 단계;
    미리 설정된 고장 주파수 대역에서의 상기 동기기의 저항, 리액턴스, 임피던스 중 하나 이상의 특징값을 산출하는 특징값 산출 단계; 및
    상기 특징값을 미리 설정된 고장 기준 임피던스와 비교하여 상기 댐퍼 바의 고장 여부를 진단하는 고장 진단 단계를 포함하며,
    상기 고장 주파수 대역(fd)은
    Figure pat00013
    의 수학식에 의해 산출되며, s는 상기 동기기의 슬립, fs는 상기 동기기의 전원 주파수인 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고장 진단 단계는 상기 특징값과 미리 설정된 개수 기준 특징값을 비교하여 상기 댐퍼 바의 고장 개수를 더 산출하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 방법.
  11. 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템이 수행하는 고장진단 방법으로서,
    3상 교류 돌극형 동기기의 고정자 전류를 측정하는 전류 측정 단계;
    미리 설정된 고장 주파수 대역에서 상기 고정자 전류의 3상 벡터합을 산출하는 벡터합 산출 단계; 및
    상기 벡터합과 미리 설정된 고장 기준 특징값을 비교하여 상기 댐퍼 바의 고장 여부를 진단하는 고장 진단 단계를 포함하며,
    상기 고장 주파수 대역(fd)은
    Figure pat00014
    의 수학식에 의해 산출되며, s는 상기 동기기의 슬립, fs는 상기 동기기의 전원 주파수인 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 고장 진단 단계는 상기 벡터합과 미리 설정된 개수 기준 특징값을 비교하여 상기 댐퍼 바의 고장 개수를 더 산출하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 돌극형 동기기의 댐퍼 바 고장 진단 방법.
  13. 청구항 7 내지 청구항 12 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체.

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