KR101474187B1 - 소자의 모니터링 방법 - Google Patents

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Abstract

풍력 발전기와 같은 영구 자석 동기 발전기의 소자 결함들을 발견하기 위한 방법. 이 방법은 동기 발전기의 동작 동안 수행되고, 고정자의 진동을 측정하는 단계 (11), 진동의 주파수 분석을 수행하는 단계 (12), 및 진동 분석으로부터, 발전기가 영구 자석의 소자로부터 손상을 입는지 여부를 추정하는 단계 (13) 를 포함한다. 또한, 기하학적 편심 결함들 및 전기적 단락 결함들도 또한 진동으로부터 검출될 수도 있다 (12).

Description

소자의 모니터링 방법{METHOD FOR MONITORING DEMAGNETIZATION}
본 발명은 발전기와 같은 영구 자석 동기 머신 (permanent magnet synchronous machine) 을 모니터링하는 시스템들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 예를 들어, 풍력 발전을 위한 영구 자석 동기 발전기에서 동기 발전기의 영구 자석들의 자기적 결함들을 모니터링하는 것에 관련된다.
발전소들에서 높은 신뢰성을 가능하게 하는 중요한 요소는, 초기 단계에서 결함들을 검출하기 위해, 상태 모니터링 시스템들을 가진 발전기들, 예컨대, 풍력 발전기들을 제공하는 것이다. 본 발명은, 영구 자석 동기 발전기들 (permanent magnet synchronous generators; PMSG), 특히, 풍력 영구 자석 동기 발전기들에 대한 자기적 결함들을 검출 및 식별하는 것을 위한 개선된 진단법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 영구 자석 동기 발전기들은 풍력 발전 산업에서 통상의 머신들 중 하나이다. 소자 (demagnetization) 를 검출하는 것은, 그 소자가 머신 성능의 저하를 발생시키기 때문에 중요하다. 발전기들의 고정자 전류 및 역 EMF (기전력 (electromotive force)) 의 모니터링에 기초하여 소자를 검출하는 방법들이 존재해 왔다.
그러나, 이러한 표시자들을 모니터링할 때, 다른 결함 상태들이 소자와 유사한 시그너처 (signature) 들을 발생시키기 때문에 잘못된 정보가 제공될 수 있다는 리스크가 있다.
US 7,324,008 (D1) 은 적어도 하나의 결함 상태에 대한 유한 요소법 (finite element method; FEM) 분석을 이용하여 전기적 머신을 분석하여 그 결함 상태의 영향을 예측하는 것이 가능하도록 한 것을 기술한 것이다. FEM 분석의 결과는 머신의 라이브 측정들로부터 분석된 결함들을 식별하기 위해 이용될 수 있다 (D1, 요약 참조). D1 은 횡자속형 모터를 기술하고 있지만, 결함에 대한 유사한 FEM 분석이 다른 전기적 머신들에 대해 이용될 수 있다는 것을 제안한 것이다 (D1, 7 열, 26 내지 50 라인 참조). D1 은 자기적 결함들 및 자속에 대한 자기적 결함들의 영향을 시뮬레이팅하여, "탐색 코일들" 에 의한 자속의 측정들이 자기적 결함들의 표시로서 이용될 수 있도록 하는 것을 제안한 것이다 (D1, 1 열, 46 내지 51 라인 참조). D1 에 기술된 방법은, 과열 및/또는 소자로 인해 자석들의 자기적 세기를 저하시키는 결함들을 검출하는 수단을 제공한다 (D1, 6 열, 15 내지 16 라인 참조).
이 기술분야에서는, 회전자 베어링들을 모니터링하는 것도 또한 중요하다. 풍력 터빈들에 대한 발전기들의 회전자 베어링들의 상태는 그 베어링들에 가까운 진동을 측정함으로써 종종 모니터링된다.
D1 은 기계적 및 전기적 오정렬들과 같은 다른 결함 상태들을 분석하는 것을 제안한 것이고, 자속을 감지하기 위해 이용된 코일들에 부가적으로, 머신을 모니터링하기 위해 온도, 진동 및 전류 센서들과 같은 다른 센서들을 이용하는 것도 또한 제안한 것이다 (D1, 7 열, 27 내지 31 라인 참조).
본 발명은 영구 자석 동기 머신들의 진단, 특히, 발전기들의 자기적 결함들을 검출하는 것에 관련되고, 탐색 코일들을 이용하는 것에 대한 대안을 제공한다.
논문 "Static-, Dynamic-, and Mixed-Eccentricity Fault Diagnoses in Permanent-Magnet Synchronous Motors", Ebrahimi 등, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 56, NO. 11, NOVEMBER 2009 4727, (D4) 는 정적-, 동적- 및 혼합-편심들이 어떻게 고정자 전류 주파수의 측파대 성분들의 진폭들을 가진 전류 주파수 스펙트럼들에 영향을 끼치는지를 나타내고 있다. 또한, D4 는 전류 스펙트럼들이 어떻게 소자, 단락 결함들 및 개방 회로 결함들에 의해 영향을 받는지를 기술한 것이고, 측파대 성분들을 발생시키지 않는 것에 의해 편심 결함들로부터 구별될 수 있다. 본 발명은, D4 에 기술된 바와 같이, 소자를 발견하기 위한 전류 스펙트럼 분석에 대한 대안을 제공하지만, 또한 이러한 고정자 전류 분석에 부가적으로 이용될 수 있다.
D1 및 D4 는 가장 관련된 종래기술 문헌들로 간주되지만, 동기 머신들 내의 영구 자석들의 소자를 발견하는 것 이외에 다른 기술적 문제들을 해결하는 것과 관련된 몇몇 문헌들이 이하 참조될 것이다.
US2011/0018727 (D2) 은 풍력 터빈 발전기 결함 진단들을 수행하는 방법 및 디바이스를 기술한 것이고, 여기서 센서들은 풍력 발전기를 모니터링하고, 센서들로부터의 신호들이 분석되어, 결함들을 나타내는 이상 (anomaly) 들을 검출한다. D2 에 기술된 방법은 전기 신호들 (전압, 전류), 진동 신호들 및 온도 신호들을 평가한다 (D2, 도 1 참조). 전기 신호들 및 진동 신호들에는 (FFT 또는 고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform) 과 같은) 각각의 스펙트럼 분석이 행해진다 (D2, 참조 부호 110 및 120 참조). 스펙트럼들에는 시그너처 분석 (D2, 참조 부호 140 및 142 참조) 및 이상 검출 (D2, 참조 부호 150 및 154 참조) 이 행해진다. 온도의 트랜션트 (transient) 들이 검출되고, 온도의 이상들이 식별된다 (D2, 참조 번호 156 참조). 전기 및 진동 스펙트럼들 각각에서의 그리고 온도에서의 이상들의 검출시, 발전기 시스템이 전기적 또는 기계적 결함들을 갖는다는 결론이 내려진다 (D2, 단락 [0009] 참조). 발전기 전압 신호들로부터 결정된 전압 시그너처 및 가속도계로부터의 진동 신호들은 근본적인 편심 결함을 검출하기 위해 이용될 수도 있다 (D2, 단락 [0010] 참조). 이 문헌은 일반적으로 발전기들을 기술한 것이고, 자기적 결함들의 검출, 그리고 특히 영구 자석 동기 발전기들에서 자기적 결함들을 검출하는 것을 기술하고 있지 않다.
전기적 머신들의 결함들을 진단하기 위해 진동 신호들의 분석이 이용되고 있다 (http://lib.tkk.fi/Diss/2007/isbn9789512289387/isbn9789512289387.pdf 에서 찾아낼 수도 있는, Jover Rodriguez, P. V., 2007, "Current-, Force-, and Vibration-Based Techniques for Induction Motor Condition Monitoring", Doctoral Dissertation, Helsinki University of Technology, Finland (D3) 참조). D3 은 비동기 모터에서의 고정자 진동들의 주파수 스펙트럼들을 분석하는 것을 기술한 것이다. 이 연구의 목적은, 유도 모터들의 상태를 모니터링하기에 적합한 기법들뿐만 아니라, 유도 모터 결함들의 최상의 표시자를 발견하기 위한 것이었다. D3 은 이러한 모터가 결함 상태들 하에서 동작하고 있을 때 진동 패턴에 대한 전자기력의 영향들을 기술한 것이다. 또한, D3 은 유도 머신들의 힘 분배 및 진동 패턴에서의 전기 기계적 결함들의 영향의 예측을 가능하게 하는 방법을 기술한 것이다. D3 에서는, 전기적 머신이 전기적 결함 하에서 동작하고 있을 때 전기적 머신의 고정자에 대해 작용하는 힘 분배들을 나타내는 FEM 연산들이 활용된다. 이것은 이러한 힘 성분들이 머신의 고정자에 강제 진동을 발생시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 이 결과들은 진동 측정들에 의해 지지되었다. 저주파 성분들은 상태 모니터링 시스템에서 주된 표시자를 구성할 수 있다. D3 은 유도 모터의 결함들을 검출하기 위해 진동 분석을 이용하고, 여기서 결함들은 부러진 회전자 바들 (rotor bars), 부러진 단락 환, 인터-턴 (inter-turn) 단락, 베어링 및 편심 고장들이다.
본 발명의 목적은, 이용하기 쉬워서 더욱 실현가능한, 자기적 문제들의 검출 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 머신 전류들을 위한 단자들 및 권선들을 가진 고정자, 및 영구 자석들이 제공된 회전자를 포함하는 영구 자석 동기 머신의 자기적 결함들을 검출하는 방법을 제공하고, 여기서 회전자는 고정자 내에서 회전가능하게 배치된다. 자기적 결함들을 검출하고 식별함으로써, 특히 영구 자석의 소자, 머신의 보상이 용이하게 되는데, 이는 회전자의 영구 자석들을 교환하는 것이 기능 불량을 제거하고 성능을 개선시키기 때문이다. 이러한 목적을 위해, 본 발명은 청구항 1 에 따른 동기 머신 내의 영구 자석들의 소자를 모니터링하는 방법을 제공한다. 이 방법은 동기 머신의 동작 동안 수행된다. 청구항 1 에 따른 이 방법은 고정자의 진동을 측정하는 단계, 진동의 주파수 분석을 수행하는 단계, 고정자의 공급 주파수 (fS) 에서의 진동의 크기가 임계값을 초과하는지 아닌지 여부에 기초하여, 머신이 영구 자석의 소자로부터 손상을 입는지 아닌지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
본 출원이 영구 자석 동기 발전기들의 모니터링 및 결함 분석을 주로 기술하고 있지만, 본 발명은 영구 자석 동기 모터들의 모니터링 및 결합 분석에도 또한 이점이 있다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따르면, 이 방법은 회전 주파수 (fR) 에서의 진동의 크기가 임계값을 초과하는지 아닌지 여부에 기초하여, 머신이 영구 자석의 소자로부터 손상을 입는지 아닌지 여부를 결정하는 단계를 더 포함한다.
동기 머신 내의 영구 자석의 소자는 회전자의 회전 주파수 (fR) 및 고정자 공급 주파수 (fS) 에서의 진동 스펙트럼에 영향을 준다. 자기적 결함을 발견하고 그 자기적 결함을 전기적 및 기하학적 결함들과 같은 다른 결함들로부터 구별하기 위해, 고정자 공급 주파수 (fS) 에서의 진동의 모니터링이 이용될 수 있다. 회전 주파수에서의 진동 크기의 모니터링도 또한 자기적 결함의 추정이 더 명확해지도록 한다.
진동의 측정은 소자를 모니터링하기 쉬운 방법을 제공한다. 본 발명은 영구 자석 동기 머신이 영구 자석의 소자로부터 손상을 입는다는 것을 진동만으로 추정할 수 있게 한다. 진동 측정은, 고정자의 프레임에 고정되거나 또는 고정자에 고정되는 진동 센서에 의해 진동들을 검출하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명은 다음 단계들에 의해 실현될 수 있다: 가속도계 또는 가속도계들과 같은 진동 센서를 고정자 프레임에 위치결정하고 고정하는 단계; 고정자 프레임의 진동을 측정하는 단계; 가속도계로부터 진동 신호의 주파수들을 분석하는 단계; 소자를 나타내는 주파수들의 크기들을 식별하는 단계 및 발전기가 영구 자석의 소자로부터 손상을 입는지를 결정하는 단계.
탐색 코일들 또는 다른 전기적 측정들이 필요하지 않다. 소자 결함들은 고정자의 공급 주파수 또는 회전자의 회전 주파수에서의 진동의 크기로부터 식별될 수 있다.
이 방법은, 예를 들어, 가속도계를 고정자 프레임에 부착하거나, 또는 이미 설치된 가속도계를, 모니터링 장비의, 진단 수단이 제공된 컴퓨팅 디바이스에 연결하여, 영구 자석 동기 발전기에 연결될 수 있는 모니터링 장비에서 구현될 수 있다.
대안적으로, 이 방법은, 예를 들어, 영구 자석 동기 발전기들을 포함하는 풍력 터빈들을 갖는 풍력 발전소의 제어 시스템에서 구현될 수 있고, 여기서 제어 시스템은 발전기들의 각각의 고정자 프레임들에 고정된 진동 센서들로부터의 진동 신호들을 수신하고, 이 방법은 진동 신호들을 분석하고 이러한 진동 신호들의 주파수 스펙트럼들로부터 자기적 결함들을 검출함으로써 이러한 제어 시스템에서 구현된다.
본 발명은 진동들만으로 소자를 식별하기 위해 이용될 수 있는 방법을 제공한다. 진동 감지에 부가적으로 전류 측정들이 이루어질 수 있다. 일 실시형태에서, 이 방법은 고정자의 적어도 하나의 전류, 바람직하게는 각각의 분기 전류를 측정하는 단계, 및 각각의 분기 전류와 같은 전류에 대한 주파수 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 이 방법은 전기적 결함들, 자기적 결함들 및/또는 기하학적 결함들을 나타내는 전류 스펙트럼의 주파수들을 모니터링하여, 전류 또는 전류들에서 이러한 결함들의 표시를 찾아내는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 이 시스템은 고정자 전류의 주파수 분석을 위한 수단 및 주파수 분석에 기초하여 결함들을 결정하는 수단을 포함한다.
도 1 은 본 발명에 따른 소자 결함들을 검출하는 방법을 도시한 것이다.
도 2 는 본 발명에 따른 결함들을 검출하는 시스템을 도시한 것이다.
도 3 은 소자 결함을 나타내는 진동 스펙트럼을 예시한 것이다.
도 1 은 영구 자석 동기 발전기 (permanent magnet synchronous generator) 에 대한 자기적 결함들을 검출하는 방법을 예시한 것이다. 이 방법은 영구 자석 동기 발전기로부터 진동 신호를 획득 (11) 하는 것으로 시작한다. 획득된 신호에는, 진동 신호가 주파수들의 스펙트럼으로 분할되고 각각의 주파수의 크기가 계산되는 주파수 분석 (12) 이 행해진다. 주파수 분석 (12) 은, 고정적인 케이스에 대해서는 FFT 분석 (고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform)) 등에 의해, 또는, 예를 들어, 풍속 변화들로 인한 트랜션트들 동안에는 이산 웨이블릿 변환을 이용하여 적절히 수행된다. 결함이 있는 발전기의 진동 주파수들의 스펙트럼의 크기들은, 적절히 동작하는 발전기의 것들과는 어긋날 수도 있다. 따라서, 이 스펙트럼에 결함 분석이 행해지는데 (단계 13), 이 결함 분석은 발전기에서의 결함들, 특히, 발전기의 영구 자석의 소자 (demagnetization) 를 발견하기 위해 진동 주파수들의 크기들을 모니터링한다. 더욱 상세하게는, 결함 분석 단계는 회전자의 회전 주파수 (fR) 및 고정자 공급 주파수 (fS) 에서의 진동의 크기들을 모니터링한다. 진동 스펙트럼의 이 2개의 주파수들에서의 증가된 레벨들은 회전자 내의 영구 자석의 자기 레벨의 편차를 나타낸다. 획득 단계 (11) 는, 예를 들어, 진동 또는 모션 센서, 예컨대, 하나 이상의 가속도계들, 그리고 또한 가능하게는, 대안으로서 또는 부가적으로, 전기적 자이로스코프들을 고정자 또는 고정자가 고정되는 프레임에 위치결정하고 고정하는 복수의 하위 단계들을 포함할 수도 있다. 또한, 획득 단계 (11) 는 센서에 의해 진동들을 측정하는 하위 단계들, 및 결함 분석 장비에서 진동 신호를 수신하는 것을 포함하여 결함 분석 장치에 진동 신호를 전달하는 하위 단계를 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태들은 소자 결함들에 부가적으로 다른 결함들을 검출하는 것을 포함하고, 여기서 다른 결함들은 기하학적 결함들, 예컨대, 정적 또는 동적 편심, 또는 혼합 편심, 및 전기적 결함들, 예컨대, 고정자 권선들의 단락이다. 문제의 영구 자석 동기 발전기의 결함 검출을 위한 실현가능한 진단 방법들을 제공하기 위해 D3 에서 이용된 것과 유사한 FEM 모델링 기법이 이용될 수도 있다.
도 1 의 방법은, 결함 분석 (13) 의 향상된 근간을 제공하기 위한 (파선으로 나타낸) 옵션적인 단계들로서 각각의 고정자 분기 전류의 주파수의 획득 (14) 및 분석 (15) 을 예시하고 있다. 이러한 실시형태에서, 고정자 전류들 및 고정자 진동 양쪽으로부터 자기적, 전기적 및 기하학적 결함들을 추정하도록 결함 분석기가 구성된다.
결합 분석 (13) 에 후속하여, 검출된 결함들을 정정 (단계 16) 하는 것, 예컨대, 결함이 있는 영구 자석을 대체시키는 것, 및/또는 발전기의 검출된 다른 결함들을 조정하는 것이 이어질 수도 있다.
도 2 는 영구 자석 동기 발전기의 자기적 결함들을 검출하기 위해 진동 신호들을 분석하는 수단을 갖는 결함 분석기 (21) 에 통신가능하게 연결된 진동 센서 (5) 를 예시하고 있다. 진동 센서는 영구 자석 동기 발전기 (1) 에 고정되어 그 발전기 (1) 의 고정자 (2) 의 진동들을 감지하고, 그 동기 발전기 (1) 의 회전자 (3) 의 회전시 분석을 위한 진동 신호들을 획득하도록 배치된다. 결함 분석기 (21) 는, 진동 신호 인터페이스 (22), 예를 들면, 가속도계와 같은 진동 센서에 유선 또는 무선 연결을 수용하고 진동 신호들을 수신하는 센서 인터페이스 (22), 스펙트럼 분석기 (23), 결함 식별기 (24) 및 디스플레이 (25) 의 형태의 오퍼레이터를 위한 출력부를 포함한다. 스펙트럼 분석기 (23) 는 결함 분석기 (21) 에 의해 수신된 진동 신호의 주파수 스펙트럼을 분석하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 스펙트럼 분석기 (23) 는 수신된 신호에 푸리에 변환 또는 시간 주파수 분해를 적용하는데, 예를 들어, FFT (고속 푸리에 변환) 또는 웨이블릿 변환을 이용하여 진동 신호를 구성하는 주파수들에 대한 진폭 레벨들을 발생시켜서, 진동의 주파수 성분들의 시그너처 (signature) 들이 식별될 수 있도록 한다. 결함 식별기 (24) 는 스펙트럼 분석기 (23) 로부터 각각의 주파수 각각의 크기들을 포함하는 주파수 스펙트럼을 수신한다. 결함 식별기 (24) 는 진동 신호의 주파수 시그너처들을 식별하고, 이러한 시그너처들을 특정 결함 상태에 링크하여, 특히, 정상적인 발전기와는 상이한 크기들을 가진 주파수들을 식별하고 발전기가 손상을 입은 결함의 타입을 추정하도록 구성된다. 특히, 결함 식별기 (24) 는 소자 결함을 나타내는 진동 스펙트럼의 주파수들을 모니터링하고 이러한 스펙트럼의 주파수 성분들의 크기들을 모니터링함으로써 발전기의 영구 자석들의 소자를 식별하도록 구성된다. 소자 결함을 나타내는 진동 주파수의 엄격도 (severity) 를 추정하는 것을 가능하게 하기 위해, 결함 식별기는 소자의 레벨들에 대응하는 크기 레벨들과 같은 참조 데이터를 가진 메모리를 적절히 포함하거나, 또는 그 메모리로의 액세스를 갖는다. 이러한 참조 데이터는, 결함이 있는 영구 자석, 예컨대, 머신에 통상적으로 이용되는 영구 자석들의 공칭 자기 세기보다는 덜 강한 영구 자석에 의한 동작 동안, 발전기, 또는 모터를 측정함으로써 발생될 수 있다. 예를 들어, 정상 동작 동안 발전기의 영구 자석들의 세기의 80 퍼센트를 가진 영구 자석을 이용하여 진동을 측정하는 것은, 소자 결함들의 사이즈의 측정을 제공한다. 주파수를 나타내는 소자 결함에서의 진동의 크기들은 시뮬레이션들로부터의 결과들로부터 적절히 보간 및 추론되어 소자의 레벨에 비례하도록 또한 근사될 수 있다. 결함 분석기 (21) 의 결함 식별기 (24) 에 대한 참조 데이터를 획득하기 위한 일 대안적인 방법은, 영구 자석들의 소자의 상이한 레벨들로 발전기의 FEM-모델링을 수행하는 것이다.
소자에 대한 시그너처는, 특히, 회전자의 회전 주파수 (fR) 및 고정자 공급 주파수 (fS) 에서의 진동 주파수 스펙트럼으로 보여진다 (도 3 참조). 소자 결함의 최상의 표시를 제공하는 주파수 성분은, 고정자의 공급 주파수 (fS) 이다. 정상적인 머신에서는 이 주파수에서 진동이 실질적으로 존재하지 않는다, 즉, 고정자의 공급 주파수 (fS) 에서의 진동의 크기는 제로에 가깝다. 따라서, 결함 식별기 (24) 는 고정자의 공급 주파수 (fS) 에서의 진동의 크기를 참조 데이터와 비교하도록 구성된다. 참조 데이터에 기초하여, 결함 상태에 대한 임계값이 결정될 수 있다. 고정자의 공급 주파수 (fS) 에서의 진동의 크기가 임계값을 초과하는 경우, 결함 식별기 (24) 는 머신이 영구 자석의 소자로부터 손상을 입은 것으로 결정한다. 그렇지 않으면, 결함 식별기 (24) 는 머신이 영구 자석의 소자로부터 손상을 입지 않은 것으로 결정한다.
정상적인 머신에서조차도 회전자의 회전 주파수 (fR) 에서 진동들이 통상적으로 존재하여, 그 결과 이 주파수에서의 진동은 소자 결함의 최적의 표시자가 아니다. 그러나, 회전 주파수 (fR) 에서의 진동은 고정자의 공급 주파수 (fS) 에서의 분석으로부터 획득된 결함 식별 결과들을 확인하기 위해 이용될 수 있다. 참조 데이터로부터, 결함 상태에 대응하는 회전 주파수 (fR) 에서의 진동의 크기에 대한 임계값이 결정될 수 있고, 결함 식별기 (24) 는 회전 주파수 (fR) 에서의 진동의 크기를 임계값과 비교하도록 구성된다. 머신이 영구 자석의 소자로부터 손상을 입는지 아닌지 여부의 결정은, 결함 표시자로서 고정자의 공급 주파수 (fS) 에서의 진동들을 이용할 때와 대응하는 방식으로 행해진다.
결함 분석기 (21) 는 분석의 결과, 특히, 식별된 소자 결함을, 디스플레이 (25) 의 형태의 사용자 인터페이스 상에 제시하기 위해 적절히 제공된다. 또한, 또는 대안적으로, 가청 알람 또는 다른 결함 표시가 확성기 (미도시) 를 통해 제시될 수도 있다.
컴퓨터 네트워크를 통해 도달할 수도 있는 진동 신호에 대한 센서 인터페이스 (22) 외에도, 결함 분석기 (21) 에는, 부가적인 센서로부터 측정 신호들을 수신하기 위한 콘텍트 (26) 와 같은, 다른 센서들과 인터페이싱하는 다른 센서 인터페이스들이 적절히 제공된다. 대안적으로, 동일한 인터페이스가 상이한 측정 유닛들로부터 측정치들을 수신하기 위해 배치될 수도 있다. 도 2 에서 예로 든 결함 분석기 (21) 는 또 다른 센서, 특히, 유속계 (current meter) 와 인터페이싱하여 그로부터 신호들을 수신하기 위한 콘택트 (26) 를 포함하고, 여기서 유속계 (미예시) 는 발전기 (1) 의 분기 전류들을 측정하기 위해 배치되어야 한다. FFT-분석과 같은 주파수 스펙트럼 분석을 수행하도록 제공된 전류 분석기 (27) 에 전류 신호들이 공급되고, 이에 후속하여 전류 분석기 (27) 는 주파수 스펙트럼 크기들을 결함 식별기 (24) 에 전달한다. 결함 식별기는 고정자 분기 전류 스펙트럼에서의 크기들, 또는 각각의 고정자 분기 전류 스펙트럼에서의 크기들로 나타내는 결함들, 예컨대, 전기적 결함들, 예를 들어, 고정자 권선의 인터-턴 단락들을 식별하도록 구성된다.
결함 분석기 (21) 는 휴대용 서비스 및 제어 장비에 통합되고, 이 휴대용 서비스 및 제어 장비는, 고정자 프레임에 고정되고 고정자 진동들을 획득하도록 배치된 진동 센서에 연결될 수도 있다. 대안적으로, 결함 분석기 (21) 는, 풍력 발전소에서의 제어 룸과 같은, 발전기의 모니터링 및 제어를 위한 제어 룸에 영구적으로 배치된 제어 및 모니터링 장비 내에 통합될 수도 있다.
스펙트럼 분석기 (23) 및 결함 식별기 (24) 는 개별적인 엔티티들로서 예시되어 있지만, 소프트웨어 및 하드웨어 엔티티들의 조합으로서 컴퓨터에 적절히 제공되고, 예를 들어, 프로세서 및 메모리를 공유할 수 있다. 동일한 컴퓨터에서, 전류 분석기 (27) 가 적절히 통합될 수도 있다.
자기적 결함 모니터링 방법은 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수도 있고, 머신이 소자 결함을 갖는지 여부를 추정하기 위한 프로그램 단계들을 포함할 수도 있다. 영구 자석 동기 머신으로부터의 진동 신호들을 입력으로서 수신하는 컴퓨터 상에서 컴퓨터 프로그램이 실행될 때, 컴퓨터 프로그램은 영구 자석 동기 머신이 소자 결함으로부터 손상을 입는지 아닌지 여부를 발견하도록 구성되어야 한다. 이 프로그램은 영구 자석 동기 머신의 진동들에 기초하여, 자기적 결함을 발견하는 것과 같이 기술적인 고려가 이루어지도록 구성되어야 한다. 특히, 이 프로그램은 소자 결함들을 회전 주파수 (fR) 및/또는 고정자 공급 주파수 (fS) 와 같은 영구 자석 동기 머신의 동작 파라미터들에 링크하도록 구성된다. 이와 같이 함으로써, 이 프로그램은, 머신의 기술적 특성들을 고려하여, 즉, 머신의 물리적으로 획득된 진동들을 분석할 때는, 머신의 동작 주파수들을 고려하여, 영구 자석 동기 머신이 소자 결함으로부터 손상을 입는지 아닌지 여부를 추정하는 기술적 문제를 해결한다. 또한, 이 프로그램은 추정의 결과의 출력을 오퍼레이터에게 제공하도록 적절히 구성되어야 한다.
도 3 은 소자된 영구 자석을 가진 영구 자석 동기 발전기의 진동 스펙트럼을 예시하고 있다. 고정자 공급 주파수 (fS) 에서의 진동 크기뿐만 아니라, 회전자의 회전 주파수 (fR) 에서의 진동 크기가 영향을 받아서, 양쪽 크기들이, 특히, 고정자 공급 주파수 (fS) 에서의 진동 크기가, 정상보다 더 높다. 이와 유사하게, 기하학적 및 전기적 결함들의 시그너처들이 진동 신호의 주파수 스펙트럼에서 적절히 식별되어야 한다.
풍력 발전기와 같은 영구 자석 동기 발전기의 소자 결함들을 발견하기 위한 시스템, 방법 및 프로그램 제품이 기술되었다. 이 방법은 동기 발전기의 동작 동안 수행되고, 고정자의 진동을 측정하는 단계, 진동의 주파수 분석을 수행하는 단계, 및 진동 분석으로부터, 발전기가 영구 자석의 소자로부터 손상을 입는지 여부를 추정하는 단계를 포함한다.

Claims (4)

  1. 권선들을 갖는 고정자 및 상기 고정자에 대해 회전하도록 배치된 영구 자석들을 갖는 회전자를 갖는, 풍력 발전기와 같은 동기 머신 (synchronous machine) 내의 영구 자석들의 소자 (demagnetization) 를 모니터링하는 방법으로서,
    상기 방법은 상기 동기 머신의 동작 동안 수행되고,
    상기 방법은,
    상기 고정자의 진동을 측정하는 단계,
    상기 진동의 주파수 분석을 수행하는 단계, 및
    상기 고정자의 공급 주파수 (fS) 에서의 진동의 크기가 임계값을 초과하는지 아닌지 여부에 기초하여, 상기 동기 머신이 영구 자석의 소자로부터 손상을 입는지 아닌지 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 동기 머신 내의 영구 자석들의 소자를 모니터링하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    회전 주파수 (fR) 에서의 진동의 크기가 임계값을 초과하는지 아닌지 여부에 기초하여, 상기 동기 머신이 영구 자석의 소자로부터 손상을 입는지 아닌지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는, 동기 머신 내의 영구 자석들의 소자를 모니터링하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 진동의 측정은, 상기 고정자의 프레임에 고정되거나 상기 고정자에 고정되는 진동 센서에 의해 진동들을 검출하는 것을 포함하는, 동기 머신 내의 영구 자석들의 소자를 모니터링하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 동기 머신은 영구 자석 동기 발전기인, 동기 머신 내의 영구 자석들의 소자를 모니터링하는 방법.
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