KR102477114B1 - Method and apparatus for predicting bearing volatage characteristic of three phase squirrel-cage induction motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주파수 의존적 특성을 반영한 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법은, 3상 농형 유도 전동기의 권선으로 인가되는 공통 모드 전압과 상기 3상 농형 유도 전동기의 베어링에 발생하는 베어링 전압 사이에서 측정된 주파수별 베어링 전압비(Bearing Voltage Ratio, BVR) 측정 데이터 및 상기 3상 농형 유도 전동기의 권선, 프레임 및 샤프트단 사이에서 각각 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하는 단계와, 상기 주파수별 BVR 측정 데이터 및 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터에 기초하여, 상기 3상 농형 유도 전동기에 대응하는 등가 회로를 모델링하는 단계와, 상기 등가 회로를 사용하여 상기 3상 농형 유도 전동기에서 주파수에 따라 상기 베어링에 발생하는 베어링 전압을 예측하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 주파수 의존적 특성을 반영함으로써 보다 실용적이고 정확하게 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성을 예측할 수 있다. The present invention provides a method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor reflecting frequency-dependent characteristics. A method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor according to an embodiment of the present invention measures between a common mode voltage applied to windings of the three-phase cage-type induction motor and a bearing voltage generated in the bearing of the three-phase cage-type induction motor. obtaining bearing voltage ratio (BVR) measurement data for each frequency and impedance measurement data for each frequency measured between the winding, frame, and shaft end of the three-phase squirrel cage induction motor, respectively, and the BVR measurement data for each frequency and modeling an equivalent circuit corresponding to the three-phase cage-type induction motor based on the impedance measurement data for each frequency; bearings generated in the bearing according to frequency in the three-phase cage-type induction motor using the equivalent circuit; It includes predicting the voltage. According to the present invention, bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor can be more practically and accurately predicted by reflecting frequency-dependent characteristics.
Description
본 발명은 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor.
최근 자주 사용되는 가변 속 모터 드라이브 시스템에서 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 인버터가 주로 사용되며, 이 경우 높은 공통모드 전압이 모터의 권선에 인가된다. 권선에 인가되는 높은 전압으로 인해 발생되는 문제로서 공통모드 노이즈 전압/전류, 샤프트 전압, 베어링 전압 등이 있는데, 여기서 베어링 전압은 모터 샤프트에 연결된 베어링 내부에 부분 방전 전류(partial discharge current)를 유발한다. 부분 방전 전류는 베어링 내부에서 방전 가공(electric discharge machining, EDM) 전류로서 역할하고, 이는 베어링 내부의 마모를 일으켜 수명을 크게 떨어뜨릴 수 있다. Recently, a pulse width modulation (PWM) inverter is mainly used in a variable speed motor drive system that is frequently used, and in this case, a high common mode voltage is applied to the windings of the motor. Common mode noise voltage/current, shaft voltage, bearing voltage, etc. are problems caused by high voltage applied to the winding, where the bearing voltage induces partial discharge current inside the bearing connected to the motor shaft. . The partial discharge current serves as an electric discharge machining (EDM) current inside the bearing, which can cause wear inside the bearing and significantly reduce its life.
최근, 이러한 베어링 전압의 등가회로를 모델링하기 위한 방법 및 감소 방법에 관한 다양한 연구가 수행되고 있다. 기존의 저감 방법의 예로서, PWM 전압 출력 단자와 모터 입력 단자 사이의 공통모드 전압 저감 필터 추가, 또는 모터 내부의 전압 커플링 저감을 위한 정전기 실드 삽입과 같은 방법이 있다. 이러한 방법들은 공통적으로 베어링 전압 비(bearing voltage ratio, BVR)를 상수로 가정하여 설계되었다. 하지만, 실제 BVR은 공통모드 전압 주파수에 의존적인 특성이 있고, 이 때문에 고주파 스위칭 주파수를 사용하는 PWM 제어시, 기존 연구 방법들은 베어링 전압 예측에 문제가 발생할 수 있다. Recently, various studies have been conducted on a method for modeling an equivalent circuit of such a bearing voltage and a method for reducing it. Examples of conventional reduction methods include methods such as adding a common mode voltage reduction filter between a PWM voltage output terminal and a motor input terminal, or inserting an electrostatic shield to reduce voltage coupling inside the motor. These methods are commonly designed by assuming a bearing voltage ratio (BVR) as a constant. However, the actual BVR has characteristics dependent on the common mode voltage frequency, and for this reason, existing research methods may have problems in predicting the bearing voltage when controlling PWM using a high frequency switching frequency.
본 발명은 주파수 의존적 특성을 반영한 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a method and apparatus for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor reflecting frequency-dependent characteristics.
일 실시예에 따른 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법은, 3상 농형 유도 전동기의 권선으로 인가되는 공통 모드 전압과 상기 3상 농형 유도 전동기의 베어링에 발생하는 베어링 전압 사이에서 측정된 주파수별 베어링 전압비(Bearing Voltage Ratio, BVR) 측정 데이터 및 상기 3상 농형 유도 전동기의 권선, 프레임 및 샤프트단 사이에서 각각 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하는 단계와, 상기 주파수별 BVR 측정 데이터 및 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터에 기초하여, 상기 3상 농형 유도 전동기에 대응하는 등가 회로를 모델링하는 단계와, 상기 등가 회로를 사용하여 상기 3상 농형 유도 전동기에서 주파수에 따라 상기 베어링에 발생하는 베어링 전압을 예측하는 단계를 포함한다.A method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor according to an embodiment includes a frequency measured between a common mode voltage applied to windings of the three-phase cage-type induction motor and a bearing voltage generated in a bearing of the three-phase cage-type induction motor. Obtaining bearing voltage ratio (BVR) measurement data and impedance measurement data for each frequency measured between windings, a frame, and a shaft end of the three-phase squirrel cage induction motor, respectively, the BVR measurement data for each frequency and the Modeling an equivalent circuit corresponding to the three-phase cage-type induction motor based on impedance measurement data for each frequency; and calculating a bearing voltage generated in the bearing according to frequency in the three-phase cage-type induction motor using the equivalent circuit. involves predicting.
상기 등가 회로는, 상기 3상 농형 유도 전동기의 3상 입력과 상기 권선 사이에 각각에 연결된 리드 인덕턴스와, 상기 3상 입력 및 상기 리드 인덕턴스에 각각 연결된 단상 임피던스와, 상기 권선과 상기 3상 농형 유도 전동기의 회전자 사이에 각각 연결된 권선-회전자 커패시턴스와, 상기 권선과 상기 3상 농형 유도 전동기의 고정자 사이에 각각 연결된 권선-고정자 커패시턴스와, 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 연결된 회전자-고정자 커패시턴스와, 상기 회전자와 상기 샤프트단 사이에 연결된 샤프트 인덕턴스와, 상기 고정자와 상기 프레임 사이에 연결된 프레임 인덕턴스 및 프레임 저항을 포함할 수 있다. The equivalent circuit includes lead inductances respectively connected between the three-phase inputs of the three-phase cage-type induction motor and the windings, single-phase impedances respectively connected to the three-phase inputs and the lead inductances, and the windings and the three-phase cage-type induction motor. Winding-rotor capacitance respectively connected between the rotors of the motor, winding-stator capacitance connected between the windings and the stator of the three-phase cage type induction motor, respectively, and rotor-stator capacitance connected between the stator and the rotor and a shaft inductance connected between the rotor and the shaft end, and a frame inductance and frame resistance connected between the stator and the frame.
상기 단상 임피던스는, 도체간 병렬 저항과, 상기 도체간 병렬 저항과 병렬로 연결된 도체간 커패시턴스 및 도체간 직렬 저항을 포함할 수 있다. The single-phase impedance may include parallel resistance between conductors, capacitance between conductors connected in parallel with the parallel resistance between conductors, and series resistance between conductors.
상기 임피던스 측정 데이터는, 상기 권선과 상기 프레임 사이에서 측정된 공통모드 임피던스와, 상기 권선과 상기 샤프트단 사이에서 측정된 권선-샤프트 임피던스와, 상기 샤프트단과 상기 프레임 사이에서 측정된 샤프트-프레임 임피던스를 포함할 수 있다. The impedance measurement data includes a common mode impedance measured between the winding and the frame, a winding-shaft impedance measured between the winding and the shaft end, and a shaft-frame impedance measured between the shaft end and the frame. can include
상기 권선-고정자 커패시턴스는 저주파 대역 주파수에서의 상기 공통모드 임피던스에 기반하여 결정될 수 있다. The winding-stator capacitance may be determined based on the common mode impedance at a low frequency band frequency.
상기 도체간 커패시턴스는 중간 주파수 대역에서의 공진 주파수, 상기 고정자의 누설 인덕턴스, 상기 회전자의 누설 인덕턴스에 기반하여 결정될 수 있다. The inter-conductor capacitance may be determined based on a resonant frequency in an intermediate frequency band, a leakage inductance of the stator, and a leakage inductance of the rotor.
상기 리드 인덕턴스 및 상기 프레임 인덕턴스는 고주파 대역에서 측정된 상기 공통모드 임피던스 및 상기 고주파 대역에서 상기 주파수별 BVR 데이터에 기반하여 결정될 수 있다. The lead inductance and the frame inductance may be determined based on the common mode impedance measured in a high frequency band and the BVR data for each frequency in the high frequency band.
상기 샤프트 인덕턴스는 상기 고주파 대역에서 측정된 상기 샤프트-프레임 임피던스 및 상기 프레임 인덕턴스에 기반하여 결정될 수 있다. The shaft inductance may be determined based on the shaft-frame impedance and the frame inductance measured in the high frequency band.
상기 권선-회전자 커패시턴스 및 상기 권선-고정자 커패시턴스는 저주파 대역에서 측정된 상기 BVR 측정 데이터 및 상기 저주파 대역에서 측정된 상기 권선-샤프트 임피던스에 기반하여 결정될 수 있다. The winding-rotor capacitance and the winding-stator capacitance may be determined based on the BVR measurement data measured in a low frequency band and the winding-shaft impedance measured in a low frequency band.
저주파 대역에서 BVR은 상기 권선-회전자 커패시턴스 및 상기 회전자-고정자 커패시턴스에 기반하여 결정될 수 있다. In a low frequency band, BVR may be determined based on the winding-rotor capacitance and the rotor-stator capacitance.
중간 대역에서 BVR은 상기 권선-회전자 커패시턴스, 상기 회전자-고정자 커패시턴스, 권선-고정자 커패시턴스, 및 도체간 커패시턴스에 기반하여 결정될 수 있다.In the middle band, BVR can be determined based on the winding-rotor capacitance, the rotor-stator capacitance, the winding-stator capacitance, and the conductor-to-conductor capacitance.
일 실시예에 따른 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치는, 하나 이상의 프로세서, 및 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치로서, 상기 하나 이상의 프로세서는, 3상 농형 유도 전동기의 권선으로 인가되는 공통 모드 전압과 상기 3상 농형 유도 전동기의 베어링에 발생하는 베어링 전압 사이에서 측정된 베어링 전압비(Bearing Voltage Ratio, BVR) 측정 데이터 및 상기 3상 농형 유도 전동기의 권선, 프레임 및 샤프트단 사이에서 각각 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하고, 상기 주파수별 BVR 측정 데이터 및 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터에 기초하여, 상기 3상 농형 유도 전동기에 대응하는 등가 회로를 모델링하고, 상기 등가 회로를 사용하여 상기 3상 농형 유도 전동기에서 주파수에 따라 상기 베어링에 발생하는 베어링 전압을 예측한다.An apparatus for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor according to an embodiment is a computing device having one or more processors and a memory storing one or more programs executed by the one or more processors, wherein the one or more processors include: , Bearing Voltage Ratio (BVR) measurement data measured between the common mode voltage applied to the windings of the three-phase cage-type induction motor and the bearing voltage generated in the bearing of the three-phase cage-type induction motor, and the three-phase cage-type induction motor Acquiring impedance measurement data for each frequency measured between the winding, frame, and shaft end of each, and based on the BVR measurement data for each frequency and the impedance measurement data for each frequency, an equivalent circuit corresponding to the three-phase squirrel cage induction motor modeling, and predict the bearing voltage generated in the bearing according to the frequency in the three-phase cage-type induction motor using the equivalent circuit.
상기 등가 회로는, 상기 3상 농형 유도 전동기의 3상 입력과 상기 권선 사이에 각각에 연결된 리드 인덕턴스와, 상기 3상 입력 및 상기 리드 인덕턴스에 각각 연결된 단상 임피던스와, 상기 권선과 상기 3상 농형 유도 전동기의 회전자 사이에 각각 연결된 권선-회전자 커패시턴스와, 상기 권선과 상기 3상 농형 유도 전동기의 고정자 사이에 각각 연결된 권선-고정자 커패시턴스와, 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 연결된 회전자-고정자 커패시턴스와, 상기 회전자와 상기 샤프트단 사이에 연결된 샤프트 인덕턴스와, 상기 고정자와 상기 프레임 사이에 연결된 프레임 인덕턴스 및 프레임 저항을 포함할 수 있다. The equivalent circuit includes lead inductances respectively connected between the three-phase inputs of the three-phase cage-type induction motor and the windings, single-phase impedances respectively connected to the three-phase inputs and the lead inductances, and the windings and the three-phase cage-type induction motor. Winding-rotor capacitance respectively connected between the rotors of the motor, winding-stator capacitance connected between the windings and the stator of the three-phase cage type induction motor, respectively, and rotor-stator capacitance connected between the stator and the rotor and a shaft inductance connected between the rotor and the shaft end, and a frame inductance and frame resistance connected between the stator and the frame.
상기 단상 임피던스는, 도체간 병렬 저항과, 상기 도체간 병렬 저항과 병렬로 연결된 도체간 커패시턴스 및 도체간 직렬 저항을 포함할 수 있다. The single-phase impedance may include parallel resistance between conductors, capacitance between conductors connected in parallel with the parallel resistance between conductors, and series resistance between conductors.
상기 임피던스 측정 데이터는, 상기 권선과 상기 프레임 사이에서 측정된 공통모드 임피던스와, 상기 권선과 상기 샤프트단 사이에서 측정된 권선-샤프트 임피던스와, 상기 샤프트단과 상기 프레임 사이에서 측정된 샤프트-프레임 임피던스를 포함할 수 있다. The impedance measurement data includes a common mode impedance measured between the winding and the frame, a winding-shaft impedance measured between the winding and the shaft end, and a shaft-frame impedance measured between the shaft end and the frame. can include
상기 권선-고정자 커패시턴스는 저주파 대역 주파수에서의 상기 공통모드 임피던스에 기반하여 결정될 수 있다. The winding-stator capacitance may be determined based on the common mode impedance at a low frequency band frequency.
상기 도체간 커패시턴스는 중간 주파수 대역에서의 공진 주파수, 상기 고정자의 누설 인덕턴스, 상기 회전자의 누설 인덕턴스에 기반하여 결정될 수 있다. The inter-conductor capacitance may be determined based on a resonant frequency in an intermediate frequency band, a leakage inductance of the stator, and a leakage inductance of the rotor.
상기 리드 인덕턴스 및 상기 프레임 인덕턴스는 고주파 대역에서 측정된 상기 공통모드 임피던스 및 상기 고주파 대역에서 상기 주파수별 BVR 데이터에 기반하여 결정될 수 있다. The lead inductance and the frame inductance may be determined based on the common mode impedance measured in a high frequency band and the BVR data for each frequency in the high frequency band.
상기 샤프트 인덕턴스는 상기 고주파 대역에서 측정된 상기 샤프트-프레임 임피던스 및 상기 프레임 인덕턴스에 기반하여 결정될 수 있다. The shaft inductance may be determined based on the shaft-frame impedance and the frame inductance measured in the high frequency band.
상기 권선-회전자 커패시턴스 및 상기 권선-고정자 커패시턴스는 저주파 대역에서 측정된 상기 BVR 측정 데이터 및 상기 저주파 대역에서 측정된 상기 권선-샤프트 임피던스에 기반하여 결정될 수 있다. The winding-rotor capacitance and the winding-stator capacitance may be determined based on the BVR measurement data measured in a low frequency band and the winding-shaft impedance measured in a low frequency band.
저주파 대역에서 BVR은 상기 권선-회전자 커패시턴스 및 상기 회전자-고정자 커패시턴스에 기반하여 결정될 수 있다. In a low frequency band, BVR may be determined based on the winding-rotor capacitance and the rotor-stator capacitance.
중간 대역에서 BVR은 상기 권선-회전자 커패시턴스, 상기 회전자-고정자 커패시턴스, 권선-고정자 커패시턴스, 및 도체간 커패시턴스에 기반하여 결정될 수 있다.In the middle band, BVR can be determined based on the winding-rotor capacitance, the rotor-stator capacitance, the winding-stator capacitance, and the conductor-to-conductor capacitance.
본 발명에 따르면, 주파수 의존적 특성을 반영함으로써 보다 실용적이고 정확하게 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성을 예측할 수 있다.According to the present invention, bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor can be more practically and accurately predicted by reflecting frequency-dependent characteristics.
도 1은 일 실시예에 따른 3상 농형 유도 전동기에서 베어링 전압과 전류 경로 예시도
도 2는 일 실시예에 따른 3상 농형 유도 전동기에서 주파수별 BVR(bearing voltage ratio) 데이터 측정 및 주파수별 임피던스 데이터 측정을 위한 설정 예시도
도 3은 일 실시예에 따른 주파수별 BVR 측정 데이터의 예시도
도 4 내지 도 6은 일 실시예에 따른 주파수별 임피던스 측정 데이터의 예로서, 도 4는 주파수별 공통모드 임피던스, 도 5는 주파수별 권선-샤프트 임피던스, 도 6은 주파수별 샤프트-프레임 임피던스의 예시도
도 7은 일 실시예에 따른 주파수 의존적 특성을 반영한 3상 농형 유도 전동기의 등가회로도
도 8은 일 실시예에 따른 단상 임피던스 등가회로도
도 9는 일 실시예에 따른 전동기 설계 치수만을 이용한 BVR 특성 예측 회로 모델의 예시도
도 10은 일 실시예에 따른 본 발명에 따른 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법을 나타내는 흐름도
도 11은 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 의해 도출된 공통모드 임피던스와 실제 측정된 임피던스를 비교한 결과
도 12는 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 의해 도출된 BVR과 실제 측정된 BVR을 비교한 결과
도 13은 일 실시예에 따른 시뮬레이션에 의해 도출된 베어링 전압 파형과 실제 측정된 베어링 전압 파형을 비교한 결과
도 14 내지 도 17은 일 실시예에 따른 베어링 전압 시간 축 파형 측정 및 시뮬레이션 비교 결과
도 18은 일 실시예에 따른 BVR 특성 예측 회로모델 소자값 계산을 위한 FEM 모델의 예시도
도 19는 일 실시예에 따른 예측한 BVR 특성과 측정 데이터와의 비교 결과
도 20은 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경(10)을 예시하여 설명하기 위한 블록도1 is an exemplary diagram of bearing voltage and current paths in a three-phase cage-type induction motor according to an embodiment;
2 is an exemplary diagram of settings for measuring bearing voltage ratio (BVR) data for each frequency and impedance data for each frequency in a three-phase squirrel cage induction motor according to an embodiment.
3 is an exemplary diagram of BVR measurement data for each frequency according to an embodiment;
4 to 6 are examples of impedance measurement data for each frequency according to an embodiment. FIG. 4 is a common mode impedance for each frequency, FIG. 5 is a winding-shaft impedance for each frequency, and FIG. 6 is an example of shaft-frame impedance for each frequency. do
7 is an equivalent circuit diagram of a three-phase squirrel cage induction motor reflecting frequency dependent characteristics according to an embodiment.
8 is a single-phase impedance equivalent circuit diagram according to an embodiment
9 is an exemplary diagram of a BVR characteristic prediction circuit model using only motor design dimensions according to an embodiment
10 is a flowchart illustrating a method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor according to the present invention according to an embodiment.
11 is a result of comparing common mode impedance derived by simulation and actually measured impedance according to an embodiment.
12 is a result of comparing BVR derived by simulation and actually measured BVR according to an embodiment.
13 is a result of comparing a bearing voltage waveform derived by simulation according to an embodiment with a bearing voltage waveform actually measured
14 to 17 are comparison results of bearing voltage time axis waveform measurements and simulations according to an embodiment.
18 is an exemplary view of a FEM model for calculating BVR characteristic prediction circuit model element values according to an embodiment.
19 is a comparison result between predicted BVR characteristics and measured data according to an embodiment.
20 is a block diagram for illustrating and describing a
이하, 도면을 참조하여 구체적인 실시 형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 개시되는 실시예들은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings. The detailed descriptions that follow are provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and disclosed embodiments are not limited thereto.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 개시되는 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 개시되는 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the disclosed embodiments, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the disclosed embodiments, which may vary according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. Terminology used in the detailed description is only for describing the embodiments and should in no way be limiting. Unless expressly used otherwise, singular forms of expression include plural forms. In this description, expressions such as "comprising" or "comprising" are intended to indicate any characteristic, number, step, operation, element, portion or combination thereof, one or more other than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other feature, number, step, operation, element, part or combination thereof.
이하, 주파수 의존적 특성을 반영한 3상 농형 유도 전동기(1)의 베어링 전압 특성 예측 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method for predicting bearing voltage characteristics of the three-phase cage-
도 1은 일 실시예에 따른 3상 농형 유도 전동기(1)에서 베어링 전압과 전류 경로 예시도이다. 1 is an exemplary view showing bearing voltage and current paths in a three-phase cage-
베어링 전압은 샤프트단(30)과 모터 프레임(20) 사이의 포텐셜 차이이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 베어링 전압의 원인은 0이 아닌(non-zero) 공통모드(common mode, CM) 입력이며, 이는 고정자(50), 에어 갭, 회전자(40) 표면을 통해 양 샤프트단에 전달된다. 그리하여, 베어링 전압은 공통모드 전압과 베어링 전압비(Bearing Voltage Ratio, BVR)로 표현될 수 있다. The bearing voltage is a potential difference between the
종래 기술에서, BVR은 몇몇 기생 커패시턴스(stray capacitance)로 구성된 수학식에 의해 표현되어서, 커패시턴스가 계산되면 주파수-독립적 BVR 값이 계산되었다. In the prior art, BVR was expressed by an equation consisting of some stray capacitance, so that once the capacitance was calculated, a frequency-independent BVR value was calculated.
단순한 BVR 공식을 사용하여 베어링 전압을 저감시키는 방법은 이전에는 유효하였으나, 공통모드 입력과 샤프트단 사이의 전달 임피던스는 주파수-의존적 특성을 가지기 때문에 증가하는 구동 대역폭은 주파수로 인한 베어링 전압의 변동을 반영할 것을 요구한다. 베어링 전압의 주파수-도메인 측정 데이터는 주파수가 수십 킬로헤르츠(kHz)로 증가함에 따라 BVR 값이 그 저주파에서의 값과 달라짐을 보여준다. The method of reducing the bearing voltage using a simple BVR formula was previously valid, but since the transfer impedance between the common mode input and the shaft end has a frequency-dependent characteristic, the increasing driving bandwidth reflects the variation of the bearing voltage due to frequency. ask to do Frequency-domain measurement data of the bearing voltage show that as the frequency increases to tens of kilohertz (kHz), the BVR value differs from that at that low frequency.
이러한 의존성으로 인하여, 높은 주파수를 갖는 공통모드 입력 전압이 인가될 때 기존의 BVR 수식은 베어링 전압을 예측함에 있어 더이상 정확하지 못하다고 할 수 있다. 그리하여, 보다 정확한 예측을 위하여 주파수 단위에서 BVR을 분석할 필요가 있다. 이러한 목적으로, 본 발명은 주파수-의존적 베어링 전압을 설명할 수 있는 등가 회로 모델을 제공한다. Because of this dependence, the conventional BVR formula is no longer accurate in predicting the bearing voltage when a common mode input voltage with a high frequency is applied. Therefore, it is necessary to analyze the BVR in frequency units for more accurate prediction. For this purpose, the present invention provides an equivalent circuit model capable of describing the frequency-dependent bearing voltage.
도 2는 일 실시예에 따른 3상 농형 유도 전동기에서 주파수별 BVR 데이터 측정 및 주파수별 임피던스 데이터 측정을 위한 설정 예시도이다.2 is a diagram illustrating settings for measuring BVR data for each frequency and measuring impedance data for each frequency in a three-phase squirrel cage induction motor according to an embodiment.
주파수에 따라 가변하는 BVR의 특성을 반영하기 위하여, 먼저 주파수 영역에서의 BVR을 측정한다. 예를 들어, 1.5kW 3상 유도 전동기가 측정을 위하여 사용될 수 있다. 전동기는 동작 상태와 관계없이 항상 용량성을 갖는 완전히 절연된 베어링(60)을 구비한다. 2-포트 벡터 네트워크 애널라이저(vector network analyzer, VNA)가 S-파라미터(scattering parameter) 행렬을 도출하기 위하여 사용될 수 있다. In order to reflect the characteristics of the BVR that varies according to the frequency, first, the BVR in the frequency domain is measured. For example, a 1.5 kW three-phase induction motor can be used for measurement. The motor has fully insulated
그러나, 전동기는 반드시 절연된 베어링에 한정되는 것은 아니며 전동기의 특성을 측정하기 위한 상황에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 회전 상태의 일반 베이링을 장착한 전동기에도 적용할 수 있다.However, the motor is not necessarily limited to an insulated bearing and may be variously changed according to circumstances for measuring characteristics of the motor. For example, it can also be applied to an electric motor equipped with a rotating general bearing.
이후, S-파라미터를 Z-파라미터(임피던스 파라미터) 행렬로 변환한다. 전동기가 동작 가능한 경우, 포트 2는 개방되고 I2 = 0이다. 그리하여, 아래의 수학식 1이 도출된다. Then, the S-parameters are converted into a Z-parameter (impedance parameter) matrix. When the motor is operational,
수학식 1로부터 아래의 수학식 2가 도출될 수 있다.
수학식 2를 임피던스 파라미터에 적용함으로써, BVR 데이터가 도 3과 같이 획득될 수 있다.By applying
도 3은 일 실시예에 따른 주파수별 BVR 측정 데이터의 예시도이다.3 is an exemplary diagram of BVR measurement data for each frequency according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 30kHz 이하에서 BVR 값은 일정하다. 그러나, 60kHz 근처에서, 감소된 BVR 값이 5MHz까지 유지된다. 5MHz 이상에서, BVR이 증가한다. Referring to FIG. 3, the BVR value is constant below 30 kHz. However, around 60 kHz, the reduced BVR value is maintained up to 5 MHz. Above 5 MHz, the BVR increases.
도 3에 도시된 것과 같은 BVR의 주파수-의존적 특성은 이렇게 설명될 수 있다. 저주파수 대역에서, BVR은 일정한 값을 갖는다. 그러나, 60kHz가 넘어가면서, 상대적으로 낮은 임피던스로 인하여 고려되지 못하였던 누설 인덕턴스와 도체간 커패시턴스가 유효해진다. 이때, 공통모드 전압의 일부가 인덕턴스에 의해 강하하게 되는데, 이는 베어링 전압의 감소를 유발한다. 160kHz 이상에서, 누설 인덕턴스의 임피던스는 도체간 커패시턴스의 작아진 병렬 임피던스에 의해 무시될 수 있다. 그러면 도체간 커패시턴스와 다른 기생 커패시턴스의 연속된 조합은 권선 리드의 인덕턴스와 프레임 인덕턴스가 주요해질 때까지 낮아진 BVR 값을 유지하게 된다. 이후, 5MHz 이상의 영역에서, 공통모드 전압은 권선 리드 및 프레임 인덕턴스에 의해 주로 영향을 받게 되고, BVR은 인덕턴스에 의해 결정된 값에 따라 변화한다. The frequency-dependent characteristic of a BVR as shown in FIG. 3 can be explained in this way. In the low frequency band, BVR has a constant value. However, as the frequency exceeds 60 kHz, leakage inductance and capacitance between conductors, which were not considered due to relatively low impedance, become effective. At this time, a portion of the common mode voltage drops due to inductance, which causes a decrease in bearing voltage. Above 160 kHz, the impedance of the leakage inductance can be neglected by the reduced parallel impedance of the inter-conductor capacitance. The successive combination of inter-conductor capacitance and other parasitic capacitance then maintains a lowered BVR value until the inductance of the winding leads and the frame inductance become dominant. Then, in the region of 5 MHz or higher, the common mode voltage is mainly influenced by winding leads and frame inductance, and BVR changes according to a value determined by the inductance.
이후, 등가 회로 내 각 소자 값을 결정하기 위하여, 3상 유도 전동기의 주파수별 임피던스 데이터가 측정된다. Thereafter, in order to determine the value of each element in the equivalent circuit, impedance data for each frequency of the 3-phase induction motor is measured.
도 4 내지 도 6은 일 실시예에 따른 주파수별 임피던스 측정 데이터의 예로서, 도 4는 주파수별 공통모드 임피던스(ZCM), 도 5는 주파수별 권선-샤프트 임피던스(Zew), 도 6은 주파수별 샤프트-프레임 임피던스(Zfe)의 예시도이다. 4 to 6 are examples of impedance measurement data for each frequency according to an embodiment. FIG. 4 is a common mode impedance (Z CM ) for each frequency, FIG. 5 is a winding-shaft impedance (Z ew ) for each frequency, and FIG. 6 is It is an exemplary diagram of shaft-frame impedance (Z fe ) for each frequency.
도 4 내지 도 6와 같이 측정된 주파수 별 임피던스 데이터로부터 등가 회로의 각 소자 값이 도출되며, 이러한 소자 값을 통해 등가 회로를 모델링할 수 있다.Values of each element of the equivalent circuit are derived from impedance data for each frequency measured as shown in FIGS. 4 to 6 , and the equivalent circuit can be modeled through these element values.
도 7은 일 실시예에 따른 주파수 의존적 특성을 반영한 3상 농형 유도 전동기(1)의 등가회로도이다. 7 is an equivalent circuit diagram of a three-phase cage-
도 7의 등가 회로는 T-등가회로를 기반으로 설계되었으며, 점선 내의 노드는 3상 전동기(1)의 각 권선(5)의 중간 위치를 나타낸다. 또한, 리드 인덕턴스(Llead)는 권선(5)의 각 입력 단자의 리드선 인덕턴스, Csw,u, Csw,v, Csw,w는 각 u, v, w 상에 대한 권선-고정자 커패시턴스이고, Crw,u, Crw,v, Crw,w은 각 u, v, w 상에 대한 권선-회전자 커패시턴스이다. Csr은 회전자-고정자 커패시턴스이고, LDE는 회전자(40) 표면의 축 방향 중심점에서 샤프트 DE(drive end)(32)까지의 도전 거리로 인해 발생하는 인덕턴스이다. Lframe 및 Rframe은 고정자(50) 내측 표면의 축 방향 중심점에서 샤프트 DE(32)와 가장 가까운 프레임(20) 위치까지의 도전 거리로 인해 발생하는 인덕턴스 및 저항이다. The equivalent circuit of FIG. 7 is designed based on the T-equivalent circuit, and the node in the dotted line represents the middle position of each winding 5 of the 3-
본 문서에서의 등가 회로는 평형 3상 회로(각 상의 임피던스 성분이 동일)를 가정하므로, 도 7의 각 권선(5) 중간 위치들은 서로 단락된 것으로 볼 수 있으므로, 아래의 수학식 3의 관계가 성립할 수 있다.Since the equivalent circuit in this document assumes a balanced three-phase circuit (the impedance components of each phase are the same), the middle positions of each winding 5 in FIG. can be achieved
도 8은 일 실시예에 따른 단상 임피던스 등가회로도이다. 8 is a single-phase impedance equivalent circuit diagram according to an embodiment.
도 8의 회로의 임피던스의 절반이 도 7의 1/2*Zph,u, 1/2*Zph,v, 1/2*Zph,w에 해당한다. 이 회로도의 점선은 널리 사용되고 있는 3상 농형 유도 전동기의 단상 저주파 등가회로이며, 해당 회로의 구성 소자들은 널리 알려진 소자이므로 이에 대한 설명은 생략한다. 그 외 소자들 Ctt, Rtt,s, Rtt,p는 각각 등가 도체 간 커패시턴스, 직렬 저항, 병렬 저항을 나타낸다.Half of the impedance of the circuit of FIG. 8 corresponds to 1/2*Z ph,u , 1/2*Z ph,v , and 1/2*Z ph,w of FIG. 7 . The dotted line in this circuit diagram is a single-phase low-frequency equivalent circuit of a widely used three-phase cage-type induction motor, and the components of the circuit are well-known elements, so a description thereof will be omitted. Other elements C tt , R tt,s , R tt,p represent the equivalent inter-conductor capacitance, series resistance, and parallel resistance, respectively.
도 7 및 도 8의 각 회로의 구성 소자 값들은 도 3 내지 도 6과 같이 획득된 BVR 측정 데이터 및 임피던스 측정 데이터로부터 결정될 수 있다. Element values of each circuit of FIGS. 7 and 8 may be determined from BVR measurement data and impedance measurement data obtained as shown in FIGS. 3 to 6 .
10kHz 이하 저주파 대역에서 공통모드 임피던스(Zcm)는 용량성의 특성을 갖는다. 이 특성을 이용하여, 권선-고정자 커패시턴스(CSW) 값은 아래의 수학식 4와 같이 결정될 수 있다. Common mode impedance (Z cm ) in a low frequency band of 10 kHz or less has a capacitive characteristic. Using this characteristic, the winding-stator capacitance (C SW ) value can be determined as shown in Equation 4 below.
수학식 4에서 flf는 저주파 대역에서 임의의 주파수 값을 의미한다. In Equation 4, f lf means an arbitrary frequency value in a low frequency band.
중간 주파수 대역(10kHz ~ 1MHz)에서 공통모드 임피던스의 공진 주파수(도 4의 170kHz)를 이용하면 도체 간 커패시턴스(Ctt)는 아래의 수학식 5와 같이 결정될 수 있다. When using the resonant frequency (170 kHz of FIG. 4) of the common mode impedance in the middle frequency band (10 kHz to 1 MHz), the inter-conductor capacitance (C tt ) can be determined as shown in
수학식 5에서, fsr은 중간 주파수 대역에서 공진 주파수를 의미하며, Lls 및 Llr는 고정자(50)와 회전자(40)의 누설 인덕턴스이다. 또한, 수학식 5는 도체간 커패시턴스와 권선 누설 인덕턴스의 병렬 LC 공진 특성을 이용하여 유도될 수 있다. In
10MHz 이상의 고주파 대역에서 공통모드 임피던스(Zcm)는 유도자의 특성을 보이며, 아래의 수학식 6과 같이 결정될 수 있다.In a high-frequency band of 10 MHz or higher, the common mode impedance (Z cm ) shows characteristics of an inductor and can be determined as shown in Equation 6 below.
수학식 6에서 fhf는 고 주파수 대역에서 임의의 주파수를 의미하며, 공통모드 입력 임피던스의 관점에서 도 7을 참조하면 3개의 동일 성분이 병렬로 연결된 구조로 해석되기 때문에 Llead에 1/3이 곱해진다. 또한, 동일 주파수 대역에서 BVR 값은 아래의 수학식 7에 의해 결정된다.In Equation 6, f hf means an arbitrary frequency in a high frequency band, and referring to FIG. 7 from the point of view of common mode input impedance, since it is interpreted as a structure in which three identical components are connected in parallel, 1/3 of L lead It multiplies. In addition, the BVR value in the same frequency band is determined by Equation 7 below.
수학식 6과 수학식 7을 연립하면, Llead와 Lframe의 값이 구해질 수 있다. LDE의 값은 수학식 6과 수학식 7을 통해 구해진 Lframe의 값과 샤프트-프레임 임피던스(Zfe)의 고주파 값을 이용하여 아래의 수학식 8과 같이 구해질 수 있다.By combining Equation 6 and Equation 7, the values of L lead and L frame can be obtained. The value of L DE can be obtained as shown in Equation 8 below using the value of L frame obtained through Equations 6 and 7 and the high-frequency value of the shaft-frame impedance (Z fe ).
Csr과 Crw의 값은 BVR과 권선-샤프트 임피던스(Zew)의 저주파 대역 특성을 이용하여 아래의 수학식 9 및 수학식 10을 연립하여 계산될 수 있다.The values of C sr and C rw can be calculated by combining
도 8의 단상 등가 임피던스의 저항 값들은 공진주파수에서의 각 임피던스 값들을 사용하여 아래의 수학식 11 내지 수학식 13과 같이 계산될 수 있다. Resistance values of the single-phase equivalent impedance of FIG. 8 may be calculated as shown in Equations 11 to 13 below using each impedance value at the resonant frequency.
일반적인 3상 PWM 인버터의 경우 스위칭 주파수가 최대 수십 kHz에 불과하므로, BVR 주파수 특성 중 고주파 대역(10MHz 이상)의 특성은 예측에 있어 무시될 수 있다. 그러므로, BVR 특성 예측시 주로 관심을 둬야할 부분은 저주파 대역에서 BVR 값(BVRlf)과 중간 대역에서 BVR 값(BVRmf) 및 둘 사이의 경계 주파수 ft이다. In the case of a general three-phase PWM inverter, since the switching frequency is only a few tens of kHz at most, the characteristics of the high frequency band (10 MHz or more) among the BVR frequency characteristics can be ignored in the prediction. Therefore, when predicting the BVR characteristics, the main attention is paid to the BVR value in the low frequency band (BVR lf ), the BVR value in the middle band (BVR mf ), and the boundary frequency f t between the two.
도 9는 일 실시예에 따른 본 발명에 따른 전동기 설계 치수를 이용하여 BVR 특성을 예측하기 위한 회로 모델의 예시도이다. 9 is an exemplary diagram of a circuit model for predicting BVR characteristics using design dimensions of a motor according to the present invention according to an embodiment.
도 9의 회로와 Csw >> Crw + Csr 관계를 이용하여 근사 공통모드 입력 임피던스를 계산하면 아래의 수학식 14와 같다. The approximate common mode input impedance is calculated using the circuit of FIG. 9 and the relationship C sw >> C rw + C sr as shown in
수학식 14에서 Zph는 아래의 수학식 15와 같이 근사화되며, Ll = Lls + Llr이다. In
도 9의 단상 임피던스(Zph)의 자화 인덕턴스 및 기타 소자는 근사 계산시 상대적으로 작은 크기의 임피던스를 가지므로 무시할 수 있다. 권선 중간 위치와 모터 프레임(20) 사이의 임피던스는 아래의 수학식 16과 같이 계산될 수 있다. The magnetizing inductance and other elements of the single-phase impedance (Z ph ) of FIG. 9 can be ignored since they have a relatively small impedance in approximate calculation. The impedance between the middle position of the winding and the
또한, 권선 중간 위치에서의 전압은 아래의 수학식 17과 같다. In addition, the voltage at the middle position of the winding is shown in Equation 17 below.
수학식 17은 입력 단자와 권선 중간 위치 전압 사이의 전압 분배 식을 통해 유도된다. 수학식 17을 이용하여 베어링 전압을 구하면 아래의 수학식 18과 같다. Equation 17 is derived through the voltage division equation between the input terminal and the winding middle position voltage. If the bearing voltage is obtained using Equation 17,
수학식 18을 이용하여 BVR을 계산하면 아래의 수학식 19와 같다. BVR is calculated using
수학식 14와 수학식 16을 수학식 19에 대입하여 정리하면 아래의 수학식 20과 같다. Substituting
수학식 20을 이용하여 BVRlf, BVRmf, 및 ft를 구하면 아래의 수학식 21 내지 수학식 23과 같다. When BVR lf , BVR mf , and f t are obtained using
그러나, 경계 주파수 ft는 상술한 바와 같이, BVRlf과 BVRmf 의 중간으로 한정되는 것은 아니며 설계 및 모델링 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다. However, as described above, the boundary frequency f t is not limited to the middle of BVR lf and BVR mf and may be variously changed according to design and modeling purposes.
도 10는 일 실시예에 따른 본 발명에 따른 3상 농형 유도 전동기(1)의 베어링 전압 특성 예측 방법을 나타내는 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-
본 발명에 따른 3상 농형 유도 전동기(1)의 베어링 전압 특성 예측 방법은, 3상 농형 유도 전동기(1)에서, 권선(5)으로 인가되는 공통 모드 전압(Vcm)과 베어링(60)에 발생하는 베어링 전압(Vb) 사이에서 측정된 주파수별 BVR 측정 데이터 및 3상 농형 유도 전동기(1)의 권선(5), 프레임(20), 샤프트단(30) 사이에서 각각 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하는 단계(S910)와, 주파수별 BVR 측정 데이터 및 주파수별 임피던스 측정 데이터에 기초하여 3상 농형 유도 전동기(1)에 대응하는 등가 회로를 모델링하는 단계(S920)와, 등가 회로를 사용하여 3상 농형 유도 전동기(1)에서 주파수에 따라 베어링(60)에 발생하는 베어링 전압(Vb)을 예측하는 단계(S930)를 포함한다. A method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor (1) according to the present invention relates to a common mode voltage (V cm ) applied to a winding (5) and a bearing (60) in a three-phase cage-type induction motor (1). BVR measurement data for each frequency measured between the generated bearing voltage (V b ) and impedance for each frequency measured between the winding (5), frame (20), and shaft end (30) of the three-phase cage-type induction motor (1) Obtaining measurement data (S910), modeling an equivalent circuit corresponding to the three-phase squirrel
본 발명의 일 실시예에 따르면, 등가 회로는, 도 7에 도시된 것과 같이, 3상 농형 유도 전동기(1)의 3상 입력(U, V, W-phase input)과 권선(5) 사이에 각각에 연결된 리드 인덕턴스(Llead)와, 3상 입력 및 리드 인덕턴스(Llead)에 각각 연결된 단상 임피던스(Zph)와, 권선(5)과 3상 농형 유도 전동기(1)의 회전자(40) 사이에 각각 연결된 권선-회전자 커패시턴스(Crw)와, 권선(5)과 3상 농형 유도 전동기(1)의 고정자(50) 사이에 각각 연결된 권선-고정자 커패시턴스(Csw)와, 고정자(50)와 회전자(40) 사이에 연결된 회전자-고정자 커패시턴스(Csr)와, 회전자(40)와 샤프트단(30) 사이에 연결된 샤프트 인덕턴스(LDE)와, 고정자(50)와 프레임(20) 사이에 연결된 프레임 인덕턴스(Lframe) 및 프레임 저항(Rframe)을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the equivalent circuit is between the three-phase inputs (U, V, W-phase inputs) of the three-phase cage-type induction motor (1) and the winding (5). The lead inductance (L lead ) connected to each, the single-phase impedance (Z ph ) connected to each of the three-phase input and lead inductance (L lead ), the winding (5) and the rotor (40) of the three-phase squirrel cage induction motor (1) ), winding-rotor capacitance (C rw ), winding-stator capacitance (C sw ), respectively connected between the winding 5 and the
본 발명의 실시예에 따르면, 단상 임피던스(Zph)는, 도 8에 도시된 것과 같이, 도체간 병렬 저항(Rtt,p)과, 도체간 병렬 저항(Rtt,p)과 병렬로 연결된 도체간 커패시턴스(Ctt) 및 도체간 직렬 저항(Rtt,s)을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the single-phase impedance (Zph) is, as shown in FIG. 8, a conductor connected in parallel with the parallel resistance between conductors (R tt, p ) and the parallel resistance between conductors (R tt,p ) capacitance between conductors (C tt ) and series resistance between conductors (R tt,s ).
본 발명의 실시예에 따르면, 임피던스 측정 데이터는 권선(5)과 프레임(20) 사이에서 측정된 공통모드 임피던스(Zcm)와, 권선(5)과 샤프트단(30) 사이에서 측정된 권선-샤프트 임피던스(Zew)와, 샤프트단(30)과 프레임(20) 사이에서 측정된 샤프트-프레임 임피던스(Zfe)를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the impedance measurement data is the common mode impedance (Z cm ) measured between the winding 5 and the
본 발명의 실시예에 따르면, 권선-고정자 커패시턴스(Csw)는 저주파 대역 주파수에서의 공통모드 임피던스(Zcm)에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 권선-고정자 커패시턴스(Csw)는 수학식 4와 같이 결정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the winding-stator capacitance (C sw ) may be determined based on the common mode impedance (Z cm ) in a low frequency band. For example, the winding-stator capacitance (C sw ) can be determined as in Equation 4.
본 발명의 실시예에 따르면, 도체간 커패시턴스(Ctt)는 중간 주파수 대역에서의 공진 주파수(fsr), 고정자(50)의 누설 인덕턴스(Lls), 회전자(40)의 누설 인덕턴스(Llr)에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 도체간 커패시턴스(Ctt)는 수학식 5와 같이 결정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the inter-conductor capacitance (C tt ) is the resonant frequency (f sr ) in the intermediate frequency band, the leakage inductance (L ls ) of the
본 발명의 실시예에 따르면, 리드 인덕턴스(Llead) 및 프레임 인덕턴스(Lframe)는 고주파 대역에서 측정된 공통모드 임피던스(Zcm(fhf)) 및 고주파 대역에서의 BVR 데이터(BVR(fhf))에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 리드 인덕턴스(Llead) 및 프레임 인덕턴스(Lframe)는 수학식 6 및 수학식 7에 의해 결정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the lead inductance (L lead ) and the frame inductance (L frame ) are the common mode impedance (Z cm (f hf )) measured in the high frequency band and the BVR data (BVR (f hf ) in the high frequency band). ))). For example, the lead inductance (L lead ) and the frame inductance (L frame ) may be determined by Equations 6 and 7.
본 발명의 실시예에 따르면, 샤프트 인덕턴스(LDE)는 고주파 대역에서 측정된 샤프트-프레임 임피던스(Zfe(fhf)) 및 프레임 인덕턴스(Lframe)에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 샤프트 인덕턴스(LDE)는 수학식 8에 의해 결정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the shaft inductance (L DE ) may be determined based on the shaft-frame impedance (Z fe (f hf )) and the frame inductance (L frame ) measured in a high frequency band. For example, the shaft inductance (L DE ) may be determined by Equation 8.
본 발명의 실시예에 따르면, 권선-회전자 커패시턴스(Crw) 및 권선-고정자 커패시턴스(Csr)는 저주파 대역에서 측정된 주파수별 BVR 측정 데이터(BVR(flf)) 및 저주파 대역에서 측정된 권선-샤프트 임피던스(Zew(flf))에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 권선-회전자 커패시턴스(Crw) 및 권선-고정자 커패시턴스(Csr)는 수학식 9 및 수학식 10에 의해 결정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, winding-rotor capacitance (C rw ) and winding-stator capacitance (C sr ) are BVR measurement data (BVR(f lf )) for each frequency measured in a low frequency band and measured in a low frequency band It can be determined based on the winding-shaft impedance Z ew (f lf ). For example, winding-rotor capacitance (C rw ) and winding-stator capacitance (C sr ) can be determined by Equations (9) and (10).
본 발명의 실시예에 따르면, 저주파 대역에서 BVR(BVRlf)은 권선-회전자 커패시턴스(Crw) 및 회전자-고정자 커패시턴스(Csr)에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 저주파 대역에서 BVR(BVRlf)은 수학식 21과 같이 결정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, BVR (BVR lf ) in a low frequency band may be determined based on winding-rotor capacitance (C rw ) and rotor-stator capacitance (C sr ). For example, BVR (BVR lf ) in a low frequency band may be determined as in Equation 21.
본 발명의 실시예에 따르면, 중간 대역에서 BVR(BVRmf)은 권선-회전자 커패시턴스(Crw), 회전자-고정자 커패시턴스(Csr), 권선-고정자 커패시턴스(Csw), 및 도체간 커패시턴스(Ctt)에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 중간 대역에서 BVR(BVRmf)은 수학식 22에 의해 결정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, BVR (BVR mf ) in the middle band is the winding-rotor capacitance (C rw ), the rotor-stator capacitance (C sr ), the winding-stator capacitance (C sw ), and the inter-conductor capacitance (C tt ) It can be determined based on. For example, BVR (BVR mf ) in the middle band may be determined by
도 11 내지 도 13는 본 발명에 따른 주파수 의존적 특성을 반영하여 예측한 데이터와 실제 측정된 데이터를 비교한 결과로서, 도 11은 시뮬레이션에 의해 도출된 공통모드 임피던스와 실제 측정된 임피던스를 비교한 결과, 도 12은 시뮬레이션에 의해 도출된 BVR과 실제 측정된 BVR을 비교한 결과, 도 13는 시뮬레이션에 의해 도출된 베어링 전압 파형과 실제 측정된 베어링 전압 파형을 비교한 결과이다.11 to 13 are results of comparing data predicted by reflecting frequency-dependent characteristics according to the present invention with actually measured data, and FIG. 11 is a result of comparing common mode impedance derived by simulation with actually measured impedance. 12 is a result of comparing the BVR derived by simulation with the actually measured BVR, and FIG. 13 is a result of comparing the bearing voltage waveform derived by simulation with the actually measured bearing voltage waveform.
앞서 설명한 등가 회로의 모델링시 도출된 소자 값은 다음과 같다. Element values derived from modeling of the equivalent circuit described above are as follows.
Llead = 459.4nH,L lead = 459.4nH,
Ctt = 153.7pF, Ctt = 153.7pF,
Rtt,s = 52.77Ω,R tt,s = 52.77Ω,
Rtt,p = 4.53kΩ,R tt,p = 4.53 kΩ,
Csw = 4758.6pF,C sw = 4758.6pF,
Crw = 28.1pF,C r w = 28.1 pF,
Csr = 651pF, Csr = 651pF ,
LDE = 74.774nH, L DE = 74.774nH,
Lframe = 10.9nH, Lframe = 10.9nH,
Rframe = 100mΩR frame = 100 mΩ
위 값들을 도 7의 등가회로에 적용하여 계산한 주파수-축 공통모드 입력 임피던스 및 BVR과 측정 데이터의 비교 결과는 도 11 및 도 12와 같다. Comparison results of frequency-axis common mode input impedance and BVR calculated by applying the above values to the equivalent circuit of FIG. 7 and measurement data are shown in FIGS. 11 and 12 .
한편, 베어링 전압의 시간-축 파형 비교 결과는 도 13과 같다. Meanwhile, the time-axis waveform comparison result of the bearing voltage is shown in FIG. 13 .
도 14 내지 도 17은 일 실시예에 따른 베어링 전압 시간-축 파형 측정 및 시뮬레이션 비교 결과이다. 14 to 17 are bearing voltage time-axis waveform measurement and simulation comparison results according to an embodiment.
일 실시예에 따라 BVR 주파수-축 특성 검증을 위하여 20V peak-to-peak 크기 및 4가지 기본 주파수(ff=10kHz, 60kHz, 100kHz, 200kHz)의 구형파 전압을 전동기(1)에 인가한 후, 베어링 전압 시간 축 파형 측정 및 시뮬레이션 비교 결과는 도 14 내지 도 17과 같다.According to an embodiment, after applying a square wave voltage of 20V peak-to-peak and four basic frequencies (f f =10kHz, 60kHz, 100kHz, 200kHz) to the
도 14는 ff =10kHz, BVRmeas =0.053, BVRsim =0.064에서의 베어링 전압 파형, 도 15는 ff =60kHz, BVRmeas =0.066, BVRsim =0.076에서의 베어링 전압 파형, 도 16은 ff =100kHz, BVRmeas =0.042, BVRsim =0.037에서의 베어링 전압 파형, 도 17은 ff =200kHz, BVRmeas =0.018, BVRsim =0.017에서의 베어링 전압 파형을 도시하며, 각 BVR 값은 peak-to-peak 크기를 기반으로 계산되었다. Figure 14 is a bearing voltage waveform at f f =10kHz, BVR meas =0.053, BVR sim =0.064, Figure 15 is a bearing voltage waveform at f f =60kHz, BVR meas =0.066, BVR sim =0.076, Figure 16 is f Bearing voltage waveforms at f =100kHz, BVR meas =0.042, BVR sim =0.037, Figure 17 shows the bearing voltage waveforms at f f =200kHz, BVR meas =0.018, BVR sim =0.017, and each BVR value is peak Calculated based on -to-peak magnitude.
수학식 21 내지 수학식 23을 이용한 베어링 전압 특성(BVR) 예측을 위해 필요한 도 9의 소자값들은, 유한요소법(finite element method, FEM)을 이용하여 계산될 수 있다. 계산에 사용되는 예제 모델은 도 18과 같다.Element values of FIG. 9 necessary for predicting bearing voltage characteristics (BVR) using Equations 21 to 23 may be calculated using a finite element method (FEM). An example model used for calculation is shown in FIG. 18 .
도 18은 일 실시예에 따른 BVR 특성 예측 회로모델 소자값 계산을 위한 FEM 모델의 예시도이다.18 is an exemplary diagram of a FEM model for calculating device values of a BVR characteristic prediction circuit model according to an embodiment.
도 18의 예제 모델들은 측정에 사용된 예제 전동기의 설계 치수를 이용하여 설계되었다. 도 18의 (a)의 3D 모델은 Crw, Csr, 및 Csw 계산에 사용되었으며, (b)의 2D 단면 모델은 Ctt의 계산에 사용되었다. 계산된 소자 값들은 다음과 같다. The example models of FIG. 18 were designed using the design dimensions of example motors used for measurement. The 3D model in (a) of FIG. 18 was used to calculate C rw , C sr , and C sw , and the 2D cross-sectional model in (b) was used to calculate C tt . The calculated element values are as follows.
Ctt = 182.2pF, Ctt = 182.2pF,
Csw = 4755.3pF, Csw = 4755.3pF,
Crw = 26.9pF, Crw = 26.9pF,
Csr = 633pFCsr = 633pF
도 19는 일 실시예에 따른 예측한 BVR 특성과 측정 데이터와의 비교 결과이다. 19 is a comparison result between predicted BVR characteristics and measured data according to an embodiment.
일 실시예에 따라 예측한 베어링 전압 특성(BVR)과 측정 데이터와의 비교 결과는 도 19와 같다.The comparison result of the bearing voltage characteristic (BVR) predicted according to an embodiment and the measured data is shown in FIG. 19.
도 20은 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경(10)을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 20 is a block diagram illustrating and describing a
도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술된 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.In the illustrated embodiment, each component may have different functions and capabilities other than those described below, and may include additional components other than those described below.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 베어링 전압 특성 예측 장치일 수 있다.The illustrated
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.Computer-
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(12)와 연결될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 본 명세서에서 기술한 방법들을 컴퓨터상에서 수행하기 위한 프로그램, 및 상기 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나, 또는 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상적으로 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 프로그램의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.Meanwhile, embodiments of the present invention may include a program for performing the methods described in this specification on a computer, and a computer readable recording medium including the program. The computer readable recording medium may include program instructions, local data files, local data structures, etc. alone or in combination. The media may be specially designed and configured for the present invention, or may be commonly available in the field of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and specially configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, and flash memory. Hardware devices are included. Examples of the program may include not only machine language codes generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although representative embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications are possible to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.
1: 3상 농형 유도 전동기
5: 권선
20: 프레임
30: 샤프트단
40: 회전자
50: 고정자
60: 베어링1: 3-phase squirrel cage induction motor
5: Winding
20: frame
30: shaft end
40: rotor
50: stator
60: bearing
Claims (22)
상기 주파수별 BVR 측정 데이터 및 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터에 기초하여, 상기 3상 농형 유도 전동기에 대응하는 등가 회로를 모델링하는 단계; 및
상기 등가 회로를 사용하여 상기 3상 농형 유도 전동기에서 주파수에 따라 상기 베어링에 발생하는 베어링 전압을 예측하는 단계를 포함하는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
Bearing Voltage Ratio (BVR) measurement data for each frequency measured between the common mode voltage applied to the winding of the three-phase cage-type induction motor and the bearing voltage generated in the bearing of the three-phase cage-type induction motor and the three-phase cage-type induction motor Acquiring impedance measurement data for each frequency measured between windings, frames, and shaft ends of the motor;
modeling an equivalent circuit corresponding to the three-phase squirrel cage induction motor based on the BVR measurement data for each frequency and the impedance measurement data for each frequency; and
A method of predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor, comprising predicting a bearing voltage generated in the bearing according to a frequency in the three-phase cage-type induction motor using the equivalent circuit.
상기 등가 회로는,
상기 3상 농형 유도 전동기의 3상 입력과 상기 권선 사이에 각각에 연결된 리드 인덕턴스;
상기 3상 입력 및 상기 리드 인덕턴스에 각각 연결된 단상 임피던스;
상기 권선과 상기 3상 농형 유도 전동기의 회전자 사이에 각각 연결된 권선-회전자 커패시턴스;
상기 권선과 상기 3상 농형 유도 전동기의 고정자 사이에 각각 연결된 권선-고정자 커패시턴스;
상기 고정자와 상기 회전자 사이에 연결된 회전자-고정자 커패시턴스;
상기 회전자와 상기 샤프트단 사이에 연결된 샤프트 인덕턴스; 및
상기 고정자와 상기 프레임 사이에 연결된 프레임 인덕턴스 및 프레임 저항을 포함하는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 1,
The equivalent circuit is
lead inductances respectively connected between the three-phase input of the three-phase squirrel cage induction motor and the windings;
single-phase impedances respectively connected to the three-phase input and the lead inductance;
winding-rotor capacitances respectively connected between the windings and the rotor of the three-phase cage-type induction motor;
winding-stator capacitances respectively connected between the windings and the stator of the three-phase cage-type induction motor;
a rotor-stator capacitance coupled between the stator and the rotor;
a shaft inductance connected between the rotor and the shaft end; and
A method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor, comprising frame inductance and frame resistance connected between the stator and the frame.
상기 단상 임피던스는,
도체간 병렬 저항; 및
상기 도체간 병렬 저항과 병렬로 연결된 도체간 커패시턴스 및 도체간 직렬 저항을 포함하는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 2,
The single-phase impedance is,
parallel resistance between conductors; and
A method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor, including the inter-conductor capacitance and the series resistance between conductors connected in parallel with the parallel resistance between conductors.
상기 임피던스 측정 데이터는,
상기 권선과 상기 프레임 사이에서 측정된 공통모드 임피던스;
상기 권선과 상기 샤프트단 사이에서 측정된 권선-샤프트 임피던스; 및
상기 샤프트단과 상기 프레임 사이에서 측정된 샤프트-프레임 임피던스를 포함하는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 3,
The impedance measurement data,
common mode impedance measured between the winding and the frame;
winding-shaft impedance measured between the winding and the shaft end; and
A method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor, comprising a shaft-frame impedance measured between the shaft end and the frame.
상기 권선-고정자 커패시턴스는 저주파 대역 주파수에서의 상기 공통모드 임피던스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 4,
The method of predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor, wherein the winding-stator capacitance is determined based on the common mode impedance at a low frequency band frequency.
상기 도체간 커패시턴스는 중간 주파수 대역에서의 공진 주파수, 상기 고정자의 누설 인덕턴스, 상기 회전자의 누설 인덕턴스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 4,
The inter-conductor capacitance is determined based on a resonant frequency in an intermediate frequency band, a leakage inductance of the stator, and a leakage inductance of the rotor.
상기 리드 인덕턴스 및 상기 프레임 인덕턴스는 고주파 대역에서 측정된 상기 공통모드 임피던스 및 상기 고주파 대역에서 상기 주파수별 BVR 데이터에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 4,
Wherein the lead inductance and the frame inductance are determined based on the common mode impedance measured in the high frequency band and the BVR data for each frequency in the high frequency band.
상기 샤프트 인덕턴스는 상기 고주파 대역에서 측정된 상기 샤프트-프레임 임피던스 및 상기 프레임 인덕턴스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 7,
Wherein the shaft inductance is determined based on the shaft-frame impedance and the frame inductance measured in the high frequency band, a method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor.
상기 권선-회전자 커패시턴스 및 상기 권선-고정자 커패시턴스는 저주파 대역에서 측정된 상기 BVR 측정 데이터 및 상기 저주파 대역에서 측정된 상기 권선-샤프트 임피던스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 7,
The winding-rotor capacitance and the winding-stator capacitance are determined based on the BVR measurement data measured in a low frequency band and the winding-shaft impedance measured in a low frequency band, predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor Way.
저주파 대역에서 BVR은 상기 권선-회전자 커패시턴스 및 상기 회전자-고정자 커패시턴스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 9,
In a low frequency band, BVR is determined based on the winding-rotor capacitance and the rotor-stator capacitance, a method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor.
중간 대역에서 BVR은 상기 권선-회전자 커패시턴스, 상기 회전자-고정자 커패시턴스, 권선-고정자 커패시턴스, 및 도체간 커패시턴스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 방법.
According to claim 10,
In the middle band, the BVR is determined based on the winding-rotor capacitance, the rotor-stator capacitance, the winding-stator capacitance, and the inter-conductor capacitance. Method for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor.
상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리를 구비한 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치로서,
상기 하나 이상의 프로세서는,
3상 농형 유도 전동기의 권선으로 인가되는 공통 모드 전압과 상기 3상 농형 유도 전동기의 베어링에 발생하는 베어링 전압 사이에서 측정된 주파수별 베어링 전압비(Bearing Voltage Ratio, BVR) 측정 데이터 및 상기 3상 농형 유도 전동기의 권선, 프레임 및 샤프트단 사이에서 각각 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하고,
상기 주파수별 BVR 측정 데이터 및 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터에 기초하여, 상기 3상 농형 유도 전동기에 대응하는 등가 회로를 모델링하고,
상기 등가 회로를 사용하여 상기 3상 농형 유도 전동기에서 주파수에 따라 상기 베어링에 발생하는 베어링 전압을 예측하는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
one or more processors; and
An apparatus for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor having a memory for storing one or more programs executed by the one or more processors,
The one or more processors,
Bearing Voltage Ratio (BVR) measurement data for each frequency measured between the common mode voltage applied to the winding of the three-phase cage-type induction motor and the bearing voltage generated in the bearing of the three-phase cage-type induction motor and the three-phase cage-type induction motor Acquiring impedance measurement data for each frequency measured between windings, frames, and shaft ends of the motor,
modeling an equivalent circuit corresponding to the three-phase squirrel cage induction motor based on the BVR measurement data for each frequency and the impedance measurement data for each frequency;
An apparatus for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor, which predicts a bearing voltage generated in the bearing according to a frequency in the three-phase cage-type induction motor using the equivalent circuit.
상기 등가 회로는,
상기 3상 농형 유도 전동기의 3상 입력과 상기 권선 사이에 각각에 연결된 리드 인덕턴스;
상기 3상 입력 및 상기 리드 인덕턴스에 각각 연결된 단상 임피던스;
상기 권선과 상기 3상 농형 유도 전동기의 회전자 사이에 각각 연결된 권선-회전자 커패시턴스;
상기 권선과 상기 3상 농형 유도 전동기의 고정자 사이에 각각 연결된 권선-고정자 커패시턴스;
상기 고정자와 상기 회전자 사이에 연결된 회전자-고정자 커패시턴스;
상기 회전자와 상기 샤프트단 사이에 연결된 샤프트 인덕턴스; 및
상기 고정자와 상기 프레임 사이에 연결된 프레임 인덕턴스 및 프레임 저항을 포함하는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 12,
The equivalent circuit is
lead inductances respectively connected between the three-phase input of the three-phase squirrel cage induction motor and the windings;
single-phase impedances respectively connected to the three-phase input and the lead inductance;
winding-rotor capacitances respectively connected between the windings and the rotor of the three-phase cage-type induction motor;
winding-stator capacitances respectively connected between the windings and the stator of the three-phase cage-type induction motor;
a rotor-stator capacitance coupled between the stator and the rotor;
a shaft inductance connected between the rotor and the shaft end; and
An apparatus for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor, including frame inductance and frame resistance connected between the stator and the frame.
상기 단상 임피던스는,
도체간 병렬 저항; 및
상기 도체간 병렬 저항과 병렬로 연결된 도체간 커패시턴스 및 도체간 직렬 저항을 포함하는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 13,
The single-phase impedance is,
parallel resistance between conductors; and
An apparatus for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase cage-type induction motor, including an inter-conductor capacitance and an inter-conductor series resistance connected in parallel with the inter-conductor parallel resistance.
상기 임피던스 측정 데이터는,
상기 권선과 상기 프레임 사이에서 측정된 공통모드 임피던스;
상기 권선과 상기 샤프트단 사이에서 측정된 권선-샤프트 임피던스; 및
상기 샤프트단과 상기 프레임 사이에서 측정된 샤프트-프레임 임피던스를 포함하는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 14,
The impedance measurement data,
common mode impedance measured between the winding and the frame;
winding-shaft impedance measured between the winding and the shaft end; and
An apparatus for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor, comprising a shaft-frame impedance measured between the shaft end and the frame.
상기 권선-고정자 커패시턴스는, 저주파 대역 주파수에서의 상기 공통모드 임피던스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 15,
The winding-stator capacitance is determined based on the common mode impedance at a low frequency band frequency, a bearing voltage characteristic predictor of a three-phase squirrel cage induction motor.
상기 도체간 커패시턴스는, 중간 주파수 대역에서의 공진 주파수, 상기 고정자의 누설 인덕턴스, 상기 회전자의 누설 인덕턴스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 15,
The inter-conductor capacitance is determined based on a resonant frequency in an intermediate frequency band, a leakage inductance of the stator, and a leakage inductance of the rotor.
상기 리드 인덕턴스 및 상기 프레임 인덕턴스는, 고주파 대역에서 측정된 상기 공통모드 임피던스 및 상기 고주파 대역에서 상기 주파수별 BVR 데이터에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 15,
The lead inductance and the frame inductance are determined based on the common mode impedance measured in the high frequency band and the BVR data for each frequency in the high frequency band.
상기 샤프트 인덕턴스는, 상기 고주파 대역에서 측정된 상기 샤프트-프레임 임피던스 및 상기 프레임 인덕턴스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 18,
The shaft inductance is determined based on the shaft-frame impedance and the frame inductance measured in the high frequency band, the bearing voltage characteristic prediction device of the three-phase squirrel cage induction motor.
상기 권선-회전자 커패시턴스 및 상기 권선-고정자 커패시턴스는, 저주파 대역에서 측정된 상기 BVR 측정 데이터 및 상기 저주파 대역에서 측정된 상기 권선-샤프트 임피던스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 18,
The winding-rotor capacitance and the winding-stator capacitance are determined based on the BVR measurement data measured in a low frequency band and the winding-shaft impedance measured in a low frequency band, bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor. prediction device.
저주파 대역에서 BVR은, 상기 권선-회전자 커패시턴스 및 상기 회전자-고정자 커패시턴스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 20,
In the low frequency band, the BVR is determined based on the winding-rotor capacitance and the rotor-stator capacitance, the apparatus for predicting bearing voltage characteristics of a three-phase squirrel cage induction motor.
중간 대역에서 BVR은, 상기 권선-회전자 커패시턴스, 상기 회전자-고정자 커패시턴스, 권선-고정자 커패시턴스, 및 도체간 커패시턴스에 기반하여 결정되는, 3상 농형 유도 전동기의 베어링 전압 특성 예측 장치.
According to claim 21,
In the middle band, the BVR is determined based on the winding-rotor capacitance, the rotor-stator capacitance, the winding-stator capacitance, and the inter-conductor capacitance, Bearing voltage of a three-phase cage-type induction motor Predicting device.
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