KR20220147346A - Method for detection of fault of synchronous machine - Google Patents
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Abstract
Description
동기기 고장 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.It relates to a method and apparatus for diagnosing a synchronous machine failure.
동기기는 정상 운전 상태에서 동기속도로 회전하는 교류 전기기계로, 설계 또는 제어에 따라 발전기로 동작하거나 전동기로 동작할 수 있다. 구체적으로 동기기에는 고정자와, 고정자 내측에서 회동 가능한 회전자가 마련되어 있는데, 터빈을 이용하여 회전자를 동기속도로 회전시키면 고정자의 3상 권선에 3상 전압이 발생하여 동기기는 발전기로 동작하게 되고, 반대로 고정자의 3상 권선에 3상 전압을 인가하면 고정자 내측에 일정한 동기속도로 회전하는 회전자계가 생성되고 이에 응하여 회전자가 회동함으로써 동기기가 전동기로 동작하게 된다. 계자 권선의 턴에 형성된 절연은 기계적 스트레스(회전자의 고속 회동에 기인함), 전기적 스트레스 또는 열적 스트레스를 받아 열화되기 쉽다. 또한, 댐퍼 바(damper bar)는 과도상태 전류 및 고속회전에 의해 훼손될 수도 있다. 뿐만 아니라, 브러시리스 동기기의 경우, 정류기의 다이오드도 회전자의 고속 회전에 따른 기계적, 전기적 또는 열적 스트레스에 의해 단락 또는 개방될 수 있다. 이와 같은 결함들은 동기기의 성능 저하 및 수명 단축의 원인이 된다. 그러므로, 이러한 결함들을 조기에 진단하여 동기기를 유지 및 관리하여야 한다. 이러한 결함의 진단 방법으로는 동기기에 인가되는 전원을 차단하여 동기기의 동작을 중단시킨 후 수행되는 오프라인 테스트와, 동기기의 동작 중단 없이 수행되는 온라인 테스트가 존재한다. 오프라인 테스트로는 육안 검사, 분담 전압 시험(pole drop test) 및 반복 서지 오실로그램 방법(RSO: recurrent surge oscillography) 등이 있고, 온라인 테스트는 고정자 표면의 자속 센서를 이용하는 방법 등이 존재한다. 그러나, 이러한 방법들은 동기기를 분해해야 하거나, 동기기의 설계 방식이나 종류에 따라 적용이 불가능하거나, 또는 정확도와 신뢰성이 상대적으로 낮은 문제점이 있다. 또한, 계자 권선 단락 등의 고장 발생 여부는 동기기의 동작 상태에 따라 측정 불가능한 경우도 많아, 상술한 방법만으로는 동기기 고장 발생 여부의 정확한 진단에 대한 어려움이 존재하였다.A synchronous machine is an AC electric machine that rotates at a synchronous speed under normal operation, and may operate as a generator or as an electric motor depending on design or control. Specifically, the synchronous machine has a stator and a rotor rotatable inside the stator. When the rotor is rotated at a synchronous speed using a turbine, a three-phase voltage is generated in the three-phase windings of the stator and the synchronizer operates as a generator, and vice versa. When a three-phase voltage is applied to the three-phase winding of the stator, a rotating magnetic field rotating at a constant synchronous speed is generated inside the stator, and the rotor rotates in response in response, thereby operating the synchronous machine as an electric motor. The insulation formed in the turns of the field winding is susceptible to deterioration under mechanical stress (due to high-speed rotation of the rotor), electrical stress, or thermal stress. Also, the damper bar may be damaged by transient current and high-speed rotation. In addition, in the case of a brushless synchronizer, the diode of the rectifier may be short-circuited or opened due to mechanical, electrical, or thermal stress caused by the high-speed rotation of the rotor. Such defects cause degradation of performance and shortened lifespan of the synchronizer. Therefore, it is necessary to maintain and manage the synchronizer by diagnosing such defects early. As a method for diagnosing such a defect, there are an offline test performed after stopping the operation of the synchronizer by cutting off power applied to the synchronizer, and an online test performed without stopping the operation of the synchronizer. The offline test includes a visual inspection, a pole drop test, and a recurrent surge oscillography (RSO) method, and the online test includes a method using a magnetic flux sensor on a stator surface. However, these methods have problems in that the synchronizer must be disassembled, cannot be applied depending on the design method or type of the synchronizer, or the accuracy and reliability are relatively low. In addition, there are many cases where it is impossible to measure whether a failure such as a field winding short circuit occurs depending on the operating state of the synchronizer, so that there is a difficulty in accurately diagnosing whether a failure of the synchronizer occurs using only the above-described method.
동기기의 계자 권선, 댐퍼 바 또는 정류기 다이오드 결함 여부 등을 동기기의 분해 없이 또는 분해 전에 편리하고 용이하면서도 높은 진단 민감도 및 신뢰도로 진단할 수 있는 동기기 고장 진단 방법 및 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.It is a task to solve the problem to provide a synchronous machine fault diagnosis method and device that can diagnose whether the synchronous machine's field winding, damper bar or rectifier diode is faulty without or prior to disassembling the synchronizer with high diagnostic sensitivity and reliability. do.
상술한 과제를 해결하기 위하여 동기기 고장 진단 방법 및 장치가 제공된다.In order to solve the above problems, a synchronous machine failure diagnosis method and apparatus are provided.
동기기 고장 진단 방법은, 동기기의 회전자에 인가되는 교류 전압 및 교류 전류가 측정되는 단계, 측정된 상기 교류 전압 및 상기 교류 전류를 이용하여 등가 임피던스가 연산되는 단계, 상기 등가 임피던스가 기준 임피던스와 비교되는 단계 및 상기 등가 임피던스와 상기 기준 임피던스 간의 비교 결과에 따라서 상기 동기기의 이상 발생 여부가 판단되는 단계를 포함할 수 있다.The method for diagnosing a failure of a synchronous machine includes the steps of measuring an AC voltage and an AC current applied to a rotor of a synchronous machine, calculating an equivalent impedance using the measured AC voltage and the AC current, and comparing the equivalent impedance with a reference impedance and determining whether an abnormality has occurred in the synchronizer according to a comparison result between the equivalent impedance and the reference impedance.
상기 등가 임피던스와 상기 기준 임피던스 간의 비교 결과에 따라서 상기 동기기의 이상 발생 여부가 판단되는 단계는, 상기 등가 임피던스가 상기 기준 임피던스보다 큰 경우, 상기 회전자에 마련된 댐퍼 바에 훼손이 발생한 것으로 판단되는 단계 및 상기 등가 임피던스가 상기 기준 임피던스보다 작은 경우, 상기 회전자에 마련된 계자권선에 단락이 발생한 것으로 판단되는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The step of determining whether an abnormality has occurred in the synchronizer according to the result of comparison between the equivalent impedance and the reference impedance includes determining that damage has occurred in the damper bar provided in the rotor when the equivalent impedance is greater than the reference impedance; The method may include at least one of determining that a short circuit has occurred in a field winding provided in the rotor when the equivalent impedance is smaller than the reference impedance.
상기 동기기는 타여자 방식의 동기기 또는 자여자 방식의 동기기를 포함할 수 있다.The synchronizer may include a self-excitation type synchronizer or a self-excitation type synchronizer.
여자부 고정자 및 회전자를 포함하되, 상기 회전자는 여자부 회전자, 상기 여자부에 연결되고 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 정류부 및 상기 정류부에 연결된 동기부 회전자를 포함하는 동기기의 고장 진단 방법은, 상기 여자부의 여자부 고정자에 교류 전류가 인가되는 단계와, 획득한 전압 또는 전류의 파형을 기준 파형과 비교하여 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단하는 단계 또는 상기 여자부 고정자의 계자 권선 등가 임피던스를 계측하고, 이를 정상 상태에서의 임피던스와 비교하고, 비교 결과를 기반으로 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.A method for diagnosing a malfunction of a synchronous machine including an excitation unit stator and a rotor, wherein the rotor includes an excitation unit rotor, a rectifier unit connected to the excitation unit and including at least one diode, and a synchronous unit rotor connected to the rectifier unit, the excitation unit The step of applying an alternating current to the stator of the excitation unit of the stator, and comparing the obtained waveform of the voltage or current with a reference waveform to determine whether distortion has occurred in the waveform of the voltage or current, or measuring the field winding equivalent impedance of the stator of the excitation unit and , comparing it with the impedance in a steady state, and determining whether distortion has occurred in the waveform of the voltage or current based on the comparison result.
동기기 고장 진단 방법은, 사용자의 조작 또는 미리 정의된 설정에 따라서 상기 회전자를 소정의 각도로 회동 후 정지시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.The synchronous machine failure diagnosis method may further include stopping the rotor after rotating the rotor to a predetermined angle according to a user's operation or a predefined setting.
동기기 고장 진단 장치는, 기준 임피던스를 저장하는 저장부 및 동기기의 회전자에 인가되는 교류 전압 및 교류 전류에 대한 정보를 획득하고, 상기 교류 전압 및 상기 교류 전류를 이용하여 등가 임피던스를 연산하고, 상기 등가 임피던스를 기준 임피던스와 비교하고, 상기 등가 임피던스 및 상기 기준 임피던스 간의 비교 결과에 따라서 상기 동기기의 이상 발생 여부를 판단하는 프로세서를 포함할 수 있다.The synchronous machine failure diagnosis apparatus obtains information on an AC voltage and an AC current applied to a storage unit for storing a reference impedance and a rotor of the synchronous machine, and calculates an equivalent impedance using the AC voltage and the AC current, and a processor that compares the equivalent impedance with a reference impedance, and determines whether an abnormality occurs in the synchronizer according to a comparison result between the equivalent impedance and the reference impedance.
상기 프로세서는, 상기 등가 임피던스가 상기 기준 임피던스보다 큰 경우, 상기 회전자에 마련된 댐퍼 바에 훼손이 발생한 것으로 판단하거나, 또는 상기 등가 임피던스가 상기 기준 임피던스보다 작은 경우, 상기 회전자에 마련된 계자권선에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.When the equivalent impedance is greater than the reference impedance, it is determined that damage has occurred in the damper bar provided in the rotor, or when the equivalent impedance is less than the reference impedance, a short circuit to the field winding provided in the rotor It can be considered that this has occurred.
상기 동기기는 타여자 방식의 동기기 또는 자여자 방식의 동기기를 포함할 수 있다.The synchronizer may include a self-excitation type synchronizer or a self-excitation type synchronizer.
동기기 고장 진단 장치는, 동기기의 고장 여부를 진단하는 프로세서 및 상기 프로세서의 진단 결과를 출력하는 출력부를 포함하되, 상기 동기기는, 여자부 고정자 및 회전자를 포함하며, 상기 회전자는 여자부 회전자, 상기 여자부에 연결되고 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 정류부 및 상기 정류부에 연결된 동기부 회전자를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 여자기 고정자에 인가되는 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단하고, 상기 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생된 경우, 상기 적어도 하나의 다이오드가 개방된 것으로 판단할 수 있다.The synchronous machine failure diagnosis apparatus includes a processor for diagnosing whether a synchronizer has failed and an output unit for outputting a diagnosis result of the processor, wherein the synchronizer includes an excitation unit stator and a rotor, wherein the rotor includes an excitation unit rotor and the excitation unit and a rectifying unit connected to and including at least one diode and a synchronous unit rotor connected to the rectifying unit, wherein the processor determines whether distortion is generated in a waveform of a voltage or current applied to the exciter stator, the voltage or When distortion occurs in the waveform of the current, it may be determined that the at least one diode is open.
상기 프로세서는, 상기 동기부 회전자에 인가되는 전압 또는 전류의 파형을 획득하고, 획득한 전압 또는 전류의 파형을 기준 파형과 비교하여 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단하거나, 또는 상기 여자부 고정자의 계자 권선의 등가 임피던스를 계측하고, 이를 정상 상태에서의 임피던스와 비교하고, 비교 결과를 기반으로 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단할 수 있다.The processor acquires a waveform of the voltage or current applied to the rotor of the synchronization unit, and compares the obtained waveform of the voltage or current with a reference waveform to determine whether distortion has occurred in the waveform of the voltage or current, or the excitation unit It is possible to measure the equivalent impedance of the field winding of the stator, compare it with the impedance in a steady state, and determine whether distortion is generated in the waveform of the voltage or current based on the comparison result.
상기 프로세서는, 사용자의 조작 또는 미리 정의된 설정에 따라서 상기 회전자를 소정의 각도로 회동 후 정지시킬 수 있다.The processor may stop after rotating the rotor at a predetermined angle according to a user's operation or a predefined setting.
상술한 동기기 고장 진단 방법 및 장치에 의하면, 동기기의 계자 권선, 댐퍼 바 또는 정류기 다이오드 결함 여부 등을 동기기의 분해 없이 또는 분해 전에 편리하고 용이하면서도 높은 진단 민감도 및 신뢰도로 진단할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다.According to the above-described method and apparatus for diagnosing a synchronous machine failure, it is possible to diagnose whether the magnetic field winding, damper bar, or rectifier diode of the synchronizer is defective without or prior to disassembling the synchronizer with convenient and easy and high diagnostic sensitivity and reliability. can
상술한 동기기 고장 진단 방법 및 장치에 의하면, 많은 비용과 시간을 소모하는 동기기 분해를 수행하지 않고 브러시리스 동기기의 정류기 다이오드의 개방 여부를 오프라인으로 테스트하여 진단할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.According to the above-described method and apparatus for diagnosing a synchronous failure, it is possible to obtain an effect of performing an offline test and diagnosis of whether the rectifier diode of the brushless synchronizer is open without performing disassembly of the synchronizer, which is costly and time-consuming.
상술한 동기기 고장 진단 방법 및 장치에 의하면, 육안 검사 외에는 불가능했던 댐퍼 바의 개방 여부를 용이하면서도 정확하게 진단할 수 있게 되는 효과도 존재한다.According to the above-described method and apparatus for diagnosing a synchronous failure, there is an effect that it is possible to easily and accurately diagnose whether the damper bar is opened, which was impossible except for a visual inspection.
상술한 동기기 고장 진단 방법 및 장치에 의하면, 육안 검사, 분담 전압 시험 또는 반복 서지 오실로그램 방법보다 높은 진단 민감도 및 신뢰도로 동기기 계자 권선의 단락 또는 댐퍼 바의 개방 여부 등을 용이하게 진단할 수 있게 되는 장점을 얻을 수 있다.According to the above-described method and apparatus for diagnosing a synchronous machine failure, it is possible to easily diagnose a short circuit of a synchronous machine field winding or an open damper bar with higher diagnostic sensitivity and reliability than visual inspection, shared voltage test, or repeated surge oscillogram method. advantage can be obtained.
상술한 동기기 고장 진단 방법 및 장치에 의하면, 계자 권선 단락 여부, 댐퍼 바 고장 여부 또는 다이오드의 개방 여부를 간단하면서도 저 비용으로 오프라인으로 진단할 수 있게 되어, 동기기의 사용 및 유지 관리의 편의성 및 경제성을 증진 및 개선할 수 있게 되는 효과도 얻을 수 있다.According to the above-described method and apparatus for diagnosing a synchronous machine failure, it is possible to diagnose whether a field winding short circuit, a damper bar failure, or an open diode is made offline at a simple and low cost, thereby improving the convenience and economic feasibility of using and maintaining the synchronizer. An effect that can be promoted and improved can also be obtained.
도 1은 동기기 및 진단 장치의 일 실시예에 대한 개요도이다.
도 2는 타여자 방식의 동기기 및 이의 고장 여부를 진단하는 과정의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 슬립 링을 통해 동기기 회전자에 교류 전압을 인가하는 경우에 있어서의 등가 회로의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 자여자 방식의 동기기의 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 5는 동기기 진단 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 6은 동기기 진단 방법의 다른 실시예에 대한 흐름도이다.1 is a schematic diagram of an embodiment of a synchronizer and diagnostic device;
FIG. 2 is a view for explaining an embodiment of a process of diagnosing whether a synchronizer of the other excitation method and its failure.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an equivalent circuit in the case where an AC voltage is applied to a synchronous rotor through a slip ring.
4 is a circuit diagram of an embodiment of a self-excitation type synchronizer.
5 is a flowchart of an embodiment of a method for diagnosing a synchronizer;
6 is a flowchart of another embodiment of a method for diagnosing a synchronizer.
이하 명세서 전체에서 동일 참조 부호는 특별한 사정이 없는 한 동일 구성요소를 지칭한다. 이하에서 사용되는 '부'가 부가된 용어는, 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라 하나의 '부'가 하나의 물리적 또는 논리적 부품으로 구현되거나, 복수의 '부'가 하나의 물리적 또는 논리적 부품으로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 물리적 또는 논리적 부품들로 구현되는 것도 가능하다.In the following specification, the same reference numerals refer to the same components unless otherwise specified. The term to which 'unit' is added used below may be implemented in software or hardware, and according to embodiments, one 'unit' may be implemented as one physical or logical part, or a plurality of 'units' may be implemented as one It is also possible to be implemented with physical or logical parts, or one 'unit' may be implemented with a plurality of physical or logical parts.
명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 '연결되어 있다'고 할 때, 이는 어떤 부분과 다른 부분에 따라서 물리적 연결을 의미할 수도 있고, 또는 전기적으로 연결된 것을 의미할 수도 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분을 '포함한다'고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분 이외의 또 다른 부분을 제외하는 것이 아니며, 설계자의 선택에 따라서 또 다른 부분을 더 포함할 수 있음을 의미한다.Throughout the specification, when a part is 'connected' to another part, it may mean a physical connection or an electrically connected part depending on the part and the other part. In addition, when it is said that a part 'includes' another part, this does not exclude another part other than the other part unless otherwise stated, and it may further include another part according to the designer's choice. means there is
'제1'이나 '제2' 등의 용어는 하나의 부분을 다른 부분으로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 특별한 기재가 없는 이상 이들이 순차적인 표현을 의미하는 것은 아니다. 또한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Terms such as 'first' or 'second' are used to distinguish one part from another, and unless otherwise specified, they do not mean sequential expressions. Also, the singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 동기기 및 동기기 고장 진단 장치의 여러 실시예에 대해서 설명하도록 한다.Hereinafter, various embodiments of a synchronizer and a synchronizer failure diagnosis apparatus will be described with reference to FIGS. 1 to 4 .
도 1은 동기기 및 진단 장치의 일 실시예에 대한 개요도이다.1 is a schematic diagram of an embodiment of a synchronizer and diagnostic device;
동기기(100)는 발전기 또는 전동기로 동작 가능한 장치로, 예를 들어 회전자(도 2의 120, 도 4의 150 등)를 외부 동력(예를 들어 터빈 등)을 통해 회전시켜 전력을 생성하도록 하거나 및/또는 고정자(도 2의 110, 도 4의 140 등)의 권선(일례로 3상 권선(도 2의 111A, 111B))에 3상 전압을 인가하여 회전자계를 생성하여 회전자(120, 150)가 회동하도록 할 수 있는 장치이다. 동기기(100)는 실시예에 따라 브러시 동기기(타여자 동기기)를 포함할 수도 있고, 또는 브러시리스(brushless) 동기기(자여자 동기기)를 포함할 수도 있다. 또한, 필요에 따라 동기기(100)는 전원(90)과 전기적으로 연결되어 자속의 생성에 필요한 전기 에너지를 공급받도록 마련될 수도 있다. 이 경우, 전기 에너지는 예를 들어, 고정자(110, 140) 또는 회전자(120, 150)의 권선(111A, 111B 또는 도 2의 122)에 공급될 수 있다.The
동기기(100)에는 센서(80)가 더 설치되어 있을 수 있다. 센서(80)는 동기기(100)에 관한 정보를 감지 및 수집하고, 진단 장치(200)와 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 연결되어 수집한 정보를 진단 장치(200)로 전달할 수 있다. 동기기(100)는 실시예에 따라 하나 또는 둘 이상의 센서(80)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 각각의 센서(80)는 측정하고자 하는 값(예를 들어, 인가 전압이나 전류 등과 같이 동기기(100)에 입력되는 전기적 신호의 특성)을 적절하게 계측할 수 있도록 동기기(100)의 내부 또는 외부에 설치되어 있을 수 있다. 센서(80)가 획득한 정보는 전기적 신호의 형태로 진단 장치(200)로 전달될 수 있다.A
진단 장치(200)는 센서(80)로부터 전달된 정보를 하나 이상 수신하고, 이를 기반으로 동기기(100)의 이상 발생 여부(즉, 고장이나 훼손 발생 여부 등)를 판단할 수 있다. 예를 들어, 진단 장치(200)는 수신한 정보를 기반으로 계자권선(122)의 단락 여부를 판단하거나, 댐퍼 바(도 2의 124)의 개방 여부를 진단하거나 및/또는 정류기(도 4의 152)에 포함된 하나 또는 둘 이상의 다이오드(도 4의 152A 내지 152F)의 개방 여부 등을 파악할 수 있다.The diagnosis apparatus 200 may receive one or more pieces of information transmitted from the
일 실시예에 의하면, 진단 장치(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 프로세서(210)와, 저장부(220)와, 출력부(230)를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 진단 장치(200)는 사용자의 조작이나 미리 정의된 설정 등에 따라 명령이나 데이터 등을 수신할 수 있는 입력부(미도시)나, 외부의 다른 단말 장치(미도시, 일례로 컴퓨터 장치나 스마트 폰 등)와 통신을 수행하여 단말 장치로 명령이나 데이터 등을 전송하거나 단말 장치로부터 명령이나 데이터 등을 수신하기 위한 통신부(미도시)를 더 포함하는 것도 가능하다.According to an embodiment, the diagnosis apparatus 200 may include a
프로세서(210)는 센서(80)로부터 수신한 동기기(100)에 대한 정보를 기반으로 동기기(100)의 이상 발생 여부를 판단할 수 있다. 또한, 프로세서(210)는 이상 발생 여부의 판단을 위해 저장부(220)에 저장된 데이터(예를 들어, 기준 임피던스(Zr)나 기준 파형 등)를 이용하는 것도 가능하다. 보다 상세하게는, 프로세서(210)는 센서(80)로부터 수신한 인가 전압 및 전류를 이용하여 동기기(100)에 대한 등가 임피던스(Zeq)를 연산하고 등가 임피던스(Zeq)를 기준 임피던스(Zr)와 비교하고, 비교 결과에 따라 등가 임피던스(Zeq)와 기준 임피던스(Zr)가 동일하거나 근사하면 이상이 발생하지 않은 것으로 판단하고, 등가 임피던스(Zeq)가 기준 임피던스(Zr)보다 크면 동기기(100)의 댐퍼 바(124)에 훼손이 발생한 것으로 판단하고, 반대로 등가 임피던스(Zeq)가 기준 임피던스(Zr)보다 작으면 계자권선(122)에 단락에 발생한 것으로 판단하도록 구현된 것일 수 있다. 또한, 프로세서(210)는 동기기(100)에 입력되는 입력 전압(또는 입력 전류)의 파형을 저장부(220)에 기 저장된 기준 파형과 비교하고 입력 전압의 파형 및 기준 전압의 파형의 상이함에 따라서 다이오드(152A 내지 152F)에 단락이 발생하였음을 판단하도록 설계된 것일 수도 있다. 프로세서(210)는 필요에 따라서 전원(80)이나 동기기(100)를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 전원(80)에 직접 또는 전원(80)과 동기기(100) 사이의 스위치 소자(또는 스위치 장치)로 제어 신호를 전달하여 임의의 또는 특정 파형의 전력이 동기기(100)에 인가되도록 할 수도 있고, 또는 동기기(100)의 회전자(120, 150)가 회동을 개시하거나 중단하도록 제어할 수도 있다. The
일 실시예에 의하면, 프로세서(210)는, 예를 들어, 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit), 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controller Unit), 마이컴(Micom, Micro Processor), 애플리케이션 프로세서(AP, Application Processor), 전자 제어 유닛(ECU, Electronic Controlling Unit) 및/또는 각종 연산 처리 및 제어 신호의 생성이 가능한 다른 전자 장치 등을 포함할 수 있다. 이들 장치는, 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 반도체 칩 등을 이용하여 구현된 것일 수 있으며, 저장부(220)에 저장된 프로그램(앱, 애플리케이션 또는 소프트웨어로 지칭 가능함)을 구동시켜 상술한 동작을 수행하도록 마련된 것일 수도 있다.According to an embodiment, the
저장부(220)는 프로세서(210)의 동작에 필요한 데이터(일례로 기준 임피던스(Zr)나 기준 파형 등)나, 적어도 하나의 프로그램 등을 일시적 또는 비일시적으로 저장할 수 있다. 여기서, 저장부(220)에 저장된 애플리케이션은, 설계자에 의해 직접 작성 또는 수정되어 저장부(220)에 저장된 것일 수도 있고, 메모리 장치 등을 통해 외부로부터 제공, 설치 및 갱신된 것일 수도 있으며, 및/또는 유선 또는 무선 통신 네트워크를 통해 접속 가능한 전자 소프트웨어 유통망을 통하여 획득 또는 갱신된 것일 수도 있다. 저장부(220)는, 예를 들어, 주기억장치 및 보조기억장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이들은 반도체나 자기 디스크 등을 이용하여 구현될 수 있다.The storage 220 may temporarily or non-temporarily store data necessary for the operation of the processor 210 (eg, a reference impedance Zr or a reference waveform) or at least one program. Here, the application stored in the storage unit 220 may be directly created or modified by a designer and stored in the storage unit 220, or may be provided, installed, and updated from the outside through a memory device, and/or Alternatively, it may be acquired or updated through an electronic software distribution network accessible through a wired or wireless communication network. The storage unit 220 may include, for example, at least one of a main memory device and an auxiliary memory device, and these may be implemented using a semiconductor, a magnetic disk, or the like.
출력부(230)는 프로세서(210)의 처리 결과를 외부로 시각적 또는 청각적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(230)는 프로세서(210)의 처리에 따른 진단 결과를 사용자의 조작에 따라 수동으로 또는 미리 정의된 설정에 따라 자동으로 출력할 수 있다. 진단 결과는, 예를 들어, 계자권선(122), 댐퍼 바(124) 및/또는 다이오드(152A 내지 152F) 등의 의 훼손 여부를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 출력부(230)는, 진단 장치(200)와 일체형으로 마련된 것일 수도 있고, 또는 물리적으로 분리 가능하게 마련된 것일 수도 있다. 출력부(230)는, 예를 들어, 디스플레이, 프린터 장치, 스피커 장치, 영상 출력 단자, 데이터 입출력 단자 및/또는 통신 모듈 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The output unit 230 may visually or aurally output the processing result of the
상술한 진단 장치(100)는, 하나 또는 둘 이상의 연산 처리가 가능한 장치를 단독으로 또는 조합하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 진단 장치(100)는 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 스마트 폰, 태블릿 피씨, 스마트 시계, 내비게이션 장치, 휴대용 게임기, 두부 장착형 디스플레이(HMD: Head Mounted Display) 장치, 디지털 텔레비전, 셋 톱 박스, 인공 지능 음향 재생 장치(인공 지능 스피커), 유인 또는 무인 이동체(승용차, 버스나 이륜차 등의 차량, 로봇 청소기 등), 유인 또는 무인 비행체(드론 등), 가정용 또는 산업용 로봇 또는 산업용 기계 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 외에도 설계자나 사용자가 상황이나 조건에 따라서 고려 가능한 다양한 정보 처리 장치를 포함할 수 있다.The above-described
이하 도 2 및 도 3을 참조하여 타여자 방식의 동기기(101) 및 이를 진단하는 과정의 일 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, an embodiment of the
도 2는 타여자 방식의 동기기 및 이의 고장 여부를 진단하는 과정의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 슬립 링을 통해 동기기 회전자에 교류 전압을 인가하는 경우에 있어서의 등가 회로의 일례를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining an embodiment of a process for diagnosing a different excitation type synchronous machine and whether it is malfunctioning, and FIG. 3 is an equivalent circuit in the case of applying an AC voltage to the synchronous rotor through a slip ring. It is a drawing showing an example.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 일 실시예에 따른 동기기(101)는 타여자 방식의 동기기를 포함할 수 있다. 타여자 방식의 동기기(101)는 예를 들어, 돌극형(salient pole) 회전자(120)를 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 돌극형 회전자(120)를 갖는 동기기(101)를 기반으로 동기기(101)의 고장 진단 과정을 설명하도록 하나, 동기기(101)의 회전자(120)의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예를 들어, 회전자(120)는 원통형(cylindrical) 회전자를 포함할 수도 있으며, 후술하는 동기기(101)의 진단 방법은 동일하게 또는 일부 변형을 거쳐 원통형 회전자를 갖는 동기기에도 적용될 수 있다. 보다 구체적으로, 동기기(101)는 내측에 공간이 형성된 고정자(110)와, 고정자(110)에 소정의 각도 또는 거리로 상호 격리되어 대략 평행하게 배치된 고정자 권선(111A, 111B, 서로 대응하는 권선은 서로 상이한 방향으로 전류가 흐름)과, 고정자(110) 내측의 공간에 회전축(129)를 중심으로 회동 가능하게 마련된 회전자(120)와, 회전자(120)에 설치되고 직류 자속을 발생시키는 계자권선(122)과, 회전자(120)의 회전축(129) 주변에 고정되어 설치되되 회전자(120)의 계자권선(122)과 전기적으로 연결되어 전원(90)으로부터 동기기(101)에 인가되는 전류를 계자권선(122)에 공급하거나 계자권선(122)을 경유한 전류를 수신하고 대체적으로 나선형으로 형성된 슬립링(127)과, 슬립링(127)의 회전에 따라 슬립링(127)과 전기적으로 연결 또는 단절되어 전원(90)으로부터 케이블(91A) 등을 통해 인가되는 전류를 슬립링(127)에 제공하거나 계자권선(122)에서 슬립링(127)으로 전달된 전류를 다른 케이블(91B) 등을 통해 전원(90)으로 전달하도록 마련되되 필요에 따라 고정자(110)에 고정된 브러시(128A, 128B)를 포함할 수 있다. 회전자(120)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나 또는 둘 이상(일례로 네 개)의 폴(121, pole, 돌극)이 마련될 수 있고, 각각의 폴(121) 전부 또는 일부에는 각각 계자권선(122)이 통상 수십 내지 수백 턴 정도로 감겨져 있을 수 있다. 또한, 폴(121)의 고정자(110) 방향 말단에는 폴 헤드(pole head, 123)가 형성될 수 있으며, 폴 헤드(123)의 내측 또는 외측에는 댐퍼 바(124, damper bar, 댐퍼 와인딩 바(damper winding bar))가 매립 또는 노출되어 일렬 이상 배치되어 있을 수 있다. 댐퍼 바(124)는 회전자(120)의 외측에 설치되고 동기기(101)가 전동기로 동작할 수 있게 하거나 동기기(101)의 동작 안정화를 수행할 수 있다. 댐퍼 바(124)에는 전압이 인가되지 않으며 대신 유기되는 전압으로 전류가 흐르게 된다. 댐퍼 바(124)는, 실시예에 따라, 생략 가능하다. 동기기(101)는 고정자 권선(111A, 111B)에 흐르는 전류에 의해 발생된 자속에 의해 회전자(120)를 회동시켜 전동기로 동작하거나, 또는 터빈 등에 의한 회전자(120)의 회동에 의해 고정자 권선(111A, 111B)에 전류가 흐르게 됨으로써 발전기로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
도 3에 도시된 바를 참조하면, 상술한 동기기(101)에 대한 등가 회로(130)는 전압이 인가되고 전류가 공급되는 양극(131)과, 양극(131)에 연결된 계자권선(122)의 저항을 나타내는 제1 저항(132)과, 제1 저항(132)과 직렬 연결되고 계자권선(122)의 누설 인덕턴스를 나타내는 제1 인덕터(133)와, 제1 인덕터(133)와 직렬 연결되고 주 자속 경로의 자화 인덕턴스를 나타내는 제2 인덕터(134)와, 제2 인덕터(134)와 병렬 연결되고 댐퍼 바의 저항을 나타내는 제2 저항(135)과, 제2 저항(135)에 직렬 연결되고 제2 인덕터(134)와 병렬 연결되며 댐퍼 바의 누설 인덕턴스를 나타내는 제3 인덕터(136)를 포함할 수 있다. 여기서, 양극(131)에 인가되는 전압은 동기기(101)의 용량에 비해 클 수도 있고 작을 수도 있다. 예를 들어, 양극(131)에 인가되는 전압은 전압과 전류의 해상도를 적당히 획득할 수 있는 수 내지 수십 볼트(V)의 전압을 포함할 수 있다. 또한, 동기기(101)의 등가 회로(130)는 단락 상태(139)로 설정될 수 있는 제3 저항(137) 및 제4 인덕터(138)를 포함할 수 있으며, 제3 저항(137)은 제2 인덕터(134), 제2 저항(135) 및 제3 인덕터(136)와 병렬 연결되고 계자권선(122)에서 단락된 루프의 저항을 나타내고, 제4 인덕터(138)는 제3 저항(137)과 직렬 연결되고 제2 인덕터(134), 제2 저항(135) 및 제3 인덕터(136)와 병렬 연결되며 계자권선(122)에서 단락된 루프의 인덕턴스를 의미한다. 제2 인덕터(134), 제3 인덕터(136) 및 제4 인덕터(138)는 음극(140)에 연결된다. 이 경우, 양극(131)에 인가되는 전압 및 전류를 측정하면, 동기기(101)에 대한 등가 회로(130)의 등가 임피던스(Zeq)의 연산이 가능하다.Referring to FIG. 3 , the
만약 계자권선(122)에 턴간 단락이 발생한 경우, 턴의 수가 감수하기 때문에 제1 저항(132)의 저항 값, 제1 인덕터(133)의 인덕턴스, 제2 저항(134)의 인덕턴스는 감소한다. 한편, 턴간 결함이 존재하는 경우는 제3 저항(137) 및 제4 인덕터(138)에 의한 상대적으로 작은 크기의 임피던스가 병렬로 연결되어 등가 회로(130)에 대한 등가 임피던스(Zeq)는 상대적으로 감소하게 된다. 다시 말해서, 계자권선(122)에 단락이 존재할 때의 등가 임피던스(Zeq)는 계자권선(122)에 단락이 부재할 때의 등가 임피던스(Zeq)(즉, 정상 상태에서의 등가 임피던스(Zeq), 이하 기준 임피던스(Zr))보다 작게 된다. 그러므로, 동기기(101)에 인가되는 인가 전압과 전류를 측정하고, 이를 기반으로 동기기(101)에 해당하는 등가 임피던스(Zeq)를 연산하고, 이를 설계자 또는 사용자에 의해 실험적으로 또는 이론적으로 계산된 기준 임피던스(Zr)와 비교하여 만약 연산된 등가 임피던스(Zeq)가 기준 임피던스(Zr)보다 상대적으로 작다면, 계자권선(122)에 턴간 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.If a short circuit occurs between turns in the field winding 122 , the resistance value of the
반대로, 댐퍼 바(124)의 전부 또는 일부가 개방되면, 제2 저항(135)의 저항 값 및 제3 인덕터(136)의 인덕턴스는 상대적으로 증가하게 되나, 다른 저항(132, 134, 137) 및 인덕터(133, 134, 138)의 값은 거의 변화하지 않고 대체적으로 원래의 값을 유지한다. 따라서, 동기기(101)에 대한 등가 회로(130)의 등가 임피던스(Zeq)는 상대적으로 증가하게 된다. 그러므로, 상술한 바와 동일하게 동기기(101)에 인가되는 인가 전압과 전류를 측정하고, 이를 기반으로 동기기(101)에 해당하는 등가 임피던스(Zeq)를 연산하고, 이를 동기기(101)가 정상 상태일 때 획득된 기준 임피던스(Zr)와 비교하고, 비교 결과 만약 연산된 등가 임피던스(Zeq)가 기준 임피던스(Zr)보다 상대적으로 크다면, 댐퍼 바(124)에 개방이 발생된 것으로 결정할 수 있다.Conversely, when all or part of the
상술한 바와 같이, 동기기(101)에 대한 등가 임피던스(Zeq) 및 기준 임피던스(Zr)를 이용하여 회전자(120)의 각 부품, 일례로 계자권선(122) 및/또는 댐퍼 바(124)의 고장 여부를 판단할 수 있게 된다. 상술한 인가 전압 또는 인가 전류의 측정은 센서(80)에 의해 수행될 수 있고, 동기기(101)의 등가 임피던스(Zeq)의 연산과, 연산된 등가 임피던스(Zeq)와 기준 임피던스(Zr) 간의 비교와, 비교에 따른 정상 여부의 판단 또는 훼손된 부품, 일례로 계자권선(122) 및/또는 댐퍼 바(124)에 대한 판단은 프로세서(200)에 의해 수행될 수 있다. 기준 임피던스(Zr)는 저장부(210)에 판단 전에 또는 판단 과정에 저장된 것일 수 있다.As described above, each component of the
상술한 방법은 단락된 계자 루프에 상대적으로 높은 전압이 유기되므로, 종래의 방법과 비교하였을 때 높은 민감도로 정상 여부를 측정할 수 있게 된다. 상술한 등가 임피던스(Zeq) 외에도 전류나 임피던스의 크기 및 위상, 유효 전력, 무효 전력 또는 동기기 고정자(110)의 유기 전압 등 다양한 정보를 채용하여 상술한 방법과 동일하게 또는 일부 변형된 과정을 거쳐 동기기(101)의 고장 여부의 진단이 가능해진다.Since a relatively high voltage is induced in the short-circuited field loop in the above-described method, it is possible to measure the normality with high sensitivity compared to the conventional method. In addition to the above-described equivalent impedance Zeq, various information such as the magnitude and phase of current or impedance, active power, reactive power, or induced voltage of the
이하 도 4를 참조하여, 자여자 방식의 동기기(102) 및 이의 고장 여부를 진단하는 과정의 일 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 4 , an embodiment of the self-
도 4는 자여자 방식의 동기기의 일 실시예에 대한 회로도이다.4 is a circuit diagram of an embodiment of a self-excitation type synchronizer.
도 4에 도시된 바를 참조하면, 일 실시예에 의한 동기기(102)는 자여자 동기기를 포함할 수 있다. 자여자 동기기(102)는, 브러시(128A, 128B) 없이 자여자 동기기(102)의 축에 연결된 여자기(140)를 통해 직류 전압을 공급하도록 마련된 동기기이다. 구체적으로, 자여자 동기기(120)는 여자부(140, excitor)와, 정류부(150)와, 동기부(160)를 포함할 수 있다. 여자부(140)는 동기부(160)에 직류 전압을 공급할 수 있도록 마련되며, 3상 전류(일례로 3상 저전류)가 인가되고 인가된 전류에 따라 자계를 생성하는 여자부 고정자(141, exciter stator (field))와, 여자부 고정자(141)에 의해 생성된 자계에 의해 3상 교류 전압이 유기되고 소정의 축을 중심으로 회동하도록 마련된 여자부 회전자(142, exciter rotor (armature))를 포함할 수 있다. 정류부(150)는 여자부 회전자(142)에 유기된 교류 전압을 수신하고 수신한 교류 전압을 직류 전원으로 변환하여 동기부(160)로 전달할 수 있다. 정류부(150)는 여자부 회전자(142)와 함께 동일 축을 중심으로 회동할 수 있다. 정류부(150)는 다수의 다이오드, 일례로 6개의 다이오드(150A 내지 150F)를 갖는 3상 전파 정류 회로를 포함할 수 있다. 동기부(160)는 정류부(150)로부터 직류 전압을 공급받고, 여자부 회전자(142) 및 정류부(150)와 함께 동일 축을 중심으로 회동하는 동기부 회전자(161, machine rotor (field))와, 동기부 회전자(161)의 외측에 배치되고 동기부 회전자(161)의 회동에 따라 3상 전류가 생성되는 동기부 고정자(162, machine stator (armature))를 포함할 수 있다. 여자부 회전자(142), 정류기(150) 및 동기부 회전자(161)는 하나의 회전자(170)에 포함될 수 있으며, 이 경우 이들은 물리적으로 상호 연결되어 있을 수도 있다. 여자부 고정자(141) 및 동기부 고정자(162)는 회동 없이 고정되도록 마련된 것일 수 있다.Referring to FIG. 4 , the
한편, 동기부 회전자(161)의 계자권선(161A)에 왜곡된 파형의 전압 또는 전류(C9)가 인가되면, 여자부 고정자(141)의 입력 전압 또는 전류도 왜곡시킨다. 그러므로, 여자부 고정자(141)의 계자권선(141A)에 인가되는 전압 또는 전류를 측정함으로써, 다이오드(150A 내지 150F)의 결함을 진단할 수도 있다. 상세하게는, 적어도 하나의 다이오드(150A 내지 150F)에 문제가 발생하여 개방이 되면, 동기부(160)의 계자권선(161A)의 계자전압의 60Hz 성분이 감소하고, 계자권선(161A)의 전류의 60Hz 성분도 이에 대응하여 감소하므로 여자부 고정자(141)의 계자권선(141A)을 기준으로 한 60Hz 등가 임피던스는 증가하게 된다. 따라서, 여자부 고정자(141)의 계자권선(141A)의 등가 임피던스를 계측하고 이를 정상 상태에서의 임피던스와 비교하는 과정을 통해서 여자부 고정자(141)로의 입력 전압 또는 전류의 왜곡 여부를 파악할 수 있게 되고, 이를 기반으로 다이오드(150A 내지 150F)의 문제 발생 여부를 판단할 수 있게 된다. 한편, 어느 다이오드(150A 내지 150F)에 개방이 발생하였는지에 따라서 파형의 왜곡 여부나 왜곡 정도가 상이하다. 그러므로, 회전자(170)의 위치, 즉 여자부 회전자(142), 정류부(150) 및 동기부 회전자(161)의 위치를 변경하면서 입력 전압 또는 전류의 왜곡 여부를 반복 판단하면, 개방된 다이오드(150A 내지 150F)가 존재하는지 여부 및 복수의 다이오드(150A 내지 150F) 중에서 어느 다이오드(150A 내지 150F)가 개방되었는지 여부를 확인할 수 있게 된다. On the other hand, when a distorted waveform voltage or current C9 is applied to the field winding 161A of the
계자권선(141A)의 등가 임피던스의 연산 등은 상술한 프로세서(210)에 의해 수행될 수 있다. 계자권선(141A)의 등가 임피던스의 연산에 필요한 정보나 전압이나 전류 파형(C1, C2, C9)에 대한 정보는, 적어도 하나의 센서(80)에 의해 계측되고 프로세서(210)로 전달되는 것일 수도 있다. 회전자(170)의 회전 제어도 프로세서(210)에 의해 수행될 수도 있다. 이 경우, 프로세서(210)는 진단이 개시되면, 초기 위치의 회전자(170)에 대한 계자권선(141A)의 등가 임피던스 및/또는 전압이나 전류 파형(C1, C2, C9)의 직접 비교를 수행하여 다이오드(150A 내지 150F) 중 적어도 하나의 개방 여부를 판단하고, 순차적으로 회전자(170)를 제어하여 일정한 각도로 회동시킨 후 계자권선(141A)의 등가 임피던스 및/또는 전압이나 전류 파형(C1, C2, C9)의 비교를 수행하여 다이오드(150A 내지 150F) 중 적어도 하나의 개방 여부를 판단하는 과정을 반복 수행하여 모든 다이오드(150A 내지 150F)의 손상 여부를 판단할 수도 있다. 물론 실시예에 따라서, 회전자(170)의 회전은 진단 장치(200) 이외의 다른 장치에 의해 수행되는 것도 가능하다.Calculation of the equivalent impedance of the field winding 141A may be performed by the above-described
이하, 도5 및 도 6을 참조하여 동기기 고장 진단 방법의 여러 실시예에 대해서 설명하도록 한다.Hereinafter, various embodiments of a method for diagnosing a synchronous machine failure will be described with reference to FIGS. 5 and 6 .
도 5는 동기기 진단 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.5 is a flowchart of an embodiment of a method for diagnosing a synchronizer;
도 5에 도시된 바에 의하면, 먼저 동기기, 일례로 타여자 방식의 동기기 또는 자여자 방식의 동기기의 회전자에 슬립링을 통해 교류 전압이 인가된다(400). 입력된 전압 및 전류를 측정하고, 이를 기반으로 동기기에 대한 등가 임피던스(Zeq)가 연산된다(402). As shown in FIG. 5 , first, an AC voltage is applied to a synchronizer, for example, a rotor of a self-excitation type synchronizer or a self-excitation type synchronizer through a slip ring ( 400 ). The input voltage and current are measured, and an equivalent impedance Zeq for the synchronizer is calculated based on this ( 402 ).
순차적으로 연산된 등가 임피던스(Zeq)를 기존에 정상 상태에서 측정 또는 연산된 기준 임피던스(Zr)와 비교한다(404).The sequentially calculated equivalent impedance Zeq is compared with a reference impedance Zr previously measured or calculated in a steady state ( 404 ).
만약 등가 임피던스(Zeq)가 기준 임피던스(Zr)보다 크다면(408의 예), 댐퍼 바에 훼손이 발생한 것으로 판단한다(410). 상술한 바와 같이 댐퍼 바가 일부 개방되면, 등가 회로의 제2 저항 및 제3 인덕터의 값이 증가하되, 다른 소자의 값은 유지되므로, 등가 임피던스(Zeq)가 증가하게 된다. 따라서, 등가 임피던스(Zeq)가 기준 임피던스(Zr)보다 크다면, 댐퍼 바에 훼손이 발생한 것으로 판단할 수 있다.If the equivalent impedance Zeq is greater than the reference impedance Zr (YES in step 408), it is determined that damage has occurred in the damper bar (step 410). As described above, when the damper bar is partially opened, the values of the second resistor and the third inductor of the equivalent circuit increase, but the values of other elements are maintained, so that the equivalent impedance Zeq increases. Accordingly, if the equivalent impedance Zeq is greater than the reference impedance Zr, it may be determined that the damper bar is damaged.
반대로 등가 임피던스(Zeq)가 기준 임피던스(Zr)보다 작다면(408의 아니오, 412의 예), 계자권선에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다(414). 구체적으로 계자권선에 단락이 발생할 때는 상술한 등가 회로의 제3 저항 및 제4 인덕터가 병렬로 연결되어 등가 임피던스(Zeq)가 감소하게 되고, 이에 따라 기준 임피던스(Zr)보다 작게 된다. 그러므로, 등가 임피던스(Zeq)가 기준 임피던스(Zr)보다 작다면, 계자권선에 훼손이 발생한 것으로 판단할 수 있다.Conversely, if the equivalent impedance Zeq is smaller than the reference impedance Zr (No in 408, Yes in 412), it may be determined that a short circuit has occurred in the field winding (414). Specifically, when a short circuit occurs in the field winding, the third resistor and the fourth inductor of the above-described equivalent circuit are connected in parallel to reduce the equivalent impedance Zeq, and thus become smaller than the reference impedance Zr. Therefore, if the equivalent impedance Zeq is smaller than the reference impedance Zr, it may be determined that the field winding is damaged.
만약 등가 임피던스(Zeq)가 기준 임피던스(Zr)보다 동일 또는 근사하다면(412의 아니오), 댐퍼 바나 계자권선은 정상인 것으로 판단될 수 있다(416).If the equivalent impedance Zeq is equal to or close to the reference impedance Zr (No in 412), it may be determined that the damper bar or the field winding is normal (416).
도 6은 동기기 진단 방법의 다른 실시예에 대한 흐름도이다.6 is a flowchart of another embodiment of a method for diagnosing a synchronizer.
도 6에 도시된 바에 의하면, 동기기, 일례로 자여자 방식의 동기기의 회전자가 초기 위치에서 정지될 수 있다(420). 회전자는 여자부 회전자, 정류부 및 동기부 회전자를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 6 , a rotor of a synchronizer, for example, a self-excitation type synchronizer may be stopped at an initial position ( 420 ). The rotor may include an excitation rotor, a commutator and a synchronous rotor.
이어서, 여자부 회전자 외측에 위치한 여자부 고정자에 교류 전압이 인가될 수 있다(422). 여자부 고정자에 교류 전압이 인가되면, 여자부 고정자에 마련된 계자권선에 의해 자계가 생성되고, 이에 따라 여자부 회전자의 권선에 3상 전압/전류가 유기된다. 유기된 3상 전압/전류는, 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 정류부에 전달되고, 정류부는 유기된 3상 전압/전류를 정류하여 동기부 회전자의 계자권선에 인가한다. Subsequently, an AC voltage may be applied to the stator of the excitation unit located outside the rotor of the excitation unit ( 422 ). When an AC voltage is applied to the stator of the excitation unit, a magnetic field is generated by the field winding provided in the stator of the excitation unit, and accordingly, a three-phase voltage/current is induced in the windings of the rotor of the excitation unit. The induced three-phase voltage/current is transmitted to a rectifying unit including at least one diode, and the rectifying unit rectifies the induced three-phase voltage/current and applies it to the field winding of the synchronous unit rotor.
실시예에 따라, 동기부 회전자의 계자권선에 입력되는 입력 전압/입력 전류의 왜곡에 대응하여 발생하는 여자부 고정자의 계자권선의 입력 전압/입력 전류의 왜곡을 기반으로 파형의 왜곡 여부가 판단될 수도 있다. 이는 여자부 고정자의 계자권선을 기준으로 한 60Hz 등가 임피던스를 소정의 기준 임피던스(즉, 다이오드의 훼손이 없는 상태에서의 임피던스)와 비교함으로써 수행될 수도 있다. 구체적으로는 비교 결과, 등가 임피던스가 기준 임피던스보다 크면 파형의 왜곡이 발생하였다고 판단할 수 있다.According to the embodiment, whether the waveform is distorted is determined based on the distortion of the input voltage/input current of the field winding of the excitation unit stator generated in response to the distortion of the input voltage/input current input to the field winding of the synchronous unit rotor. may be This may be performed by comparing the 60Hz equivalent impedance based on the field winding of the excitation part stator with a predetermined reference impedance (ie, the impedance in a state in which the diode is not damaged). Specifically, as a result of the comparison, when the equivalent impedance is greater than the reference impedance, it can be determined that the waveform distortion has occurred.
만약 파형의 왜곡이 발생된 것으로 판단되면(424의 예), 회전자의 초기 위치에 대응하는 정류부의 다이오드가 개방된 것으로 판단될 수 있다(426). 예를 들어, 여자부 고정자의 계자권선을 기준으로 한 60Hz 등가 임피던스가 기준 임피던스보다 크면, 정류부의 다이오드가 개방되었다고 판단될 수 있다. 반대로 파형의 왜곡이 발생되지 않은 것으로 판단되면(424의 아니오), 회전자의 초기 위치에 대응하는 정류부의 다이오드는 이상 상태가 아닌 것으로 판단될 수 있다.If it is determined that the distortion of the waveform has occurred (YES in 424), it may be determined that the diode of the rectifying unit corresponding to the initial position of the rotor is open (426). For example, if the 60Hz equivalent impedance with respect to the field winding of the excitation unit stator is greater than the reference impedance, it may be determined that the diode of the rectifying unit is open. Conversely, if it is determined that the distortion of the waveform has not occurred (No in 424), it may be determined that the diode of the rectifier unit corresponding to the initial position of the rotor is not in an abnormal state.
일 실시예에 의하면, 다이오드의 훼손 여부가 판단되면, 진단 절차를 종료될 수도 있다(428의 예). 다른 실시예에 의하면, 회전자는 적어도 일 방향으로 일정한 각도로 회동 후 정지하고(428의 아니오 및 430), 이어서 상술한 교류 전압의 인가(422, 실시예에 따라 생략 가능하다), 파형 왜곡의 판단(424) 및 다이오드의 훼손 판단(426)이 상술한 바와 동일하게 순차적으로 수행된다. 회전자는 사용자의 수동 조작 또는 미리 정의된 설정에 따라서 계속해서 반복적으로 회전 및 정지할 수 있다(428 및 430). 이 경우, 회전자의 회전 및 정지는 정류부의 모든 다이오드에 대한 개방 여부의 진단이 종료될 때까지 반복될 수도 있다.According to an embodiment, if it is determined whether the diode is damaged, the diagnostic procedure may be ended (Yes in 428 ). According to another embodiment, the rotor is stopped after rotating at a certain angle in at least one direction (No and 430 of 428), and then application of the above-described AC voltage (422, may be omitted depending on the embodiment), determination of waveform distortion (424) and the diode damage determination (426) are sequentially performed in the same manner as described above. The rotor can continuously and repeatedly rotate and stop (428 and 430) according to a user's manual operation or predefined settings. In this case, rotation and stopping of the rotor may be repeated until the diagnosis of whether all diodes of the rectifier are open is completed.
상술한 실시예에 따른 동기기 고장 진단 방법은, 컴퓨터 장치에 의해 구동될 수 있는 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 여기서 프로그램은, 프로그램 명령, 데이터 파일 및 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 프로그램은 기계어 코드나 고급 언어 코드를 이용하여 설계 및 제작된 것일 수 있다. 프로그램은 상술한 방법을 구현하기 위하여 특별히 설계된 것일 수도 있고, 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 기술자에게 기 공지되어 사용 가능한 각종 함수나 정의를 이용하여 구현된 것일 수도 있다. 또한, 여기서, 컴퓨터 장치는, 프로그램의 기능을 실현 가능하게 하는 프로세서나 메모리 등을 포함하여 구현된 것일 수 있으며, 필요에 따라 통신 장치를 더 포함할 수도 있다. 또한, 상술한 동기기 고장 진단 방법을 구현하기 위한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체는, 예를 들어, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 롬, 램 또는 플래시 메모리 등과 같은 반도체 저장 장치, 하드 디스크나 플로피 디스크 등과 같은 자기 디스크 저장 매체, 콤팩트 디스크나 디브이디 등과 같은 광 기록 매체, 플롭티컬 디스크 등과 같은 자기-광 기록 매체 및 자기 테이프 등 컴퓨터 등의 호출에 따라 실행되는 특정 프로그램을 저장 가능한 적어도 한 종류의 물리적 장치를 포함할 수 있다.The synchronous failure diagnosis method according to the above-described embodiment may be implemented in the form of a program that can be driven by a computer device. Here, the program may include program instructions, data files, and data structures alone or in combination. The program may be designed and manufactured using machine code or high-level language code. The program may be specially designed to implement the above-described method, or may be implemented using various functions or definitions that are known and available to those skilled in the art of computer software. In addition, here, the computer device may be implemented including a processor or memory that enables the function of the program to be realized, and may further include a communication device if necessary. In addition, a program for implementing the above-described synchronous failure diagnosis method may be recorded in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes, for example, a semiconductor storage device such as a solid state drive (SSD), a ROM, a RAM or a flash memory, a magnetic disk storage medium such as a hard disk or a floppy disk, a compact disk or a DVD, etc. It may include at least one type of physical device capable of storing a specific program executed in response to a call from a computer, such as an optical recording medium, a magneto-optical recording medium such as a floppy disk, and a magnetic tape.
이상 동기기 고장 진단 장치 및 방법의 여러 실시예에 대해 설명하였으나, 동기기 고장 진단 장치 및 방법은 오직 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 상술한 실시예를 기초로 수정 및 변형하여 구현 가능한 다양한 장치나 방법 역시 상술한 동기기 고장 진단 장치 및 방법의 일례가 될 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 또는 치환되더라도 상술한 장치 및 방법의 일 실시예가 될 수 있다.Although several embodiments of an apparatus and method for diagnosing abnormal synchronous failure have been described, the apparatus and method for diagnosing a synchronous failure diagnosis are not limited to the above-described embodiments. Various devices or methods that can be implemented by those skilled in the art by modifying and modifying the above-described embodiments based on the above-described embodiments may also be examples of the above-described apparatus and method for diagnosing a synchronous machine failure. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components or Even if it is substituted or substituted by equivalents, it may be an embodiment of the above-described apparatus and method.
80: 센서
90: 전원
100: 동기기
101: 타여자 방식의 동기기
102: 자여자 방식의 동기기
110: 고정자
120: 회전자
121: 폴
122: 계자권선
123: 폴 헤드
124: 댐퍼 바
127: 슬림링
128A, 128B: 브러시
140: 여자부
141: 여자부 고정자
142: 여자부 회전자
150: 정류부
160: 동기부
161: 동기부 회전자
162: 동기부 고정자
200: 진단장치
210: 프로세서
220: 저장부
230: 출력부80: sensor 90: power
100: synchronizer 101: other excitation type synchronizer
102: self-excitation type synchronizer 110: stator
120: rotor 121: pole
122: field winding 123: pole head
124: damper bar 127: slim ring
128A, 128B: brush 140: female
141: female stator 142: female rotor
150: rectifying unit 160: synchronous unit
161: synchronous rotor 162: synchronous stator
200: diagnostic device 210: processor
220: storage unit 230: output unit
Claims (12)
측정된 상기 교류 전압 및 상기 교류 전류를 이용하여 등가 임피던스가 연산되는 단계;
상기 등가 임피던스가 기준 임피던스와 비교되는 단계; 및
상기 등가 임피던스와 상기 기준 임피던스 간의 비교 결과에 따라서 상기 동기기의 이상 발생 여부가 판단되는 단계;를 포함하는 동기기 고장 진단 방법.Measuring the alternating voltage and alternating current applied to the rotor of the synchronizer;
calculating an equivalent impedance using the measured AC voltage and the AC current;
comparing the equivalent impedance with a reference impedance; and
and determining whether an abnormality has occurred in the synchronizer according to a comparison result between the equivalent impedance and the reference impedance.
상기 등가 임피던스와 상기 기준 임피던스 간의 비교 결과에 따라서 상기 동기기의 이상 발생 여부가 판단되는 단계는,
상기 등가 임피던스가 상기 기준 임피던스보다 큰 경우, 상기 회전자에 마련된 댐퍼 바에 훼손이 발생한 것으로 판단되는 단계; 및
상기 등가 임피던스가 상기 기준 임피던스보다 작은 경우, 상기 회전자에 마련된 계자권선에 단락이 발생한 것으로 판단되는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 동기기 고장 진단 방법.According to claim 1,
The step of determining whether an abnormality occurs in the synchronizer according to a comparison result between the equivalent impedance and the reference impedance includes:
determining that the damper bar provided in the rotor is damaged when the equivalent impedance is greater than the reference impedance; and
determining that a short circuit has occurred in the field winding provided in the rotor when the equivalent impedance is smaller than the reference impedance; A synchronous machine failure diagnosis method comprising at least one of.
상기 동기기는 타여자 방식의 동기기 또는 자여자 방식의 동기기를 포함하는 동기기 고장 진단 방법.According to claim 1,
The synchronizer failure diagnosis method including a synchronizer of a self-excitation method or a synchronizer of a self-excitation method.
상기 여자부의 여자부 고정자에 교류 전류가 인가되는 단계; 및
상기 동기부 회전자에 인가되는 전압 또는 전류의 파형을 획득하고, 획득한 전압 또는 전류의 파형을 기준 파형과 비교하여 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단하는 단계;를 포함하는 동기기 고장 진단 방법.A method for diagnosing a malfunction of a synchronous machine comprising an excitation stator and a rotor, wherein the rotor comprises an excitation unit rotor, a rectifying unit connected to the excitation unit and including at least one diode, and a synchronous unit rotor connected to the rectifying unit,
applying an alternating current to the excitation unit stator of the excitation unit; and
Acquiring a waveform of the voltage or current applied to the rotor of the synchronizer, and comparing the obtained waveform of the voltage or current with a reference waveform to determine whether distortion has occurred in the waveform of the voltage or current; Way.
상기 여자부의 여자부 고정자에 교류 전류가 인가되는 단계; 및
상기 여자부 고정자의 계자 권선의 등가 임피던스를 계측하고, 상기 등가 임피던스를 정상 상태에서의 임피던스와 비교하고, 비교 결과를 기반으로 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단하는 단계;를 포함하는 동기기 고장 진단 방법.A method for diagnosing a malfunction of a synchronous machine comprising an excitation unit stator and a rotor, wherein the rotor includes an excitation unit rotor, a rectifying unit connected to the excitation unit and including at least one diode, and a synchronous unit rotor connected to the rectifying unit,
applying an alternating current to the excitation unit stator of the excitation unit; and
Measuring the equivalent impedance of the field winding of the excitation unit stator, comparing the equivalent impedance with the impedance in a steady state, and determining whether distortion has occurred in the waveform of the voltage or current based on the comparison result; Synchronizer failure including; diagnostic method.
사용자의 조작 또는 미리 정의된 설정에 따라서 상기 회전자를 소정의 각도로 회동 후 정지시키는 단계;를 더 포함하는 동기기 고장 진단 방법.6. The method according to claim 4 or 5,
The method of diagnosing a synchronous machine failure further comprising; rotating the rotor to a predetermined angle and then stopping according to a user's manipulation or a predefined setting.
동기기의 회전자에 인가되는 교류 전압 및 교류 전류에 대한 정보를 획득하고, 상기 교류 전압 및 상기 교류 전류를 이용하여 등가 임피던스를 연산하고, 상기 등가 임피던스를 기준 임피던스와 비교하고, 상기 등가 임피던스 및 상기 기준 임피던스 간의 비교 결과에 따라서 상기 동기기의 이상 발생 여부를 판단하는 프로세서;를 포함하는 동기기 고장 진단 장치.a storage unit for storing the reference impedance; and
Obtaining information on the AC voltage and AC current applied to the rotor of the synchronous machine, calculating an equivalent impedance using the AC voltage and the AC current, comparing the equivalent impedance with a reference impedance, the equivalent impedance and the and a processor configured to determine whether an abnormality has occurred in the synchronizer according to a comparison result between reference impedances.
상기 프로세서는,
상기 등가 임피던스가 상기 기준 임피던스보다 큰 경우, 상기 회전자에 마련된 댐퍼 바에 훼손이 발생한 것으로 판단하거나, 또는
상기 등가 임피던스가 상기 기준 임피던스보다 작은 경우, 상기 회전자에 마련된 계자권선에 단락이 발생한 것으로 판단하는 동기기 고장 진단 장치.8. The method of claim 7,
The processor is
When the equivalent impedance is greater than the reference impedance, it is determined that damage has occurred in the damper bar provided in the rotor, or
A synchronous machine failure diagnosis apparatus for determining that a short circuit occurs in a field winding provided in the rotor when the equivalent impedance is smaller than the reference impedance.
상기 동기기는 타여자 방식의 동기기 또는 자여자 방식의 동기기를 포함하는 동기기 고장 진단 장치.8. The method of claim 7,
The synchronizer failure diagnosis apparatus including a self-excitation type synchronizer or a self-excitation type synchronizer.
상기 프로세서의 진단 결과를 출력하는 출력부;를 포함하되,
상기 동기기는, 여자부 고정자 및 회전자를 포함하며, 상기 회전자는 여자부 회전자, 상기 여자부에 연결되고 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 정류부 및 상기 정류부에 연결된 동기부 회전자를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 동기부 회전자에 인가되는 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단하고, 상기 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생된 경우, 상기 적어도 하나의 다이오드가 개방된 것으로 판단하는 동기기 고장 진단 장치.a processor for diagnosing whether the synchronizer has failed; and
an output unit for outputting a diagnosis result of the processor;
The synchronizer includes an excitation stator and a rotor, wherein the rotor comprises an excitation rotor, a rectifying unit connected to the excitation unit and comprising at least one diode, and a synchronizing rotor connected to the rectifying unit,
The processor determines whether distortion is generated in the waveform of the voltage or current applied to the rotor of the synchronizer, and when the distortion occurs in the waveform of the voltage or current, the synchronous unit failure to determine that the at least one diode is open diagnostic device.
상기 프로세서는,
상기 동기부 회전자에 인가되는 전압 또는 전류의 파형을 획득하고, 획득한 전압 또는 전류의 파형을 기준 파형과 비교하여 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단하거나, 또는
상기 여자부 고정자의 계자 권선의 임피던스를 계측하고, 이를 정산 상태에서의 임피던스와 비교하고, 비교 결과를 기반으로 전압 또는 전류의 파형에 왜곡이 발생되었는지 판단하는 동기기 고장 진단 장치.11. The method of claim 10,
The processor is
Obtaining a waveform of the voltage or current applied to the rotor of the synchronizer, and comparing the obtained waveform of the voltage or current with a reference waveform to determine whether distortion has occurred in the waveform of the voltage or current, or
A synchronous machine failure diagnosis apparatus for measuring the impedance of the field winding of the excitation part stator, comparing it with the impedance in the settled state, and determining whether distortion has occurred in the waveform of voltage or current based on the comparison result.
상기 프로세서는, 사용자의 조작 또는 미리 정의된 설정에 따라서 상기 회전자를 소정의 각도로 회동 후 정지시키는 동기기 고장 진단 장치.11. The method of claim 10,
The processor is a synchronous machine failure diagnosis apparatus for rotating the rotor at a predetermined angle and then stopping according to a user's operation or a predefined setting.
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| 비특허문헌 1 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230036325A1 (en) * | 2021-07-21 | 2023-02-02 | Hioki E.E. Corporation | Testing instrument and test method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102544604B1 (en) | 2023-06-16 |
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