본 논문에서는 양방향 dc-to-dc 컨버터의 고장원인, 고장영향, 고장 결과를 파악하기 위한 failure mode and effect analysis(FMEA)와 양방향 컨버터의 위험도를 고려한 fault-tree analysis(FTA)를 통해 고장률을 예측한다. 전기차의 구동전압을 효율적으로 상승시키기 위해 인버터 앞단에 부착되는 양방향 컨버터는 배터리 전력을 dc-link 커패시터로 방전시키는 승압모드와 회생전력을 배터리로 충전시키는 강압모드를 가진다. 양방향 컨버터의 동작 특성을 고려한 FMEA 결과를 바탕으로 컨버터의 위험도를 고려한 고장나무를 설계한다. 전기차 MCU용에 맞는 설계 파라메타를 설정하고 출력전압 리플과 인덕터 전류 리플에 따른 커패시터와 인덕터의 부품 고장률을 분석한다. 또한 동작 온도에 따른 주요부품의 고장률을 MIL-HDBK-217F를 이용하여 구한다. 마지막으로 부품 고장률을 고장나무의 기본 사상의 고장률로 반영하여 컨버터 고장률과 평균고장시간을 예측한다.
본 논문은 고압 커패시터의 고장분석과 신뢰성 예측 결과를 다루고 있다. 부품의 수명과 고장률을 예측하기 위해서 두 가지 방법으로 고장 모드와 고장 메커니즘을 연구하였다 에폭시 수지로 성형된 고압 커패시터가 절연내압 시험 하에서 저항이 제로로 되는 고장에 대하여, 근본원인 고장분석 체계를 효과적으로 수립함으로써 고장 메커니즘의 원인을 분석하였다. 특히 세라믹-에폭시 계면에서의 절연파괴 고장 현상이 강조되었으며, 본 연구에서 얻어진 결과의 타당성은 마그네트론에 장착된 고압 커패시터의 열사이클 시험 수행에 의한 가속시험 결과로부터 입증되었다. 시험 결과들은 결함이 있는 로트를 신속히 규명하고 $B_{10}$ 수명을 결정하는데 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 유전체의 절연파괴에 대해서 부하-강도 간섭모델을 이용하여 고장률을 예측하였다.
본 논문에서는 전원회로에 사용되는 주요 부품인 트랜스포머에 대한 주요한 고장모드, 고장메커니즘, 스트레스 인자들을 규정하고 그에 따른 가속열화시험을 실시하여 가장 유효한 스트레스 인자를 도출하고 트랜스포머의 열화가 전원회로에 미치는 영향을 분석에 대한 연구를 진행하였다. 전원회로의 고장분석에서, 트랜스포머의 일시적인 특성변화 또는 고장현상(Bunt, Short, Open 등) 발생으로 인한 전류의 급증, 공진주파수 부조화, Spike 발생 등으로 인한 주변부품 또는 구성회로에 미치는 영향을 정확하게 분석하는 것이 어렵다는 점과 비교적 단순한 구조와 강한 내성으로 뚜렷한 고장모드를 보이지 않는 특징으로 인해 전원회로의 고장원인이 트랜스포머 외의 반도체 소자, 저항, 커패시터 등에 의한 것으로 분석되는 것이 일반적이다. 유효한 스트레스 인자별 가속열화시험을 통한 성능평가에서는 절연저항을 제외한 특성에서는 뚜렷한 변화(열화)를 보이지 않았고, 고온고습에 의한 스트레스에서 가장 절연저항의 급격한 열화를 확인할 수 있었다. 또한 열화 각각의 스트레스 인자에 따라 열화시킨 트랜스포머를 실장하여 평가하는 실증적인 방법을 통해 분석한 결과 트랜스포머의 열화는 스위칭소자를 비롯한 주변부품에 스트레스를 가중시켜 발열로 대변되는 현상을 유발하고 트랜스포머 입출력 양단간의 위상편차는 심화시키는 것으로 나타났으며, 스트레스 인자 중 온습도에 의한 영향이 가장 유효하다는 것으로 확인할 수 있었다.
본 연구는 전국에서 사용되고 있는 4종류(고가사다리차, 굴절사다리차, 펌프차, 화학차)의 소방자동차 1,022대를 대상으로 고장 발생 원인을 추적 조사한 결과에 관한 것으로, 고가사다리차는 추락방지장치부문(46%), 굴절사다리차는 유압유 오염도부문(29%), 펌프차는 에어공급장치 실린더부문(37%), 화학차는 분말소화장치부문(39%)에서 고장이 많이 발생하는 것으로 나타났다. 그 원인은 차량 노후화에 따른 경년변화로 인한 고장이 가장 많이 나타났으며, 에어공급장치 실린더와 같이 특장부품의 반복사용에 따른 피로가 원인으로 나타났다. 고가사다리차의 경우 와이어의 롤러사이의 끼임 현상이 고장으로 나타나 제조과정에서 개선할 점으로 조사되었다. 따라서 5년 이상 경과한 차종에 대해서는 소방장비관리 규칙(총리령)에서 정하는 정밀점검을 통하여 세심한 관리가 필요하며 차종에 따라 내용연수가 경과한 10년 또는 12 이상 도래된 차량에 대해서는 안전을 위하여 연장 사용보다는 신규로 교체하여 최상의 소방차량 상태를 유지하도록 관리되어야 할 것으로 나타났다.
유도전동기는 산업시스템에 있어서 필수적인 요소이기 때문에 유지 관리, 모니터링 시스템, 고장 진단 등의 다양한 분야에서 많은 연구가 행해지고 있다. 유도전동기의 운전 중 하나의 고장이 발생한 경우 이것은 전동기의 다른 부분에 영향을 미치거나 또 다른 고장을 유발시키는 원인이 된다. 따라서 개별적인 고장뿐만 아니라 결합된 형태의 고장을 검출하고 진단하는 것은 유용한 방법이다. 본 논문에서는 전압불평형 고장과 회전자바 고장이 발생한 경우, 흐리고 두 고장이 동시에 복합적으로 발생한 경우를 모델링하고 이에 대해 고장을 웨이블릿 분해를 이용하여 진단하였다. 제안된 고장 검출 및 진단 알고리즘은 농형유도전동기의 고정자 전류를 이용하였으며 매트랩 시뮬링크를 사용하여 시뮬레이션 하였다.
전투차량의 내부는 혹서기에는 약 $80^{\circ}C$에 이를 만큼 고온 다습한 환경에 노출되어 감지거리를 측정하여 제어기에 신호를 전달하는 근접센서가 감지거리가 늘어나면서 결국에는 센서 자체의 금속물질을 인식하여 작동이 안되는 고장이 다발하여 원인분석 및 개선을 수행하게 되었다. 개선은 2차에 걸쳐 수행되었고 많은 시행착오를 거쳐 고온에 장기적으로 노출될 경우 고장이 발생된다는 것을 알아내어 개선방안을 도출한 결과, 이미터코일(Emitter Coil)을 한 개 더 추가하여 전압차이를 높여 감지 정확도를 향상시키고, 내부 몰딩 면적을 높여 진동 및 충격 내성을 강화하여 온도 및 습도 변화에 둔감하도록 설계개선을 하였다. 입증을 위해 고온 다습($85^{\circ}C$, 85%습도)한 환경챔버에서 136시간 내구시험을 실시하여 고장 발생이 없음을 확인하였다.
연속주조공정에서 용강의 통로, 산화방지 및 유체 흐름을 용이하게 하는 역할을 하는 다공성 노즐(porous nozzle)은 용강과의 직접적인 접촉으로 인한 화학 반응 및 용강의 침투현상을 방지하기 위해 불활성 가스를 주입하여 청정강을 제조하는데 이용된다. 공정 중 노즐 막힘으로 인한 배압상승과 열충격에 의한 크랙(crack) 발생이 문제되고 있으며 신뢰성 향상 연구가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 기공크기와 기공분포가 고온안정성 및 내열충격성에 미치는 영향을 알아보고, 내구성 시험 및 고장분석을 통하여 노즐의 신뢰성 향상 방안을 고찰 하였다. 기공을 제어한 시편을 제조하여 기공분포에 따른 고온안정성을 확인하기 위해 실제 사용 조건인 용강온도($1550^{\circ}C$)와 보다 높은 온도($1700^{\circ}C$)에서 각각 고온 시험을 수행하였다. 열충격을 스트레스 인자로 한 내구성 시험을 수행한 후 고장원인을 분석하였으며 열화정도를 확인하기 위해 열처리 온도에 따른 차압 및 굽힘 강도 변화를 비교하였다. 또한 결정상 분석을 통해 온도에 대한 상변화를 확인하였고, 시편의 표면 및 파단면의 미세구조 분석을 통해 크랙 발생여부를 확인하였다. 다공성 노즐의 기공분포가 균일 할수록 고온안정성 및 내열충격성이 향상됨을 확인하였고, 이를 통해 Porous Nozzle의 열화원인으로 판단되는 기공 크기 및 분포에 따른 크랙 발생에 대해 열응력 고찰을 수행하였다.
해저광케이블은 대양을 횡단하는 국제통신의 대부분을 처리하고 있는 중요한 정보통신 전달매체이다. 하지만 이러한 해저광케이블 고장 발생시 막대한 수리 비용은 물론, 국제적 국가 신뢰도 추락, 통신 소통의 두절로 많은 어려움과 손실을 초래한다. 따라서, 본 논문에서는 해저케이블 안정성을 위한 방안을 도출하고자 국내외 해저광케이블 현황 및 고장원인을 분석한 후 고장 예방을 위한 기법과 해저시설 사용자간 보호 규정 마련을 제시하고자 한다.
고속철도는 수많은 하이테크 기술의 결정체이며, 이 중에서도 추진장치는 차량의 성능을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 이러한 전장품들에 대한 다양한 성능을 평가하고 진단하기 위해 상시계측시스템을 구축하여 활용하고 있다. 이러한 계측장비들은 여러 전장품에 대한 계측 및 분석을 통한 시험평가와 동시에 완성차 시험이나 본선시운전 시험시에 발생할 수 있는 고장원인을 찾아내고 해결하는데 많은 도움을 주고 있다. 본 논문에서는 강시계측 시스템을 통해 추진장치에 대한 고장진단을 실시한 내용에 대하여 기술하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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