회전-고정자 혼합기 내의 난류 유동은 고속으로 회전하는 회전자와 고정자의 상호작용에 의해 발생되는 전단특성을 기반으로 한다. 본 연구에서는 유화연료 관련 회전-고정자 혼합기 시제품 모델에서 회전자와 고정자간의 상호작용에 의한 비정상상태 유동 특성 분석을 ANSYS FLUENT $k-{\varepsilon}$ (RKE) 난류 모델을 MRF 및 SMM에 적용하여 수행하였다. 회전자와 고정자의 경계에서 발생하는 유동 입자들의 거동과 전단 특성 그리고 설계 파라미터에 따른 속도분포와 난류와류소산 등의 경향을 전산유체역학 해석을 통해 예측 비교하여 모델의 효율성을 검증하였다.
발전기 운전중 발생되는 전자력은 고정자 권선 특히 단말권선와 진동을 유발시켜 피로 균열을 발생시킬 수 있으며 이로 인한 권선 누수 사고 및 발전기 수명 저하를 초래할 수 있다. 본 논문에서는 500MW급 발전기 고정자 단말 권선을 모델링하여 이를 운전중인 발전기 고정자 권선 단말부의 진동 특성과 비교하였다.
본 논문에서는 전동기의 고정자 권선 절연파괴 고장을 분석하고 자기 인덕턴스 변화의 비선형성을 고려하기 위해 FEM 시뮬레이션을 이용하여 고장 현상을 해석하고, 실험을 통해 검증하였다. 제안한 고장의 모델링을 통하여 고정자 권선에서 단락이 발생하면 단락된 권선의 순환전류에 의해 고정자에 자기 포화현상이 발생하고, 입력전류의 불평형에 의하여 평균토크가 감소하고, 토크리플이 증가함을 확인 하였다.
전동기 제어에 있어서, 전동기의 상수 추정이 필요한 경우가 있다. 예를 들면 고정자 자속기준 벡터제어시에는 고정자 저항의 정보가 필요하다. 본 논문에서는 전동기의 고정자 저항값을 검출 기법을 제안한다. 데드타임의 영향을 제거하기 위하여, 차동 성분의 전압, 전류값을 사용하며, 측정 노이즈 둥에 따른 오차를 저감시키기 위해 Kalman Filter 알고리즘을 적용한다. 시뮬레이션을 통해 알고리즘의 타당성을 보인다.
현재 운영 중인 발전소 전동기의 고정자 권선 고장 실제사례를 토대로 전동기에서 발생하는 자속 데이터의 고주파 영역 스펙트럼을 분석함으로써 결함이 있는 전동기와 건전한 전동기의 자속 특성 및 변화추이를 분석하였다. 전동기 자속스펙트럼의 고주파 영역을 분석한 결과 결함이 있는 전동기는 고정자 슬롯 주파수 대비 고정자 슬롯 사이드밴드 주파수의 상대적 크기 비율이 건전한 전동기에 비해 매우 높음을 확인하였다. 또한 결함이 있는 전동기는 시간이 지날수록 고정자 슬롯 주파수 대비 고정자 슬롯 사이드밴드 주파수의 상대적 크기 비율 크기도 더욱 커지는 현상도 확인하였다. 그리고 결함이 있는 전동기의 자속 데이터는 불시 고장 1개월여 전부터 결함 상태를 인식할 수 있는 신호를 나타냄으로써 전동기 고정자 권선 결함에 대한 사전 예측능력이 매우 탁월함을 확인하였다.
원통형 선형 동기 전동기의 디텐트력은 고정자 안쪽의 치와 영구자석 사이에서 작용하는 힘과 고정자 바깥쪽의 치와 영구자석 사이에서 작용하는 힘의 합이며, 일반적으로 고정자 바깥쪽의 치와 영구자석 사이에서 작용하는 단부효과에 의한 힘이 훨씬 크다. 이 단부효과에 의한 힘을 줄이기 위한 방법으로 고정자의 길이 조정 및 챔퍼링이 있으며, 이를 통하여 원통형 선형동기 전동기 고정자의 형상을 최적 설계한다.
DFIG(Doubly Fed Induction Generator)를 이용한 풍력 발전 시스템의 경우 고정자 측에 발전된 유효전력 및 무효전력 제어를 위해 회전자 전류제어가 필요하다. 본 논문에서는 제안된 알고리즘을 통해 DFIG의 고정자 전류에 발생한 전류 리플을 분석하고 보상 성분을 회전자 전류 제어에 반영함으로써 고정자 전류 리플을 저감시켰다. 제안된 알고리즘은 실험을 통해 검증하였다.
발전소에 설치된 대용량 발전기는 고정자 권선을 지지하기 위해 축 방향으로 삽입된 슬롯 Wedge의 지지압력이 느슨해지면 절연파괴와 같은 각종 사고가 발생할 수 있다. 이를 예방하기 위해 주기적으로 Wedge 조임 상태를 점검하고 있으나 그동안 작업자의 손가락 감각으로 평가하던 방법을 가속도 진동 센서를 이용하여 주파수 스펙트럼을 분석함으로써 발전기 고정자 Wedge 조임 상태를 객관적으로 판정할 수 있도록 방법을 고안하였다.
이중여자 유도형 풍력발전 시스템은 권선형 유도기클 사용하며, 고정자 권선은 계통에 직접 연결하고, 전력변환 장치를 사용하여 회전자 권선의 전압을 제어함으로써 발전기의 토오크와 고정자의 무효전력을 제어할 수 있다. 발전기의 토오크는 주어진 풍속에서 최대가 되도록, 고정자의 무효전력은 항상 '0'이 되도록 하였으며, 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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