電氣鐵道車輛用 牽引電動機 固定子 卷線의 絶緣劣化 및 故障診斷 = Insulation aging and fault diagnosis for traction motor stator winding in electric multiple unit
저자
발행사항
서울 : 弘益大學校 大學院, 2003
학위논문사항
학위논문(박사)-- 홍익대학교 대학원: 전기정보제어공학과 전기재료전공 2003. 8
발행연도
2003
작성언어
한국어
주제어
KDC
562.43 판사항(4)
DDC
621.313 판사항(20)
발행국(도시)
서울
형태사항
viii, 149p. : 삽도 ; 26cm
일반주기명
참고문헌: p. 64-67
소장기관
전기철도차량에서 핵심부품인 견인전동기의 국산화와 표준화가 성공함에 따라 외국 기술종속에서 탈피하고 수입대체 효과는 물론 수출경쟁력도 향상되었다. 국산화된 견인전동기의 우수한 성능은 이미 입증되었으며, 특히 권선 절연 재료를 200클래스(class)로 구성하여 기존제품보다 우수한 내열특성을 나타내었다. 그러나 고장확률이 높고 고장시 치명적인 영향을 주는 견인전동기의 고정자 권선 절연의 신뢰성과 관련된 문제점들을 규명하고, 이에 바탕을 둔 고장진단 시스템의 확립이 필요하였다. 본 연구에서 견인전동기의 고정자 권선 절연의 신뢰성과 관련된 가속열열화 및 인버터 써지에 의한 열화 실험기법을 확립하고 인공신경망 알고리즘을 적용한 축소형 고장진단시스템을 개발하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 산업용 전동기에 적용하던 실험기법을 기동 및 정지와 부하변동이 심한 철도차량 견인전동기에 응용하여 가속열열화 실험기법을 정립하고, 실제 제품의 구성형태로 실험을 수행하여 얻어진 현실적인 데이터를 바탕으로 새로운 실험기법의 유용성을 확인하였다. 국산화된 견인전동기의 고정자 권선에 대한 내열 신뢰성을 입증하였고, 동시에 200클래스 견인전동기에 적용될 수 있는 절연재료구성의 타당성과 실용성도 확인되었다. 가속열열화실험을 수행한 결과 약 32년 정도의 내열 기대수명을 얻었다. 따라서 기존 검수방법보다 다양하고 정확한 검수기법을 제시하였고, 기존의 시간기준 검수에서 상태기준 검수가 가능하게 되었다.
둘째, VVVF 추진시스템에 적합한 인버터 써지에 의한 열화특성 실험기법을 개발하여 제안하였다. 인버터 써지에 의한 열화실험 결과가 열가속열화실험 결과와 유사한 특성을 나타냈다. 이 기법을 활용하여 견인전동기의 상태진단 및 평가가 가능함이 확인되었다. 또한 전기적인 특성 면에서 열화가 크게 진전되지 않았음을 확인하여 국산화된 견인전동기 고정자 권선에 대한 전기적 측면에서의 신뢰성도 확인하였다.
셋째, 확립된 열화특성 실험기법과 실험결과를 기반으로 인공신경망 알고리즘을 적용한 프로그램을 개발하고 인공지능학습을 통해 효과적으로 결과를 출력해 주는 축소형 고장진단시스템을 개발하였다. 고장진단을 위한 모의시료를 활용한 평가실험을 수행한 결과로부터 유용성과 신뢰성이 매우 높은 시스템임을 확인하였다.
In electric railways, the thermal aging of the winding of traction motors of EMU's(electric multiple unit) is one major factor determining motor's life and reliability. And since VVVF system gets adopted for the railway traction system, the transient surge from the VVVF system, which accelerates the electrical aging of the traction motors, should be considered as another crucial factor.
The adopted 200 class of insulation system of the traction motors shows excellent resistive characteristics to thermal stresses. To be able to forecast the expected lifetime, extensive laboratory evaluations of the insulation systems using the accelerated aging test and deterioration phenomena analysis according to thermal stress are required. A new method of the accelerated thermal aging test has been established for the evaluation of the thermal reliability of the stator coils, which is also able to analyze the aging condition and predict its lifetime. The sample coils for Korean standard traction motor were tested by the accelerated aging method and the test result shows the validity and reliability of the method.
The experiment to apply inverter surge to stator coil were repeatedly performed for the electrical characterizations. The sample coils for experiments are designed for traction motor form-winding.
A new measurement system has been developed for the traction motor fault diagnosis using the current signal analysis. The computer program for the diagnosis is constructed using the artificial neural network algorithm, the calculated results of which are used to train the neural networks. The trained neural networks have the ability to compute adaptive results for non-trained inputs, and the calculation speed is quite fast due to the inherent parallel structure of neural networks with high ,accuracy within the destined tolerance. This system can check the probable extent and rate of aging.
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