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수치해석을 이용한 배전용 변압기 권선 고장시의 전자력 계산방법 연구
신판석,하정우,정희준,Shin, Pan-Seok,Ha, Jung-Woo,Chung, Hee-Jun 한국조명전기설비학회 2007 조명·전기설비학회논문지 Vol.21 No.5
본 논문에서는 전력계통에서 발생되는 surge나 고장전류에 의해서 변압기의 고압측 권선에 선간단락이 발생할 경우 유도되는 전자력의 크기를 유한요소 전자계해석 프로그램을 이용하여 해석하는 방법을 제안하였다. 연구에서 사용된 배전용 변압기 model은 1[MVA], 22,900/220[V] 단상 외철형 Cable 권선형 변압기로서 권선간 단락을 모의하는 방법을 제안하고, FEM 프로그램(FLUX2D)을 이용하여 단락전류와 각방향의 전자력을 계산하고 분석하였다. 누설자속분포, 권선단락 시 전압 및 전류파형, 권선간에 작용하는 힘의 변화와 분포를 계산하였다. Simulation 방법의 타당성을 검증하기 위하여 이론치와 Pspice 프로그램을 이용하여 계산한 결과와 5[%] 이내의 오차율로 아주 잘 일치함을 확인하였다. 선간단락전류는 정격전류의 약 400배이며, 전자력도 $20{\sim}200$배 정도로 급증하였다. 본 연구의 결과는 배전용 변압기의 신뢰도 향상을 위하여 변압기 코일과 절연구조 설계에 유용한 정보를 제공하게 될 것이다. In this paper, a simulation method of the internal winding fault is proposed to calculate winding current and electromagnetic force in a distribution power transformer by suing FEM program. The model of the transformer is a single phase, 60[Hz], 1[MVA], 22.9[kV]/220[V], cable-type winding. The short-circuit current and electromagnetic force are calculated by FEM(Finite Element Method) program(Flux2D) and the results we verified with theoretical formula and PSPICE program. The simulation results are fairly good agreement with the other verified methods within 5[%] error rate. The turn-to-turn short-circuit current is 500 times of the rated current and the electromagnetic force is about $20{\sim}200times$. The method presented in this study may serve as one of the useful tools in the electromagnetic force analysis of the transformer winding behavior under the short circuit condition for design of the structure.
중성선 영상고조파 저감용 특수 Reactor 최적설계 연구
신판석,정교범,김한들,김철,Shin, Pan-Seok,Chung, Gyo-Bum,Kim, Han-Deul,Kim, Cheol 한국조명전기설비학회 2006 조명·전기설비학회논문지 Vol.20 No.5
관례의 전력계통에서는 스위칭 컨트롤러, 반도체 전력변환 설비, 사무 자동화 기기, PC 등으로 인하여 중성선에 많은 양의 영상 고조파가 발생하게 된다. 이러한 중성선 영상 고조파 전류를 줄이기 위하여 리액터의 일종인 NHER (Neutral-line Harmonics Eliminating Reactor)를 설계하고 해석하는 연구를 수행하였다. C++프로그램을 활용하여 NHER의 설계프로그램을 개발하였고, 설계프로그램을 확인하기 위해 380/220[V], 200[A]의 모델을 적용하여 설계 및 해석하였다. 최적화 설계 결과 철손이 26[%] 저감되었고, 특히 9 고조파는 다른 고조파에 비하여 크게 감소하였다. NHER을 설계할 때에는 실제 적용되는 부하의 영상고조파나 효율 등을 고려하면 더 좋은 결과가 나올 것이다. In the modem power distribution systems, there are lots of zero-phase current harmonics in the neutral power line due to much usages of the controlled switching devices, various semiconductor power converting systems, OA(Office Automation) equipments, PC etc. In order to minimize the current harmonics a zero-phase neutral line current eliminating reactor (NHER) is designed and analyzed its performance using the finite element program. For the design of NHER a program is developed using C++ program. To verify the program a case model(380/220[V], 200[A]) is designed and analyzed by the developed program. As the results of the optimal design, the core loss is reduced by 26[%] with eliminating of the current harmonics. Especially the ninth harmonics is much reduced as compared with the others. When the design of NHER is adapted to the load of the power system, the eliminating effect and efficiency of the device will be much better
변환행렬법을 이용한 케이를 권선형 배전용 변압기 권선의 진동모드 해석
신판석(Pan-Seok Shin),정현구(Hyun-Koo Chung),윤구영(Koo-Young Yoon) 한국조명·전기설비학회 2009 조명·전기설비학회논문지 Vol.23 No.1
본 논문에서는 배전계통에 사용되는 케이블 권선형 변압기에 전력계통에서 발생되는 서지나 고장전류에 의해서 변압기의 고압측 코일에 유도되는 전자력의 크기를 유한요소 전자계해석 프로그램(FLUX2D)을 이용하여 해석하고, 기계진동방정식을 이용하여 케이블형 권선의 고유진동주파수를 분석하였다. 변압기모델로서 l[MVA], 22,900/220([V]) 단상 외철형 Cable형을 선정하여, 권선의 각방향의 전자력을 분석하고, 고유진동 mode를 Transfer Matrix Method를 이용하여 계산하고 상용 프로그램(ANSYS)을 이용하여 분석한 결과와 비교하였다. 진동모드의 분석한 결과 제시한 수치해석 방법은 공학적인 오차범위 안에서 충분히 수용할 정도의 정확도를 보여주었다. 변압기 권선의 전자력과 진동모드 분석결과는 변압기의 절연설계 및 단락기계력에 의한 절연 구조 설계를 위한 유용한 자료로 활용될 수 있다. This paper proposes a simulation method of the internal winding fault to calculate the short-circuit current, electromagnetic force and vibration mode in a distribution power transformer by using FEM program(FLUX2D) and analytic algorithm A usage of the Transfer matrix method is also presented for the vibration mode analysis of the cable-type winding of power transformer. The equations of the winding are approximated by the series expansions of the distributed mass model and Timoshenko’s beam theory. The simulation examples are provided for the cable type winding of the transformer(22.9[㎸]/220[V], 1,000[kVA) to verify the method The proposed Transfer Matrix Method is also verified by the ANSYS program for the vibration mode of the transformer winding. The method presented may serve as one of the useful tools in the electromagnetic force and vibration analysis of the transformer winding under the short circuit condition.
민감도기법과 RSM을 이용한 대용량 BLDC 전동기 영구자석의 형상 최적화
신판석(Pan Seok Shin),정현구(Hyun Koo Chung),우성현(Sung Hyun Woo) 대한전기학회 2009 전기학회논문지 Vol.58 No.4
This paper presents an algorithm for the permanent magnet shape optimization of a large scale BLDC(Brushless DC) motor to minimize the cogging torque. A response surface method (RSM) using multiquadric radial basis function is employed to interpolate the objective function in design parameter space. In order to get a reasonable response surface with relatively small number of sampling data points, additional sampling points are added on the basis of design sensitivity analysis computed by using FEM. The algorithm has 2 stages: the first stage is to determine the PM arc angle, and the 2nd stage is to optimize the magnet pole shape. The developed algorithm is applied to a 5MW BLDC motor to get a minimum cogging torque. After 3 iterations with 4 design parameters, the cogging torque is reduced to 13.2% of the initial one.
차분진화 알고리즘을 이용한 IPM형 BLDC전동기의 Notch 형상 최적화 설계 연구
신판석(Pan Seok Shin),김홍욱(Hong Uk Kim) 대한전기학회 2016 전기학회논문지 Vol.65 No.2
In this paper, a cogging torque of IPM(Interior Permanent Magnet)-type BLDC motor is analyzed by FE program and the optimized notch on the rotor surface is designed to minimize the torque ripple. A differential evolution strategy algorithm and a response surface method are employed to optimize the rotor notch. In order to verify the proposed algorithm, an IPM BLDC motor is used, which is 50 kW, 8 poles, 48 slots and 1200 rpm at the rated speed. Its characteristics of the motor is calculated by FE program and 4 design variables are set on the rotor notch. The initial shape of the notch is like a non-symmetric half-elliptic and it is optimized by the developed algorithm. The cogging torque of the final model is reduced to 1.5[N·m] from 5.2[N·m] of the initial, which is about 71 % reduction. Consequently, the proposed algorithm for the cogging torque reduction of IPM-type BLDC motor using the rotor notch design seems to be very useful to a mechanical design for reducing noise and vibration.
오진석(Jin-Seok Oh),정성영(Sung-Young Jung),공영경(Young-Kyong Kong),빈재구(Jae-Goo Bin),신판석(Pan-Seok Shin),김장목(Jang-Mok Kim),최홍순(Hong-Soon Choi) 한국마린엔지니어링학회 2010 한국마린엔지니어링학회 학술대회 논문집 Vol.2010 No.4
In this paper, we analyze the current submarine cooling system and study control algorithms for pumps, valves and configuration of submarine cooling system to improve the thermal stability and efficiency of cooling system. We provide simulation results for the submarine cooling system.