디지털 제어기법에 의한 저속 전기차용 양방향 DC-DC 컨버터 제어기에 관한 연구

이상택 한양대학교 대학원 2013 국내박사

지속성 과전류에 의한 모터의 전기적 특성 및 열화 분석

김지현 한양대학교 대학원 2012 국내박사

본 논문은 전원이 인가되어 동작하는 모터 시스템에 있어 전기적인 비정상 과도상태나 지속적인 과전류 상태에서 흔히 발생하는 모터의 열화특성을 분석하고자 한 지속성 과전류에 의한 모터의 전기적 특성 및 열화분석에 관한 연구이다. 모터라 함은 자속을 발생하는 영구자석과 전류의 흐름을 유도해 회전을 발생시키는 정류자로 크게 구성되고, 정류자에는 절연된 인덕터가 함침되어 있다. 산업현장 및 전기전자 기기에 다양하게 사용되고 있는 모터는 회전력을 이용하여 부하를 구동시키게 되는데, 장시간 또는 비정상적인 사용 환경에 의해 정상적인 출력이 나타나지 않을 때 흔히, 모터가 열화 되었다는 말을 많이 한다. 모터의 열화란 구체적으로 어떤 상황을 말하는 것이며, 열화가 발생했을 때 모터의 전기적 특성은 어떻게 변화하는지 실험을 통해 분석하고자 했다. 열화 발생은 장시간 사용에 의한 노후 또는 과도상태에 의한 전기적 쇼크가 주요 원인이 될 수 있는데 본 연구에서는 이러한 실험을 실제로 사용되고 있는 모터 시스템에 적용하였고, 열화방지가 가능한 제어기를 제안하여 지속적이고 반복적인 과부하를 동시에 인가함으로써 직접적인 비교를 시도하였다. 대상 시스템은 자동차의 폴딩제어 시스템으로서 폴딩 제어기술은 모터의 동작을 정․역으로 반복 제어함으로써 부하의 구동을 제어하는 다양한 장치 및 시스템에 많이 응용되고 있으며, 대표적인 적용 사례로서 자동차의 사이드 미러 접이 콘트롤러, 와이퍼 콘트롤러, 안테나 콘트롤러, 파워윈도우 콘트롤러 등을 들 수 있다. 이러한 제어 메커니즘은 일반적으로 구동의 주체인 모터와 과전류 감지 소자, 전류 제어용 스위칭 소자, 전원 제어용 릴레이 등으로 구성되어 있으며, 부하의 변동에 따라 변화하는 모터의 전류 포화 정도가 한계점에 이르렀을 때 전기적 용단 특성을 가진 열전소자가 회로를 트립시킴으로서 모터의 동작을 차단하는 전원제어 방식을 채용하고 있다. 하지만 이러한 제어방식은 동작중인 모터를 특정 위치에서 더 이상 회전하지 못하도록 강제 구속하는 구조로서 전기적 차단이 이루어지기까지 모터에는 과부하가 유지되고, 과부하로 인해 모터의 내부저항이 감소함으로써 정격이상의 과전류가 유도되게 된다. 이러한 과전류는 지속적으로 모터의 열화를 일으키는 요인으로 작용하며, 심할 경우 모터 내부의 온도상승으로 인덕터 표층의 절연 피막이 손상되어 전기적 쇼트 현상이 발생하게 된다. 따라서 시스템의 안정된 동작과 제어를 위해서는 모터에 과부하가 발생하지 않도록 하여야 하며, 그 정도 또한 최소화 되도록 하는 것이 중요하다. 하지만 현재의 시스템은 과전류를 흘려 회로를 차단시키는 폴리 스위치 방식을 적용하고 있어 모터에 유도되는 과부하를 방지하기 어려운 근본적인 문제를 안고 있다. 폴리스위치는 특정 온도 이상에서 구동 회로를 트립시켜 전기적으로 고저항을 유지함으로써 회로를 보호하는 역할을 하지만 주변의 온도에 따라 트립시점이 일정하지 않기 때문에 정밀한 제어는 물론 시스템의 신뢰성을 확보하기 어렵다는 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 기존 제어방식의 한계에 의해 발생하는 모터의 전기적 특성 저하를 방지할 수 있는 새로운 제어기를 설계 하였다. 제어기는 모터 실시간 감시 및 전류센서 회로, 신호변환 및 증폭회로, 신호 필터링을 위한 정형화 회로, 제어 시차를 조절하는 타이밍 발생기 및 모터 오프 제어회로로 구성하였고, 전력전자 소프트웨어인 CASPOC으로 직류 모터의 모델링과 시뮬레이션 통해 제어기의 동작 상태를 분석 하였다. 또한, 시뮬레이션 결과를 실제 상태와 비교하기 위해 제어기를 제작하여 동일한 조건에서 100,000회의 열화 실험을 반복한 결과, 기존 제어기의 전기적 특성이 현격히 저감한 반면, 개선된 제어기의 특성은 대체로 양호하여 기존 제어기에 비해 모터 코일의 내부저항 39%, 인덕턴스 26%, 절연저항 10배의 결과를 얻었다. 즉, 실험결과를 통해 모터의 전기적 특성 및 열화상태를 비교 분석할 수 있었으며, 모터의 주된 열화 요인으로 지속적인 과전류 및 열적인 과부하가 모터의 주된 열화요인으로 작용하는 것을 확인할 수 있었다.

매입 자석형 동기전동기의 고성능 운전

이진기 昌原大學校 産業·情報大學院 2003 국내석사

마그넷 스폿 가이던스 방법을 이용한 유도형 이동로봇의 자율주행

이석용 한양대학교 대학원 2012 국내박사

요 약 본 논문에서는 유도형 이동로봇인 AGV(Automatic Guided Vehicle) 시스템에 사용하고 있는 연속적인 가이드 시스템인 유도성 와이어 시스템을 대신하는 새로운 가이드 방법으로서 불연속 가이드 시스템인 마그넷 스폿 가이드를 이용한 AGV의 자율 주행 시스템을 제안 하였다. 마그넷 스폿이 없는 경우 AGV는 엔코더, 카운터를 이용한 데드레코닝(Dead-reckoning)과 위치제어기법을 사용하여 계획된 경로 또는 유도 경로를 따라서 주행한다. AGV의 모델로는 차륜 구동형을 사용하였으며, 주행용 가이던스에는 마그넷 스폿과 홀효과 센서를 적용하였다. 홀효과 센서를 사용한 마그넷 스폿 가이드 방법은 높은 감도와 신뢰성, 안정성 및 경제적 효과와 유연 생산시스템에 신속하게 대처할 수 있는 장점을 가지고 있다. 홀효과 센서가 마그넷 스폿으로부터 자속밀도의 분포도를 감지하게 되는데 최대 자속밀도(Gauss)가 AGV의 주행에 필요한 가이드로 사용된다. AGV의 주행 중 위치 및 속도가 기준 값에서 벗어나게 되면 조향각 오차와 횡축거리 오차가 발생되는데, 이 오차들을 실시간으로 보정하여 AGV가 안정하게 주행하도록 하였다. 기존 가이드 방식에서 오차를 보정할 때는 엔코더를 사용한 데드레코닝(Dead-reckoning)과 자이로(Gyro) 센서가 이용되지만, 본 논문에서는 조향각 오차를 보정하는 경우에는 홀효과 센서로부터 계측되는 마그넷 스폿의 자속밀도 분포도의 최대값을 사용한다. 구동바퀴의 미끄러짐, 바닥면의 평활도, 외란 등으로 인해 발생되는 조향각 오차와 횡축 거리 오차에 대해서는 퍼지제어 기법을 사용하여 실시간으로 보정하였다. 마그넷 스폿 가이드 주행 환경에서 주행 중 돌발 장애물이 나타나는 경우에도 퍼지제어 기법을 이용하여 AGV는 감속 주행하거나 정지하며 주행경로를 재설정한 후 계속 주행함으로써 장애물을 회피하고 주행 중 발생되는 교착상태(Dead-lock)를 최소로 하여 주행 효율을 극대화 하게 된다. 거리제어기(距離制御器)를 사용한 충돌 방지 시스템을 구성하여, 여러 대의 AGV가 동시에 주행하더라도 AGV 상호간 서로 적절한 거리를 유지하게 하고, 가속도 또는 감속도 제어를 하여 AGV들 간의 충돌을 방지하였다. 고장허용 제어(Fault Tolerance Control)를 구현하여 한 AGV가 주행 중 고장(fault)이 나면 다른 AGV가 대신 그 작업을 수행하도록 하고 AGV 상호간 협동운전이 이루어지게 함으로써 AGV 시스템의 신뢰도를 향상시키고 주행 조건을 최적화하였다. 본 논문에서 제시한 마그넷 스폿 가이드 방법을 사용하여 AGV를 세라믹 플랜트와 철근제조 공장에서 주행한 결과 제시된 자율 주행 시스템의 안정성과 유효성을 확인하였다. AGV는 경로 추종, 장애물 회피, AGV 상호간 충돌 회피 및 교착 상태 최소화 성능에서 만족스러운 결과를 보여주었다.

싱글-엔디드 공진형 인버터의 고효율 및 고신뢰성 동작을 위한 특성제어

오용승 한양대학교 대학원 2018 국내박사

This thesis reports a study of the characteristics and control methods for highly efficient and reliable single-ended resonant inverters for induction cookers. A novel optimal switching modulation scheme is proposed to improve the drop in efficiency at the light load caused by hard switching operations. In addition, a load detection method for light as well as heavy load conditions is proposed. Furthermore, a new resonant voltage control method to prevent the damage of switching devices due to abrupt increases in the resonance voltage is presented. The algorithm of the proposed load detection method is divided into two modes. The first is the starting mode that measures the RMS(Root Mean Square) value of the line voltage under a continuous pulse train and compares it to the magnitude of the switching voltage to detect the load. The second mode is the normal operation mode that measures the input power and compares it to the reference value to detect the load in normal mode. Normally, inverters shut down automatically in the cases of abnormal increases in the resonant voltage. This is detrimental to the heating performance. In order to overcome this drawback, a novel resonant voltage control method is proposed that limits the maximum value of the working coil current. This method requires a simple hardware structure that enables sensor-less control using only a MCU(Micro Controller Unit). To verify the feasibility of the proposed methods, a prototype 1.35[kW] single-ended resonant inverter was developed and tested using a domestic rice cooker. The experiments proved the effectiveness of the proposed optimal switching modulation scheme, the load detection methods for starting and normal operation, and the resonant control methods. 본 논문은 싱글-엔디드 공진형 인버터의 고효율 및 고신뢰성 동작을 위한 특성제어에 관한 연구로서, 경부하 시 하드 스위칭 동작에 의한 효율저하 문제를 개선할 수 있는 최적 스위칭 변조방법을 제안하였으며 무부하, 비정상부하, 전원전압의 변동 및 왜란 시 야기되는 공진전압 상승에 의한 스위칭 소자의 소손을 방지할 수 있는 새로운 부하검출 및 공진전압 제어 방법을 제안하였다. 제안하는 스위칭 변조방법은 하드 스위칭 시 스위치 양단전압이 최소가 되는 시점을 예측하여 스위칭 소자를 턴 온 시킴으로써 스위칭 손실을 최소화 시킬 수 있는 고효율 스위칭 방법이다. 또한 이는 공진전압의 주기 및 진폭의 변화에도 적응적이며 중부하 시에는 소프트 스위칭 동작이 가능한 최적 스위칭 변조방법이다. 제안하는 부하검출 방법은 기동 시의 경우에는 종래의 단 펄스 방식과 달리 연속펄스로 구동하여 검출되는 입력 전원전류의 실효치와 스위치 양단전압의 최대치를 통해 부하의 유무를 판정하는 알고리즘을 적용하고, 동작 중의 경우에는 소비전력의 오차를 이용하여 부하의 유무를 판정하는 알고리즘을 적용함으로써 전원전압의 변동 및 왜란에도 부하검출의 신뢰성을 높일 수 있다. 공진전압이 비정상적으로 상승하게 되는 경우 스위칭 소자 보호를 위해 인버터 동작을 셧-다운시키는 방식은 가열특성이 저하되므로 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 워킹코일에 흐르는 전류의 최대치를 제한함으로써 공진전압의 크기를 제어할 수 있는 방법을 제안하였다. 제안하는 공진전압 제어 방법은 간단한 하드웨어로도 구현이 가능하며 MCU를 이용하는 경우에는 센서리스 제어도 가능하다. 본 논문에서 제안한 제반 방법들의 유용성을 검증하기 위해 1.35[kW] 싱글-엔디드 공진형 인버터를 제작하였고, 이를 가정용 유도가열 전기밥솥에 적용한 실험을 수행하였다. 실험결과를 통해 제안하는 최적 스위칭 변조방법, 초기 기동 및 동작 중 부하검출 방법, 그리고 공진전압 제어 방법의 유용성을 확인하였다.

QRS 확산기를 이용한 다양한 전자파 잔향실 내부의 모드 분포 향상

이유진 한양대학교 대학원 2010 국내박사

본 논문은 전자파 장해 (Electromagnetic Interference; EMI) 및 복사 내성 (Immunity) 측정에 사용되는 전자파 무반사실 (Anechoic Chamber)의 대용 방법으로 활용될 수 있는 전자파 잔향실 (Reverberation Chamber) 내부에서의 전자기 필드 균일도 (Electromagnetic Field Uniformity) 특성에 관하여 연구하였다. 전자파 잔향실 내부에 균일한 필드를 생성하기 위해 사용되는 기존 스터러 (Stirrer)의 크기 및 유지보수 문제를 해결하기 위해, 음향학 분야에서 사용되고 있는 확산기 (Diffuser)가 1-3 GHz 대역을 대상으로 설계되었고, 다섯 가지 타입 (Type)의 삼각 프리즘 형 전자파 잔향실 (Triangular Prism Reverberation Chamber)과 네 가지 타입의 직육면체 형 전자파 잔향실 (Rectangular Reverberation Chamber)이 모델링되었다. 이 아홉 가지 타입의 전자파 잔향실에 대하여 시뮬레이션과 측정이 이루어 졌다. 시간 영역 유한 차분 (Finite Difference Time Domain; FDTD) 수치 해석 방법을 기초로 한 XFDTD 6.2 시뮬레이션 프로그램을 이용하여, 각 구조에서의 필드 분포에 대해 시뮬레이션을 하였으며, 그 결과들이 서로 비교 분석되었다. 필드 균일도는 IEC 61000-4-21 규격에 명시되어 있는 누적 확률 분포 (Cumulative Probability Distribution)에 의해 평가되었다. 그 결과, 확산기를 부착한 전자파 잔향실 내부의 필드 균일도가 ±6 dB 내의 오차 (Tolerance)와 ±3 dB 내의 표준 편차 (Standard Deviation)를 만족시키는 것을 보여 주었으며, 이는 본 논문에서 제안하고 있는 확산기가 국제 규격을 만족시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 전자파 잔향실 내 QRS 확산기 설계 시, QRS 확산기 면적을 전자파 잔향실 한쪽 내벽의 44 %로 설계 하는 것이 가장 효율적임을 확인하였다.

확산기와 교반기를 이용한 전자파 잔향실 내 필드 균일도의 최적화

김정훈 한양대학교 대학원 2010 국내박사

전자파 양립성(Electromagnetic compatibility: EMC) 측정은 일반적으로 외부 전자파 환경과 독립적이고 내부 소스에 의해 발생된 전자파가 외부로 복사되지 않는 전자파 무반사실에서 주로 이루어져왔다. 전자파 무반사실은 측정 결과의 정확성과 재현성은 좋으나, 유지 및 보수에 비용이 많이 들고 상한 주파수에 제약이 있기 때문에 전자파 무반사실에 대한 대용 시설로서 전자파 잔향실이 고려되고 있다. 전자파 잔향실은 비교적 넓은 시험 공간과 짧은 측정시간의 장점을 갖으며, 전자파 흡수체를 부착하지 않아 전력 효율이 좋고 비용이 저렴하다. EMC 측정을 위한 전자파 무반사실의 대용 시설로서 전자파 잔향실이 사용되기 위해서는 시험 공간내의 필드 균일도가 표준 편차 3 dB 이하를 만족하여야 하며, 이 필드 균일도를 향상시키기 위하여, 교반기와 확산기를 사용한 연구가 진행되어왔다. 본 논문에서는 확산기와 교반기를 동시에 사용하여 전자파 잔향실 내 필드 균일도를 향상시켰고, 이때 확산기가 잔향실 한 쪽 벽면에서 차지하는 면적비를 변화시키면서 필드 균일도를 최적화하였다. 필드 균일도 측정을 위하여 1-3 GHz 범위의 확산기와 교반기를 설계 제작하였고, 확산기와 교반기의 효율을 입증하기 위하여 서로 다른 크기를 갖는 두 가지 형태의 기준 전자파 잔향실 Type I (10.80.85 m3)과 Type II (10.80.95 m3)를 제작하였으며, 정확한 수치해석을 위하여 FDTD 방식을 이용하여 시뮬레이션 하였다. 1-3 GHz 주파수 범위에서 전자파 잔향실 시험 공간의 표준 편차를 4가지 실험 조건에서 조사하였다: 1) 기준 전자파 잔향실, 2) 확산기만을 사용한 잔향실, 3) 교반기만을 사용한 잔향실, 4) 교반기와 확산기를 동시에 사용한 잔향실. Type I 잔향실의 경우, 표준 편차의 평균이 3.49 dB(기준 잔향실), 3.1 dB (확산기를 사용한 잔향실), 2.9 dB(교반기를 사용한 잔향실), 2.67 dB(확산기와 교반기를 사용한 잔향실)의 순서로 나타났고, Type II 잔향실의 경우, 4.07 dB (기준 잔향실), 2.81 dB(확산기를 사용한 잔향실), 2.76 dB(교반기를 사용한 잔향실), 2.58 dB(확산기와 교반기를 사용한 잔향실)의 순서로 표준 편차의 평균이 향상되었다. 교반기와 확산기를 동시에 사용한 Type I 잔향실의 경우, 확산기가 잔향실 한 쪽 내멱에 차지하는 면적비가 12.5-25%일 때 필드 균일도가 2..55 dB로 가장 좋았다. 하지만 1-1.4 GHz 주파수에서 확산기의 면적비가 75%이상으로 증가하면 필드 균일도는 더 이상 향상되지 않거나 오히려 나빠졌다. Type II 잔향실의 경우, 필드 균일도는 확산기의 면적비가 25-50%일 때 표준 편차 2.54 dB로 가장 우수했지만, 최소 표준 편차와 최고 표준 편차의 차이가 0.07 dB로서 확산기의 면적비가 필드 균일도에 미치는 영향은 미미했다. 결론적으로, 전자파 잔향실의 필드 균일도는 잔향실의 크기가 작고 사용 주파수가 낮을수록 확산기의 크기에 따라 쉽게 변화한다고 말할 수 있다.

고주파 변조 방식을 이용한 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기

문태환 漢陽大學校 大學院 2001 국내석사

현재 각광받고 있는 광원 중 HID 램프의 일종인 메탈할라이드 램프는 공명현상에 인한 불안정한 특성 때문에 많은 장점을 가지는 전자식 안정기의 채용이 어려운 실정이다. 따라서 이 논문은 메탈 할라이드 램프의 고주파 전자식 안정기에 관한 연구로 공명현상을 피하기 위한 새로운 방법을 제안한다. 인버터 스위칭의 주파수 변조는 램프 구동 주파수를 분산시켜 램프 전력 스펙트럼을 제한하는 수단으로 공명현상을 피할 수 있게 하므로 스위칭 방식으로서 삼각파의 변조신호를 갖는 주파수 변조 방식을 채택하였다. 하지만 이 방식으로 운전하여도 변조신호의 서브 하모닉에 의해 공명현상이 발생될 수 있기 때문에 변조신호의 변화가 가능한 실시간 공명현상 검출부를 제안하고 이에 따른 공명현상 회피의 안정성을 실험을 통해 입증하였다. 또한 상용화하기 위해 필요한 기능들인 전력제어, 무부하 및 이상상태 보호회로, 그리고 소프트 스위칭의 제어기를 설계하여 성능을 확인하였다. 프로토 타입으로 150W 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기가 제작되었으며 기존에 상용화된 저주파식 구형파 전자식 안정기에 비교해 제조비 절감, 광효율 증대, 고주파 제어를 통한 조광제어, 새로운 소프트 스위칭 방식으로 인한 램프수명 증대 등의 향상된 특성을 가질 수 있었다. This paper presents a high frequency modulation electronic ballast for the metal halide lamp. As the proposed ballast operates in high frequency ranges and can start up the lamp using the LC resonant circuit without external ignitor, the proposed ballast is very compact and has a good efficiency in comparison with the conventional low frequency electronic ballast. The proposed ballast is controlled with the modulated frequency in the range of 20kHz to 100kHz in order to avoid the acoustic resonance phenomenon. In this paper, a new realtime acoustic resonance detection method is proposed to evaluate the characteristics of the ballast. The no load protection algorithm through the detction of the resonant inductor voltage and power control algorithm through the detection of the DC link current are described. Finally, the experimental results on the proto-type ballast of 150W metal halide lamp with the proposed methods are discussed.

영구자석 동기전동기로 구동되는 조향장치시스템의 H∞ 제어기 설계

이관형 한양대학교 대학원 2011 국내석사

영구자석 동기전동기는 역기전력이 정현파 형태를 갖기 때문에 전동기의 전류를 정현파 형태로 인가해 주어야 하는 제어상의 어려움이 있지만, 일단 정현파 형태로 인가해 주면 맥동 토크가 없는 이상적인 토크를 발생한다는 장점이 있다. 그리고 이러한 영구자석 동기전동기뿐만 아니라 대부분의 교류 전동기의 경우, 전동기의 고정자 인덕턴스가 전동기 속도에 관한 함수로 나타난다. 이 때문에 교류 전동기의 전압방정식은 전동기가 정지하고 있는 경우를 제외하고는 시변 미분방정식으로 나타난다. 따라서 이러한 3상 교류 전동기의 A, B, C 상의 변수들을 여자 자속 성분을 포함한 d축과, 토크 성분을 포함한 q축으로 변환하여, 복잡한 시변 미분 방정식을 자속과 토크 성분으로 나누어 독립적으로 해석할 수 있다. 최근에는, 영구자석 동기전동기가 점차적으로 유압식 또는 직류 전동기를 대신하고 있다. 기존의 유압식 동력조향(Hydraulic Power Steering) 시스템은 엔진에서 동력을 전달받아 구동하므로 엔진의 효율을 감소시키며, 펌프, 호스, 드라이브 벨트 등으로 인하여 구조적으로 복잡하다. 이에 반해, 전기식 모터 동력조향(Electric Power Steering, EPS) 시스템은 독립적으로 모터를 사용하기 때문에 엔진에 부담을 주지 않으며, 기구부가 단순해지는 등의 장점이 있다. 그러나 이와 같은 장점에도 불구하고, EPS 시스템은 기존 유압식 동력조향 시스템과 달리, 진동과 소음 문제가 존재하며, 문제의 원인은 전동기에 의해 발생되는 토크 리플에 있다. 이와 같은 어플리케이션은 좋은 조향감을 제공하기 위해서, 매우 낮은 토크 리플을 요구한다. 그러나 공간적인 제약 때문에, EPS(Electric Power Steering) 시스템에 사용되는 SPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)의 철심 코어가 포화되는 것을 막을 수 없다. 예를 들어, 높은 토크 영역의 자기포화는 불가피하다. 고정자 치의 부분적인 쇄교자속 포화는 인덕턴스 변화 및 토크 리플을 야기한다.[16] 따라서 공칭 모델에 의존한 제어기는 불확실성에 대해 좋은 성능을 기대하기 힘들기 때문에, 외란 또는 파라미터 변동에 의한 토크 리플에 강건한 제어기가 필수적이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서, 전동기의 포화 상태 때문에 발생할 수 있는 인덕턴스의 파라미터 변동과 부하 토크에 유입될 수 있는 외란에 강건한 제어기를 설계하였다. Electrical power-assisted steering(EPS) system have been used to replace traditional hydraulic power steering systems in vehicle. In an EPS system, the assisting steering torque is from an electric motor. In principle, the control of an EPS system involves two aspects:1) motor torque control to satisfy the torque requirement and 2) steering motion control to yield a satisfied feeling of the driver during the steering process in a disturbed environment. In this thesis, a robust current controller is designed for a SPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor). Generally, there exist uncertainties such as perturbation of parameters, non-linearity of a plant, modeling errors and sensor noises in the controlled system. The robust control theory has been re-estabilished and developed to design controller satisfying the required specification in spite of model uncertainties. In this thesis, the controller is designed by using the state space model of the SPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor) with inductance uncertainty among robust control theory.

온도에 따른 전기 트리의 고주파 부분방전 특성에 관한 연구

최재옥 漢陽大學校 大學院 2001 국내석사

초고압 지중 송전 XLPE 케이블 시스템의 절연층 내에 존재하는 이물이나 반도전층-절연층 계면의 돌기에서 발생하는 전기 트리는 케이블의 수명에 치명적인 영향을 미친다. 이러한 전기 트리가 개시되면 점진적으로 성장하여 절연파괴로 이어져 사고가 발생하기 때문에 전기 트리의 특성을 정확하게 파악하기 위해서 부분방전 패턴 연구에 대한 중요성은 더욱 높이 인식되고 있다. 전기 트리를 진단하는 방법으로 부분방전 신호의 패턴 분석은 가장 효율적인 방법으로 알려져 있으며, IEC 270 규격에 의거하여 외부 노이즈가 차단된 차폐실과 같은 시험실에서 수백 kHz 대역의 저주파 부분방전 검출은 0.1pC까지 가능한 것으로 보고 되고 있다. 그러나, 전력기기가 운영되는 현장에서는 백그라운드 노이즈로 인하여 저주파 대역 부분방전 검출 시스템을 적용함에 문제점이 제기되고 있다. 최근 이와 같은 문제점을 극복하고자 수 MHz∼수 백 MHz 대역의 고주파 영역에서 부분방전을 측정하는 기술이 연구되고 있다. 이러한 고주파 부분방전(HFPD) 검출방법은 비교적 외부 노이즈의 영향이 적은 고주파 영역에서 측정하기 때문에, 측정감도를 향상시킬 수 있으며, 개개의 부분방전 펄스를 측정하여 결함판별 능력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 전기 트리의 개시 및 성장은 인가전압의 형태, 주파수, 절연체의 종류, 온도 등 많은 변수들에 의해 작용한다. 특히 온도는 전기 트리의 개시 및 성장패턴을 좌우하는 가장 중요한 요인의 하나로서 온도가 상승하면 XLPE의 인장강도, 경도, 유연성과 같은 기계적 성질이 변하고 도전성이 증가하며 절연체 내부에 트랩 된 전자들이 쉽게 활성화된다. 따라서, 전기 트리 개시 및 성장특성은 상온에서의 시험결과와 다른 양상을 나타낸다. 하지만 현재까지 전기 트리의 부분방전 패턴에 관한 연구는 대부분 상온에서 이루어지고 있고, 온도에 따라 어떠한 변화가 나타나는지에 대한 연구는 그다지 보고된 바가 없다. 운전중인 154kV XLPE 지중 송전 케이블 도체의 온도가 정격부하에서 최고 90℃이며, 평상시에는 50∼60℃ 정도인 점을 고려한다면 실제 운전 조건과 같은 온도에서의 실험이 요구되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 전기 트리 개시와 진전에 대한 온도에 따른 부분방전 특성을 파악하고자, 154kV XLPE 지중 송전전력케이블 절연층 시편에 인위적 결함을 삽입하여 온도를 변화시키면서 전기 트리 개시 전계, 전기 트리 성장형태와 성장속도를 측정하였다. 그리고, 현장에 설치되어있는 초고압 전력케이블을 진단할 수 있는 기초 자료를 제공하고자 각각의 경우에 대해 고주파 대역의 부분방전 신호를 측정하여 Φ-q-n 및 각종 통계분석을 수행하였다. In these days, many a research work for the electrical treeing and its related PD pattern has been performed mainly at the room temperature by use of XLPE laboratory specimen. In this concerned field, the relevance of their results to the field condition has been debated, considering the real service condition of EHV underground power cables required to be operated so often at the temperature up to 90°C with rated full load capacity and the temperature dependence of the physical characteristics of XLPE. However, very few investigations have been recently reported the temperature effect on the electrical treeing phenomena. In this study, in order to understand the effects of the elevated temperature on both the electrical treeing and its related PD pattern, artificial needle defect has been made into the laboratory specimen which were removed from the real 154kV XLPE power cables. And systematic investigation have been carried out at different three test temperature such as room temperature, 60°C and 90°C. As a result, the decrease in tree inception voltage and the transition of the tree aspect from the bush type to the branch type have been observed as the test temperature is raised Moreover, it is likely that the growth rate of the electrical tree seems to be in proportion to the increasing rate of the PD magnitude. Based on our investigation electrical treeing at the elevated temperature might be fatal to the service life of the XLPE underground power cable system