KR102175664B1 - 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
복수의 로터 바들 (40) 및 로터 바들 (40) 을 단락시키도록 구성된 단부 링 (50) 을 포함하는 전기 머신 (20) 의 로터 (10) 에서 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법이 개시된다. 그 방법은 제 1 단부 링 위치에서 제 1 온도를 측정하는 단계, 및 제 2 단부 링 위치에서 제 2 온도를 측정하는 단계를 포함하고, 제 2 단부 링 위치는 제 1 단부 링 위치와는 상이하다. 파손된 로터 바들 (40) 이 단부 링 (50) 에서 불균일한 온도 분포를 야기하기 때문에, 로터 바 결함들의 검출은 상이한 단부 링 위치들에서의 모니터링된 온도에 기초할 수 있다.
Description
본 발명은 전기 머신들에 관한 것으로서, 상세하게는, 전기 머신의 로터에서 로터 바 (rotor bar) 결함을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.
상이한 머신 파라미터들에 대한 측정들에 기반하여 전기 머신들에서 상이한 결함 조건들을 검출하는 것이 통상적으로 공지되어 있다. 예를 들어, US 5680025A 에 따르면, 파손된 로터 바들, 편심, 위상들 간 불균형 및 스테이터 전기 결함들과 같은 결함들이 온도, 자속, 및 샤프트 전류 측정들에 기반하여 검출될 수 있다. US5680025A 에 따르면, 파손된 로터 바들의 검출은 자속 측정들에 기초한다.
US20160274192A1 은 회전 전기 머신의 로터의 바 권선을 테스트하기 위한 방법을 개시한다. US20160274192A1 에 따르면, 로터 온도는 회전 전기 머신의 스테이터에 배열되는 열 방사 센서에 의해 검출된다.
US20010008352A1 은 하나 이상의 로터 권선들을 통한 전류를 측정하는 로터 내장형 센서를 갖는 유도 전동기에 관련된다.
로터 바 결함을 검출하는 대안적인 방식들을 제공하기 위한 소망이 남아 있다.
본 발명의 하나의 목적은 전기 머신의 로터에서 로터 바 결함을 검출하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이며, 그 방법은 종래 기술의 솔루션들에 비해 대안적인 측정들에 기초하고 더 단순하다. 본 발명의 추가의 목적은 개선된 로터 및 이에 의한 개선된 전기 머신을 제공하는 것이다.
이들 목적들은 첨부된 청구항 제1항에 따른 방법 및 첨부된 청구항 제12항에 따른 디바이스에 의해 달성된다.
본 발명은 파손된 로터 바가 로터의 단부 링에서 불균일한 온도 분포를 야기한다는 인식에 기초한다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 복수의 로터 바들 및 로터 바들을 단락시키도록 구성된 단부 링을 포함하는 전기 머신의 로터에서 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법이 제공된다. 그 방법은 제 1 단부 링 위치에서 제 1 온도를 측정하는 단계, 및 제 2 단부 링 위치에서 제 2 온도를 측정하는 단계를 포함하고, 제 2 단부 링 위치는 제 1 단부 링 위치와는 상이하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그 방법은 제 1 온도를 제 2 온도와 비교하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그 방법은 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 온도차를 계산하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그 방법은 온도차를 미리결정된 제 1 임계값과 비교하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그 방법은, 온도차가 미리결정된 제 1 임계값 이상인 것에 기반하여, 로터 바 결함이 존재함을 결정하는 단계, 및 온도차가 미리결정된 제 1 임계값보다 낮은 것에 기반하여, 로터 바 결함이 존재하지 않음을 결정하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그 방법은 제 1 순간에서의 온도차와 제 2 순간에서의 온도차 사이의 온도차 변화를 계산하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그 방법은 온도차 변화를 미리결정된 제 2 임계값과 비교하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그 방법은, 온도차 변화가 미리결정된 제 2 임계값 이상인 것에 기반하여, 로터 바 결함이 존재함을 결정하는 단계, 및 온도차 변화가 미리결정된 제 2 임계값보다 낮은 것에 기반하여, 로터 바 결함이 존재하지 않음을 결정하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그 방법은 3개, 4개, 6개, 8개, 10개, 또는 12개의 상이한 단부 링 위치들에서와 같이 2개 초과의 상이한 단부 링 위치들에서 온도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 로터는 복수의 로터 폴들을 가지며, 그 방법은 다수의 상이한 단부 링 위치들에서 온도를 측정하는 단계를 더 포함하며, 상이한 단부 링 위치들의 수는 로터 폴들의 수와 동일하거나 또는 그 배수이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 그 방법은 전기 머신의 정상 동작 동안 실행된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 전기 머신을 위한 로터가 제공된다. 로터는 복수의 로터 바들, 및 로터 바들을 단락시키도록 구성된 단부 링을 포함한다. 로터는 제 1 단부 링 위치에서의 제 1 온도 센서, 및 제 2 단부 링 위치에서의 제 2 온도 센서를 더 포함하고, 제 2 단부 링 위치는 제 1 단부 링 위치와는 상이하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 로터는 3개, 4개, 6개, 8개, 10개, 또는 12개의 상이한 단부 링 위치들에서와 같이 2개 초과의 상이한 단부 링 위치들에서의 온도 센서들을 더 포함한다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 전술한 실시형태들 중 임의의 실시형태에 따른 로터를 포함하는 전기 머신이 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 전기 머신은 동기식 머신이고, 로터 바들은 동기식 머신의 비동기식 시동 단계 동안 제동 권선으로서 기능하도록 구성된 댐퍼 바들이다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 머신을 도시한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 머신을 도시한다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 머신 (20) 을 위한 로터 (10) 는 12개의 돌출 로터 폴들 (30) 을 포함하고, 각각의 로터 폴 (30) 은 이 경우 소위 댐퍼 바들로 지칭되는 5개의 로터 바들 (40) 을 포함한다. 로터 (10) 의 각각의 단부에, 로터 바들 (40) 이 부착되는 단부 링 (50) 이 존재한다. 단부 링들 (50) 뿐 아니라 로터 바들 (40) 은 구리와 같은 전도성 재료로 제조되고, 함께, 댐퍼 케이지를 형성한다. 댐퍼 케이지의 목적은 시동 토크를 생성하고 과도상태들 동안 방사형 로터 진동의 감쇠를 제공하는 것이다. 댐퍼 케이지가 전기 머신 (20) 의 스테이터 (도시 안됨) 내에서 회전 자기장을 받는 경우, 전류가 로터 바들 (40) 에 유도되고, 로터 바들 (40) 을 단락시키는 단부 링들 (50) 은 전류의 자유 흐름을 허용한다. 하지만, 로터 바들 (40) 중 하나 이상이 적어도 부분적으로 파손되면, 전류의 흐름이 방해된다.
본 발명의 발명자들은, 로터 폴 (30) 의 하나 또는 수개의 로터 바들 (40) 이 적어도 부분적으로 파손되게 되면, 동일한 로터 폴 (30) 내의 인접한 로터 바들 (40) 에서 전류의 재분포 및 결과적으로 또한 온도의 재분포가 발생함을 시뮬레이션들의 도움으로 확립하였다. 하지만, 파손된 로터 바 (40) 는 나머지 로터 폴들 (30) 내의 나머지 로터 바들 (40) 에서의 전류 또는 온도에 영향을 미치는 것으로 보이지 않는다 (적어도 그와 같지는 않음). 결과적으로, 로터 바 결함들의 결과로서, 로터 폴들 (30) 사이의 온도차들이 변화한다. 모든 로터 폴들 (30) 이 건강한 머신에서 항상 동일한 온도를 갖는다고 가정하면, 로터 바 결함은, 건강한 로터 폴 (30) 과 로터 바 결함을 갖는 로터 폴 (30) 사이의 온도차가 증가함을 의미할 것이다.
상이한 로터 폴들 (30) 에서의 온도들을 모니터링하기 위하여, 단부 링 (50) 에는 각각의 로터 폴 (30) 에서의 온도 센서 (60) 가 제공된다. 전기 머신 (20) 의 정상 동작 동안 상이한 로터 폴들 (30) 에서의 온도들은 로터 바 결함들의 표시들을 검출할 수 있도록 서로 비교된다. 예를 들어, 제 1 로터 폴 (30) 에서의 제 1 온도와 제 1 로터 폴 (30) 과는 상이한 제 2 로터 폴 (30) 에서의 제 2 온도 사이의 온도차가 계산될 수 있고, 계산된 온도차는 예컨대, 20 ℃ 의 미리결정된 제 1 임계값과 비교될 수 있다. 온도차가 미리결정된 제 1 임계값 이상이면, 로터 바 결함이 존재한다고 결정될 수 있다. 그렇지 않으면, 로터 바 결함이 존재하지 않는다고 결정될 수 있다.
한편, 결함 검출을 오로지 온도차들에만 기초로 하는 것은, 상이한 온도 센서들 (60) 로부터의 판독치들이 건강한 머신에서도 또한 변할 수도 있기 때문에 오도될 수도 있다. 첫째로, 온도 센서들 (60) 은 동일한 온도들에 있을 때에도 상이한 판독치들을 생성하게 하는 상이한 오프셋들을 가질 수도 있고, 둘째로, 모니터링된 전기 머신들 (20) 은, 전기 머신 (20) 이 완벽하게 건강하더라도, 상이한 로터 폴들 (30) 로 하여금 상이한 온도들에서 동작하게 하는 구조적 비대칭성들을 가질 수도 있다. 따라서, 대응하는 온도차의 증가를 초래하는 대신에, "내재적으로 차가운" 로터 폴 (30) 에서의 로터 바 결함은 "내재적으로 차가운" 로터 폴 (30) 과 "내재적으로 따뜻한" 로터 폴 (30) 사이의 온도차의 감소를 초래함이 발생할 수도 있다.
전술된 이유로, 제 1 순간에서의 온도차들과 제 2 순간에서의 온도차들 사이의 온도차 변화들을 계산하고, 결함 검출을 온도차들보다는 온도차 변화들에 기초로 하는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 온도차가 전기 머신 (20) 의 시운전 시의 제 1 및 제 2 로터 폴들 (30) 에서의 온도들 사이의 차이로서 정의되고, 제 2 온도차가 전기 머신 (20) 의 시운전 1년 후에 제 1 및 제 2 로터 폴들 (30) 에서의 온도들 사이의 차이로서 정의되면, 제 1 및 제 2 온도차들 사이의 온도차 변화가 계산될 수 있다. 계산된 온도차 변화는 예컨대 10 ℃ 의 미리결정된 제 2 임계값과 비교될 수 있다. 온도차 변화가 미리결정된 제 2 임계값 이상이면, 로터 바 결함이 존재한다고 결정될 수 있다. 그렇지 않으면, 로터 바 결함이 존재하지 않는다고 결정될 수 있다.
도 1 의 실시형태에 따르면, 온도는 각각의 로터 폴 (30) 에서, 즉, 12개의 단부 링 위치들에서 측정된다. 하지만, 오직 2개의 상이한 단부 링 위치들에서, 또는 임의의 적절한 수의 상이한 단부 링 위치들에서 온도를 측정하는 것이 또한 가능하다.
본 발명은 상기 나타낸 실시형태들로 한정되지 않으며, 당업자는 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 복수의 방식들로 그 실시형태들을 수정할 수도 있다.
Claims (8)
- 복수의 로터 바 (rotor bar) 들 (40) 및 상기 로터 바들 (40) 을 단락시키도록 구성된 단부 링 (50) 을 포함하는 전기 머신 (20) 의 로터 (10) 에서 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법으로서,
상기 방법은,
- 제 1 단부 링 위치에서 제 1 온도를 측정하고, 제 2 단부 링 위치에서 제 2 온도를 측정하는 단계로서, 상기 제 2 단부 링 위치는 상기 제 1 단부 링 위치와는 상이한, 상기 제 1 온도 및 제 2 온도를 측정하는 단계; 및
- 상기 제 1 온도와 상기 제 2 온도 사이의 온도차를 계산하는 단계를 포함하고,
제 1 순간에서의 온도차와 제 2 순간에서의 온도차 사이의 온도차 변화를 계산하는 것을 특징으로 하는, 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 방법은 상기 온도차 변화를 미리결정된 제 2 임계값과 비교하는 단계를 더 포함하는, 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 방법은,
- 상기 온도차 변화가 상기 미리결정된 제 2 임계값 이상인 것에 기반하여, 로터 바 결함이 존재함을 결정하는 단계, 및
- 상기 온도차 변화가 상기 미리결정된 제 2 임계값보다 낮은 것에 기반하여, 로터 바 결함이 존재하지 않음을 결정하는 단계
중 적어도 하나를 더 포함하는, 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 방법은 상기 온도차를 미리결정된 제 1 임계값과 비교하는 단계를 더 포함하는, 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 방법은,
- 상기 온도차가 상기 미리결정된 제 1 임계값 이상인 것에 기반하여, 로터 바 결함이 존재함을 결정하는 단계, 및
- 상기 온도차가 상기 미리결정된 제 1 임계값보다 낮은 것에 기반하여, 로터 바 결함이 존재하지 않음을 결정하는 단계
중 적어도 하나를 더 포함하는, 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 3개, 4개, 6개, 8개, 10개, 또는 12개의 상이한 단부 링 위치들에서와 같이 2개 초과의 상이한 단부 링 위치들에서 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는, 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 (10) 는 복수의 로터 폴들 (30) 을 가지며,
상기 방법은 다수의 상이한 단부 링 위치들에서 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 상이한 단부 링 위치들의 수는 상기 로터 폴들 (30) 의 수와 동일하거나 또는 그 배수인, 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 상기 전기 머신 (20) 의 정상 동작 동안 실행되는, 로터 바 결함을 검출하기 위한 방법.
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