과제명 (계정코드) 과제책임자 제목 김대경

연 구 노 트

저낙차 소수력 발전용 30kW급 gearless 모듈형 다극 영구자석 발전기 개발 작성자 김대경, 이용식 작성일자 영구자석 회전자 착자 및 탈자 방법-2

내 용

2012.01.30

 자계강도 H / 자속밀도 B  가 위치의 H=0, B=0  직선표시는 영구자석 외부의 자기회로에 의해 정해지는 외부자기회로의 퍼미언스계수를 나타내는 부하선  자기저항이 크면 기울기가 작아지고 , 자기저항이 작으면 기울기가 크게 됨  착자전류 인가시 ( 가 )  ( 나 ) ( 자속밀도 증가 )  이상전류가 흐르면 자기특성은 포하되어 공기의 투자율인 뮤 0 의 기울기로 서서히 증가  전류가 다시 0 으로 감소하면 영구자석의 히스테리시스 특성에 의해 ’다’의 잔류자속밀도 Br 을 거쳐 ‘라’ 위치의 Bm, Hm 으로 표시되는 동작점에 이르게 됨  영구자석을 완전착자하기 위해서는 걸수 있는 진보자력 imax , Hc 의 Hmax 3 배 이상의 자계가 필요 이상의 자계를 이상의 전류를 흘려야 하고 , 영구자석의  체적 Vm 의 영구자석을 착자하는데 필요한 에너지는 1/2BmaxHmaxVm 이고 , 이는 1/2CV 2 의 용량을 가진 착자기가 필요함 .

착자전류에 따른 자화형태

자기이력 곡선

 희토류 계열 영구자석의 착자조건 - 희토류계 영구자석 : 외부자계와 온도에 대해 높은 저항을 지님. 높은 에너지 밀도(NdFeB, SmCo) - 희토류가 페라이트계 보다 3배 이상의 높은 잔류 자속밀도, 보자력을 지님 자성물질의 감자특성 곡선

 임펄스 전류에 의한 착자(콘덴서 방전에 의한 착자) - Capacitor bank에서 부하전압 Uc가 3kV까지 조정되는 급전장치, thyristor Th로 구성되는 방전장치, 순환 다이오드 D, 그리고 착자코일로 구성되는 착자장치의 전기회로 - 회로배열에서 전체 전기에너지 We(착자후 자석의 잔류자속밀도에 의한 착자코일내에 저장된 소량의 에너지를 뺀 값)은 저항에서 열로 소비  착자 권선의 전기적 파라메터(Rc, Lc) -수학적 수식이 계산되었다고 가정하여, 권수가 증가하면 저항이 증가되고, 이에 따라서 Peak 전류가 발생하는 시간 t ’ 도 증가. 이때 일부분의 Wel는 저항손실로 소비되어 착자에너지와 peak전류를 감소시킴.

-에너지 변환효율을 높이기 위해 저항이 최소화되어야 하며, thyristor와 전류변화비에 의해서만 제한, 짧은 상승시간을 갖는 높은 전류 peak를 발생하도록 주어진 슬롯 단면적에 대해서 작은 권수를 선택해야 함

 해석적 방법에 의한 착자기 설계 -착자용 코일의 정수 Rc, Lc가 해석적인 방법에 의해 결정  착자 요크 : 기본적인 형태와 크기는 영구자석 회전자의 사양에 의해 결정  착자시스템 전기회로의 설계(콘덴서 이용 회로 간단-임펄스 전류해석)  착자시스템 자기회로의 설계 (착자기 철심요크를 간단하게 설계함으로서 자기 경로결정이 가능, B-H곡선 단순화 가능)  해석적인 방법에 의해 착자권선을 설계시 장점 - 단순한 수식을 이용하여 임의의 회전자 외경과 철시요크의 형상에 따른 자화에너지, 착자권선의 정수 (권수, peak전류, 인덕턴스)등을 빠르게 계산가능 - 착자기의 형상, 즉 자극 shaft의 형태(자극 shaft의 너비가 다른형태)를 변화시켜 포화와 관련된 자기회로를 최적화 가능(Simpson의 공식과 같은 단순한 수치적 분법을 이용하면 쉽게 계산) -신속한 설계가 가능  착자기의 특성을 정확히 계산하기 위해서 다음사항이 요구 -1. 전기회로 계산과 유한요소법을 병행하여 계산한다.

-2. 착자권선의 Overhang에 의한 누설자속을 고려해야 한다.