Diagnosis of rolling mill cycloconverters using time-frequency signature analysis

국문 초록 (Abstract)

기존에는 원활한 주파수 제어의 장점으로 인해 산업용 기기로DC 기기의 적용이 많았던 반면 최근에는 비동기 및 동기 모터의 경제적 가치가 상승함에 따라 VFD (Variable-Frequency-Drives)와 같은 AC 기기 주파수 제어 장치의 중요성이 높아지고 있다. 압연기 제어용으로도 사용되는 사이클로 컨버터는 대표적인 AC 기기 주파수 제어 장치로써 스위치 배열, 사이리스터로 구성되어 있다. 이러한 사이클로 컨버터는 기기의 운용에 있어서 양방향 전력조류, 주파수와 전압의 독립제어, 넓은 역률 범위에서의 운용을 가능하게 하며 안정성과 효율성을 갖춘 산업용 압연기의 운용을 위해서는 사이클로 컨버터의 유지가 보장되어야 한다. 그러나 사이클로 컨버터의 고장에 따른 기기 고장의 회복을 위해서는 많은 시간과 비용이 발생하므로 추가적인 고장을 방지하기 위하여 사이클로 컨버터의 비정상 상태를 빠르고 정확하게 진단하고 고장파급을 방지하는 것이 중요하다.
이에 따라 본 논문에서는 실제 압연기 사이클로 컨버터의 신호 특성을 시간-주파수 영역에서 분석하여 사이클로 컨버터의 상태진단을 수행하는 기법을 제안하였다. 기존에 운영되고 있는 압연기와 같은 산업용 기기는 세부 장치에서 전압, 전류의 측정신호를 제공할 수 없는 경우가 많고 측정을 위해서는 많은 비용이 발생하게 되기 때문에 본 연구에서는 압연기 입력전류 신호만을 사용한 모델링과 상태진단을 수행하였다. 또한 기존에 연구되어 있는 시간-주파수 분석기법이 압연기 사이클로 컨버터의 기계적 진동을 분석했던 것과 달리 입력전류 신호에 기반하여 사이클로 컨버터의 모델링을 수행하며 이를 기반으로 하여 사이클로 컨버터의 비정상상태 진단을 수행하였다.
최종적으로 본 논문의 구성은 사이클로 컨버터의 기본 동작 이론을 포함하고 있으며 시간-주파수 분석 기법 이론 및 분포 특성에 관한 이론을 포함한다. 이어서 본 논문에서는 위의 이론에 기반하여 시간-주파수 영역에서의 신호 특성 추출 기법 및 모델링을 통한 사이클로 컨버터의 비정상상태 자동 검출 기법을 제안하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

High power industrial rolling mills rely heavily on the sustained operation of cycloconverters, a type of variable frequency drive. This research proposes a means to diagnose the operation of the cycloconverter as either normal or abnormal by use of time-frequency signature analysis. Various features of the cycloconverter’s input current in the time-frequency domain are identified and used to derive parameters that describe each of these states. A reference model using the parameters is then developed and comparisons in the time-frequency domain to real data are made. Based on these comparisons a statistical decision boundary is delineated that is used to classify the cycloconverter.