Fan에 의한 강제 냉각 방식을 고려한 열 등가회로

Abstract

본 논문은 Fan에 의한 강제 냉각 방식을 사용하는 33kW급 발전기의 열 등가회로를 구성하여 내부 온도를 예측하는 방안을 제안하였다. 전동기와 마찬가지로 발전기 역시 출력 밀도 증가에 대한 요구에 따라 발전기 내부 손실이 증가하고 이로 인해 내부 온도가 증가하게 된다. 내부 온도가 증가하게 되면 절연 파괴로 인한 권선의 소손, 회전자에 위치한 영구 자석의 불가역 감자에 따라 발전기의 성능이 감소하거나 운전을 할 수 없는 상황에도 이를 수 있다. 이에 따라 설계 단계에서 발전기 내부 온도를 예측하기 위한 열 해석의 중요성은 나날이 증가하고 있으며, CFD(Computational Fluid Dynamics), MotorCad 등 여러 상용 툴을 이용한 열 해석에 대한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 열 등가회로는 설계 단계에서 입력 변수에 따른 열 해석 결과를 상대적으로 빠른 시간 내에 확인할 수 있는 장점이 있다. 또한 발전기 내부에서 일어나는 전도 및 대류, 복사 열 전달을 고려한 해석 결과이므로 실제 온도 변화의 경향성을 반영할 수 있다. 본 논문에서는 Fan에 의한 강제 대류 현상을 반영한 열 등가회로를 구성하여 열 해석 결과와 시험 결과의 오차가 10% 이내임을 확인하였으며, 온도 증가의 경향성이 일치함을 확인하였다. 이는 향후 공냉 방식을 사용하는 발전기 또는 전동기의 방열 특성을 파악하는 데 있어 큰 기여를 할 것으로 기대된다.