KR20200081591A - Fault determining methods for the electronic motor using the wavelet transform - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동기전동기의 고장진단방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다양한 운전조건하에서 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 영구자석 동기 전동기에서 점진적 고장 성분을 검출할 수 있는 것으로서, 고장 성분이 검출되는 주파수 성분에 대해서만 웨이블릿 변환(Wavelet Transform)을 적용하여 실시간으로 평균값을 산출하고, 평균값이 고장으로 판단되는 기준값보다 큰 경우 고장으로 진단하는 구성을 특징으로 하는 동기전동기의 고장진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing a failure of a synchronous motor, and more particularly, to detect a progressive failure component in a permanent magnet synchronous motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle under various driving conditions. It relates to a failure diagnosis method of a synchronous motor, characterized in that a wavelet transform is applied to calculate an average value in real time and diagnoses a failure when the average value is greater than a reference value judged to be a failure.
일반적으로, 영구자석 동기 전동기(이하, '동기 전동기'로 약칭)는 계자가 여자된 코일이나 영구자석을 통해 스스로 자계를 만드는 방식의 전동기로서, 모터를 구동하는 회전 자계와 회전자가 항상 동기되어 회전하는 전동기이며, 저소음이고 전류제어와 토크제어가 용이하며 에너지 효율이 우수한 장점이 있다. In general, a permanent magnet synchronous motor (hereinafter abbreviated as'synchronous motor') is a motor in which a field generates its own magnetic field through an excited coil or a permanent magnet, and the rotating magnetic field driving the motor and the rotor are always synchronized and rotating. This is an electric motor, has low noise, easy current control and torque control, and has excellent energy efficiency.
그리고, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 이러한 동기 전동기를 구동원으로 이용하고 있으며, 도 1 에 도시된 바와 같은 구동회로에 의하여 동기 전동기가 구동된다.And, in a hybrid vehicle and an electric vehicle, such a synchronous motor is used as a driving source, and the synchronous motor is driven by a driving circuit as shown in FIG. 1.
즉, 도시된 바와 같이, 배터리(10)에서 공급되는 직류 전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 스위칭 소자의 On-Off 를 제어하여 교류 전압을 생성하고, 생성된 교류 전압을 동기 전동기인 구동모터(20)로 공급되어 구동 모터를 운전시킨다. That is, as shown, the DC voltage supplied from the
이때, 제어기(30)은 구동모터(20)로 공급되는 전류를 측정하기 위한 전류센서(40)를 결선하고 구동모터(20)에 속도센서(50)를 연결하여 구동모터의 출력을 제어하게 된다. At this time, the
그런데, 구동모터는 모터의 내부 결함(감자/편심/절연파괴 등)과 기계적 결함(부하변동/커플링/불평형/오정렬 등)이 있을 수 있으므로 다양한 운전 조건에서의 전동기의 고장 진단이 필수적이다.However, since the driving motor may have internal defects (potential/eccentricity/insulation destruction, etc.) of the motor and mechanical defects (load fluctuation/coupling/unbalance/misalignment, etc.), it is essential to diagnose the motor failure in various operating conditions.
종래 동기 전동기의 고장 진단 방법으로서, SPRT(Single Phase Rotation Test) 방법과 MCSA(Motor Current Signature Analysis) 방법을 이용하였다.As a failure diagnosis method of a conventional synchronous motor, a single phase rotation test (SPRT) method and a motor current signature analysis (MCSA) method were used.
상기 SPRT 방법은 모터를 특정한 조건하에 구동시키면서 측정 장비를 통하여 모터의 전류량 및 임피던스 변화량을 확인함으로써 모터의 이상 여부를 진단하는 방법으로서, 회전자를 분리하지 않은 정지 상태의 전동기에서 진단을 수행한다.The SPRT method is a method of diagnosing an abnormality of a motor by checking a current amount and an impedance change amount of a motor through measurement equipment while driving the motor under a specific condition, and performs diagnosis on a stationary electric motor without separating a rotor.
그러나, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 경우 매번 전동기를 정지시키고 전동기를 직접 회전시켜가며 검사를 진행할수 없다는 제약 사항이 있었다.However, in the case of hybrid vehicles and electric vehicles, there was a limitation that the motor was stopped every time and the motor was directly rotated to perform inspection.
상기 MCSA 방법은 모터를 특정한 속도로 구동한 후 취득한 전류정보를 FFT(Fast Fourier Transform, 푸리에 변환)를 통한 주파수 성분 분석을 수행하여 모터의 이상 여부를 진단하는 방법인데, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 가변하는 주파수 특성 때문에 주행중 발생하는 모터의 이상여부를 진단하는데에는 제약이 있었다.The MCSA method is a method of diagnosing an abnormality of a motor by performing a frequency component analysis through Fast Fourier Transform (FFT) on current information obtained after driving the motor at a specific speed. Due to the frequency characteristics, there was a limitation in diagnosing whether the motor occurred during driving.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 동기 전동기의 다양한 운전조건에서 높은 정확도로 전동기의 고장을 진단할 수 있는 고장 진단 방법을 제공하는데에 기술적 과제가 있다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and has a technical problem in providing a fault diagnosis method capable of diagnosing a fault of the motor with high accuracy under various operating conditions of the synchronous motor.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 웨이블릿 변환을 이용한 동기 전동기의 고장 진단 방법의 구성은, 고장 성분이 검출되는 주파수 성분에 대해서만 웨이블릿 변환(Wavelet Transform)을 적용하여 실시간으로 평균값을 산출하고, 평균값이 고장으로 판단되는 기준값보다 큰 경우 고장으로 진단하는 구성을 특징으로 한다.The configuration of the fault diagnosis method of the synchronous motor using the wavelet transform of the present invention for achieving the above technical problem is to apply a wavelet transform (Wavelet Transform) only to the frequency component for which the fault component is detected to calculate the average value in real time and , If the average value is greater than the reference value judged to be a failure, it is characterized by a configuration that diagnoses the failure.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 웨이블릿 변환을 이용한 동기 전동기의 고장 진단 방법은, 주행중에 발생되는 가변 주파수 및 가변 부하 환경에서도 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 동기 전동기의 점진적 고장을 일정한 시간마다 실시간으로 진단할 수 있는 효과를 발현한다.The method for diagnosing a failure of a synchronous motor using the wavelet transform of the present invention having the above-described configuration, in real time, diagnoses a gradual failure of a synchronous motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle at a constant time even in a variable frequency and variable load environment generated during driving. I can express the effect that I can do.
또한, 종래의 구동모터의 구동회로의 제어기 부분의 제어방법만을 대체 적용하면 되기 때문에 기존의 구동모터 구동회로 또는 구동모터를 계속적으로 이용할 수 있어 기존 센서 등의 추가나 시스템의 변화없이 본 발명을 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, since only the control method of the controller part of the driving circuit of the conventional driving motor needs to be replaced, the existing driving motor driving circuit or driving motor can be continuously used to perform the present invention without adding an existing sensor or changing the system. It has the effect.
또한, 본 발명의 동기 전동기의 고장 진단 방법을 활용하여 자동차의 주행 환경이 아니더라도 정비소에서 진단 테스트 시스템을 구축할 수 있게 된다.In addition, by utilizing the fault diagnosis method of the synchronous motor of the present invention, it is possible to construct a diagnostic test system in a repair shop even if the vehicle is not in a driving environment.
도 1 은 일반적인 동기 전동기의 구동회로,
도 2 는 본 발명의 동기 전동기의 진단방법의 플로우챠트,
도 3 및 도 4 는 본 발명의 고장진단방법을 통하여 동기 전동기의 고장진단을 수행하는 일례를 나타내는 그래프로서, 도 3 은 이상이 없는 정상 상태의 동기 전동기의 운전시 그래프이고, 도 4 는 30% 동적 편심 결함이 있는 동기 전동기의 운전시 그래프이다.1 is a driving circuit of a general synchronous motor,
Figure 2 is a flow chart of the diagnostic method of the synchronous motor of the present invention,
3 and 4 is a graph showing an example of performing a fault diagnosis of the synchronous motor through the fault diagnosis method of the present invention, Fig. 3 is a graph when the synchronous motor is operating in a steady state without abnormality, and Fig. 4 is 30% It is a graph of the operation of a synchronous motor with a dynamic eccentric defect.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 웨이블릿 변환을 이용한 동기 전동기의 고장 진단 방법의 구성을 설명한다.Hereinafter, a configuration of a fault diagnosis method of a synchronous motor using the wavelet transform of the present invention will be described with reference to the drawings.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 대안으로 구체화될 수도 있다.However, the disclosed drawings are provided as an example for sufficiently conveying the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other alternatives.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.In addition, unless otherwise defined in terms used in the specification of the present invention, those having ordinary skill in the art to which the present invention pertains have the meanings commonly understood, and the subject matter of the present invention in the following description and the accompanying drawings Detailed descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily cloudy are omitted.
본 발명의 동기 전동기의 고장 진단방법(이하, '고장 진단방법'으로 약칭)은, 다양한 운전조건하에서 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 영구자석 동기 전동기에서 점진적 고장 성분을 검출할 수 있는 것으로서, 고장 성분이 검출되는 주파수 성분에 대해서만 웨이블릿 변환(Wavelet Transform)을 적용하여 실시간으로 평균값을 산출하고, 평균값이 고장으로 판단되는 기준값보다 큰 경우 고장으로 진단하는 고장진단 방법이다.The method for diagnosing a failure of a synchronous motor of the present invention (hereinafter abbreviated as'fault diagnosis method') is a method capable of detecting a gradual failure component in a permanent magnet synchronous motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle under various driving conditions. This is a fault diagnosis method that calculates the average value in real time by applying a wavelet transform only to the detected frequency components, and diagnoses a failure when the average value is greater than a reference value determined to be a failure.
상기 웨이블릿 변환(wavelet transforms)은 신호, 시스템, 프로세스의 모델을 특수한 신호의 집합으로 구성하기 위하여 수행되는 공지의 변환기법으로서, 이 특수한 신호를 웨이블릿이라 지칭하고, 국부적으로 존재하는 어떤 하나의 작은 파(wavelet)를 패턴으로 하여 이것을 천이시키거나 확대, 축소의 스케일(scale)을 통하여 임의의 파형으로 표현한 것이다.The wavelet transforms are known transform methods performed to construct a model of signals, systems, and processes into a set of special signals. These special signals are called wavelets, and any one small wave that exists locally It is expressed as an arbitrary waveform through a scale of (wavelet) as a pattern or by shifting or enlarging or reducing it.
이러한 웨이블릿 변환은 주파수 분석 분야에서 폭넓게 이용되고 있으며 신호의 특정 부분의 주파수를 조사하거나, 노이즈를 포함한 신호를 평활하거나, 신호와 노이즈의 경계를 구하거나, 시계열의 해석, 신호의 압축 등에 이용되고 있다.These wavelet transforms are widely used in the field of frequency analysis, and are used to investigate the frequency of a specific part of a signal, smooth a signal including noise, obtain a boundary between a signal and noise, analyze time series, and compress a signal. .
이러한 웨이블릿의 가장 큰 특징은 주파수 영역에서 신호를 표현하는 푸리에(Fourier) 해석의 특징을 비롯하여 시간적 또는 공간적 추이도 동시에 가변적으로 다룰 수 있는 시간-주파수 해석이 가능하다는 것이다. 웨이블릿 변환에 의한 시간-주파수 해석의 특징은 고주파수 영역에서는 시간 분해능이 높고, 저주파 영역에서는 주파수 분해능이 높은 특징을 가지고 있다.The biggest feature of this wavelet is that it is possible to perform time-frequency analysis that can simultaneously and variably handle temporal or spatial trends as well as the characteristics of Fourier analysis representing a signal in the frequency domain. The characteristics of time-frequency analysis by wavelet transform have high time resolution in the high frequency region and high frequency resolution in the low frequency region.
본 발명은 이와 같은 웨이블릿 변환을 이용하여 영구자석 동기 전동기의 고장을 진단하는 방법이며, 이하, 도 2 에 도시된 본 발명의 고장진단방법의 순서도를 참조하여 보다 상세하게 개조식으로 설명하기로 한다.The present invention is a method of diagnosing a failure of the permanent magnet synchronous motor using the wavelet transform, and will be described in more detail with reference to the flowchart of the failure diagnosis method of the present invention shown in FIG.
1) 동기 전동기의 전류 데이터 취득 단계(S10)1) Current data acquisition step of synchronous motor (S10)
먼저, 본 발명의 고장진단방법은, 전술한 도 1 에 도시된 바와 같은 전력공급회로에 의하여 구동되는 동기 전동기의 고장을 진단하는 방법으로서, 종래 자동차에 설치되는 구동모터(20)와 같은 동기전동기의 전력공급회로를 이용하여 수행된다. First, the fault diagnosis method of the present invention is a method for diagnosing a failure of a synchronous motor driven by a power supply circuit as shown in FIG. 1 described above, and a synchronous motor such as a
도시된 바와 같이, 배터리(10)에서 공급되는 직류 전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 스위칭 소자의 온-오프(On-Off)를 제어하여 교류 전압을 생성하고, 생성된 교류 전압을 동기 전동기인 구동모터(20)로 공급되어 구동모터를 운전시킨다.As illustrated, the DC voltage supplied from the
이때, 제어기(30)는 구동모터(20)로 공급되는 전류를 측정하기 위한 전류센서(40)를 결선하고 구동모터(20)에 속도센서(50)를 연결하여 구동모터의 출력을 제어한다. At this time, the
여기서, 본 발명의 고장진단방법을 수행하기 위하여 상기 제어기(30)가 주행중인 자동차의 동기 전동기인 구동모터(20)에 결선된 전류센서(40)로부터 특정 시간 동안의 전류값을 검출하여 제어기(30)에 내장된 메모리소자에 저장하여 전류데이터를 취득한다.Here, in order to perform the fault diagnosis method of the present invention, the
예를 들면, 제어기(30)가 구동모터(20)의 A상 전류입력라인에 설치된 전류센서(40)로부터 40초 동안 구동모터(20)로 입력된 전류값을 입력받아 제어기(30)에 저장하게 된다.For example, the
2) 동기 전동기의 속도 데이터 취득 단계(S20)2) Speed data acquisition step of synchronous motor (S20)
다음으로, 제어기(30)가 구동모터(20)에 결선된 속도센서(50)로부터 상기 S10 단계에서의 전류값 저장시의 구동모터(20)의 속도값을 검출하여 제어기(30)에 내장된 메모리소자에 저장하여 속도 데이터를 취득한다.Next, the
이러한 속도 데이터의 취득은 구동모터(20)의 기본주파수를 산출하고, 나아가, 구동모터(20)의 속도 기반의 주파수를 확인하기 위함이다.The acquisition of the speed data is to calculate the fundamental frequency of the
3) 기본주파수 산출 단계(S30)3) Basic frequency calculation step (S30)
다음으로, 제어기(30)가 취득한 전류값데이터 및 속도데이터에 따라서 전류값이 취득되는 동안의 구동모터(20)의 기본주파수(fe, 운전주파수)를 산출하여 메모리소자에 저장한다.Next, according to the current value data and the speed data acquired by the
구동모터(20)의 기본주파수의 산출은, 구동모터(20)의 사양을 나타내는 데이터시트에 기재되어 있는 값을 저장하거나, 또는, 모터의 운전속도를 산출하는 하기의 공지의 수학식 1 에 의해서도 산출한다.The calculation of the fundamental frequency of the
(수학식 1)(Equation 1)
구동모터의 속도(rpm) = {주파수 / (구동모터의 극수/2)} x 60Speed of driving motor (rpm) = {Frequency / (Number of poles of driving motor/2)} x 60
4) 사이드밴드(Sideband)의 주파수 산출 단계(S40)4) Sideband frequency calculation step (S40)
제어기(30)가 구동모터(20)의 고장시 발생 가능한 주파수 성분을 확인하기 위하여, 사이드밴드(Sideband,측대파)의 주파수 성분을 산출하여 메모리소자에 저장하는 단계이다.The
상기 사이드밴드 성분을 산출하는 수식은 하기의 공지의 수학식 2 에 의하여 구하여 진다.The formula for calculating the sideband component is obtained by the following well-known equation (2).
(수학식 2)(Equation 2)
* 범례:* Legend:
ffault: 사이드밴드주파수f fault : Sideband frequency
P: 구동모터의 극수 P: the number of poles of the drive motor
fe: 구동모터의 기본주파수f e : Basic frequency of driving motor
예를 들어, 구동모터(20)의 기본 주파수가 45Hz 이고, 구동모터(20)의 극수가 6 극이라면, P(극쌍수) 값은 3 이 되므로, 해당 구동모터(20)의 사이드밴드 주파수는 각각,For example, if the fundamental frequency of the
ffault = (1 + 1/3)x 45 Hz = 60 Hzf fault = (1 + 1/3)x 45 Hz = 60 Hz
ffault = (1 - 1/3)x 45 Hz = 30 Hzf fault = (1-1/3)x 45 Hz = 30 Hz
으로 산출되며, 제어기(30)가 이렇게 산출된 30 Hz 및 60 Hz 의 사이드밴드 주파수를 구동모터(20)의 사이드밴드 주파수로 정의하여 메모리소자에 저장한다.The
5) 사이드밴드 주파수 성분의 웨이블릿 변환 단계(S50)5) Wavelet transform step of sideband frequency component (S50)
제어기(30)가 상기 S40 단계에서 산출된 사이드밴드주파수의 주파수 성분(이하, '사이드밴드주파수 성분')의 웨이블릿 변환을 실시하여 사이드밴드주파수 성분들의 정규화를 수행한다. 이때, 상기 사이드밴드주파수의 정규화의 수행은 Log 스케일(scale)(dB)로 수행한다.The
상기의 웨이블릿 변환은 공지의 변환공식을 사용하여 수행되며, 일례로, 하기의 수학식 3 및 수학식 4 에 의하여 수행될 수 있다.The above wavelet transform is performed using a known transformation formula, and may be performed by, for example, Equation 3 and Equation 4 below.
(수학식 3)(Equation 3)
* 범례:* Legend:
h; 분석할 신호h; Signal to analyze
tc: 시간t c : hour
p: 극수p: number of poles
φtc , fc ,p(t): tc,fc 에서의 시간-주파수Atomφ tc , fc ,p (t): time-frequency at t c ,fc Atom
(시간 주파수 Atom: 에너지가 시간-주파수의 한 지점을 중심으로 잘 집중된 신호이다. 참고로, 상기 φtc , fc ,p(t) 는 하기의 공지의 참고수학식 1 의 Gabor function (가버함수) 또는 Frequency B-Spline 의 함수로 산출가능하다)(Time frequency Atom: Energy is a well-focused signal centered on a point of time-frequency. For reference, φ tc , fc ,p (t) is a Gabor function (Gobver function) of the following well-known reference equation (1). Or it can be calculated as a function of Frequency B-Spline)
(참고 수학식 1)(Reference Equation 1)
* 범례* Legend
e: 오일러 상수e: Euler constant
P: 극 쌍수P: number of poles
p: 극수p: number of poles
(수학식 4)(Equation 4)
* 범례* Legend
Y: 상기 수학식 3 의 좌변값, 즉, (h,φtc , fc ,p(t))Y: Left side value of Equation 3, that is, (h,φ tc , fc ,p (t))
Yfundmental: 기본주파수에서의 신호의 크기Y fundmental : the magnitude of the signal at the fundamental frequency
(수학식 5)(Equation 5)
* 범례* Legend
X: 상기 수학식 4 의 좌변값X: Left side value of equation (4)
6) 사이드밴드주파수 성분의 정규화값의 평균값을 산출하는 단계(S60)6) Calculating the average value of the normalized values of the sideband frequency components (S60)
다음으로, 제어기(30)가 상기 S50 단계에서 산출된 사이드밴드주파수 성분의 정규화값들의 평균정규화값을 산출하여 이를 고장진단레벨값(dB avr)로 정의하고 정의된 고장진단레벨값(dB avr)을 메모리소자에 저장한다.Next, the
상기 평균정규화값의 산출은 공지의 변환공식을 사용하여 수행되며, 일례로, 2개의 사이드밴드주파수중 일측 사이드밴드주파수의 정규화값이 dB upper 이고, 타측 사이드밴드주파수의 정규화값이 dB lower 라 하면, 하기의 수학식 6 에 의하여 수행될 수 있다.Calculation of the average normalized value is performed using a known conversion formula. For example, if the normalized value of one side band frequency is dB upper of the two side band frequencies, and the normalized value of the other side band frequency is dB lower, , It can be performed by the following equation (6).
(수학식 6)(Equation 6)
7) 고장진단레벨값에 의한 고장진단 단계(S70)7) Fault diagnosis step by fault diagnosis level value (S70)
이후, 상기 제어기(10)는 상기 S10 단계 내지 S50 단계를 수행하여 구동모터(30)의 구동시 일정한 간격으로 구동모터(20)에 결선된 전류센서(40) 및 속도센서(50)로부터 전류데이터 및 속도데이터를 취득하고, 취득된 전류데이터 및 속도데이터에 따라서 사이드밴드주파수 성분들의 평균정규화값을 산출한 후, 산출된 평균정규화값이 상기 S60 단계에서 구한 고장진단레벨값(dB avr)의 보다 크면 고장으로 판단하고, 산출된 평균정규화값이 상기 S60 단계에서 구한 고장진단레벨값(dB avr)의 보다 작으면 정상으로 판단한다.Thereafter, the
도 3 및 도 4 는 본 발명의 고장진단방법을 통하여 동기 전동기의 고장진단을 수행하는 일례를 나타내는 그래프로서, 도 3 은 이상이 없는 정상 상태의 동기 전동기의 운전시 그래프이고, 도 4 는 30% 동적 편심 결함이 있는 동기 전동기의 운전시 그래프를 나타내고 있다.3 and 4 is a graph showing an example of performing a fault diagnosis of the synchronous motor through the fault diagnosis method of the present invention, Fig. 3 is a graph when the synchronous motor is operating in a steady state without abnormality, and Fig. 4 is 30% The graph shows the operation of a synchronous motor with a dynamic eccentric defect.
먼저, 도 3 을 참조하면, 도면의 상단부(a)는, 가로축은 주파수 단위(Hz)이고, 세로축은 로그(log) 스케일(dB)로 측정된 정규화값으로서, 전술한 본 발명의 진단방법의 S40 사이드밴드(Sideband)의 주파수 산출 단계에 의하여 산출된 동기 전동기의 기준주파수성분이 45Hz 대역이고, 사이드밴드들중 2 개의 주파수성분이 30Hz 대역(A 영역) 및 60Hz 대역임(B 영역)을 나타내는 그래프이다.First, referring to FIG. 3, the upper part (a) of the drawing, the horizontal axis is a frequency unit (Hz), and the vertical axis is a normalized value measured in a logarithmic scale (dB). The reference frequency component of the synchronous motor calculated by the frequency calculating step of the S40 sideband is 45 Hz band, and two frequency components among the sidebands are the 30 Hz band (A area) and the 60 Hz band (B area). It is a graph.
또한, 도 3 의 중단부(b)는, 가로축은 시간 단위이고 세로축은 주파수 단위로서, 상단부(a)에서 산출된 동기전동기의 기준주파수(운전주파수)가 45Hz 임을 나타내고 있다. 여기서, 상단부(a)에서 산출된 사이드밴드성분들의 레벨값이 대략 -60 dB 이고, 기준주파수성분의 레벨값은 대략 -10 dB 이므로, 사이드밴드성분들의 레벨값들이 기준주파수성분의 레벨값보다 상대적으로 더 작게 형성되므로, 중단부(b)의 시간단위-주파수 단위 그래프에서는 사이드밴드 성분들이 명백하게 표시되지 않게 된다.In addition, the middle part (b) of FIG. 3 indicates that the horizontal axis is a time unit and the vertical axis is a frequency unit, and the reference frequency (operating frequency) of the synchronous motor calculated in the upper part (a) is 45 Hz. Here, since the level values of the sideband components calculated in the upper part (a) are approximately -60 dB, and the level values of the reference frequency components are approximately -10 dB, the level values of the sideband components are relative to the level values of the reference frequency components. Since it is formed smaller, the sideband components are not clearly displayed in the time-frequency unit graph of the middle portion b.
또한, 도 3 의 하단부(c)는, 전술한 본 발명의 고장진단방법의 S50 단계의 웨이블릿변환 및 S60 단계의 사이드밴드주파수 성분의 정규화값의 평균값의 산출 단계를 수행하여 산출된 고장진단레벨값(dB avr)이 대략 -60dB 레벨에서 형성된 것임을 보여주고 있으며, 이와 같이 산출된 고장진단레벨값(dB avr)에 의하여 향후의 동기 전동기의 고장진단이 수행될 수 있게 되는데 이를 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. In addition, the lower part (c) of FIG. 3 is a failure diagnosis level value calculated by performing a wavelet transform in step S50 of the above-described fault diagnosis method of the present invention and a calculation step of an average value of normalized values of sideband frequency components in step S60. It shows that (dB avr) is formed at approximately -60 dB level, and the failure diagnosis of the future synchronous motor can be performed by the calculated failure diagnosis level value (dB avr), which will be described with reference to FIG. 4. If you do:
도 4 는 30% 동적 편심 결함이 있는 동기 전동기의 운전시 그래프로서, 도면의 상단부(a)는, 가로축은 주파수 단위(Hz)이고, 세로축은 로그(log) 스케일(dB)로 측정된 정규화값으로서, 전술한 본 발명의 진단방법의 S40 사이드밴드(Sideband)의 주파수 산출 단계에 의하여 산출된 동기 전동기의 기준주파수성분이 45Hz 대역이고, 사이드밴드들중 2 개의 주파수성분이 30Hz 대역(C 영역) 및 60Hz 대역(D 영역)에서 발생되고 있음을 나타내고 있다.FIG. 4 is a graph of the operation of a synchronous motor having a 30% dynamic eccentricity defect, the upper part (a) of which is a horizontal axis in frequency units (Hz), and a vertical axis in a logarithmic scale (dB). As, the reference frequency component of the synchronous motor calculated by the frequency calculating step of the S40 sideband of the diagnostic method of the present invention described above is a 45Hz band, and two frequency components among the sidebands are a 30Hz band (C region) And 60 Hz band (D region).
따라서, 도 4 의 중단부(b)는, 가로축은 시간 단위이고 세로축은 주파수 단위로서, 상단부(a)에서 산출된 동기전동기의 기준주파수(운전주파수)가 45Hz 일때, 사이드밴드성분들이 30Hz 대역 및 60 Hz 영역에서 형성됨을 나타내고 있다. Therefore, the middle part (b) of Figure 4, the horizontal axis is a time unit and the vertical axis is a frequency unit, when the reference frequency (operating frequency) of the synchronous motor calculated in the upper part (a) is 45 Hz, the sideband components are in the 30 Hz band and It is formed in the 60 Hz region.
여기서, 상단부(a)에서 산출된 사이드밴드성분들의 레벨값들은 대략 -20 dB 이고, 기준주파수성분의 레벨값은 대략 -10 dB 이므로, 사이드밴드성분들의 레벨값들이 기준주파수성분의 레벨값에 근접하는 레벨로 형성되어, 중단부(b)의 시간단위-주파수 단위 그래프에서는 사이드밴드 성분들이 명백하게 표시되게 된다(E 영역 및 F 영역).Here, since the level values of the sideband components calculated in the upper part (a) are approximately -20 dB, and the level value of the reference frequency components is approximately -10 dB, the level values of the sideband components are close to the level values of the reference frequency components. It is formed to a level, and the sideband components are clearly displayed in the time unit-frequency unit graph of the middle section (b) (E region and F region).
그러므로, 도 4 의 하단부(c)는, 전술한 본 발명의 고장진단방법의 S50 단계의 웨이블릿변환 및 S60 단계의 사이드밴드주파수 성분의 정규화값의 평균값의 산출 단계를 수행하여 산출된 평균정규화값의 레벨값이 대략 -30dB 레벨에서 형성된 것임을 보여주고 있으며, 이와 같이 산출된 사이드밴드주파수들의 평균정규화값인 -30dB 의 값은 도 3 의 하단부(c)에서 나타내고 있는 고장진단레벨값(dB avr)의 -60dB 보다 더 크게 형성되고 있으므로, 본 발명의 고장진단방법에 의하여 해당 동기 전동기가 고장상태라 판단하게 된다.Therefore, the lower part (c) of FIG. 4 is the average normalized value calculated by performing the wavelet transform of step S50 of the above-described fault diagnosis method of the present invention and the step of calculating the average value of the normalized values of the sideband frequency components of step S60. It shows that the level value is formed at approximately -30dB level, and the value of -30dB, which is the average normalized value of the sideband frequencies calculated as described above, is the value of the failure diagnosis level value (dB avr) shown in the lower part (c) of FIG. 3. Since it is formed larger than -60dB, the synchronous motor is judged to be in a faulty state according to the fault diagnosis method of the present invention.
따라서, 상기와 같이 수행되는 본 발명의 동기 전동기의 고장진단방법에 의하면, 구동모터 운전시에 발생되는 사이드밴드주파수 성분들의 평균정규화값을 산출하여 구동모터의 고장에 대표적 유형인 편심, 감자 또는 부하불평형 등의 모터의 이상 여부에 대한 고장진단에 이용하기 때문에 모든 주파수성분들에 대한 정규화값을 산출할 필요가 없어 고장진단에 필요한 연산시간을 감소시킬 수 있으며, 모터의 주행중 고장진단이 매우 용이하므로, 종래 SPRT(Single Phase Rotation Test) 방법과 MCSA(Motor Current Signature Analysis) 방법에서 발생되었던 매번 전동기를 정지시키고 전동기를 직접 회전시켜가며 검사를 진행하는 제약 사항과 가변하는 주파수 특성 때문에 주행중 발생하는 고장진단이 어려운 문제점을 모두 해소한 효과를 수득하게 되었다.Therefore, according to the fault diagnosis method of the synchronous motor according to the present invention performed as described above, the average normalized values of the sideband frequency components generated when the driving motor is operated are calculated, and eccentricity, demagnetization, or load, which are typical types of failure of the driving motor. Since it is used for fault diagnosis of motor abnormalities such as unbalance, it is not necessary to calculate the normalized values for all frequency components, so it is possible to reduce the computation time required for fault diagnosis. , Fault diagnosis during driving due to restrictions and variable frequency characteristics that stop the motor and rotate the motor every time that occurred in the conventional Single Phase Rotation Test (SPRT) and Motor Current Signature Analysis (MCSA) methods The effect of solving all these difficult problems was obtained.
또한, 종래의 구동모터의 전력공급회로의 제어기 부분의 제어방법만을 대체 적용하면 되기 때문에 기존의 구동모터 전력공급회로 또는 구동모터를 계속적으로 이용할 수 있어 센서 등의 추가나 시스템의 변화없이 본 발명을 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, since only the control method of the controller portion of the power supply circuit of the conventional drive motor needs to be replaced, the existing drive motor power supply circuit or the drive motor can be continuously used to perform the present invention without adding sensors or changing the system. There is an effect that can be done.
한편, 본 발명은, 하기될 본 발명의 청구항의 고장진단방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터에 의하여 판독가능한 저장매체로 실시될 수 있다. Meanwhile, the present invention may be embodied as a storage medium readable by a computer on which a computer program for performing a fault diagnosis method of the claims of the present invention will be described.
10; 배터리
20; 구동모터
30; 제어기
40; 전류센서
50; 속도센서10; battery
20; Drive motor
30; Controller
40; Current sensor
50; Speed sensor
Claims (4)
상기 동기 전동기의 제어기(30)가 구동모터(20)에 결선된 전류센서(40)로부터 일정시간 동안의 전류 데이터를 취득하는 단계(S10);
상기 제어기(30)가 구동모터(20)에 결선된 속도센서(50)로부터 상기 S10 단계에서의 전류값 저장시의 구동모터(20)의 속도값을 검출하여 속도 데이터를 취득하는 단계(S20);
상기 제어기(30)가 구동모터의 기본주파수 성분을 산출하는 단계(S30);
상기 제어기(30)가 구동모터의 사이드밴드주파수 성분을 산출하는 단계(S40);
상기 제어기(30)가 상기 S40 단계에서 산출된 사이드밴드주파수성분의 웨이블릿 변환을 실시하여 사이드밴드주파수 성분들의 정규화를 수행하는 단계(S50);
상기 제어기(30)가 상기 S50 단계에서 산출된 사이드밴드주파수 성분의 정규화값들의 평균정규화값을 산출하여 이를 고장진단레벨값(dB avr)로 정의하는 단계(S60)
상기 S10 단계 내지 S60 단계 이후, 상기 제어기(10)가 해당 구동모터(20)의 운전중의 사이드밴드주파수 성분들의 평균정규화값을 산출한 후, 산출된 평균정규화값이 상기 고장진단레벨값(dB avr)과 비교하여 고장 여부를 판단하는 단계(S70);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 고장진단방법.In the method of diagnosing a malfunction of a synchronous motor of a vehicle,
The controller 30 of the synchronous motor acquires current data for a predetermined time from the current sensor 40 connected to the drive motor (S10);
A step in which the controller 30 detects the speed value of the driving motor 20 when storing the current value in step S10 from the speed sensor 50 connected to the driving motor 20 and acquires speed data (S20);
The controller 30 calculating a fundamental frequency component of the driving motor (S30);
The controller 30 calculating a sideband frequency component of the driving motor (S40);
The controller 30 performing wavelet transform of the sideband frequency components calculated in step S40 to perform normalization of the sideband frequency components (S50);
The controller 30 calculates the average normalized value of the normalized values of the sideband frequency components calculated in step S50 and defines them as a failure diagnosis level value (dB avr) (S60).
After the steps S10 to S60, after the controller 10 calculates the average normalized values of the sideband frequency components during operation of the corresponding drive motor 20, the calculated average normalized value is the failure diagnosis level value (dB avr) and determining whether there is a failure (S70);
Fault diagnosis method of a synchronous motor, characterized in that comprises a.
산출된 평균정규화값이 상기 고장진단레벨값(dB avr) 보다 더 크면 고장으로 판단하고,
산출된 평균정규화값이 상기 고장진단레벨값(dB avr) 보다 더 작으면 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 고장진단방법.
The method of claim 1, wherein determining whether the failure (S70),
If the calculated average normalized value is greater than the failure diagnosis level value (dB avr), it is determined as a failure,
If the calculated average normalized value is smaller than the failure diagnosis level value (dB avr), the failure diagnosis method of the synchronous motor, characterized in that it is determined as normal.
상기 사이드밴드 주파수 성분의 웨이블릿 변환 단계(S50)의 상기 사이드밴드주파수의 정규화의 수행은 Log 스케일(scale)(dB)로 수행되는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 고장진단방법.
According to claim 1,
A method of diagnosing a failure of a synchronous motor, characterized in that the normalization of the sideband frequency in the wavelet transform step (S50) of the sideband frequency component is performed on a log scale (dB).
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