JP2014013244A - 電動機のオフラインテストの方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも1つの固定子巻線と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト方法であって、交流テスト信号を前記少なくとも1つの固定子巻線に与える工程と、前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記少なくとも1つの固定子巻線の物理量に関する応答信号を測定する工程であって、応答信号が前記交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである測定する工程と、前記応答信号の最大振幅を決定する工程と、最大振幅の少なくとも一部の間の相互関係を決定する工程と、前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す工程と、を含む電動機のオフラインテスト方法。更に、固定子内の故障を検出する方法を含む。
【選択図】図2
Description
周知のように、オンライン測定とオフライン測定の両方を行うことができる。運転中に行う測定方法(オンライン測定)はパワーグリッド内の外乱に、すなわち、同じパワーグリッドに接続する他の機器(切換え電源ユニット、蛍光管継手など)が生成する基本波に敏感である。かかる外乱は誤った測定結果を生じ、電動機に関する測定ができなくなることさえある。
特定の目的は、回転子および固定子の故障を測定しまた分析/検出するのを容易にする方法および機器を提供することと、誤差の原因を除くことにより本発明の方法を実行しまた本発明の機器を用いて一層正確な結果を得ることである。
別の目的は、回転子を一定速度でまたは固定の等しいステップで回転させる必要性をなくしまたは減らすような、回転子および固定子の故障を測定しまた分析/検出する方法および機器を提供することである。
周期的なテスト信号を少なくとも1つの固定子巻線に与え、
回転子を回転軸の回りに回転させながら、この少なくとも1つの固定子巻線の物理量に関する第1の測定データを、テスト信号の1つ以上の波形周期から集め、
第1の測定データの第1のピーク値を検出し、
前記第1の検出されたピーク値に基づいて第2の測定データを形成し、
この少なくとも1つの固定子巻線について前記第2の測定データの第2のピーク値を検出し、
前記第2のピーク値の少なくとも一部の広がり(spread)を決定し、
前記広がりが所定のしきい値を超える場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す、
ことを含む。
また、従来技術において生じる誤差の源(回転子の非連続回転により起こる非対称性のため)がなくなりまたは減るので、一層信頼できるテスト結果が得られる。
物理量は固定子巻線のインダクタンス(L)でよい。固定子巻線のインダクタンスを測定する利点は、固定子および回転子の普通の故障が起こるとその特定の巻線のインダクタンスが変化することである。これにより、固定子巻線のインダクタンスを用いて固定子/回転子の故障を示すことができる。固定子巻線のインダクタンスを測定することにより、固定子巻線の内部抵抗を考慮する必要がなくなる。
電動機は三相非同期電動機でよい。
周期的なテスト信号を少なくとも2つの固定子巻線に与え、
回転子を回転軸の回りに回転させながら、少なくとも2つの固定子巻線の物理量に関する第1の測定データを、テスト信号の1つ以上の波形周期から集め、
前記固定子巻線毎に第1の測定データの第1のピーク値を検出し、
前記固定子巻線毎に前記第1の検出されたピーク値に基づいて第2の測定データを形成し、
前記固定子巻線毎に第2の測定データの平均値を形成し、
前記平均値が所定のパターンと異なる場合は、前記固定子内の故障を示す信号を出す、
ことを含む。
また、従来技術において生じる誤差の源(回転子の非連続回転により起こる非対称性のため)がなくなりまたは減るので、一層信頼できるテスト結果が得られる。
また、本発明の方法を用いると、平均値が所定のパターンと異なる場合は、固定子内に故障があると識別することができる。これにより、固定子または回転子内に故障があるかどうかを調べるために追加のテストを行う必要がない。したがって、本発明の方法は従来技術の方法に比べて時間がかからず、また一層正確である。
周期的なテスト信号を少なくとも1つの固定子巻線に与える手段と、
回転子を回転軸の回りに回転させながら、この少なくとも1つの固定子巻線の物理量に関する第1の測定データを、テスト信号の1つ以上の波形周期から集める手段と、
第1の測定データの第1のピーク値を検出する手段と、
前記第1の検出されたピーク値に基づいて第2の測定データを形成する手段と、
この少なくとも1つの固定子巻線について前記第2の測定データの第2のピーク値を検出する手段と、
前記第2のピーク値の少なくとも一部の広がりを決定する手段と、
前記広がりが所定のしきい値を超える場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す手段と、
を含む。
周期的なテスト信号を少なくとも2つの固定子巻線に与える手段と、
回転子を回転軸の回りに回転させながら、少なくとも2つの固定子巻線の物理量に関する第1の測定データを、テスト信号の1つ以上の波形周期から集める手段と、
前記固定子巻線毎に第1の測定データの第1のピーク値を検出する手段と、
前記固定子巻線毎に前記第1の検出されたピーク値に基づいて第2の測定データを形成する手段と、
前記固定子巻線毎に第2の測定データの平均値を形成する手段と、
前記平均値が所定のパターンと異なる場合は、前記固定子内の故障を示す信号を出す手段と、
を含む。
図1を参照して、本発明に係る測定装置13の好ましい実施の形態を説明する。測定装置13は制御ユニット1を含む。これは好ましくは、CPU1a、プログラムメモリ1b、データメモリ1c、A/D変換器1d、電圧基準1e、第1のタイマ(A)1f、第2のタイマ(B)1g、およびハードウエア掛け算器1hを含む。
測定装置13は、制御ユニット1に接続するスクリーン2を含んでよい。
測定装置13は、制御ユニットに接続する波形発生器3を含む。これは好ましくは、D/A変換器3a、再構成フィルタ3b、および電力増幅器3cを含む。
測定装置13は、テスト対象10に入力および出力を与えるための切換えユニット5を含む。切換えユニット5は測定増幅器4の入力に接続し、好ましくはリレー5aおよびアナログマルチプレクサ5bを含む。
更に、測定装置13は基準測定抵抗器6を含む。これは切換えユニット5と測定増幅器4の入力との間に接続する。
測定装置13は電源装置8を含む。これは好ましくは、1個以上の電池8a、電池充電装置8b、1個以上の電圧調整器8c、およびLCDバイアス発生器を含む。
上記の接続により、テスト対象10を通る電流(I)を計算することができる。またこれにより、インピーダンス(Z)、インダクタンス(L)、および抵抗(R)を計算することができる。位相角Fiも測定する。上の測定/計算を実行するのに制御ユニット1が必要とするプログラム命令はメモリ1b内に記憶する。
ステップ200で、波形発生器3を起動して、好ましくは25−800Hzの範囲内の1Vrmsの周期的なテスト信号を発生させ、電力増幅器3cおよび切換えユニット5を介してテスト対象10に接続する。
ステップ201で、回転子を回転軸の回りに回転させながら、電流I、インピーダンスZ、またはインダクタンスLなどの物理量に関係する第1の測定データを集める。第1の測定データは与えたテスト信号の1つ以上の波形周期から集める。本発明の方法では、回転子を均一に連続的に回転させる必要はない。
ステップ203で、第1の測定データの第1の検出されたピーク値に基づいて第2の測定データを形成する。より特定すると、このステップでは、第1のピーク値を取り出して第2の測定データを形成する。
ステップ204で、ステップ203で形成した第2の測定データの第2のピーク値を検出する。
ステップ300で、波形発生器3を起動して、好ましくは25−800Hzの範囲内の1Vrmsの周期的なテスト信号を発生させ、電力増幅器3cおよび切換えユニット5を介してテスト対象10に接続する。回転子をテストするときに周期的なテスト信号を少なくとも2つの固定子巻線に与える。なぜなら、異なる固定子巻線に関係するデータを後で比較するからである。
ステップ301で、回転子を回転軸の回りに回転させながら、電流I、インピーダンスZ、またはインダクタンスLなどの物理量に関係する、少なくとも2つの固定子巻線の第1の測定データを集める。第1の測定データは与えたテスト信号の1つ以上の波形周期から集める。本発明の方法では、回転子を連続的に回転させる必要はない。
ステップ303で、固定子巻線毎に第1の検出されたピーク値に基づいて第2の測定データを形成する。より特定すると、このステップでは、第1のピーク値を取り出して第2の測定データを形成する。
ステップ304で、ステップ303で形成した第2の測定データの第2のピーク値を検出する。
ステップ306で、前記平均値の間の相互関係を決定する。
ステップ307で、相互関係が所定の関係または所定のパターンからずれている場合は、固定子内の故障を示す信号を出す。普通の固定子巻線を持つ固定子では、所定のパターンは所定のしきい値を超える平均値の広がりでよい。同心巻線を持つ固定子では、所定のパターンはステップ状でよく、平均値の差は一定である。
ステップ200および300でテスト信号を固定子巻線に与えるとき、ステップ201および301での第1の測定データは、回転子を回転軸の回りに回転させながら固定子巻線接続の両端を測定することにより集めてよい。
電動機は三相非同期電動機、またはここに開示した方法に従ってテストするのに適した任意の型の電動機でよい。
例として、上のステップ201−204および301−304で述べた第1および第2の測定データを集めるための測定方法について、以下に詳細に説明する。
次にI、Z、またはLの測定を行う。測定は第1のソフトウエア・ベースのピーク値検出器を用いて、第1の測定データの第1のピーク値を集めることを含む。第1の測定データの収集中および回転子の回転中に、第1の測定データからピーク値を同時に形成してよい。または、第1の測定データからピーク値を形成するのは第1の測定データの収集が終わった後で行ってよい。
次に第2のソフトウエア・ベースのピーク値の検出を行い、回転子シグネチャ包絡線(rotor signature envelope)から生じる波形内の最小/最大サイクルの数を検出する。第2のピーク値の検出は第1のピーク値の検出用と実質的に同じソフトウエア・アルゴリズムに基づいてよいが、処理する入力データおよび波形は異なる。第2のピーク値検出器の入力データは1つ以上の測定サイクルからの測定結果、すなわち、第1のピーク値検出器の出力データである。測定波形(最小値/最大値はこれに基づいて得られる)は回転子シグネチャ包絡線である。これは正弦波形または他の形であって、十分大きな数の収集された測定結果の後の包絡線から現われる。
また、上の測定を行う前に、好ましくはこの機器は測定入力を自動的に切り換えて起動する。その目的は、外部の干渉電界がある場合に電動機内に誘導される可能性のある干渉電圧レベル(Uemi)を測定するためである。このレベルが高すぎる場合は機器のスクリーン上に表示する。これによりユーザは、例えばテスト対象を接地するなどして、干渉レベルを下げるための種々の対策をとることができる。このように、この機器が過度の干渉電圧レベル(Uemi)を決定できることは非常に優れた特徴である。なぜなら、過度の干渉電圧レベルは測定結果の誤差の原因になるからである。
抵抗(R):これは、コネクタまたは巻線の破損、接続の緩み、接触抵抗、および短絡回路を検出するのに用いる。
インピーダンス(Z)およびインダクタンス(L):これらは、組み合わせて、巻線内の種々の不純物の存在を検出するのに用いる。これらは、例えば、埃、湿度、または焦げた絶縁(過熱による)の形であり、全て測定対象の巻線の静電容量の小さな変化の原因になる。多くの場合、静電容量は増加してインピーダンスZを減少させる。また、容量リアクタンスはインピーダンスに大きな影響を与える(オームの法則)。なぜなら、与えるテスト信号は振幅が小さいので、静電容量値が一層支配的だからである。
上に述べたように、全ての測定量の中で、固定子の故障による変化が最も少ないのはインダクタンスLである。この「慣性」のため、Lの測定結果をZの変化との比較のための基準または基線の形として用いることができる。
しかし残念ながら、LおよびZの値が相の間で変動する程度は電動機の型に従って異なる。この変動の理由は、回転子の位置が回転子と固定子との間の相対的インダクタンスに与える影響は各相で異なるからである。
ここに述べた実施の形態には種々の変形があると考えられるが、これらは特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲内にある。
Claims (20)
- 少なくとも1つの固定子巻線と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト方法であって、
交流テスト信号を前記少なくとも1つの固定子巻線に与える工程と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記少なくとも1つの固定子巻線の物理量に関する応答信号を測定する工程であって、該応答信号が前記交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである該測定する工程と、
前記応答信号の最大振幅を決定する工程と、
該最大振幅の少なくとも一部の間の相互関係を決定する工程と、
前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す工程と、
を含む電動機のオフラインテスト方法。 - 前記相互関係は前記最大振幅の前記少なくとも一部の広がりに対応し、また前記関係のずれは前記広がりが所定のしきい値を超えることに対応する、請求項1記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 前記相互関係は前記最大振幅の前記少なくとも一部のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記最大振幅の前記少なくとも一部の前記値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項1記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 前記物理量は前記固定子巻線のインダクタンス(L)である、請求項1記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 前記物理量は前記固定子巻線のインピーダンス(Z)である、請求項1記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 前記電動機は三相非同期電動機である、請求項1記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 第1と第2の固定子巻線を持つ固定子と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト方法であって、
交流テスト信号を前記第1と第2の固定子巻線に与える工程と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記第1の固定子巻線の物理量に関する第1の応答信号を測定する工程であって、該第1の応答信号が前記第1の固定子巻線への第1の交流テストによる回転子の回転の結果によるものである該測定する工程と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記第2の固定子巻線の物理量に関する第2の応答信号を測定する工程であって、該第2の応答信号が前記第2の固定子巻線への第2の交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである該測定する工程と
前記第1の応答信号の第1の平均値を形成する工程と、
前記第2の応答信号の第2の平均値を形成する工程と、
該第1と第2の平均値の間の相互関係を決定する工程と、
前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記固定子内の故障を示す信号を出す工程と、
を含む電動機のオフラインテスト方法。 - 前記相互関係は平均値の広がりに対応し、また前記関係のずれは前記広がりが所定のしきい値を超えることに対応する、請求項7記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 前記相互関係は前記平均値のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記平均値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項7記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 前記物理量は前記固定子巻線のインダクタンス(L)である、請求項7記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 前記物理量は前記固定子巻線のインピーダンス(Z)である、請求項7記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 前記電動機は三相非同期電動機である、請求項7記載の電動機のオフラインテスト方法。
- 少なくとも1つの固定子巻線と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト機器であって、
交流テスト信号を前記少なくとも1つの固定子巻線に与える手段と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記少なくとも1つの固定子巻線の物理量に関する応答信号を測定する手段であって、該応答信号が前記交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである該測定する手段と、
前記応答信号の最大振幅を決定する手段と、
該最大振幅の少なくとも一部の間の相互関係を決定する手段と、
前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す手段と、
を含む電動機のオフラインテスト機器。 - 前記相互関係は前記最大振幅の前記少なくとも一部のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記最大振幅の前記少なくとも一部の前記値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項13記載の電動機のオフラインテスト機器。
- 前記相互関係は前記最大振幅の前記少なくとも一部のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記最大振幅の前記少なくとも一部の前記値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項13記載の電動機のオフラインテスト機器。
- 少なくとも2つの固定子巻線を持つ固定子と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト機器であって、
交流テスト信号を前記第1と第2の固定子巻線に与える手段と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記第1の固定子巻線の物理量に関する第1の応答信号を測定する手段であって、該第1の応答信号が前記第1の固定子巻線への第1の交流テストによる回転子の回転の結果によるものである該測定する手段と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記第2の固定子巻線の物理量に関する第2の応答信号を測定する手段であって、該第2の応答信号が前記第2の固定子巻線への第2の交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである該測定する手段と
前記第1の応答信号の第1の平均値を形成する手段と、
前記第2の応答信号の第2の平均値を形成する手段と、
該第1と第2の平均値の間の相互関係を決定する手段と、
前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記固定子内の故障を示す信号を出す手段と、
を含む電動機のオフラインテスト機器。 - 前記相互関係は平均値の広がりに対応し、また前記関係のずれは前記広がりが所定のしきい値を超えることに対応する、請求項16記載の電動機のオフラインテスト機器。
- 前記相互関係は前記平均値のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記平均値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項16記載の電動機のオフラインテスト機器。
- 前記物理量は前記固定子巻線のインダクタンス(L)である、請求項13記載の電動機のオフラインテスト機器。
- 前記物理量は前記固定子巻線のインピーダンス(Z)である、請求項13記載の電動機のオフラインテスト機器。
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