JP4073902B2 - 電動弁装置の異常および劣化診断手法ならびに装置 - Google Patents

Description

本発明は火力・原子力発電所、化学プラント、上下水道などの配管に設置された電動弁装置の異常および劣化診断に関するものである。

一般に、発電所等のプラントは定期的に運転を停止し、指定された電動弁の分解点検や作動テストを行い、おもに、開閉の可否および開閉に要する作動時間を計測して電動弁の健全性を確認している。しかしながら、この方式では開閉の確認と作動時間のみから判断しているため、大まかな運転許容領域にあるか否かのチェックをしているにすぎない。また、定期的に行うのみであることから、実稼動中での劣化の進展を把握することが出来ない。

特許文献１はこの問題点を省みて電流値の計測と電動弁動作毎のデータ解析により診断を行うものであるが、それだけではシャフトの回転数や駆動トルクが把握できず、正確な故障及び劣化診断は困難である。また、パラメータとしてスリップ周波数やシャフトの回転数を選択した場合、それを計測する必要が出てくる。発電所の電動弁の回転数を計測するためにはエンコーダやタコジェネレータを必要とするが、これを常時設置することは、コストや信頼性の面から不都合であるし、故障診断の際だけこれらセンサ類を設置するのであれば、プラント稼動中に故障や劣化診断を行うことが困難となる。

特許文献２、および特許文献３は電動弁に取り付けられた様々なセンサ信号を用いてオンライン故障診断を行うものであるが、電動弁は発電設備の中に組み込まれていること、周囲温度等運転条件が厳しいことから、現実的には電動弁に様々なセンサを取り付けること、また電動弁から、コントロールセンタにセンサ信号を伝送すること自体も容易なことではない。

特開平７−２８７０５号公報 特許第２６１７５４０号 特許第３４１１９８０号

上記課題は故障診断、劣化予知を行う際に十分なセンサ信号を用意できないところに要因がある。また、電動弁の駆動源である誘導電動機は電動弁としての信頼性を確保するため、インバータ等の介在物をなくした電源直入れ方式で駆動されている。このため、誘導電動機に入力されている電力を計測してもその運転状態により効率等も大きく変化し、機械的な損失を把握しようとしても困難な場合も多い。

電動弁の故障・劣化を判断するためには電動機の発生するトルクとその回転速度を把握できれば有効であることから、誘導電動機に入力される電流および電圧のみから、モータトルクおよび回転速度を推定し、故障・劣化診断を行うことが望ましい。

上述の目的を達成するため、本発明に係る電動弁装置の異常および劣化診断手法は、３相電源に接続された誘導電動機によって動作する電動弁装置の異常および劣化診断手法であって、３相電源の３相電流のうち少なくとも２相の電流値と、３相電圧のうち少なくとも２相の電圧値を測定し、測定された３相の電流値、もしくは測定された２相の電流値より算出された３相の電流値と、測定された３相の電圧値、もしくは測定された２相の電圧値より算出された３相の電圧値との内積および外積を計算し、内積および外積と、誘導電動機の電気パラメータとに基づいて誘導電動機の回転角速度および駆動トルクを導出し、回転角速度および駆動トルクを、電動弁装置の異常および劣化診断の指標とする
ものである。

また、本発明に係る電動弁装置の異常および劣化診断手法は、測定された３相の電流値、もしくは測定された２相の電流値より算出された３相の電流値を、直交座標系における電流値に変換し、測定された３相の電圧値、もしくは測定された２相の電圧値より算出された３相の電圧値を、直交座標系における電圧値に変換し、直交座標系における電流値と、直交座標系における電圧値との内積および外積を用いるものである。

また、本発明に係る電動弁装置の異常および劣化診断手法は、直交座標系における電流値および電圧値を、電源角周波数に同期して回転する回転直交座標系における電流値および電圧値に変換し、回転直交座標系における電流値および電圧値を、ローパスフィルタを用いてフィルタリングし、フィルタリングされた電流値と、フィルタリングされた電圧値との内積および外積を用いるものである。

また、本発明に係る電動弁装置の異常および劣化診断手法は、回転直交座標系における電流値の時系列データと、回転角速度の時系列データと、駆動トルクの時系列データとに基づいて電動弁の運転状態を判断し、電動弁の運転状態を、電動弁装置の異常および劣化診断の指標に加えるものである。

本発明に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置は、３相電源に接続された誘導電動機によって動作する電動弁装置の異常および劣化診断装置であって、３相電源の３相電流のうち少なくとも２相の電流値を測定する電流センサと、３相電源の３相電圧のうち少なくとも２相の電圧値を測定する電圧センサと、電流センサにより測定された３相の電流値、もしくは電流センサにより測定された２相の電流値より算出された３相の電流値と、電圧センサにより測定された３相の電圧値、もしくは電圧センサにより測定された２相の電圧値より算出された３相の電圧値との内積および外積を計算する内積・外積演算部と、内積および外積と、誘導電動機の電気パラメータとに基づいて誘導電動機の回転角速度および駆動トルクを導出するトルク・速度演算部と、回転角速度および駆動トルクを電動弁装置の異常および劣化診断の指標とする異常・劣化判定部と、異常・劣化判定部が異常と判断した場合に、警告信号を外部の上位処理システムに向けて伝送する警告信号発生部とを備えるものである。

また、本発明に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置は、直交２軸電流・電圧変換
部であって、電流センサにより測定された３相の電流値、もしくは電流センサにより測定された２相の電流値より算出された３相の電流値を、直交座標系における電流値に変換し、電圧センサにより測定された３相の電圧値、もしくは電圧センサにより測定された２相の電圧値より算出された３相の電圧値を、直交座標系における電圧値に変換する直交２軸電流・電圧変換部をさらに備えるものである。

また、本発明に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置は、直交座標系における電流値および電圧値を、電源角周波数に同期して回転する回転直交座標系における電流値および電圧値に変換する回転直交２軸電流・電圧変換部と、回転直交座標系における電流値および電圧値をローパスフィルタを用いてフィルタリングする電流・電圧ローパスフィルタ処理部とをさらに備えるものである。

また、本発明に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置は、フィルタリングされた電流に基づいて電流波高値を算出し、電流波高値に基づいて電動弁の運転状況を判断する弁作動状態解析部をさらに備え、異常・劣化判定部は、運転状況を診断の指標にさらに加えるものである。

この発明によれば、電動弁装置の異常および劣化診断装置は、誘導電動機に入力される電流および電圧のみに基づいて、駆動トルクおよび回転角速度を推定し、異常および劣化診断を行うので、より正確な異常および劣化診断を行うことができる。

上述の課題を解決するために、本発明に係る電動弁装置の異常および劣化診断手法ならびに装置では、電動弁の駆動源である誘導電動機に入力される３相の電流瞬時値と３相の電圧瞬時値を時系列データとして測定し、その内積値と外積値を導出する。電流と電圧の内積値と外積値は良く知られているように、それぞれ電動機が供給する有効電力と無効電力となる。外積値、すなわち無効電力からは誘導電動機の界磁電流成分とトルク電流成分が導出され、これより駆動トルクが導出される。内積値、すなわち有効電力からは駆動エネルギーが導出され、これはトルクに回転速度を乗じた値であるから、結局、回転速度が導出される。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置（以下、診断装置）１、ならびにその周辺の構成を示す。

電動弁機構系１０３に、これを駆動する誘導電動機１０２が接続されている。誘導電動機１０２には、３相電源１０１が接続され、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の３相をもって電流および電圧を供給する。この電流および電圧は３相平衡条件を満たす。診断装置１は、誘導電動機１０２の異常および劣化を診断するものであり、以下の構成をもって誘導電動機１０２に接続される。

診断装置１は、誘導電動機１０２の電流および電圧を測定するデータ収集装置１０と、その測定結果に基づいて異常および劣化の診断を行う演算処理装置２０とを備える。データ収集装置１０および演算処理装置２０はそれぞれ通信制御装置１１、２１を備えており、これらを介して互いにデータの授受を行う。

データ収集装置１０は、電流センサ１２と、電圧センサ１３と、電流値記憶部１４と、電圧値記憶部１５とを備える。電流センサ１２は、誘導電動機１０２のＵ相の電流Ｉ_ＵおよびＷ相の電流Ｉ_Ｗを測定し、測定された電流値を電流値記憶部１４に送る。電流値記憶部１４はこの電流値を記憶する。また電圧センサ１３は、誘導電動機１０２のＵ相・Ｖ相間の電圧Ｖ_ＵＶおよびＷ相・Ｕ相間の電圧Ｖ_ＷＵを測定し、測定された電圧値を電圧値記憶部１５に送る。電圧値記憶部１５はこの電圧値を記憶する。記憶された電流値および電圧値は、通信制御装置１１によって演算処理装置２０に送られる。

演算処理装置２０は、記憶装置３０と、相間電圧／相電圧変換部３１と、３相電流・３相電圧演算部３２と、内積・外積演算部３６と、トルク・速度演算部３７と、異常・劣化判定部３９と、警告信号発生部４０とを備える。

記憶装置３０は、通信制御装置２１を経由して送られてくる電流値・電圧値を受け取って記憶し、後続の処理に提供する。相間電圧／相電圧変換部３１は、入力された電圧値を相間電圧のものから相電圧のものへと変換する。３相電流・３相電圧演算部３２は、入力された２相分の電流値・電圧値に基づき、３相すべての電流値・電圧値を算出して出力する。内積・外積演算部３６は、入力された電流値・電圧値からその内積・外積を算出して出力する。トルク・速度演算部３７は、入力された電流値・電圧値の内積・外積に基づき、誘導電動機１０２の駆動トルクおよび回転角速度を算出して出力する。異常・劣化判定部３９は、入力された駆動トルクおよび回転角速度を検査し、これらの値があらかじめ定められた許容範囲を超えているときは異常と判断し、そうでないときは正常と判断する。警告信号発生部４０は、異常・劣化判定部３９が異常の判断を出力した場合、図示されない上位処理システムに向けて警告信号を周知の技術を用いて送信する。

ここで、この発明に係る診断装置１の処理の流れを説明するための前提として、誘導電動機１０２における電流・電圧に基づき、回転角速度・駆動トルクを算出する方法および式を以下に説明する。
３相平衡条件が成立している正弦波状の３相電流I_Ｕ、I_Ｖ、I_Ｗと３相電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗを以下の式で変換する。

このとき、内積と外積は次の関係式を満足することになる。

または、

また、２相の直行座標系を電源角周波数に同期して回転する回転直交座標系に変換してもその内積と外積は変化しない。
すなわち

ここでよく知られた、誘導電動機電圧・電流方程式より、定常時は以下の式が成立する。定常時において内積値と外積値は以下のように表される。

また、３相相電流の波高値は以下の式で表される。

従って、外積値と内積値より、Ｉ_１、Ｉ_２、ω_Ｒが算出される。
また、内積値の右辺第１項と２項の総計に３／２を乗じたものは抵抗が損失する銅損であり、右辺第３項に３／２を乗じたものは駆動エネルギーである。すなわち電動機が発生しているトルクＴは以下の式で表される。

ただしＰは誘導電動機の極数である。

以下、図２を用いて、この発明の実施の形態１に係る診断装置１の処理の流れを示す。
まず、電流センサ１２および電圧センサ１３が、誘導電動機１０２に供給される２相の電流及び電圧を検出して取り込む（ステップＳ１）。ここで電流および電圧の測定は２相分であってもよく、３相分であってもよい。また、電流および電圧は、瞬時データであってもよいし、時系列データであってもよい。

次に、相間電圧／相電圧変換部３１が、電圧値を相間電圧のものから相電圧のものへと変換する（ステップＳ２）。通常電流は相電流を検出するが電圧は相間電圧を検出するのが普通であるので、相間電圧を相電圧に変換する必要があるからである。図１に示したように、検出電圧がＵＶ相間電圧Ｖ_ＵＶ、及びＷＵ相間電圧Ｖ_ＷＵの時、Ｕ相の相電圧Ｖ_ＵおよびＷ相の相電圧Ｖ_Ｗは以下の式で変換される。

２相の場合は（１４）式を、３相の場合は（１４ａ）式を用いる。

次に、３相電流・３相電圧演算部３２が、入力された２相分の電流値・電圧値に基づき、残りの１相の電流値・電圧値を算出し、３相すべての電流値・電圧値を出力する（ステップＳ３）。（１４ｂ）式、（１４ｃ）式は、Ｕ相・Ｖ相の相電流と相電圧からＷ相の相電流と相電圧を求める場合を示す。

ただしこのステップＳ３は、上述した測定値が２相分である場合のみ実施される。測定値が３相分得られている場合は演算を行わず、３相分の値をそのまま用いればよい。これで３相分の電流・電圧が揃った事になり、その内積・外積が計算できる。

次に、内積・外積演算部３６が、入力された電流値・電圧値からその内積・外積を算出して出力する（ステップＳ７）。内積・外積はそれぞれ（３）式の左辺、（４）式の左辺で与えられる。

次に、トルク・速度演算部３７が、入力された電流値・電圧値の内積・外積に基づき、誘導電動機１０２の駆動トルクおよび回転角速度を算出して出力する（ステップＳ８）。このステップＳ８では以下の計算を行う。まずステップＳ３で得られた相電流の波高値をＩ_Ｓとし、このＩ_ＳとステップＳ７で得られた外積の値とを（１０）式に代入し、これを解いてＩ_１を求める。次にこのＩ_１とＩ_Ｓとを（１１）式に代入し、これを解いてＩ_２を求める。さらにＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_Ｓおよび内積を（９）式に代入し、これを解いて回転角速度ω_Ｒを求める。またＩ_１およびＩ_２を（１２）式に代入し、これを解いて駆動トルクＴを求める。
なお、回転角速度ω_Ｒを求める際は、上述した方法すなわちＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_Ｓおよび内積を（９）式に代入する方法による他に、Ｉ_１およびＩ_２を（１３ａ）式に代入し、これを解く方法によってもよい。どちらの方法によっても、求まる回転角速度ω_Ｒは同一の値となる。

次に、異常・劣化判定部３９が、上記のとおり計算によって求められた駆動トルク、回転角速度、トルク電流成分、および相電流の電流波高値、すなわち、推定された駆動トルク、回転角速度、トルク電流成分、および相電流の電流波高値を検査し、これらの値があらかじめ定められた許容範囲を超えているときは異常と判断し、そうでないときは正常と判断する（ステップＳ１０）。

ステップ１０で異常と判断された場合、警告信号発生部４０は、図示されない上位処理システムに向けて警告信号を送信する（ステップＳ１１）。

以上、実施の形態１において説明した本発明によれば、電動弁装置の異常および劣化診断装置１は、誘導電動機に入力される電流および電圧のみに基づいて、駆動トルクおよび回転角速度を推定し、異常および劣化診断を行うので、より正確な異常および劣化診断を行うことができる。また、実稼動中であっても常時測定を行えるので、劣化の進展を把握することができる。また、電動弁の回転数を計測するためのエンコーダやタコジェネレータを使用しないので、コストを削減でき、かつ信頼性が向上する。また電動弁自体にセンサ等を取り付けないので、構成が簡素なものとなる。

実施の形態２．
図３に、この発明の実施の形態２に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置（以下、診断装置）２、ならびにその周辺の構成を示す。

診断装置２の構成は、図１に示される診断装置１から、３相電流・３相電圧演算部３２を取り除き、直交２軸電流・電圧変換部３３を追加したものである。直交２軸電流・電圧変換部３３は、入力された相電流および相電圧を、直交２軸座標系に変換するものである。
この他の部分は図１の診断装置１と同様である。

次に、図４を用いて、この発明の実施の形態２に係る診断装置２の処理の流れを示す。
診断装置２の処理の流れは、図２に示される診断装置１の処理の流れから、ステップＳ３を削除し、ステップＳ４を追加したものである。以下の説明において、図２に示される診断装置１の処理の流れと同様であるものについては記述を省略する。

ステップＳ２において出力される相電流および相電圧を入力とし、直交２軸電流・電圧変換部３３が、直交２軸座標系における電圧および電流Ｖ_α、Ｖ_β、Ｉ_α、Ｉ_βを算出する（ステップＳ４）。計算の際、３相の電流値および電圧値が得られている場合には（１）式および（２）式が、また２相の電流・電圧のみが得られている場合は以下の変換式が、それぞれ用いられる。

次に、内積・外積演算部３６が、入力された電流値・電圧値からその内積・外積を算出して出力する（ステップＳ７）。内積・外積はそれぞれ（７）式および（８）式で与えられる。

次に、トルク・速度演算部３７が、入力された電流値・電圧値の内積・外積に基づき、誘導電動機１０２の駆動トルクおよび回転角速度を算出して出力する（ステップＳ８）。このステップＳ８では以下の計算を行う。まず（２）式および（５）式で求めた電流を（１１）式に代入してＩ_Ｓと求める。このＩ_ＳとステップＳ７で得られた外積の値とを（１０）式に代入し、これを解いてＩ_１を求める。次にこのＩ_１とＩ_Ｓとを（１１）式に代入し、これを解いてＩ_２を求める。さらにＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_Ｓおよび内積を（９）式に代入し、これを解いて回転角速度ω_Ｒを求める。またＩ_１およびＩ_２を（１２）式に代入し、これを解いて駆動トルクＴを求める。
なお、回転角速度ω_Ｒを求める際は、上述した方法すなわちＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_Ｓおよび内積を（９）式に代入する方法による他に、Ｉ_１およびＩ_２を（１３ａ）式に代入し、これを解く方法によってもよい。どちらの方法によっても、求まる回転角速度ω_Ｒは同一の値となる。

次に、異常・劣化判定部３９が、上記のとおり計算によって求められた駆動トルク、回転角速度、トルク電流成分、相電流の電流波高値、および直交２軸電流の波高値、すなわち、推定された駆動トルク、回転角速度、トルク電流成分、相電流の電流波高値、および直交２軸電流の波高値を検査し、これらの値があらかじめ定められた許容範囲を超えているときは異常と判断し、そうでないときは正常と判断する（ステップＳ２０）。

以上、実施の形態２において説明した本発明によれば、電動弁装置の異常および劣化診断装置２は、実施の形態１において得られる効果に加え、誘導電動機に供給される電流及び電圧が通常は３相平衡条件を満足していることを用い、１相分を他の２相分から算出することにより、電流センサおよび電圧センサの数を減じることができる。
また変換された座標軸は直交２軸であるため、その内積および外積に要する演算数も３相分の演算数に比べて減少する。

実施の形態３．
図５に、この発明の実施の形態３に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置（以下、診断装置）３、ならびにその周辺の構成を示す。

診断装置３の構成は、図３に示される診断装置２に、回転直交２軸電流・電圧変換部３４および電流・電圧ローパスフィルタ処理部３５を追加したものである。回転直交２軸電流・電圧変換部３４は、入力された相電流および相電圧を、直交２軸座標系に変換するものである。また電流・電圧ローパスフィルタ処理部３５は、入力された電流値および電圧値をローパスフィルタにかけるものである。
この他の部分は図３の診断装置２と同様である。

次に、図６を用いて、この発明の実施の形態３に係る診断装置３の処理の流れを示す。
診断装置３の処理の流れは、図４に示される診断装置２の処理の流れに、ステップＳ５およびＳ６を追加したものである。以下の説明において、図４に示される診断装置２の処理の流れと同様であるものについては記述を省略する。

ステップＳ４において出力される直交２軸電流・電圧Ｖ_α、Ｖ_β、Ｉ_α、Ｉ_βを入力とし、回転直交２軸電流・電圧変換部３４が、回転直交２軸座標系における電圧および電流Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑ、Ｉ_ｄ、Ｉ_ｑを算出する（ステップＳ５）。計算には（５）式および（６）式が用いられる。また、電流と電圧の計測に時間差が生じている場合は例えば（１３）式のような変換を行うことにより位相誤差を補正することが可能である。以下に電流の測定が電圧の測定に比較して時間Ｔ_０だけ遅れが生じた時の変換を示す。

次に、電流・電圧ローパスフィルタ処理部３５が、回転直交座標系に変換された電流および電圧にフィルタ処理を施す（ステップＳ６）。観測した電流・電圧にノイズがある場合、回転直交座標系に変換した後にフィルタ処理を施さないと、基本波に与える影響が無視できないからである。

次に、異常・劣化判定部３９が、上記のとおり計算によって求められた駆動トルク、回転角速度、トルク電流成分、相電流の電流波高値、直交２軸電流の波高値、および回転直交電流の波高値、すなわち、推定された駆動トルク、回転角速度、トルク電流成分、相電流の電流波高値、直交２軸電流の波高値、および回転直交電流の波高値を検査し、これらの値があらかじめ定められた許容範囲を超えているときは異常と判断し、そうでないときは正常と判断する（ステップＳ３０）。

以上、実施の形態３において説明した本発明によれば、電動弁装置の異常および劣化診断装置３は、実施の形態２において得られる効果に加え、直交座標系を電源周波数に同期して回転する回転直交座標系に変換するので、その電流および電圧の基本波成分を直流分にすることができる。
また、電流と電圧の測定に時間差があり、位相差がある場合でも、その変換行列によって容易に位相補正を行うことが可能である。
さらに、通常、電流や電圧には基本波の整数分の高調波成分が含まれていたり、観測ノイズとして現れたりすることがある。電流・電圧が３相成分そのもの、もしくは直交２軸で変換した場合、例えば電源の３倍高調波は基本周波数の３倍のまま観測されるが、回転直交２軸では基本波は直流成分であり、その３倍高調波は３＊基本周波数として現れる。すなわち、測定したい基本波と高調波の周波数バンドに大きな差を作ることが可能となる。故に、本発明は電流および電圧の測定時にノイズがあった場合に容易にノイズ成分をローパスフィルタによって軽減することも可能である。

実施の形態４．
図７に、この発明の実施の形態４に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置（以下、診断装置）４、ならびにその周辺の構成を示す。

診断装置４の構成は、図５に示される診断装置３に、電動弁の作動状態を解析する弁作動状態解析部３８を追加したものである。
この他の部分は図５の診断装置３と同様である。

次に、図８を用いて、この発明の実施の形態４に係る診断装置４の処理の流れを示す。
診断装置４の処理の流れは、図６に示される診断装置３の処理の流れに、ステップＳ９を追加したものである。以下の説明において、図６に示される診断装置３の処理の流れと同様であるものについては記述を省略する。

ステップＳ８までにおいて出力されるトルク電流成分I_２、回転角速度ω_Ｒおよび駆動トルクＴを入力とし、弁作動状態解析部３８が電動弁の作動状態を解析する（ステップＳ９）。これについて以下詳細に説明する。
よく知られたように誘導電動機が安定した状況にあるとき、以下の関係式が成立している。

この安定した状態から、負荷状態の急変などが発生した場合、その速度が変動する。界磁電流は急変できないため、その瞬間は前式のトルク電流成分I_２が変動を起こす。すなわち回転座標系で変換された電流ベクトルの絶対値成分が変動を起こすことになり、運転状態の変動は電流ベクトルの絶対値が変化することになる。
このため、回転直交２軸の電流波高値、トルク推定値および速度推定値の時系列データの変化から運転状態を判断し、運転状態の異常・劣化診断を行うことができる。この際の判定基準は当業者が適宜決定すればよい。

以上、実施の形態４において説明した本発明によれば、電動弁装置の異常および劣化診断装置４は、実施の形態３において得られる効果に加え、電動弁の運転状態の変化を判断し、その運転状態におけるトルク推定値と速度推定値から異常・劣化診断を行うので、診断精度がさらに向上する。

本発明の実施の形態１に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置ならびにその周辺の構成を示す図である。 図１の診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置ならびにその周辺の構成を示す図である。 図３の診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置ならびにその周辺の構成を示す図である。 図５の診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係る電動弁装置の異常および劣化診断装置ならびにその周辺の構成を示す図である。 図７の診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電動弁装置の異常および劣化診断装置、１２ 電流センサ、１３ 電圧センサ、３６ 内積・外積演算部、３７ トルク・速度演算部、３９ 異常・劣化判定部、４０ 警告信号発生部、１０１ ３相電源、１０２ 誘導電動機、１０３ 電動弁機構系。

Claims (8)

1. ３相電源に接続された誘導電動機によって動作する電動弁装置の異常および劣化診断手法であって、
   前記３相電源の３相電流のうち少なくとも２相の電流値と、３相電圧のうち少なくとも２相の電圧値を測定し、
   前記測定された３相の電流値、もしくは前記測定された２相の電流値より算出された３相の電流値と、前記測定された３相の電圧値、もしくは前記測定された２相の電圧値より算出された３相の電圧値との内積および外積を計算し、
   前記内積および前記外積と、前記誘導電動機の電気パラメータとに基づいて前記誘導電動機の回転角速度および駆動トルクを導出し、
   前記回転角速度および前記駆動トルクを、前記電動弁装置の異常および劣化診断の指標とする
   電動弁装置の異常および劣化診断手法。
2. 請求項１に記載の電動弁装置の異常および劣化診断手法において、
   前記内積および前記外積に代えて、
   前記測定された３相の電流値、もしくは前記測定された２相の電流値より算出された３相の電流値を、直交座標系における電流値に変換し、
   前記測定された３相の電圧値、もしくは前記測定された２相の電圧値より算出された３相の電圧値を、直交座標系における電圧値に変換し、
   前記直交座標系における電流値と、前記直交座標系における電圧値との内積および外積を用いる
   電動弁装置の異常および劣化診断手法。
3. 請求項２に記載の電動弁装置の異常および劣化診断手法において、
   前記内積および前記外積に代えて、
   前記直交座標系における電流値および電圧値を、電源角周波数に同期して回転する回転直交座標系における電流値および電圧値に変換し、
   前記回転直交座標系における電流値および電圧値を、ローパスフィルタを用いてフィルタリングし、
   前記フィルタリングされた電流値と、前記フィルタリングされた電圧値との内積および外積を用いる
   電動弁装置の異常および劣化診断手法。
4. 請求項３に記載の電動弁装置の異常および劣化診断手法において、
   前記回転直交座標系における電流値と、前記回転角速度と、前記駆動トルクとに基づいて前記電動弁の運転状態を判断し、
   前記電動弁の運転状態を、前記電動弁装置の異常および劣化診断の指標に加える
   電動弁装置の異常および劣化診断手法。
5. ３相電源に接続された誘導電動機によって動作する電動弁装置の異常および劣化診断装置であって、
   前記３相電源の３相電流のうち少なくとも２相の電流値を測定する電流センサと、
   前記３相電源の３相電圧のうち少なくとも２相の電圧値を測定する電圧センサと、
   前記電流センサにより測定された３相の電流値、もしくは前記電流センサにより測定された２相の電流値より算出された３相の電流値と、前記電圧センサにより測定された３相の電圧値、もしくは前記電圧センサにより測定された２相の電圧値より算出された３相の電圧値との内積および外積を計算する内積・外積演算部と、
   前記内積および前記外積と、前記誘導電動機の電気パラメータとに基づいて前記誘導電動機の回転角速度および駆動トルクを導出するトルク・速度演算部と、
   前記回転角速度および前記駆動トルクを前記電動弁装置の異常および劣化診断の指標とする異常・劣化判定部と、
   前記異常・劣化判定部が異常と判断した場合に、警告信号を外部の上位処理システムに向けて伝送する警告信号発生部と
   を備える、電動弁装置の異常および劣化診断装置。
6. 請求項５に記載の電動弁装置の異常および劣化診断装置において、
   直交２軸電流・電圧変換部であって、
   前記電流センサにより測定された３相の電流値、もしくは前記電流センサにより測定された２相の電流値より算出された３相の電流値を、直交座標系における電流値に変換し、
   前記電圧センサにより測定された３相の電圧値、もしくは前記電圧センサにより測定された２相の電圧値より算出された３相の電圧値を、直交座標系における電圧値に変換する直交２軸電流・電圧変換部
   をさらに備える、電動弁装置の異常および劣化診断装置。
7. 請求項６に記載の電動弁装置の異常および劣化診断装置において、
   前記直交座標系における電流値および電圧値を、電源角周波数に同期して回転する回転直交座標系における電流値および電圧値に変換する回転直交２軸電流・電圧変換部と、
   前記回転直交座標系における電流値および電圧値をローパスフィルタを用いてフィルタリングする電流・電圧ローパスフィルタ処理部と
   をさらに備える、電動弁装置の異常および劣化診断装置。
8. 請求項７に記載の電動弁装置の異常および劣化診断装置において、
   前記フィルタリングされた電流に基づいて電流波高値を算出し、前記電流波高値に基づいて電動弁の運転状況を判断する弁作動状態解析部をさらに備え、
   前記異常・劣化判定部は、前記運転状況を前記診断の指標にさらに加える
   電動弁装置の異常及び劣化診断装置。

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