JP6450575B2 - Inverter noise elimination method and diagnostic method for equipment including inverter - Google Patents

Inverter noise elimination method and diagnostic method for equipment including inverter Download PDF

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Description

本発明は、インバータノイズ除去方法、およびインバータ等を含む設備の診断方法に関する。   The present invention relates to an inverter noise removal method and a facility diagnosis method including an inverter and the like.

昨今、特に加工組立型プラントの生産現場において、PWMインバータ方式駆動のモータが多く使用されるようになってきている。PWMインバータ方式駆動のモータには、設定値(変調信号周波数)を変更するだけで、簡単に回転数を変えて運転することができるという利点がある。   Recently, a motor driven by a PWM inverter system is often used particularly at a production site of a processing assembly plant. The motor driven by the PWM inverter system has an advantage that it can be easily operated by changing the number of revolutions only by changing the set value (modulation signal frequency).

一方で、モータなどの回転機器において回転軸を支持している転がり軸受やすべり軸受が何らかの異常が生じると常時とは異なる振動や異音が発生し、このような状態で駆動を継続すると転がり軸受やすべり軸受の破損に至り、設備停止に至ることがある。   On the other hand, if any abnormality occurs in the rolling bearing or sliding bearing that supports the rotating shaft in a rotating device such as a motor, unusual vibrations and abnormal noise occur. The plain bearing may be damaged, resulting in equipment stoppage.

そこで、従来、このような異常が生じているかどうか診断するため、例えば回転軸で回転している転がり軸受内輪転送面に発生したきずと転動体の接触により生じている音響を検出して音響信号を取り出し、該音響信号を利用して診断することによって設備の状態監視をすること(振動診断を利用した設備診断)が行われている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, conventionally, in order to diagnose whether or not such an abnormality has occurred, for example, an acoustic signal is detected by detecting sound generated by contact between a rolling element and a rolling element rotating on a rotating shaft and a rolling element. The state of the equipment is monitored by taking out the sound signal and making a diagnosis using the acoustic signal (equipment diagnosis using vibration diagnosis) (see, for example, Patent Document 1).

特開平9−136776号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-136776

しかしながら、モータが上述のようなPWMインバータ方式駆動のものであると、キャリア周波数に起因するノイズ信号が発生するため、振動診断などの設備診断において状態監視が困難となる。具体的には、以下のとおりである。   However, if the motor is of the PWM inverter type drive as described above, a noise signal due to the carrier frequency is generated, so that it is difficult to monitor the state in equipment diagnosis such as vibration diagnosis. Specifically, it is as follows.

(1)絶対値判定時の問題
絶対値判定(法)とは、以下の表1、表2に示す様な基準値に測定値を照合して現在の状態を判定する方法である。表1は、回転体のアンバランスやカップリングのミスアライメント、締結部の緩みやガタなどの揺れ現象を判定する基準の一例(AMD(Asahikasei Machine Diagnosis)速度判定基準)である。振動速度値の周波数範囲は、例えば10Hz〜1kHzである。
(1) Problems at the time of absolute value determination Absolute value determination (method) is a method of determining the current state by comparing measured values with reference values as shown in Tables 1 and 2 below. Table 1 is an example of criteria (AMD (Asahikasei Machine Diagnosis) speed judgment criteria) for judging swinging phenomena such as unbalance of rotating bodies, misalignment of couplings, loosening of joints and looseness. The frequency range of the vibration speed value is, for example, 10 Hz to 1 kHz.

表2における各クラスおよびゾーンについて説明しておくと、以下のとおりである。
クラスI:通常の運転条件下で、全体の完成機の一部の構成要素として組み込まれたエンジン及び機械[代表例 出力15kW以下の汎用電動機]
クラスII:特別な基礎を持たない中形機械(代表例 15kW〜75kWの電動機)及び特別な基礎上に堅固に据え付けられたエンジン又は機械(300kW以下)
クラスIII:大形電動機及び大形回転機で、剛基礎又は振動の方向に比較的高い剛性を持つ重い基礎上に据え付けられたもの
クラスIV:大形電動機及び大形回転機で、振動の測定方向に比較的柔らかい剛性をもつ基礎上に据え付けられたもの(代表例 出力10MW以上のターボ発電機セット及びガスタービン)
Each class and zone in Table 2 will be described as follows.
Class I: Engines and machines incorporated as part of the overall finished machine under normal operating conditions [typical motors with a typical output of 15 kW or less]
Class II: Medium-sized machine without special foundation (typical 15kW to 75kW electric motor) and engine or machine firmly installed on special foundation (300kW or less)
Class III: Large motors and large rotating machines installed on rigid foundations or heavy foundations with relatively high rigidity in the direction of vibration Class IV: Vibration measurements on large motors and large rotating machines Installed on a foundation with relatively soft rigidity in the direction (typical example: turbo generator set and gas turbine with an output of 10 MW or more)

ゾーンA:新しく設置された機械の振動値の通常の範囲で、一般的には新設機械の納入時の振動管理値となる場合がある。
ゾーンB:一般に何の制限もなく長期運転が可能である範囲
ゾーンC:長期間の連続運転は期待できない範囲で、改善処置のための限定した期間だけこの振動条件で運転可能である範囲で、このゾーン内に運転警報値が設定される。警報値は機械の特性にあわせて個別に設定されるべきであるが、経験・情報がない場合はゾーンB/Cの境界値の1.25倍に設定することを推奨している。
ゾーンD:このゾーンの振動値の機械は、損傷を起こすのに十分なほどに厳しいと通常考えられる範囲で、運転停止値はこの範囲にあるのが一般的である。
Zone A: A normal range of vibration values of a newly installed machine, and generally a vibration management value at the time of delivery of a newly installed machine.
Zone B: In general, a range in which long-term operation is possible without any limitation. Zone C: In a range where long-term continuous operation cannot be expected, and within a range that can be operated under this vibration condition for a limited period for improvement treatment. A driving alarm value is set in this zone. The alarm value should be set individually according to the characteristics of the machine, but if there is no experience / information, it is recommended to set it to 1.25 times the boundary value of zone B / C.
Zone D: Machines with vibration values in this zone are typically in a range that is considered severe enough to cause damage, and shutdown values are typically in this range.

本件において、転がり軸受の絶対値判定といっているのは、図23のような基準で判定することである。横軸のdN値は、軸受内径と回転数の積であり、転がり軸受の転動体の周速を示す。例えば、軸受型式6312であれば内径60mmφなので回転数1500rpm時ではdN値は9.0×10E4となる。このとき測定値が1.0Gであれば「注意」と判定される。ノイズ成分により、正常値が高めで発生するので異常成分が上昇しても見分けづらくなる。   In this case, the absolute value determination of the rolling bearing is determined based on the reference as shown in FIG. The dN value on the horizontal axis is the product of the inner diameter of the bearing and the rotational speed, and indicates the peripheral speed of the rolling element of the rolling bearing. For example, since the bearing model 6312 has an inner diameter of 60 mmφ, the dN value is 9.0 × 10E4 at a rotation speed of 1500 rpm. At this time, if the measured value is 1.0 G, it is determined as “caution”. Due to the noise component, it is generated with a high normal value, so it is difficult to distinguish even if the abnormal component rises.

また、正常値との倍率で判定する方法を「相対判定法」と言う(図24、図25参照)。図24と図25は同じモータをインバータで駆動した場合と商用電源で駆動した場合の違いを示す。図24では図25で発生していないノイズ成分が高いレベルで発生していることが分かる。これらの成分は、すべてキャリア周波数周りの側帯波である。この成分の発生により、加速度レベルが上昇するので、先の基準値で「正常なのに注意」と判定されてしまう場合がある。このため、加速度値で判定する絶対値判定基準の利用が困難となる。また、正常時でも注意領域となる場合がある。ノイズ成分の高い振幅により、軽度な異常時における異常信号の振幅が小さい時期に、異常を精度良くとらえることができないので、異常を早期に検出することが困難となる。   Further, the method of determining by the magnification with the normal value is referred to as “relative determination method” (see FIGS. 24 and 25). 24 and 25 show the difference between the case where the same motor is driven by an inverter and the case where it is driven by a commercial power source. FIG. 24 shows that noise components not generated in FIG. 25 are generated at a high level. These components are all sidebands around the carrier frequency. Since the acceleration level increases due to the occurrence of this component, it may be determined as “careful though it is normal” based on the previous reference value. For this reason, it becomes difficult to use the absolute value determination criterion determined by the acceleration value. Moreover, it may be a caution area even in normal times. Due to the high amplitude of the noise component, the abnormality cannot be accurately detected when the amplitude of the abnormal signal is small at the time of a mild abnormality, so that it is difficult to detect the abnormality early.

(2)精密診断時の問題
ここでいう「精密診断」とは、周波数分析やエンベロープ解析などの信号処理を駆使して、異常の種類や発生メカニズムを解明し、対策を立案するものである。振動診断には、大きく分けて「簡易診断」と「精密診断」とがあり、「簡易診断」とは日常において決められた周期毎に振動値の測定を行い、振動値の傾向管理(トレンド管理)を行うことで状態監視を行うものである。
(2) Problems at the time of precision diagnosis The term "precision diagnosis" here refers to the development of countermeasures by clarifying the type and mechanism of occurrence of abnormalities using signal processing such as frequency analysis and envelope analysis. Vibration diagnosis can be broadly divided into “simple diagnosis” and “precision diagnosis”. “Simple diagnosis” measures vibration values at intervals determined in daily life and manages vibration value trends (trend management). ) To perform state monitoring.

簡易診断技術の目的を挙げれば、以下のとおりである。
(1)設備の異常を早期に検出すること
(2)設備の状態を劣化傾向管理により定量的にトレースすること
(3)設備状態の監視と保護
(4)精密診断対象設備の抽出
The purpose of the simple diagnostic technique is as follows.
(1) Early detection of equipment abnormalities
(2) Quantitatively trace the state of equipment through deterioration tendency management
(3) Monitoring and protection of equipment status
(4) Extraction of equipment for precision diagnosis

「簡易診断」にて、正常ではない(上昇傾向を示してきている)あるいは基準値に対し「注意域」に入ってきたという傾向を示してきた場合に「精密診断」を行う。精密診断技術の目的を挙げれば、以下のとおりである。
(1)異常原因を明確にすること
(2)異常や劣化の種類及び発生位置を標定すること
(3)異常や劣化の程度(過酷度)を知り、進行を予測すること
(4)最適な修復方法や修復時期を決めること
“Precise diagnosis” is performed when the “simple diagnosis” shows a tendency of being not normal (indicating an upward trend) or having entered the “attention range” with respect to the reference value. The purpose of precision diagnosis technology is as follows.
(1) Clarify the cause of abnormality
(2) Standardize the type and location of abnormalities and deterioration
(3) Knowing the degree of abnormality and deterioration (severity) and predicting the progress
(4) Determining the optimal repair method and time

上述した「簡易診断」と「精密診断」の2つの組み合わせた状態監視が実施されている。ところが、インバータ駆動時のモータ部における振動加速度値を求めると、ノイズによりレベル上昇して上記絶対判定法において誤診断となる可能性がある。また、インバータ駆動時のモータ部の振動加速度波形をエンベロープ処理すると2fs(変調信号周波数の2倍)およびその高調波が発生し、モータ異常の判定が困難となる。また、2fsおよびその高調波が転がり軸受のきず周波数(転がり軸受にきずがあることに起因して生じる周波数)と近似している場合があり、誤診となる可能性がある。 Two combined state monitoring, “simple diagnosis” and “precision diagnosis” described above, are performed. However, when the vibration acceleration value in the motor unit when the inverter is driven is obtained, the level increases due to noise, which may cause a false diagnosis in the absolute determination method. Further, if the vibration acceleration waveform of the motor unit when the inverter is driven is enveloped, 2f s (twice the modulation signal frequency) and its harmonics are generated, making it difficult to determine motor abnormality. In addition, there may be cases where 2f s and its harmonics are close with rolling scratches frequency (frequency caused by the fact that there are scratches on rolling bearings), there can be a misdiagnosis.

本発明は、PWMインバータ方式駆動のモータが使われている場合に、キャリア周波数に起因するノイズ信号の影響を回避して、振動診断における異常信号を精度よく検出できるようにした、インバータノイズ除去方法、およびインバータ等を含む設備の診断方法を提供することを目的とする。   The present invention relates to an inverter noise removal method capable of accurately detecting an abnormal signal in vibration diagnosis by avoiding the influence of a noise signal caused by a carrier frequency when a PWM inverter type drive motor is used. And a diagnostic method for equipment including an inverter and the like.

かかる課題を解決するべく、本発明は、インバータ、該インバータによって制御される誘導電動機、該誘導電動機によって駆動される回転機器を含む設備を動作時に生じるノイズを除去する方法であって、
前記インバータによって誘導電動機への入力信号を変調する際のキャリア周波数fbと、変調信号周波数fsによって、基本成分以外の主要な周波数成分を
(2n−1)*fb±2mfs
2n*fb±(2p−1)fs
(ただし、n,m:1,2,3,・・・であり、p:2,3,4)
で表したうえで、前記電流のキャリア周波数fbの各側波帯の周波数成分をfH(n)として、前記誘導電動機が発生するトルクの周波数
|fs±fH(n)|
を算出し、
該算出したトルクの周波数が振動周波数に一致または対応する関係にあることに基づき、
前記算出したトルク周波数に該当する振動スペクトルの振幅値を、当該振動周波数の前後の高い周波数および低い周波数のそれぞれの振幅値の平均値で置換することによって、前記振動のスペクトルに発生しているノイズ成分を除去し、
前記ノイズ成分を除去した前記スペクトルを逆フーリエ変換し、前記誘導電動機で採取された振動加速度波形をノイズ成分が除去された形で求めることを特徴とする。
In order to solve such a problem, the present invention is a method for removing noise generated during operation of an inverter, an induction motor controlled by the inverter, and a rotating device driven by the induction motor.
Based on the carrier frequency f b when modulating the input signal to the induction motor by the inverter and the modulation signal frequency f s , main frequency components other than the basic component are (2n−1) * f b ± 2 mf s
2n * f b ± (2p−1) f s
(However, n, m: 1,2,3, ..., p: 2,3,4)
And the frequency component of each sideband of the carrier frequency f b of the current as f H (n), the frequency of the torque generated by the induction motor | f s ± f H (n) |
To calculate
Based on the relationship that the calculated frequency of the torque matches or corresponds to the vibration frequency,
Noise generated in the vibration spectrum by replacing the amplitude value of the vibration spectrum corresponding to the calculated torque frequency with the average value of the amplitude values of the high and low frequencies before and after the vibration frequency. Remove the ingredients,
The spectrum from which the noise component is removed is subjected to inverse Fourier transform, and a vibration acceleration waveform collected by the induction motor is obtained in a form in which the noise component is removed.

一般に、加速度センサ(圧電型)より採取されたモータ部の振動加速度は、インバータ駆動の場合、ノイズ成分が含まれている。ノイズ成分(ここではこれはノイズという表現をしている)は、インバータのキャリア周波数に起因した加速度成分であり(キャリア周波数およびその高次成分の周りに変調周波数による側帯波である)、この成分が邪魔をすることでモータの健全性を評価(異常を検出)することが困難となっていると考えられる。また、振動加速度振幅値がノイズ分も含まれているため高めとなってしまい、異常兆候をとらえにくい。異常の種類を弁別する時も、エンベロープスペクトルに変調成分の2倍の高次成分が発生し、異常診断が困難となっていたとの知見が得られた。   In general, the vibration acceleration of a motor unit collected from an acceleration sensor (piezoelectric type) includes a noise component in the case of inverter driving. The noise component (here, this is expressed as noise) is an acceleration component due to the carrier frequency of the inverter (a sideband due to the modulation frequency around the carrier frequency and its higher order components), and this component It is considered that it is difficult to evaluate the soundness of the motor (detect the abnormality) because it interferes. Moreover, since the vibration acceleration amplitude value includes noise, the vibration acceleration amplitude value is increased, and it is difficult to detect abnormal signs. When discriminating the type of abnormality, it was found that a higher-order component twice the modulation component was generated in the envelope spectrum, making it difficult to diagnose the abnormality.

本発明は、これらのノイズ発生メカニズムから発生周波数の規則性を見出し、発生ノイズ周波数を求め、その周波数をスペクトル上でカットし、その周波数のスペクトルレベルをノイズ周波数の前後の周波数の平均値による置換を行いノイズカットしたスペクトルを求める。そのノイズカットされたスペクトルを逆フーリエ変換することでノイズを除去した加速度波形に戻し、それを用いてモータ設備の状態を示す振動加速度値を得る事を可能としたものである。すなわち、振動測定前に把握しているキャリア周波数と変調信号周波数の値からノイズ発生周波数が算出できることで、その周波数をスペクトルからカットしてノイズが含まれていないスペクトルを求め、そのスペクトルから逆フーリエ変換して加速度波形を求め、ノイズの含まれていない振動加速度値レベルを求めることができる。またこの加速度波形をエンベロープ変換したスペクトルから上記2fsおよびその高調波が発生しないエンベロープスペクトルを用いて精度の高い異常診断を実現した。 The present invention finds the regularity of the generated frequency from these noise generation mechanisms, obtains the generated noise frequency, cuts the frequency on the spectrum, and replaces the spectrum level of the frequency with the average value of the frequencies before and after the noise frequency. To obtain a noise-cut spectrum. The noise-cut spectrum is subjected to inverse Fourier transform to return to an acceleration waveform from which noise has been removed, and using this, a vibration acceleration value indicating the state of the motor equipment can be obtained. In other words, the noise generation frequency can be calculated from the carrier frequency and modulation signal frequency values obtained before the vibration measurement, so that the spectrum without the noise is obtained by cutting the frequency from the spectrum, and the inverse Fourier is obtained from the spectrum. By converting, an acceleration waveform can be obtained, and a vibration acceleration value level not including noise can be obtained. The realized abnormality diagnosis with high accuracy using an envelope spectrum the acceleration waveform the 2f s and the spectrum envelope converts its harmonics are not generated.

要は、本発明は、そもそも周波数が違う「電流」と「振動」に着眼し、電流スペクトルと、トルクのスペクトルとの共通性を見いだし、スペクトルからノイズを除去するという前処理をする点に一つの特徴を有する。また、異常の種類の弁別事にもノイズ成分が除去できることで異常の種類が明確に判別でき、的確なメンテナンス対応をすることが可能となる。これは、致命的な故障の未然防止に繋がり、生産停止に至らずにすむので、生産性の向上に寄与できる。   In short, the present invention focuses on “current” and “vibration” that have different frequencies in the first place, finds the commonality between the current spectrum and the torque spectrum, and performs preprocessing to remove noise from the spectrum. Has one feature. In addition, since the noise component can be removed even in the case of discrimination of the type of abnormality, the type of abnormality can be clearly identified and appropriate maintenance can be handled. This leads to the prevention of a fatal failure, and it is not necessary to stop production, which can contribute to the improvement of productivity.

また、本発明に係る診断方法は、インバータ、該インバータによって制御される誘導電動機、該誘導電動機によって駆動される回転機器、および該回転機器を含む設備を診断する方法であって、上述のインバータノイズ除去方法を含む、というものである。   The diagnosis method according to the present invention is a method for diagnosing an inverter, an induction motor controlled by the inverter, a rotating device driven by the induction motor, and a facility including the rotating device, and includes the inverter noise described above. Including a removal method.

本発明によれば、PWMインバータ方式駆動のモータが使われている場合に、キャリア周波数に起因するノイズ信号の影響を回避して、振動診断における異常信号を精度よく検出することができる。   According to the present invention, when a PWM inverter drive motor is used, it is possible to accurately detect an abnormal signal in vibration diagnosis while avoiding the influence of a noise signal due to the carrier frequency.

PWMパルスの発生原理を示す図である。It is a figure which shows the generation principle of a PWM pulse. 単相の場合のPWMパルス波形を示す図である。It is a figure which shows the PWM pulse waveform in the case of a single phase. 二重フーリエ級数による解析を示す図である。It is a figure which shows the analysis by a double Fourier series. 三相正弦波PWMインバータのパルス発生について示す図である。It is a figure shown about the pulse generation of a three phase sine wave PWM inverter. 三相PWMインバータの出力周波数スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the output frequency spectrum of a three-phase PWM inverter. インバータノイズ周波数確認試験における振動と電流スペクトルの比較(2kHz周辺)を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison (around 2kHz) of the vibration and current spectrum in an inverter noise frequency confirmation test. インバータノイズ周波数確認試験における振動と電流スペクトルの比較(4kHz周辺)を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison (around 4kHz) of a vibration and a current spectrum in an inverter noise frequency confirmation test. 電流スペクトルにおけるキャリア周波数(2000Hz)の側波帯を示す図である。It is a figure which shows the sideband of the carrier frequency (2000Hz) in a current spectrum. 電流スペクトルにおけるキャリア周波数(4000Hz)の側波帯を示す図である。It is a figure which shows the sideband of the carrier frequency (4000Hz) in a current spectrum. 振動スペクトルにおけるキャリア周波数(2000Hz)の側波帯を示す図である。It is a figure which shows the sideband of the carrier frequency (2000Hz) in a vibration spectrum. 振動スペクトルにおけるキャリア周波数(4000Hz)の側波帯を示す図である。It is a figure which shows the sideband of the carrier frequency (4000Hz) in a vibration spectrum. 試験装置のモータ軸受部の振動加速度スペクトル(商用電源60Hz)を示す図である。It is a figure which shows the vibration acceleration spectrum (commercial power supply 60Hz) of the motor bearing part of a test apparatus. 試験装置のモータ軸受部のインバータ駆動時の振動加速度スペクトル(正常軸受)を示す図である。It is a figure which shows the vibration acceleration spectrum (normal bearing) at the time of the inverter drive of the motor bearing part of a test apparatus. インバータノイズカット後の加速度スペクトル(正常軸受)を示す図である。It is a figure which shows the acceleration spectrum (normal bearing) after inverter noise cut. 軸受外輪きず時におけるインバータノイズカット後と商用電源時のスペクトル比較を示す図である。It is a figure which shows the spectrum comparison after the inverter noise cut at the time of a bearing outer ring | flaw, and the time of a commercial power supply. 軸受外輪きず時におけるインバータノイズ発生時と商用電源時のスペクトル比較を示す図である。It is a figure which shows the spectrum comparison at the time of the inverter noise generation | occurrence | production at the time of a bearing outer ring | flaw, and the time of a commercial power source. ノイズ除去後のエンベロープスペクトル(外輪傷軸受)を示す図である。It is a figure which shows the envelope spectrum (outer ring wound bearing) after noise removal. 商用電源におけるエンベロープスペクトル(外輪傷軸受)を示す図である。It is a figure which shows the envelope spectrum (outer ring wound bearing) in a commercial power source. ノイズ除去後のエンベロープスペクトル(正常軸受)を示す図である。It is a figure which shows the envelope spectrum (normal bearing) after noise removal. インバータ駆動ではない場合として商用電源を表示した場合におけるエンベロープスペクトル(正常軸受)を示す図である。It is a figure which shows the envelope spectrum (normal bearing) at the time of displaying a commercial power supply as a case where it is not an inverter drive. 設備の診断システムの概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the diagnostic system of an installation. 設備の診断システムにおけるノイズ除去の流れの概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the flow of the noise removal in the diagnostic system of an installation. 電流スペクトルにおけるキャリア周波数、側波帯等を示す図である。It is a figure which shows the carrier frequency, sideband, etc. in a current spectrum. 電流スペクトルにおけるキャリア周波数を、その両側(前後)に位置するスペクトルのそれぞれの振幅値の平均値で置換することについて説明する図である。It is a figure explaining replacing the carrier frequency in a current spectrum with the average value of each amplitude value of the spectrum located in the both sides (front and back). AMD転がり軸受判定基準を示すグラフである。It is a graph which shows the AMD rolling bearing criteria. インバータモータにおける振動加速度スペクトル(キャリア周波数2kHz、変調周波数60Hz)を示す図である。It is a figure which shows the vibration acceleration spectrum (carrier frequency 2kHz, modulation frequency 60Hz) in an inverter motor. 商用電源(インバータでない場合)における振動加速度スペクトル(キャリア周波数2kHz、変調周波数60Hz)を示す図である。It is a figure which shows the vibration acceleration spectrum (carrier frequency 2kHz, modulation frequency 60Hz) in commercial power supply (when it is not an inverter). 従来の異常診断システムの概要を参考として示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the conventional abnormality diagnosis system as a reference.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings. The embodiment described below is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

<PWMインバータ(パルス幅変調:Pulse Width Modulation)における電流スペクトル発生原理>(「PWM電力変換システム」、共立出版:谷口勝則著 参照)
現在、加工組立プラントの生産現場において、最も使用されているインバータ方式がPWMインバータである。この方式において、キャリア周波数およびその高次成分の周りに発生する側帯波が発生する。
<Current Spectrum Generation Principle in PWM Inverter (Pulse Width Modulation)>("PWM Power Conversion System", see Kyoritsu Publishing, Katsunori Taniguchi)
Currently, a PWM inverter is the most used inverter system in the production site of a processing and assembly plant. In this method, sideband waves generated around the carrier frequency and its higher order components are generated.

図1にPWMパルスの発生原理を示す。商用電源の周波数である交流を直流に変換し、その入力直流電圧を図1のように切り刻んで出力電圧をパルス状にし、そのパルスの数、間隔、幅などを制御し目的の周波数の交流を得るものである。   FIG. 1 shows the principle of PWM pulse generation. Convert the alternating current, which is the frequency of the commercial power supply, into direct current, cut the input direct current voltage as shown in Fig. 1 to make the output voltage into pulses, and control the number, interval, width, etc. of the pulses to change the alternating current of the target frequency To get.

変調信号として正弦波es、キャリア信号として三角波ebを用いた場合を示す。ebとesを比較してスイッチング素子をON、OFFすることにより電圧波形を得る。つまり、(1)es>ebの時 Ed/2を出力し、(2)es<ebの時 −Ed/2を出力する ことで図1(b)のパルス波形を得る。 A case where a sine wave e s is used as a modulation signal and a triangular wave e b is used as a carrier signal is shown. A voltage waveform is obtained by comparing e b and e s and turning on and off the switching element. In other words, to obtain a pulse waveform (1) outputs Ed / 2 when e s> e b, (2 ) e s <e Figure by outputting -Ed / 2 when b 1 (b).

このように得られた単相の場合のPWMパルス波形を図2に示す。この波形はパルス幅が周期的に変調を受ける波形(Pulse幅変調波形)となっており、フーリエ級数では表せなく2重フーリエ級数で表される。   FIG. 2 shows the PWM pulse waveform obtained in the case of a single phase. This waveform is a waveform in which the pulse width is periodically modulated (Pulse width modulation waveform), and is represented by a double Fourier series, not a Fourier series.

つまり、図3に示すように面XOY上に壁の高さHでf(y)なる同一波形の壁が2π周期で並んでいる立体波形上に面XOYに垂直な面OAを考えると、OAがf(y)を切った断面をOX上に投影した波形図3(b)がPulse変調波形となる。   That is, when a plane OA perpendicular to the plane XOY is considered on a solid waveform in which walls of the same waveform having f (y) at the wall height H and arranged in a 2π cycle are arranged on the plane XOY as shown in FIG. FIG. 3B shows a pulse modulation waveform obtained by projecting a cross section of f (y) on OX.

ここで、x=ωbt,y=ωstとすると、このときの波形の二重フーリエ級数は数式(1)のように示される。
ここで、
Here, when x = ω b t, y = ω s t, the double Fourier series of the waveform at this time is shown by Equation (1).
here,

である。 It is.

一般には、数式(2)に示す複素二重フーリエ級数の形で表される。
ここで、
Generally, it is represented in the form of a complex double Fourier series shown in Equation (2).
here,

である。 It is.

次に、単相ハーフブリッジインバータ(図1、図2参照)で考える。変調信号es
で表すと、パルスエッジが生じる位相角θ1、θ2は図1(a)の関係から次式となる。
Next, consider a single-phase half-bridge inverter (see FIGS. 1 and 2). The modulation signal e s
In terms of phase angles θ 1 and θ 2 at which pulse edges occur, the following equation is obtained from the relationship shown in FIG.

ここで、Es:変調信号の振幅値、Eb:キャリア三角信号の振幅値
M:変調度(=Es/Eb
Where E s is the amplitude value of the modulation signal, E b is the amplitude value of the carrier triangular signal
M: Degree of modulation (= E s / E b )

この場合の複素二重フーリエ係数は数式(3)となる。
ただし、
The complex double Fourier coefficient in this case is expressed by Equation (3).
However,

また、今回の解析対象となる三相正弦波PWMインバータのパルスは図2の波形が120°の位相差を持つものということができ、これは、図4のような波形となる。   Further, it can be said that the pulse of the three-phase sine wave PWM inverter to be analyzed this time has a waveform having a phase difference of 120 ° in FIG. 2, which is a waveform as shown in FIG.

ここで、数式(3)に変換係数λb,nを乗じて、
(1)直流成分(m=0,n=0)、
(2)基本周波数成分(m=0,n=1)
(3)基本波の高調波成分(m=0,n>1)
(4)キャリア周波数の高調波成分(m≧1、n=0)
(5)キャリア周波数の側帯波成分(m≧1,n≠0)
それぞれの複素二重フーリエ係数を求めると基本周波数成分とキャリア周波数の側帯波のみの以外はすべて振幅0となる。
Here, the equation (3) is multiplied by the conversion coefficient λ b, n ,
(1) DC component (m = 0, n = 0),
(2) Fundamental frequency component (m = 0, n = 1)
(3) Harmonic component of the fundamental wave (m = 0, n> 1)
(4) Harmonic component of carrier frequency (m ≧ 1, n = 0)
(5) Sideband component of carrier frequency (m ≧ 1, n ≠ 0)
When the respective complex double Fourier coefficients are obtained, the amplitude is zero except for only the fundamental frequency component and the carrier frequency sideband.

これにより三相正弦波PWMインバータの出力波形は数式(4)のようになる。つまり、側帯波の周波数は、
m=1,n=±2のとき …… mωb±nωs=ωb±2ωs
m=1,n=±4のとき …… mωb±nωs=ωb±4ωs
m=1,n=±6のとき …… mωb±nωs=ωb±6ωs
m=2,n=±1のとき …… mωb±nωs=2ωb±ωs
m=2,n=±5のとき …… mωb±nωs=2ωb±5ωs
なお、n=±3のときは、三相の場合各相で打ち消し合って発生しない。
・・・(4)
ここで、
である。
As a result, the output waveform of the three-phase sine wave PWM inverter becomes as shown in Equation (4). In other words, the frequency of the sideband is
When m = 1, n = ± 2, mω b ± nω s = ω b ± 2ω s
When m = 1, n = ± 4 …… mω b ± nω s = ω b ± 4ω s
When m = 1, n = ± 6 …… mω b ± nω s = ω b ± 6ω s
When m = 2 and n = ± 1, mω b ± nω s = 2ω b ± ω s
When m = 2 and n = ± 5 …… mω b ± nω s = 2ω b ± 5ω s
In addition, when n = ± 3, in the case of three phases, each phase cancels out and does not occur.
... (4)
here,
It is.

したがって、基本成分以外の主要な周波数成分は、
fb±2fs,fb±4fs,fb±6fs・・・
2fb±fs,2fb±5fs,2fb±7fs・・・・
ですべてキャリア周波数の側帯波成分である。なお、
fb:キャリア周波数、fs:変調信号周波数
である。
Therefore, the main frequency components other than the basic component are
f b ± 2f s , f b ± 4f s , f b ± 6f s ...
2f b ± f s , 2f b ± 5f s , 2f b ± 7f s ...
And all are sideband components of the carrier frequency. In addition,
f b : carrier frequency, f s : modulation signal frequency.

<誘導電動機が発生するトルクの周波数>(「インバータに起因する圧縮機の強制ねじり振動」、p74、(2)式:田中謙次他 参照)
上記のPWMインバータ誘導電動機が発生するトルクの周波数は次式(数式(5))で求められる。すなわち、電流のキャリア周波数の各側帯波の周波数成分をfH(n)とすると、
<Frequency of torque generated by induction motor> (Refer to “Forced torsional vibration of the compressor caused by the inverter”, p. 74, equation (2): Kenji Tanaka et al.)
The frequency of torque generated by the PWM inverter induction motor is obtained by the following equation (Equation (5)). That is, if the frequency component of each sideband of the carrier frequency of the current is f H (n),

このトルクは固定子と回転子間の電磁力であり、この電磁力によって振動が発生する。したがって、インバータによって発生するノイズ振動は、このトルクの周波数に一致する(図5参照)。 This torque is an electromagnetic force between the stator and the rotor, and vibration is generated by this electromagnetic force. Therefore, the noise vibration generated by the inverter matches the frequency of this torque (see FIG. 5).

<インバータノイズ周波数確認試験>
実験室の電動機15kWをインバータのキャリア周波数2000Hz、変調信号周波数40Hzで計測した振動スペクトルと電流スペクトルの結果を図6、図7に示す。上記シミュレーション結果と一致した周波数が電流、振動とも発生していることがわかる。
<Inverter noise frequency confirmation test>
FIG. 6 and FIG. 7 show the results of vibration spectrum and current spectrum measured for a laboratory motor of 15 kW at an inverter carrier frequency of 2000 Hz and a modulation signal frequency of 40 Hz. It can be seen that the same frequency as the simulation result is generated for both current and vibration.

つまり、電流スペクトルは以下の規則性(表3参照)に基づいてキャリア周波数の側帯波が発生する(図8、図9参照)。
That is, a sideband of a carrier frequency is generated in the current spectrum based on the following regularity (see Table 3) (see FIGS. 8 and 9).

また、振動スペクトルは以下の規則性(表4、表5参照)に基づいてキャリア周波数の側帯波が発生する(図10、図11参照)。
In addition, sidebands of carrier frequencies are generated in the vibration spectrum based on the following regularity (see Tables 4 and 5) (see FIGS. 10 and 11).

<インバータノイズカット試験>
図12に商用電源60Hzで駆動した(インバータ駆動ではない場合)の試験装置モータ軸受部の振動加速度スペクトルを示す(FFT12800ライン)。また、図13に同じモータでキャリア周波数2kHz、同じく変調信号周波数60Hzの場合の加速度スペクトルを示す。全く異なったスペクトルとなり、ほとんどインバータノイズが占めていることがわかる。
<Inverter noise cut test>
FIG. 12 shows the vibration acceleration spectrum of the test apparatus motor bearing portion driven at a commercial power supply of 60 Hz (when not driven by an inverter) (FFT12800 line). FIG. 13 shows an acceleration spectrum when the same motor is used and the carrier frequency is 2 kHz and the modulation signal frequency is 60 Hz. It can be seen that the spectrum is completely different, and almost all inverter noise is occupied.

図14に上記方式でノイズ周波数を計算し、カットしたスペクトルと図12で示した商用電源時のスペクトルの比較を示す。つまり、キャリア周波数2000Hzと変調信号60Hzから数式(4)、数式(5)を用いて算出したノイズ周波数の振幅を0としたスペクトルである。多少、高周波数領域に残るもののノイズ周波数の多くがカット出来ていることがわかる。   FIG. 14 shows a comparison between the spectrum obtained by calculating the noise frequency by the above-described method and the spectrum at the commercial power source shown in FIG. That is, it is a spectrum in which the amplitude of the noise frequency calculated from the carrier frequency 2000 Hz and the modulation signal 60 Hz using the formulas (4) and (5) is zero. It can be seen that most of the noise frequency can be cut although it remains in the high frequency region.

また、モータ軸受の外輪に幅0.3mmのスリットきずを付加した時のインバータノイズカット後のスペクトルと商用電源時のスペクトルの比較を図15に示す。軸受きずの時もインバータノイズがカットされ、商用電源時と変わらないスペクトルが得られている。図16に示すようにインバータノイズが除去されていることがわかる。   FIG. 15 shows a comparison between the spectrum after the inverter noise cut when a slit flaw having a width of 0.3 mm is added to the outer ring of the motor bearing and the spectrum at the commercial power source. Inverter noise is cut even when there is a bearing flaw, and a spectrum that is the same as that at the time of commercial power is obtained. It can be seen that the inverter noise is removed as shown in FIG.

次に、図15で得たノイズ除去された加速度スペクトルを逆フーリエ変換して加速度波形に戻し、エンベロープ処理を行って再度フーリエ変換したエンベロープスペクトルを図17に示す。数式(6)で示す外輪きず周波数foutおよびその高調波が明確に発生していることがわかる。つまり、商用電源時と同じ結果が得られている(図18参照)。 Next, FIG. 17 shows an envelope spectrum obtained by performing inverse Fourier transform on the acceleration spectrum from which noise is obtained in FIG. 15 to return to an acceleration waveform, performing envelope processing, and Fourier transform again. It can be seen that the outer ring flaw frequency f out and its harmonics shown in Equation (6) are clearly generated. That is, the same result as in the commercial power supply is obtained (see FIG. 18).

正常軸受をノイズカットした場合のエンベロープスペクトルを図19に示す。少々残っていたインバータノイズ成分の影響で120Hz(変調信号周波数60Hzの2倍)の高次成分が低いレベルで発生していることがわかる。なお、図20は、インバータ駆動ではない場合として商用電源を表示した場合におけるエンベロープスペクトル(正常軸受の場合)を示す図である。   An envelope spectrum when noise is cut from a normal bearing is shown in FIG. It can be seen that a high-order component of 120 Hz (twice the modulation signal frequency of 60 Hz) is generated at a low level due to the effect of the inverter noise component that remained a little. FIG. 20 is a diagram showing an envelope spectrum (in the case of a normal bearing) when a commercial power source is displayed as a case where the inverter is not driven.

<診断システムの概要と、診断システムにおけるノイズ除去のフロー>
ここで、上述した診断処理ないし機能を実現する診断システム100の一例を図21に示し、併せて、該診断システム100におけるノイズ除去のフローを図22Aに示して説明する。診断システム100は、振動センサ10、プリアンプ20、コンピュータ30を含む。
<Overview of diagnosis system and noise removal flow in diagnosis system>
Here, an example of the diagnostic system 100 that realizes the above-described diagnostic processing or function is shown in FIG. 21, and a flow of noise removal in the diagnostic system 100 is also described with reference to FIG. 22A. The diagnostic system 100 includes a vibration sensor 10, a preamplifier 20, and a computer 30.

振動センサ(一例として、圧電型加速度センサ)10は、モータ軸受等(以下、単に軸受という場合がある)における振動を検出し、検出信号(ノイズを含む加速度波形)を振動データとして出力する。プリアンプ20は、振動センサ10の検出信号を増幅し、コンピュータ30に送信する。   A vibration sensor (for example, a piezoelectric acceleration sensor) 10 detects vibration in a motor bearing or the like (hereinafter sometimes simply referred to as a bearing) and outputs a detection signal (an acceleration waveform including noise) as vibration data. The preamplifier 20 amplifies the detection signal of the vibration sensor 10 and transmits it to the computer 30.

コンピュータ30は、設備診断ソフトを有しており、振動センサ10が検出し送信した振動データの各種処理、判定とその結果の出力を行う。本実施形態のコンピュータ30は、フィルタ部32、アンプ部34、FFT部36等の各部としての機能を有し、以下のような各処理を実行する(図21参照)。   The computer 30 has equipment diagnosis software, and performs various processes and determinations of vibration data detected and transmitted by the vibration sensor 10 and outputs the results. The computer 30 of this embodiment has functions as each unit such as a filter unit 32, an amplifier unit 34, and an FFT unit 36, and executes the following processes (see FIG. 21).

フィルタ部32は、プリアンプ20によって増幅された振動データをフィルタリングする。アンプ部34は、フィルタリングされたデータを増幅する。FFT部36は、増幅されたデータを高速フーリエ変換する。   The filter unit 32 filters the vibration data amplified by the preamplifier 20. The amplifier unit 34 amplifies the filtered data. The FFT unit 36 performs fast Fourier transform on the amplified data.

また、コンピュータ30は、キャリア周波数fbと、変調信号周波数fsとを入力し(図22AのステップSP1)、ノイズ周波数を自動計算する。すなわち、
(2n−1)*fb±2mfs
2n*fb±(2p−1)fs
(ただし、n,m:1,2,3,・・・であり、p:1,3,4,・・・)を算出し(ステップSP2)、次に、電流のキャリア周波数fbの各側波帯の周波数成分をfH(n)として、前記誘導電動機が発生するトルクの周波数
|fs±fH(n)|
を算出する(ステップSP3)。
Further, the computer 30 inputs the carrier frequency fb and the modulation signal frequency f s (step SP1 in FIG. 22A), and automatically calculates the noise frequency. That is,
(2n-1) * f b ± 2 mf s
2n * f b ± (2p−1) f s
(Where n, m: 1, 2, 3,..., P: 1, 3, 4,...) Are calculated (step SP2), and then each side of the current carrier frequency fb The frequency component of the wave band is f H (n), and the frequency of the torque generated by the induction motor | f s ± f H (n) |
Is calculated (step SP3).

ちなみに、n=1時はキャリア周波数の1倍成分、m=1は1個目の側帯波を示す。したがって、n,mを含む上述の2つの式の上側(上式)においては、キャリア周波数の奇数倍時に変調信号周波数の偶数倍の側帯波が発生し、下式においてはキャリア周波数の偶数倍時に変調信号周波数の奇数倍の側帯波が発生する。但し、3倍の側帯波は発生しない(三相なのでそれぞれで打ち消し合うため)。よって、pの値は1,3,4・・・となる。   By the way, when n = 1, the carrier frequency is 1 time component, and m = 1 is the first sideband. Therefore, in the upper side (upper formula) of the above two formulas including n and m, a sideband wave of an even multiple of the modulation signal frequency is generated when the carrier frequency is an odd multiple, and in the lower formula, when the carrier frequency is an even multiple of the carrier frequency. A sideband wave having an odd multiple of the modulation signal frequency is generated. However, triple sidebands are not generated (because they cancel each other out because they are three phases). Therefore, the value of p is 1, 3, 4,.

さらに、コンピュータ30は、この計算結果と、高速フーリエ変換されたデータとから、ノイズ周波数カット処理をする。具体的には、算出した |fs±fH(n)| のレベル(振幅値)を0とすることによって(ステップSP4)、電流のスペクトルに発生しているノイズ成分を除去する(ノイズ周波数カット処理)。なお、これは、当該算出した|fs±fH(n)| のレベル(振幅値)を、電流のキャリア周波数fbの両側(前後)に位置する高い周波数のスペクトルおよび低い周波数のスペクトルのそれぞれの振幅値の平均値で置換することに相当する(図22B、図22C参照)。上記のノイズ周波数カット処理後、コンピュータ30は、該処理後のデータ(ノイズ除去後の加速度スペクトル)を出力する。 Further, the computer 30 performs a noise frequency cut process from the calculation result and the data subjected to the fast Fourier transform. Specifically, by setting the calculated level (amplitude value) of | f s ± f H (n) | to 0 (step SP4), noise components generated in the current spectrum are removed (noise frequency). Cut processing). This is because the level (amplitude value) of the calculated | f s ± f H (n) | is calculated based on the high frequency spectrum and the low frequency spectrum located on both sides (front and rear) of the current carrier frequency f b . This corresponds to replacement with the average value of each amplitude value (see FIGS. 22B and 22C). After the noise frequency cut processing, the computer 30 outputs data after the processing (acceleration spectrum after noise removal).

併せて、コンピュータ30は、該処理後のデータ(ノイズ除去後の加速度スペクトル)を逆フーリエ変換し、簡易診断する場合は、変換後のデータ(ノイズ除去後の加速度波形)のO/A値(オーバーオール値:FFT分析された各周波数のパワースペクトル(Y軸値)の積和)を算出し(ステップSP6、SP7)、算出後のデータ(ノイズ除去後の加速度値)を出力する(ステップSP10)。この診断システム100によれば、この加速度値の傾向管理(トレンド管理)を行うことで状態監視を行うことができる。なお、O/A値の代わりとして、RMS値(実効値)、平均値を算出することもできる。   At the same time, the computer 30 performs inverse Fourier transform on the processed data (acceleration spectrum after noise removal), and in the case of simple diagnosis, the O / A value of the converted data (acceleration waveform after noise removal) ( Overall value: product sum of power spectrum (Y-axis value) of each frequency subjected to FFT analysis is calculated (steps SP6 and SP7), and the calculated data (acceleration value after noise removal) is output (step SP10). . According to the diagnostic system 100, state monitoring can be performed by performing trend management of the acceleration value (trend management). In place of the O / A value, an RMS value (effective value) and an average value can also be calculated.

また、コンピュータ30は、精密診断する場合は、逆フーリエ変換後のデータ(ノイズ除去後の加速度波形)に包絡線処理(エンベロープ処理)し(ステップSP6、SP8)、さらに高速フーリエ変換する(ステップSP9)。さらに、コンピュータ30は、軸受の回転周波数から、当該軸受のきず周波数(転がり軸受等にきずがあることに起因して生じる周波数)を自動計算する。コンピュータ30は、この自動計算後のデータと、高速フーリエ変換後のデータ(加速度エンベロープスペクトル)とから、軸受の異常種類を自動判定して弁別し、判定後のデータ(異常種類、対策)を出力する(SP10)。異常種類には、軸受きず(外輪、内輪、転動体、保持器)、軸受潤滑不良(油ぎれ、異物混入)、軸受はめあいガタなどがある。また、対策としては、軸受の各種状態に対応した判定の内容(表1参照)を表示すること等がある。   Further, in the case of precise diagnosis, the computer 30 performs envelope processing (envelope processing) on the data after inverse Fourier transform (acceleration waveform after noise removal) (step SP6, SP8), and further performs fast Fourier transform (step SP9). ). Further, the computer 30 automatically calculates a flaw frequency of the bearing (a frequency generated due to a flaw in the rolling bearing or the like) from the rotation frequency of the bearing. The computer 30 automatically determines and discriminates the bearing abnormality type from the data after the automatic calculation and the data after the fast Fourier transform (acceleration envelope spectrum), and outputs the data after the determination (abnormality type and countermeasure). (SP10). Abnormal types include bearing flaws (outer rings, inner rings, rolling elements, cages), poor bearing lubrication (oil leaks and foreign matter), and bearing fit backlash. Moreover, as a countermeasure, there is a display of the contents of determination corresponding to various states of the bearing (see Table 1).

以上、ここまで説明した本実施形態の異常診断方法では、振動測定前に把握しているキャリア周波数と変調信号周波数の値からノイズ発生周波数が算出できることで、その周波数をスペクトルからカットして(またはカット周波数の両側のスペクトルレベル平均値で置換して)ノイズが含まれていないスペクトルを求め、そのスペクトルから逆フーリエ変換して加速度波形を求め、ノイズの含まれていない振動加速度値レベルを求めることができる。また、この加速度波形をエンベロープ変換したスペクトルから2fs(変調信号周波数の2倍)およびその高調波が発生しないエンベロープスペクトルを用いて精度の高い異常診断を実行することを実現した。 As described above, in the abnormality diagnosis method of the present embodiment described so far, the noise generation frequency can be calculated from the values of the carrier frequency and the modulation signal frequency grasped before the vibration measurement, so that the frequency is cut from the spectrum (or Obtain a spectrum that does not contain noise (by replacing the spectrum level average value on both sides of the cut frequency), and obtain an acceleration waveform by performing inverse Fourier transform from that spectrum, and obtain a vibration acceleration value level that does not contain noise. Can do. In addition, it is possible to perform highly accurate abnormality diagnosis using 2 f s (twice the modulation signal frequency) and an envelope spectrum that does not generate harmonics from the spectrum obtained by envelope conversion of the acceleration waveform.

<比較例>
従来の異常診断では、振動変位、振動速度値を求める際、加速度波形(フィルタリングし、アンプで増幅したもの)を積分回路に通してレベルを求め、そのレベル(振動加速度値)による傾向管理が行われていた(図26参照)。そこでは、振動や音のトルク周波数と、加速度診断手法との関係は知見されていなかった。
<Comparative example>
In conventional abnormality diagnosis, when obtaining vibration displacement and vibration speed values, the acceleration waveform (filtered and amplified by an amplifier) is passed through an integration circuit to obtain the level, and trend management based on that level (vibration acceleration value) is performed. (See FIG. 26). There, the relationship between vibration and sound torque frequencies and acceleration diagnostic techniques has not been found.

本発明は、インバータ、該インバータによって制御される誘導電動機、該誘導電動機によって駆動される回転機器、および該回転機器を含む設備を診断する場合に適用して好適である。   The present invention is suitable for application when diagnosing an inverter, an induction motor controlled by the inverter, a rotating device driven by the induction motor, and equipment including the rotating device.

10…振動センサ
20…プリアンプ
30…コンピュータ
100…診断システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Vibration sensor 20 ... Preamplifier 30 ... Computer 100 ... Diagnostic system

Claims (2)

インバータ、該インバータによって制御される誘導電動機、該誘導電動機によって駆動される回転機器を含む設備を動作時に生じるノイズを除去する方法であって、
前記インバータによって誘導電動機への入力信号を変調する際のキャリア周波数fbと、変調信号周波数fsによって、基本成分以外の主要な周波数成分を
(2n−1)*fb±2mfs
2n*fb±(2p−1)fs
(ただし、n,m:1,2,3,・・・であり、p:2,3,4)
で表したうえで、前記キャリア周波数fbの各側波帯の周波数成分をfH(n)として、前記誘導電動機が発生するトルクの周波数
|fs±fH(n)|
を算出し、
該算出したトルクの周波数が振動周波数に一致または対応する関係にあることに基づき、
前記算出したトルク周波数に該当する振動スペクトルの振幅値を、当該振動周波数の前後の高い周波数および低い周波数のそれぞれの振幅値の平均値で置換することによって、前記振動のスペクトルに発生しているノイズ成分を除去し、
前記ノイズ成分を除去した前記スペクトルを逆フーリエ変換し、前記誘導電動機で採取された振動加速度波形をノイズ成分が除去された形で求めることを特徴とする、インバータノイズ除去方法。
An inverter, an induction motor controlled by the inverter, and a method for removing noise generated during operation of equipment including a rotating device driven by the induction motor,
Based on the carrier frequency f b when modulating the input signal to the induction motor by the inverter and the modulation signal frequency f s , main frequency components other than the basic component are (2n−1) * f b ± 2 mf s
2n * f b ± (2p−1) f s
(However, n, m: 1,2,3, ..., p: 2,3,4)
After having expressed in the frequency components of each sideband before crisis Yaria frequency f b as f H (n), the frequency of the torque induction motor occurs | f s ± f H (n ) |
To calculate
Based on the relationship that the calculated frequency of the torque matches or corresponds to the vibration frequency,
Noise generated in the vibration spectrum by replacing the amplitude value of the vibration spectrum corresponding to the calculated torque frequency with the average value of the amplitude values of the high and low frequencies before and after the vibration frequency. Remove the ingredients,
An inverter noise removal method, wherein the spectrum obtained by removing the noise component is subjected to inverse Fourier transform, and a vibration acceleration waveform collected by the induction motor is obtained in a form from which the noise component is removed.
インバータ、該インバータによって制御される誘導電動機、該誘導電動機によって駆動される回転機器を含む設備を診断する方法であって、
請求項1に記載のインバータノイズ除去方法を含む、インバータを含む設備の診断方法。
An inverter, an induction motor controlled by the inverter, and a method for diagnosing equipment including a rotating device driven by the induction motor,
An inverter noise removing method according to claim 1, the diagnostic method of the equipment including the inverter.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019082277A1 (en) * 2017-10-24 2019-05-02 三菱電機株式会社 Anomaly assessment device, anomaly assessment method, and anomaly assessment system
JP6420885B1 (en) * 2017-11-29 2018-11-07 Jfeアドバンテック株式会社 Method for removing electromagnetic vibration component, diagnostic method for rotating machine, and diagnostic device for rotating machine
JP2020085603A (en) * 2018-11-21 2020-06-04 東芝産業機器システム株式会社 Method for measuring specific frequency
JP7444556B2 (en) * 2019-07-23 2024-03-06 株式会社神戸製鋼所 Misalignment determination device, misalignment determination method, and rotating machine system
CN115885469A (en) * 2020-06-29 2023-03-31 三菱电机株式会社 Abnormality diagnosis device, power conversion device, and abnormality diagnosis method
CN117157515A (en) * 2021-04-22 2023-12-01 三菱电机株式会社 Abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5839274A (en) * 1981-08-31 1983-03-07 Toyo Electric Mfg Co Ltd Generation system of gate signal
JPH03291539A (en) * 1990-04-09 1991-12-20 Toshiba Corp Detecting method for abnormality of roller bearing of electric motor
WO2002037067A1 (en) * 2000-11-06 2002-05-10 Nsk Ltd. Abnormality diagnosing device and method for mechanical equipment
JP3829924B2 (en) * 2001-10-23 2006-10-04 日本精工株式会社 Evaluation device
JP5565120B2 (en) * 2010-06-09 2014-08-06 富士電機株式会社 High-frequency electromagnetic vibration component removal method and high-frequency electromagnetic vibration component removal device, rolling bearing diagnosis method and bearing diagnosis device for a rotating machine
JP5738711B2 (en) * 2011-07-29 2015-06-24 株式会社東芝 Rotating machine state monitoring device, rotating machine state monitoring method, and rotating machine state monitoring program
JP6105356B2 (en) * 2013-03-29 2017-03-29 日本信号株式会社 Train control device

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