JP7361881B2 - 電動機の診断装置 - Google Patents
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Description
以下、実施の形態1について図1から図8を用いて説明する。
<電動機の診断装置の構成>
図1は、閉鎖型配電盤などのコントロールセンタに用いられ、電動機の異常の有無を診断する電動機の診断装置の概略構成図を示している。
診断装置100には定格情報設定部10が設けられており、電動機5の電源周波数、定格出力、定格電流、極数、定格回転数等の定格情報があらかじめ入力される。定格情報設定部10から入力されたこれらの定格情報は、定格情報記録部9に保存され、必要に応じて演算処理部8に送られて演算処理に用いられる。
さらに、接触器駆動部12では、電磁接触器3を開閉する制御信号を出力し、出力部13は異常状態及び警報等を生産ラインの管理部門等へ出力する。通信部14はパーソナルコンピュータ等からなる外部の監視装置200へ、有線又は無線のネットワーク等を介して送信する。
図2は、この診断装置100の演算処理部8のブロック図であり、電流入力部7から入力された電流値データを用いて電動機5の診断を実施する演算処理部8の構成が示されている。
ここでは、演算処理部8を構成する各部分について、それぞれの役割及び機能等を説明するものであり、電動機5の異常を診断するための演算及び判定等の手順については図6及び図7に示したフロー図を用いて後述する。
正規化電流=
((計測電流-無負荷電流)/(定格電流-無負荷電流))×100
・・・(1)
そこで、無負荷電流との差に基づいて計測電流を正規化し、評価に用いた。
正規化電流を用いることで、電動機5の状態に対応した計測電流の変化を強調して表すことができる。
正規化電流算出部110において電流値データから算出された正規化電流値(図3中の黒三角)から、正規化電流-負荷率曲線上を矢印で示したように外挿して対応する負荷率(×)を求める。なお、本実施の形態1において用いた負荷率とは、電動機5の定格の負荷トルクに対する駆動時の負荷トルクの比率を示すものである。
この補正値は、診断時前に一定期間、電動機5の電流値データについてFFT解析を実施し、解析結果を蓄積、学習することで得られる。
補正値は、電流値データを取得した際の負荷率と組み合わせた形式で、データベースとして補正値データ記録部113に記録されている。
本実施の形態1の電動機5の診断を実施する前に、通常動作時の電動機5の電流値データについて、一定期間FFT解析を繰り返して実施し、解析結果である複数のパワースペクトルデータを蓄積する。これらのパワースペクトルデータは、電動機5の使用状況により負荷率が各々異なるため、図4Aに示すように、最も高頻度で現れるパワースペクトルデータを基準値として、電動機5が高負荷率の場合と低負荷率の場合ではパワースペクトルデータが変化する。
この補正値と、対応するパワースペクトルデータ発生時の電動機5の負荷率を組み合わせデータベースとして記録する。診断時の電流値データから正規化電流-負荷率曲線を経て得た負荷率に基づき、適当な補正値を選択することができ、パワースペクトルデータの解析の精度を向上させることができる。
電流変動演算部114では、電流値データの統計的な変動の解析を実行する。例えば、電流値データの標準偏差及びマハラノビス距離等の演算により変動の解析を行う。
一般に電動機5の負荷トルクが変動するとき電流値データに変動が生じる。このような電流値データを用いてFFT解析を実施すると電源周波数を中心とする周波数区間の電流信号強度が増加し、ピーク検出が困難となる。そこで、FFT解析区間判定部115を設けて、安定状態にある区間を抽出してFFT解析に用いることでピーク検出を容易にすることができる。
ピーク検出演算部117では、パワースペクトルデータから、電源周波数によるピーク及び電動機5の回転周波数によるピーク等を検出する。ピークの検出は、1次、2次及び3次の微分計算により急峻な傾きが反転する部分を抽出することで行う。微分計算を3次まで行うことにより、より小さな電流信号強度のピーク検出が可能となる。
定格情報記録部9に保存された定格回転数から回転周波数を求め、電源周波数から高周波数側及び低周波数側の両側へ回転周波数分だけ離れ、電流信号強度が同程度のピークを抽出する。
電動機5は負荷トルクの状況に応じて回転数にずれが生じるため、回転周波数に起因するピークにはずれが生じる場合がある。回転周波数帯判定部118ではこのずれを考慮した周波数帯内にピーク位置を包含する回転周波数帯を特定する。
周波数軸変換演算部119は、平均化演算部120を正しく実施するために必要である。
なお、本実施の形態1において補正値は、負荷率を20等分して各々に割り振った例を示したが、これに限定されるものではなく、分割数等は電動機5の診断装置100の調整及び設定において変更することができる。
なお、図5においては差分値Dよりも差分値D’を大きく描いているが、説明の都合であり、実際のデータを反映したものではない。
電動機5を診断する演算及び判定等を実施する手順について、図6及び図7のフロー図を用いて説明する。
電動機5の診断のフローは図6に示したように、ステップS101~ステップS109からなっており、そのうちステップS107で示したFFT解析については、図7に示したステップS201~ステップS208を実行することで行う。
ステップS101で電動機5の情報を定格情報設定部10から入力し、定格情報記録部9に記録する。電動機5の情報とは、電動機5の極数、定格出力、電源周波数、電圧定格等の定格情報、無負荷時及び定格時の電流値情報であり、電動機5のカタログ、テストレポート及び銘板等から入手することができる。
FFT解析結果補正値選択部112において、データベースに基づいて、ステップS105で求めた電動機5の負荷率に対応するFFT解析結果の補正値を取得する。
ステップS108では、ステップS107で実施したFFT解析結果について、ステップS106でデータベースから負荷率に対応して得た補正値を用いてFFT解析結果補正部121により補正を実施する。
ステップS201において、電流検出器4で検出した電動機5の診断の対象とする電流値データを電流入力部7に入力する。
ステップS207において、ステップS201からステップS206の操作を複数回繰り返して、FFT解析が実施され、周波数軸が変換されたパワースペクトルデータを収集する。
最後に、図6に示したフロー図のステップS108に戻り、解析結果の補正、診断を実施する。
従来の診断装置における電動機の異常診断においては、電流情報、電圧情報及び零相電流情報等の複数種類の情報を必要としていたが、本実施の形態1に示した電動機の診断装置では、電流情報のみで同程度の高い診断精度を得ることができる。そのため、電動機の診断装置の導入は従来装置と比べ容易であり、低コストでの診断装置導入も可能となる。
図に示すように、ハードウェア151は、プロセッサ152と記憶装置153から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ152は、記憶装置153から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ152にプログラムが入力される。また、プロセッサ152は、演算結果等のデータを記憶装置153の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
Claims (6)
- 電動機の電流値データを入力する電流入力部と、
前記電流値データについてFFT解析を実施してパワースペクトルデータを得るFFT解析部と、
前記電流値データから前記電動機の正規化電流を算出する正規化電流算出部と、
前記電動機の設定情報から得た前記電動機の正規化電流-負荷率曲線を用い、前記正規化電流算出部で算出した前記電動機の正規化電流に対応する前記電動機の負荷率を求める負荷率算出部と、
前記電動機にかかる前記負荷率の違いに起因する影響によって変化した診断時の前記パワースペクトルデータをパワースペクトルデータの基準値と一致するように調整した補正値を、前記負荷率と対応させてデータベースに記録した補正値データ記録部と、
前記負荷率算出部で求めた診断時の前記電動機の負荷率と前記データベースとに基づき前記補正値を選択するFFT解析結果補正値選択部と、
前記補正値により、診断時の前記パワースペクトルデータを補正するFFT解析結果補正部と、
補正された診断時の前記パワースペクトルデータと前記パワースペクトルデータの基準値について、前記電動機の電源周波数と前記電動機の回転周波数の電流信号強度の差分値を各々算出し、相互に比較して前記電動機を診断する異常診断部と、
を備えることを特徴とする電動機の診断装置。 - 前記基準値は、診断時前に一定期間繰り返して蓄積された前記電動機の通常動作時の前記電流値データをFFT解析して得た複数の前記パワースペクトルデータのうち、最も高頻度で現れる前記パワースペクトルデータであり、
前記補正値は、複数の前記パワースペクトルデータのうち、前記基準値から離れた前記パワースペクトルデータを前記基準値と一致させる調整値であることを特徴とする請求項1に記載の電動機の診断装置。 - 前記FFT解析部における前記電流値データのFFT解析において、
前記電流値データの統計的変動を評価する電流変動演算部と、
前記統計的変動が一定値以下である区間をFFT解析区間として選択するFFT解析区間判定部と、
を備える請求項1又は請求項2に記載の電動機の診断装置。 - 複数の前記パワースペクトルデータの周波数軸を各々変換し、複数の前記パワースペクトルデータの前記電動機の回転周波数に起因するピークの回転周波数帯を一致させる周波数軸変換演算部と、
前記周波数軸を各々変換した複数の前記パワースペクトルデータを平均化する平均化演算部と、
を備える請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電動機の診断装置。 - 前記電動機の負荷率は、前記電動機の定格の負荷トルクに対する前記電動機の動作時の負荷トルクの比率であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電動機の診断装置。
- 前記電動機の正規化電流は、前記電動機の定格電流と前記電動機の無負荷電流との差に対する前記電流値データと前記電動機の無負荷電流との差の比率であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電動機の診断装置。
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