JP7460465B2 - 分析装置、分析方法およびプログラム - Google Patents

分析装置、分析方法およびプログラム Download PDF

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    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation

Description

本開示は、分析装置、分析方法およびプログラムに関する。
モータ電流を用いた異常診断技術としては、特許文献１に記載のように電流波形（理想は正弦波）の振幅確率密度を理想電流（正弦波）と実測電流で比較する方法や、特許文献２に記載のように電流実効値を監視して閾値比較により異常診断を行う技術がある。
特開２０１１－２５７３６２号公報 特開２０１３－０５０２９４号公報
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の異常診断技術では、モータや補機類の異常が電流へ与える影響が、振幅確率密度や電流実効値という数値としてしか現れないため、例えば異常の有無を視覚的に理解しづらかったりする等、分析が不適切になってしまう場合があるという課題があった。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、モータや補機類の異常が電流へ与える影響を適切に分析することができる分析装置、分析方法およびプログラムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係る分析装置は、電動機に供給される三相電流をサンプリングしたデータである三相電流データを読み込む電流データ読込部と、前記三相電流データを三相交流の周期単位で切り分ける周期単位切り分け部と、前記三相電流データを二相電流データに変換する三相二相変換部と、前記二相電流データの各相を水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差を算出して誤差データとして出力する誤差算出部と、前記誤差データを前記周期単位でかつ複数の前記周期単位について処理し、処理結果を出力する処理出力部と、を備える。
本開示に係る分析方法は、電動機に供給される三相電流をサンプリングしたデータである三相電流データを読み込むステップと、前記三相電流データを三相交流の周期単位で切り分けるステップと、前記三相電流データを二相電流データに変換するステップと、前記二相電流データの各相を水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差を算出して誤差データとして出力するステップと、前記誤差データを前記周期単位でかつ複数の前記周期単位について処理し、処理結果を出力するステップと、を含む。
本開示に係るプログラムは、電動機に供給される三相電流をサンプリングしたデータである三相電流データを読み込むステップと、前記三相電流データを三相交流の周期単位で切り分けるステップと、前記三相電流データを二相電流データに変換するステップと、前記二相電流データの各相を水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差を算出して誤差データとして出力するステップと、前記誤差データを前記周期単位でかつ複数の前記周期単位について処理し、処理結果を出力するステップと、をコンピュータに実行させる。
本開示の分析装置、分析方法およびプログラムによれば、電動機（モータ）や補機類の異常が電流へ与える影響を適切に分析することができる。
本開示の実施形態に係る分析装置の構成例を示すブロック図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を示すフローチャートである。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。 本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための模式図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
（分析装置の構成）
以下、本開示の実施形態に係る分析装置、分析方法およびプログラムについて、図１～図２５を参照して説明する。図１は、本開示の実施形態に係る分析装置の構成例を示すブロック図である。図２は、本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を示すフローチャートである。図３～図１１、図２０、図２２および図２４は、本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための波形図である。図１２～図１９、図２１、および図２３は、本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための位相面である。図２５は、本開示の実施形態に係る分析装置の動作例を説明するための模式図である。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。
図１に示す本開示の実施形態に係る分析装置１は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータ、そのコンピュータの周辺装置等から構成されていて、コンピュータ、周辺装置等のハードウェアと、コンピュータが実行するプログラム等のソフトウェアとの組み合わせで構成される機能的構成として、処理部１１と、記憶部１２と、表示部１３を備える。ここで、記憶部１２は、処理部１１が使用するデータ等を記憶する。また、表示部１３は、所定の表示画面に処理部１１によって指示された文字や図形を表示する。
図１に示す分析装置１は、電源盤５から電動機３に供給される三相電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗの測定値を用いて、電動機３およびポンプ等の回転機械である補機４の異常分析や異常診断を行う。図１に示す例では、電動機３へは、電源盤５が含む商用電源等の電源５１から開閉器５２と三相電源線５３を介して三相電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗが供給される。電動機３は、例えば三相誘導電動機等の三相交流電動機であり、駆動軸３１を介して補機４に接続され、補機４を回転駆動する。また、測定装置２は、電流センサ２１を用いて三相電源線５３に流れる三相電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを測定し、所定の周期でサンプリングして三相電流データを生成し、分析装置１に対して出力する。なお、測定装置２は、三相電流データを、三相電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗのうちの２相分の測定値と、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係式から算出した残りの値から生成してもよい。なお、電動機３は、三相電源線５３から供給される三相電源で直接、駆動されるものであってもよいし、インバータやコンバータ等を介して駆動されるものであってもよい。また、測定装置２から分析装置１への三相電流データの転送は、リアルタイム処理としてもよいし、バッチ処理としてもよい。
分析装置１において処理部１１は、電流データ読込部１１１、データ補間部１１２、周期単位切り分け部１１３、位相軸正規化部１１４、電流振幅正規化部１１５、三相二相変換部１１６、位相面誤差半径算出部１１７、および処理出力部１１８を含む。また、処理出力部１１８は、位相面誤差半径拡大部１１８１、誤差拡大位相面描画部１１８２、形状ひずみ評価値算出部１１８３、半径ばらつき評価値算出部１１８４、および位相面異常度算出部１１８５を含む。
電流データ読込部１１１は、電動機３に供給される三相電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗをサンプリングしたデータである三相電流データをメインメモリ等へ読み込む。電流データ読込部１１１は、測定装置２から三相電流データを読み込んでもよいし、前もって記憶部１２に保存された三相電流データを読み込んでもよい。三相電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗの一例を図３に示す。図３は、横軸を時刻、縦軸を電流値として、三相電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗの時間変化を示す。
次に、データ補間部１１２は、電流データ読込部１１１が読み込んだ三相電流データを補間して三相電流データのサンプル数を増加させる。また、周期単位切り分け部１１３は、三相電流データを三相交流の周期単位で切り分ける。すなわち、周期単位切り分け部１１３は、電流波形を１周期毎に切り分ける処理を行う。周期単位の切り分けは、例えば、１相の電流（例えば電流Ｉｕ）の電流ゼロクロス点を探索して、同一のサンプリング番号（あるいはサンプリング時刻）で三相分すべての電流を切り分けることで行うことができる。なお、本実施形態において、「切り分け」は各周期の開始あるいは終了のサンプリングデータを特定すること、「切り出し」は切り分け処理の結果に基づき周期毎にサンプリングデータを分離して取り出すことを意味する用語として用いる。
なお、切り分けの際、電流のデータサンプリング（保存周期）が粗いと、切り分けの位置が電流ゼロクロス点に揃わなくなる場合がある。そのような場合、周期単位切り分け部１１３は、データ補間部１１２によって三相電流データをより細かいサンプリングに補間してから切り分けることができる。ただし、このデータ補間部１１２によるデータ補間処理は省略してもよい。また、データ補間部１１２によるデータ補間では、線形補間やスプライン（Ｓｐｌｉｎｅ）補間のような連続的な滑らかな補間を行うと、元データにおける電流のひずみが平滑化される恐れがあるため、形状維持区分的３次内挿法等の手法を用いることが望ましい。図４は、横軸を時刻、縦軸を電流値として、電流Ｉｕの切り分けの結果を示す。生データが未処理の状態の三相電流データ、破線が補間後１周期目の三相電流データ、鎖線が補間後２周期目の三相電流データを表す。また、図５および図６は、横軸を時刻、縦軸を電流値として、電流Ｉｕの補間の例を示す。また、図７は、横軸を時刻、縦軸を電流値として、電流Ｉｕを切り出した波形を重ね書きした例（６０周期分重ね書きした例）を示す。なお、本実施形態の説明で用いる波形図における交流周波数は６０Ｈｚである。
次に、位相軸正規化部１１４は、１周期分のサンプル数が一定値となるように三相電流データを正規化する。切り出した電流データの時間軸には、もともとの電流の周期ばらつきとゼロクロス検出のわずかな誤差が含まれる。また、電源の５０Ｈｚ／６０Ｈｚの違いもあるため、様々なデータを統一的に評価するためには横軸を正規化する必要がある。そこで、位相軸正規化部１１４は、電流波形図における横軸を時刻から０～３６０度の位相とし、決まったサンプル数となるように、データを補間する。補間手法としては、データ補間部１１２と同様の手法を用いることができる。
次に、電流振幅正規化部１１５は、電流振幅が所定値となるように三相電流データを正規化する。電流振幅正規化部１１５は、データ（測定対象）によって電流振幅が異なるため、後述する各処理を画一化できるようにするため、振幅を正規化する。例えば、電流振幅正規化部１１５は、測定対象時間分（１秒間なら６０周期分）の三相電流の平均振幅が１となるように電流振幅を正規化する。なお、相毎に正規化すると、１相だけ振幅が変化するような異常事象を捉えられなくなるため、三相全て同じ値で正規化する。
図８は、横軸を位相、縦軸を電流値として、縦軸と横軸を正規化した後の電流Ｉｕの例（６０周期分重ね書きした例）を示す。横軸の単位「ｄｅｇ．ｐｕ」は正規化した位相（度）を表し、縦軸の単位「Ａ．ｐｕ」は正規化した電流値（アンペア）を表す。
次に、三相二相変換部１１６は、Ｐａｒｋ変換またはｄｑ変換と呼ばれる以下の式（１）で三相電流データの各サンプリング値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを二相電流データＩｄ、Ｉｑに変換する。
Figure 0007460465000001
また、三相二相変換部１１６は、以下の式（２）で、Ｐａｒｋ’ｓ Ｖｅｃｔｏｒ Ｉｐを求める。このＩｐは、Ｉｄ、Ｉｑからなる位相面の円の半径を意味する。また、Ｉｐ（以下、位相面半径Ｉｐという。）は、水平成分および垂直成分をＩｄおよびＩｑとするベクトルの大きさを表す。
Figure 0007460465000002
以上から、三相電流が振幅Ｉｍで位相が１２０度ずつずれた理想正弦波の場合に、理想的なｄｑ軸電流は以下の式で表される。
Figure 0007460465000003
なお、位相面とは、複数種類のデータを２つの組み合わせに分け、縦軸と横軸に同一時刻毎のデータをプロットしたグラフ（図）である（特開２０１７－２１１８２９号公報）。本実施形態において、位相面は、二相電流データＩｄとＩｑを横軸と縦軸にとり、同一時刻のＩｄとＩｑで決まる座標をプロットしたグラフである。データにわずかな変化が生じたとき、時間応答における変化では同じような応答波形になり、見分けることが困難なケースは多いが、位相面上ではわずかな変化でも図形的に拡大できる効果があり、形状の違いから特性変化を捉えることができる。
図９は、横軸を位相、縦軸を電流値として、二相電流データＩｄおよびＩｑと位相面半径Ｉｐの例を示す。
次に、位相面誤差半径算出部１１７（誤差算出部）は、二相電流データの各相ＩｄおよびＩｑを水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差を算出して誤差データとして位相面誤差半径拡大部１１８１等へ出力する。ここで、基準データは、二相電流データの各相ＩｄおよびＩｑを水平成分および垂直成分とするベクトルに対して比較基準となるデータであって、正常時のデータである。基準データは、例えば、ベクトルの大きさ（位相面半径Ｉｐ）の理想値（計算値）に対応するものとしたり、正常時にサンプリングされた三相電流データに基づく二相電流データに対応するものとしたりすることができる。また、処理出力部１１８が含む位相面誤差半径拡大部１１８１は、位相面誤差半径算出部１１７が算出した誤差を拡大する。
例えば、位相面誤差半径算出部１１７は、三相二相変換部１１６が式（２）から算出した位相面半径Ｉｐから、Ｉｐ理想値（一定値の基準データ）を減算することで誤差を算出することができる。すなわち、位相面誤差半径算出部１１７は、算出された位相面半径Ｉｐから式（３．３）に示す振幅Ｉｍ×√６／２を減算することで、位相面半径Ｉｐと基準データ（Ｉｐ理想値）との誤差（この場合の誤差を位相面誤差半径δＩｐと呼ぶ）を算出することができる。位相面半径Ｉｐは、ＩｄおよびＩｑからなる位相面の円の半径に相当しているため、Ｉｐの理想値との誤差は、位相面での半径誤差に相当する。
さらに、位相面誤差半径拡大部１１８１は、発生した位相面変化を拡大するために、位相面誤差半径δＩｐを定数倍Ｋｍａｇして拡大することで（Ｋｍａｇは１以上）、拡大誤差半径δＩｐｍａｇを算出する。拡大誤差半径δＩｐｍａｇは、以下で算出される。
Figure 0007460465000004
なお、二相電流データの各相ＩｄおよびＩｑを水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差は、位相面誤差半径δＩｐに限らず、例えば、後述する周方向角度誤差δθとしてもよい。
次に、誤差拡大位相面描画部１１８２は、二相電流データの各相ＩｄおよびＩｑを水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差を拡大し、所定の単位円上に周期単位で重畳させる処理を複数の周期単位分行い、処理出力部１１８による処理結果の出力として、拡大した誤差を重畳させた単位円を複数の周期単位分重ねて、所定の表示部１３に描画する。誤差拡大位相面描画部１１８２は、例えば、半径１の単位円上に拡大誤差半径δＩｐｍａｇを重畳させることで、誤差拡大位相面を描画する。具体的には、以下の式で求めた「Ｉｄ成分」と「Ｉｑ成分」で決まるｄｑ平面上の点を１周期毎に複数周期分重ねて描画する。
Figure 0007460465000005
図１０～図１４を参照して、誤差拡大位相面描画部１１８２による誤差拡大位相面の描画例について説明する。図１０は、この描画例で用いる正常時のデータの例を示す。横軸は正規化された位相であり、縦軸は上の波形が位相面誤差半径δＩｐ、下の波形が周方向角度誤差δθである。位相面誤差半径δＩｐ（δｒ）は、位相面半径ＩｐのＩｐ理想値（一定値の基準データ）からの誤差であり、周方向角度誤差δθは、サンプリング時刻（サンプリング番号）から決まる位相の値（基準データ）と式（５．３）から算出される位相θとの誤差である。図１１は、この描画例で用いる異常時のデータの例を示す。図１０と同様に、横軸は正規化された位相であり、縦軸は上の波形が位相面誤差半径δＩｐ、下の波形が周方向角度誤差δθである。
図１２は、正規化をせずに、三相電流をそのまま二相変換してそのまま２軸に取ってグラフ化した位相面を示す。実線が正常時のデータであり、破線が異常時のデータである。
図１２に示す電流位相面では、正常データも異常データもほぼ円で違いがない。
図１３は、正常時の誤差拡大位相面を示す。電流を６０周期重ねているが各周期のデータはほぼ重なっている。形状はわずかに円からひずんでいる（元の電流品質や装置構成に起因するものである）。
図１４は、異常時の誤差拡大位相面を示す。電流の６０周期でのばらつきがある。形状も正常時よりもひずんでいる。
本実施形態によれば、単純に位相面を描いただけではわからないような電流の変化を、位相面上のばらつきや形状ひずみとして可視化することが可能となっている。
次に、図１５～図１８を参照して、位相面誤差半径算出部１１７が、基準データを、正常時にサンプリングされた三相電流データに基づく二相電流データに対応するものとする例について説明する。上述した例では、位相面誤差半径δＩｐを計算する際に、理想電流から計算される理想Ｉｐ（固定値）との誤差を計算したが、対象プラントの正常データを取得できていれば、正常データの平均的な二相電流データＩｄ、Ｉｑを記憶し、そこから計算される位相面半径Ｉｐを基準データとして誤差計算に用いることで、理想との差ではなく、正常との差を可視化可能となる。
図１５は、位相面半径Ｉｐの理想値を基準データとして、正常時（１）の三相電流データから求めた位相面半径Ｉｐとの誤差を拡大した位相面（誤差拡大位相面）を示す。
図１６は、正常時（１）の三相電流データに対し、正常時（１）の平均を基準データとした位相面（誤差拡大位相面）を示す。図１６の誤差拡大位相面はやや六角形状にひずんでいるが、想定される通り本図はほぼ円形となっている。
図１７は、正常時（１）とは別の正常時のデータである正常時（２）の三相電流データに対し、正常時（１）の平均を基準データとした位相面（誤差拡大位相面）を示す。図１６とほぼ同様に円形となることが想定される。
図１８は、異常データに対し、正常時（１）の平均を基準データとした位相面（誤差拡大位相面）を示す。
次に、形状ひずみ評価値算出部１１８３（ひずみ評価値算出部）は、二相電流データの各相ＩｄおよびＩｑを水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差の周期単位内のばらつきに対応する値を、形状ひずみ評価値（ひずみ評価値）として算出する。形状ひずみ評価値算出部１１８３は、例えば、周期単位内の複数点で複数の周期単位の各誤差の平均値を求め、各平均値の標準偏差に対応する値を、形状ひずみ評価値として算出する。
次に、半径ばらつき評価値算出部１１８４（ばらつき評価値算出部）は、二相電流データの各相ＩｄおよびＩｑを水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差の複数の周期単位間のばらつきに対応する値を、半径ばらつき評価値（ばらつき評価値）として算出する。半径ばらつき評価値算出部１１８４は、例えば、周期単位内の複数点で複数の周期単位の各誤差の標準偏差を求め、各標準偏差の平均値に対応する値を、半径ばらつき評価値として算出する。
次に、位相面異常度算出部１１８５（異常度算出部）は、形状ひずみ評価値と半径ばらつき評価値に基づいて異常の度合いを表す位相面異常度（異常度）を算出し、処理出力部１１８の処理結果として位相面異常度または位相面異常度と所定の閾値とを比較した判定結果の少なくとも一方を出力する。位相面異常度算出部１１８５は、例えば、形状ひずみ評価値に第１重み係数を乗じた値と半径ばらつき評価値に第２重み係数を乗じた値とを加算した値を位相面異常度として算出する。
本実施形態において、異常時に発生する誤差拡大位相面における変化は、大きく分けて、（１）形状のひずみが大きくなるパターン（図１９）と、（２）半径のばらつきが大きくなるパターン（図２１）と、（３）（１）と（２）の併合パターン（ひずみの角度ずれ）（図２３）とに分類することができる。
図１９は、異常時（１）の三相電流データに対し、正常時（１）の平均を基準データとした位相面（誤差拡大位相面）を示す。また、図２０は、横軸に正規化された位相をとり、縦軸に位相面誤差半径δＩｐをとり、図１９に示す異常時（１）のデータを示す。
図２１は、異常時（２）の三相電流データに対し、正常時（１）の平均を基準データとした位相面（誤差拡大位相面）を示す。また、図２２は、横軸に正規化された位相をとり、縦軸に位相面誤差半径δＩｐをとり、図２１に示す異常時（２）のデータを示す。
図２３は、異常時（３）の三相電流データに対し、正常時（１）の平均を基準データとした位相面（誤差拡大位相面）を示す。また、図２４は、横軸に正規化された位相をとり、縦軸に位相面誤差半径δＩｐをとり、図２３に示す異常時（３）のデータを示す。
また、位相面誤差半径δＩｐに着目すると、「１」周期による変化はないが位相面誤差半径δＩｐの振れがある場合、「２」位相面誤差半径δＩｐのオフセットが変化する場合、「３」「１」と「２」の併合のパターンがある。
「１」は、横軸の各位相で平均値を計算したときに、３６０度の間でばらつきがある。「２」は、横軸の各位相で標準偏差を計算したときに、それが平均的に大きい。
このため、本実施形態では、形状ひずみの評価については、位相面誤差半径δＩｐの各位相での平均値の１周期標準偏差を形状ひずみ評価値として評価する。また、半径ばらつきの評価については、位相面誤差半径δＩｐの各位相での標準偏差の１周期平均を半径ばらつき評価値として評価する。また、これを組み合わせて、重み係数Ｋ１、Ｋ２（第１重み係数、第２重み係数）とし、以下の式で異常度を定義する。
Figure 0007460465000006
なお、形状ひずみ評価値は、図２５に示す例では、各位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４で、各点ｄ１１とｄ２１の平均、各点ｄ１２とｄ２２の平均、各点ｄ１３とｄ２３の平均、および各点ｄ１４とｄ２４の平均を計算し、１周期（０～３６０度）で求めた平均値の標準偏差を、形状ひずみ評価値とすることができる。なお、図２５は、横軸に正規化された位相をとり、縦軸に位相面誤差半径δＩｐをとり、２周期分の位相面誤差半径δＩｐをデータＩｐ１およびデータＩｐ２として示す。
また、半径ばらつき評価値は、図２５に示す例では、各位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４で、各点ｄ１１とｄ２１の標準偏差、各点ｄ１２とｄ２２の標準偏差、各点ｄ１３とｄ２３の標準偏差、および各点ｄ１４とｄ２４の標準偏差を計算し、１周期（０～３６０度）で求めた平均値を半径ばらつき評価値とすることができる。
また、重み係数Ｋ１およびＫ２の値は、例えば次のようにして決定することができる。すなわち、例えば、異常データを溜めて、そこから人手で決定してもよい。ひずみとばらつきが分かれているため、電源品質が悪いことがわかっている場合で形状がひずむことがわかっている場合にはＫ１を小さくしておくことができる（逆も可）。また、理想電流基準の場合はひずみの評価をせずにＫ１を小さくし、正常データがたまったらひずみの評価を開始するためにＫ１を大きくする、といった使い方が可能である。これにより、測定初回時に電源品質等による形状ひずみの発生による異常警告発報を回避することができる。また、異常データを供試データとして、強化学習によりＫ１、Ｋ２の最適解を探索してもよい。例えば、正常とわかっているデータ１０個、異常とわかっているデータ３０個がある場合に、それぞれの形状ひずみ評価値、半径ばらつき評価値が計算される。そこで、異常データを異常と判別し、正常データを正常と判別するように、Ｋ１、Ｋ２の重みを自動的に探索させる。
なお、その他の異常度として、位相面誤差半径δＩｐのばらつきだけでなく、図１０等を参照して説明した周方向角度誤差δθを含めてもよい。また、円の面積に基づいて算出してもよい。
（分析装置の動作例）
次に、図２を参照して、図１に示す分析装置１の動作例について説明する。図２に示す処理は、例えば操作者の所定の指示操作に応じて開始される。図２に示す処理では、まず、電流データ読込部１１１が、三相電流データの読込を行う（ステップＳ１１）。次に、データ補間部１１２と周期単位切り分け部１１３が、三相電流データの補間と周期毎の切り分けを行う（ステップＳ１２）。次に、位相軸正規化部１１４が、三相電流データの横軸を位相にして正規化する（ステップＳ１３）。次に、電流振幅正規化部１１５が、三相電流データの電流振幅を正規化する（ステップＳ１４）。次に、三相二相変換部１１６が、三相電流データを二相電流データに変換する（ステップＳ１５）。次に、位相面誤差半径算出部１１７が位相面誤差半径を算出し、位相面誤差半径拡大部１１８１が誤差半径を拡大する（ステップＳ１６）。次に、誤差拡大位相面描画部１１８２が、誤差拡大位相面を描画する（ステップＳ１７）。次に、形状ひずみ評価値算出部１１８３が形状ひずみ評価値を算出する（ステップＳ１８）。次に、半径ばらつき評価値算出部１１８４が、半径ばらつき評価値を算出する（ステップＳ１９）。次に、位相面異常度算出部１１８５が、位相面異常度を算出し（ステップＳ２０）、例えば算出した位相面異常度と所定の閾値と比較することで、位相面異常度を評価し（ステップＳ２１）、閾値との比較結果や位相面異常度を評価結果として例えば表示部１３に表示することで出力する（ステップＳ２２）。
（作用・効果）
以上のように本実施形態によれば、電動機３の三相電流を用いて位相面を描き、そこから異常診断を行うことができる。三相電流は１２０度ずつ位相がずれているため、その内の二相で単純に位相面を描くと、斜めの楕円となる。そこで、本実施形態では、三相電流を二相電流へ変換する処理を行う。また、理想電流との誤差を計算し、拡大することで、異常による位相面の変化を拡大する。また、位相面の特徴から、位相面の形状ひずみ・半径ばらつきを特徴量として定量化し、その線形和として異常度を定義し、異常診断へ適用可能とする。
すなわち、本実施形態によれば、電動機３や補機４類の異常による電流のわずかな変化を可視化可能となる。いいかえれば、本実施形態によれば、電動機や補機類の異常が電流へ与える影響を適切に分析することができる。また、可視化により、異常だけでなく、正常状態の正常具合も可視化できる（元の電源品質がきれいな正弦波になっていない等）。また、位相面の変化である、形状のひずみ、半径のばらつきを定量化して異常度と定義し異常診断に活用できる。すなわち、交流周期内のばらつきや複数の交流周期間のばらつきを定量的にとらえることができる。
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
〈コンピュータ構成〉
図２６は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ９０は、プロセッサ９１、メインメモリ９２、ストレージ９３、インタフェース９４を備える。
上述の診断装置１は、コンピュータ９０に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９３に記憶されている。プロセッサ９１は、プログラムをストレージ９３から読み出してメインメモリ９２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ９２に確保する。
プログラムは、コンピュータ９０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。
ストレージ９３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ９３は、コンピュータ９０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９４または通信回線を介してコンピュータ９０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９０が当該プログラムをメインメモリ９２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９３は、一時的でない有形の記憶媒体である。
＜付記＞
上記実施形態に記載の分析装置１は、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る分析装置１は、電動機３に供給される三相電流をサンプリングしたデータである三相電流データを読み込む電流データ読込部１１１と、前記三相電流データを三相交流の周期単位で切り分ける周期単位切り分け部１１３と、前記三相電流データを二相電流データに変換する三相二相変換部１１６と、前記二相電流データの各相を水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差（位相面誤差半径δＩｐ、周方向角度誤差δθ）を算出して誤差データとして出力する誤差算出部（位相面誤差半径算出部１１７）と、前記誤差データを前記周期単位でかつ複数の前記周期単位について処理し、処理結果を出力する処理出力部１１８と、を備える。この態様および以下の態様によれば、電動機や補機類の異常が電流へ与える影響を適切に分析することができる。
（２）第２の態様に係る分析装置１は、（１）の分析装置１であって、前記処理出力部１１８は、前記誤差を拡大し、所定の単位円上に前記周期単位で重畳させる処理を複数の前記周期単位分行い、前記処理結果の出力として、拡大した前記誤差を重畳させた前記単位円を複数の前記周期単位分重ねて、所定の表示部１３に描画する。この構成によれば、電動機や補機類の異常による電流のわずかな変化を可視化することができる。
（３）第３の態様に係る分析装置１は、（１）または（２）の分析装置１であって、前記処理出力部１１８は、ひずみ評価値算出部（形状ひずみ評価値算出部１１８３）と、ばらつき評価値算出部（半径ばらつき評価値算出部１１８４）と、異常度算出部（位相面異常度算出部１１８５）とを有し、前記ひずみ評価値算出部が、前記誤差の前記周期単位内のばらつきに対応する値を、ひずみ評価値（形状ひずみ評価値）として算出し、前記ばらつき評価値算出部が、前記誤差の複数の前記周期単位間のばらつきに対応する値を、ばらつき評価値（半径ばらつき評価値）として算出し、前記異常度算出部が、前記ひずみ評価値と前記ばらつき評価値に基づいて異常の度合いを表す異常度（位相面異常度）を算出し、前記処理結果として前記異常度または前記異常度と所定の閾値とを比較した判定結果の少なくとも一方を出力する。この構成によれば、位相面の変化である、形状ひずみおよび半径ばらつきを定量化して異常度と定義し異常診断に活用することができる。
（４）第４の態様に係る分析装置１は、（１）～（３）の分析装置１であって、前記基準データは、前記ベクトルの大きさの理想値に対応し、前記誤差算出部は、前記ベクトルの大きさと前記基準データとの差を前記誤差として算出する。
（５）第５の態様に係る分析装置１は、（１）～（３）の分析装置１であって、前記基準データは、正常時にサンプリングされた前記三相電流データに基づく前記二相電流データに対応し、前記誤差算出部は、前記ベクトルと前記基準データとを前記周期単位で比較することで前記誤差を算出する。
（６）第６の態様に係る分析装置１は、（１）～（５）の分析装置１であって、前記三相電流データを補間してサンプル数を増やすデータ補間部１１２をさらに備え、前記周期単位切り分け部１１３が、前記データ補間部１１２によって補間された前記三相電流データを前記三相交流の周期単位で切り分ける。
（７）第７の態様に係る分析装置１は、（１）～（６）の分析装置１であって、１周期分のサンプル数が一定値となるように前記三相電流データを正規化する位相軸正規化部１１４をさらに備え、前記三相二相変換部１１６が、前記位相軸正規化部１１４によって正規化された前記三相電流データを前記二相電流データに変換する。
（８）第８の態様に係る分析装置１は、（１）～（７）の分析装置１であって、電流振幅が所定値となるように前記三相電流データを正規化する電流振幅正規化部１１５をさらに備え、前記三相二相変換部１１６が、前記電流振幅正規化部１１５によって正規化された前記三相電流データを前記二相電流データに変換する。
（９）第９の態様に係る分析装置１は、（３）の分析装置１であって、前記ひずみ評価値算出部が、前記周期単位内の複数点で複数の前記周期単位の各前記誤差の平均値を求め、前記各平均値の標準偏差に対応する値を、前記ひずみ評価値として算出し、前記ばらつき評価値算出部が、前記周期単位内の複数点で複数の前記周期単位の各前記誤差の標準偏差を求め、前記各標準偏差の平均値に対応する値を、前記ばらつき評価値として算出し、前記異常度算出部が、前記ひずみ評価値に第１重み係数を乗じた値と前記ばらつき評価値に第２重み係数を乗じた値とを加算した値を前記異常度として算出する。
１ 分析装置
３ 電動機
４ 補機
１１ 処理部
１２ 記憶部
１３ 表示部
１１１ 電流データ読込部
１１２ データ補間部
１１３ 周期単位切り分け部
１１４ 位相軸正規化部
１１５ 電流振幅正規化部
１１６ 三相二相変換部
１１７ 位相面誤差半径算出部
１１８ 処理出力部
１１８１ 位相面誤差半径拡大部
１１８２ 誤差拡大位相面描画部
１１８３ 形状ひずみ評価値算出部
１１８４ 半径ばらつき評価値算出部
１１８５ 位相面異常度算出部

Claims (11)

  1. 電動機に供給される三相電流をサンプリングしたデータである三相電流データを読み込む電流データ読込部と、
    前記三相電流データを三相交流の周期単位で切り分ける周期単位切り分け部と、
    前記三相電流データを二相電流データに変換する三相二相変換部と、
    前記二相電流データの各相を水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差を算出して誤差データとして出力する誤差算出部と、
    前記誤差データを前記周期単位でかつ複数の前記周期単位について処理し、処理結果を出力する処理出力部と、
    を備える分析装置。
  2. 前記処理出力部は、前記誤差を拡大し、所定の単位円上に前記周期単位で重畳させる処理を複数の前記周期単位分行い、前記処理結果の出力として、拡大した前記誤差を重畳させた前記単位円を複数の前記周期単位分重ねて、所定の表示部に描画する
    請求項１に記載の分析装置。
  3. 前記処理出力部は、ひずみ評価値算出部と、ばらつき評価値算出部と、異常度算出部とを有し、
    前記ひずみ評価値算出部が、前記誤差の前記周期単位内のばらつきに対応する値を、ひずみ評価値として算出し、
    前記ばらつき評価値算出部が、前記誤差の複数の前記周期単位間のばらつきに対応する値を、ばらつき評価値として算出し、
    前記異常度算出部が、前記ひずみ評価値と前記ばらつき評価値に基づいて異常の度合いを表す異常度を算出し、前記処理結果として前記異常度または前記異常度と所定の閾値とを比較した判定結果の少なくとも一方を出力する
    請求項１または２に記載の分析装置。
  4. 前記基準データは、前記ベクトルの大きさの理想値に対応し、
    前記誤差算出部は、前記ベクトルの大きさと前記基準データとの差を前記誤差として算出する
    請求項１から３のいずれか１項に記載の分析装置。
  5. 前記基準データは、正常時にサンプリングされた前記三相電流データに基づく前記二相電流データに対応し、
    前記誤差算出部は、前記ベクトルと前記基準データとを前記周期単位で比較することで前記誤差を算出する
    請求項１から３のいずれか１項に記載の分析装置。
  6. 前記三相電流データを補間してサンプル数を増やすデータ補間部をさらに備え、
    前記周期単位切り分け部が、前記データ補間部によって補間された前記三相電流データを前記三相交流の周期単位で切り分ける
    請求項１から５のいずれか１項に記載の分析装置。
  7. １周期分のサンプル数が一定値となるように前記三相電流データを正規化する位相軸正規化部をさらに備え、
    前記三相二相変換部が、前記位相軸正規化部によって正規化された前記三相電流データを前記二相電流データに変換する
    請求項１から６のいずれか１項に記載の分析装置。
  8. 電流振幅が所定値となるように前記三相電流データを正規化する電流振幅正規化部をさらに備え、
    前記三相二相変換部が、前記電流振幅正規化部によって正規化された前記三相電流データを前記二相電流データに変換する
    請求項１から７のいずれか１項に記載の分析装置。
  9. 前記ひずみ評価値算出部が、前記周期単位内の複数点で複数の前記周期単位の各前記誤差の平均値を求め、前記各平均値の標準偏差に対応する値を、前記ひずみ評価値として算出し、
    前記ばらつき評価値算出部が、前記周期単位内の複数点で複数の前記周期単位の各前記誤差の標準偏差を求め、前記各標準偏差の平均値に対応する値を、前記ばらつき評価値として算出し、
    前記異常度算出部が、前記ひずみ評価値に第１重み係数を乗じた値と前記ばらつき評価値に第２重み係数を乗じた値とを加算した値を前記異常度として算出する
    請求項３に記載の分析装置。
  10. 電動機に供給される三相電流をサンプリングしたデータである三相電流データを読み込むステップと、
    前記三相電流データを三相交流の周期単位で切り分けるステップと、
    前記三相電流データを二相電流データに変換するステップと、
    前記二相電流データの各相を水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差を算出して誤差データとして出力するステップと、
    前記誤差データを前記周期単位でかつ複数の前記周期単位について処理し、処理結果を出力するステップと、
    を含む分析方法。
  11. 電動機に供給される三相電流をサンプリングしたデータである三相電流データを読み込むステップと、
    前記三相電流データを三相交流の周期単位で切り分けるステップと、
    前記三相電流データを二相電流データに変換するステップと、
    前記二相電流データの各相を水平成分および垂直成分とするベクトルの、基準データからの誤差を算出して誤差データとして出力するステップと、
    前記誤差データを前記周期単位でかつ複数の前記周期単位について処理し、処理結果を出力するステップと、
    をコンピュータに実行させるプログラム。
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