KR100542893B1 - 유도 전동기 이상 상태 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도 전동기 이상 상태 진단장치에 관한 것으로서,

유도 전동기(13)의 입력측에 연결되며, 입력되는 3상의 전류를 A/D 변환을 하여 디지털 데이터로 변환시킨 후, dq 변환을 통해 d축 전류 및 q축 전류로 분리시키는 dq 변환 모듈(16); 상기 dq 변환 모듈(16)에 연결되어, dq 변환으로부터 얻어진 d축 전류에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수 스펙트럼을 구하며, 구해진 상기 스펙트럼을 스펙트럼 데이터베이스 모듈(18)에 축적된 유도 전동기 고장 진단용 데이터베이스와 비교하는 스펙트럼 분석 모듈(17); 상기 스펙트럼 분석 모듈(17)에 연결되며, 상기 비교 결과에 의하여 판단된 유도 전동기의 이상 상태를 표시하고, 고장 부위를 알려주는 이상 상태 알림 모듈(19);을 포함하여 구성된다.

유도 전동기, 이상 상태 진단, dq 변환, 스펙트럼 분석

Description

유도 전동기 이상 상태 진단장치 {DIAGNOSTIC SYSTEM OF INDUCTION MOTOR}

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 유도 전동기 이상 상태 진단장치의 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11: 3상 전원 12: 전원선

13: 유도 전동기 14: 전동기 축

15: 전동기 부하 16: dq 변환 모듈

17: 스펙트럼 분석 모듈 18: 스펙트럼 데이터베이스 모듈

19: 이상 상태 알림 모듈

본 발명은 유도 전동기 이상 상태 진단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도 전동기의 고정자에 입력되는 3상의 전류를 dq 변환한 후 상수화된 d축 전류의 주파수 스펙트럼을 분석하고, 이를 기존에 축적된 이상 상태 스펙트럼 데이터베이스와 비교하여 유도 전동기의 이상 상태를 진단하는 유도 전동기 이상 상태 진 단장치에 관한 것이다.

종래에는 유도 전동기의 이상 상태를 분석하기 위해 온도, 진동 등 유도 전동기의 기계적 인자의 변화를 측정하고, 이에 의하여 이상 상태를 분석해 왔다.

이에 따라, 유도 전동기의 온도 또는 진동을 정확하게 측정하기 위해서 유도 전동기 내부 또는 외부에 별도의 온도센서 또는 진동센서가 설치되어야 하였다.

또한, 유도 전동기의 운전상태, 즉 속도나 부하량에 따라 온도나 진동값이 크게 변화하므로, 정확한 진단을 위해서는 하나의 유도 전동기에 대해 다양한 실험을 통한 데이터베이스가 구축되어야 하는 불편함이 있었다.

이와 함께, 유도 전동기의 용량 또는 종류가 바뀔 경우에는 또다시 처음부터 이에 대한 데이터베이스를 구축해 나가야 하는 불편함이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 유도 전동기가 현장에 설치되어 운전되고 있는 상태에서 유도 전동기의 입력전류만을 측정하고, 적절한 형태로의 변환을 통해 전류의 스펙트럼 분석을 수행함으로써, 온라인 상에서 유도 전동기를 진단할 수 있도록 하는 유도 전동기 이상 상태 진단장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유도 전동기(13)의 입력측에 연결되며, 입력되는 3상의 전류를 A/D 변환을 하여 디지털 데이터로 변환시킨 후, dq 변환을 통해 d축 전류 및 q축 전류로 분리시키는 dq 변환 모듈(16); 상기 dq 변환 모듈(16)에 연결되어, dq 변환으로부터 얻어진 d축 전류에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수 스펙트럼을 구하며, 구해진 상기 스펙트럼을 스펙트럼 데이터베이스 모듈(18)에 축적된 유도 전동기 고장 진단용 데이터베이스와 비교하는 스펙트럼 분석 모듈(17); 상기 스펙트럼 분석 모듈(17)에 연결되며, 상기 비교 결과에 의하여 판단된 유도 전동기의 이상 상태를 표시하고, 고장 부위를 알려주는 이상 상태 알림 모듈(19);을 포함하여 구성된다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 유도 전동기 이상 상태 진단장치의 구성도이다.

3상 전원(11)에서 전원선(12)을 거쳐 유도 전동기(13)로 전기적 입력이 들어온다. 유도 전동기(13)의 기계적 출력은 전동기 축(14)을 통해 펌프나 팬과 같은 전동기 부하(15)에 전달된다.

유도 전동기(13)의 이상 상태를 분석하기 위하여 dq 변환 모듈(16)과 이상 상태 알림 모듈(19)이 구비된다.

dq 변환 모듈(16)은 유도 전동기(13)의 입력측 전원선(12)에 연결되며, 입력되는 3상의 전류를 측정하고 A/D 과정을 거친 후에 dq 변환을 수행하는 기능을 한 다.

dq 변환은 3상의 전압 또는 전류를 2상(90도 위상차)으로 투영하여 각 상간의 간섭을 배제시키고 전원 주파수와 같은 각속도를 부여함으로써, 3상의 값이 DC처럼 인식되게 변환하는 것으로서, 그 일반적인 변환식은 하기 수학식1로 표현된다.

[수학식1]

(단, γ = 2/3 π)

스펙트럼 분석 모듈(17)은 dq 변환 모듈(16)에 연결되며, dq 변환으로부터 얻어진 d축의 전류에 대한 FFT(Fast Fourier Transform: 고속 푸리에 변환)를 수행하여 주파수 스펙트럼을 얻어낸다.

상기 dq 변환에 의하면, 상용주파수 성분은 DC 로 보이지만 그 외 성분들은 d축 상에 AC 성분으로 나오게 된다.

이때, AC 성분들을 FFT 하여 주파수 스펙트럼을 얻게 되며, 유도 전동기의 고장 형태에 따라 스펙트럼 양상이 다양하게 변화된 상태로 얻어진다.

이후, 스펙트럼 분석 모듈(17)은 이 스펙트럼을 기존에 축적되어 있던 스펙트럼 데이터베이스 모듈(18)의 유도 전동기 고장 진단용 데이터베이스와 비교하게 된다.

스펙트럼 데이터베이스 모듈(18)에 축적된 주파수 스펙트럼들은 미리 고장난 유도 전동기들로부터의 분석에 의하거나 또는 건전 유도 전동기를 각 부위별로 고장을 내어 고장 유도 전동기를 운전시킨 뒤 여기에서 얻어낼 수 있다.

예를 들어, 유도 전동기 회전자의 바가 하나 부러질 경우 또는 유도 전동기가 편심이 일어날 경우, 베어링에 이상이 있을 경우 각기 고장 특성 주파수 성분이 다르게 검출된다.

이렇게 고장 유형에 따른 주파수 스펙트럼 성분이 달라지므로 고장 상태를 쉽게 구분해 낼 수 있게 된다.

스펙트럼 분석 모듈(17)에는 이상 상태 알림 모듈(19)이 또한 연결된다.

이상 상태 알림 모듈(19)은 상기 비교 결과에 의하여 판단된 유도 전동기의 이상 상태를 표시하고, 고장 부위를 알려주는 기능을 수행한다.

한편, 상기 각 모듈은 기능적 구분에 의한 표현으로서 구체적으로는 하드웨어 또는 소프트웨어적인 구성과 이들의 적절한 조합으로 구성될 수 있다.

예를 들어, 하드웨어적으로 상기 전류입력단 구성과 A/D부, 전체적인 계산 및 제어용 CPU, 고장 알림 관련 신호부가 구현될 수 있으며, 소프트웨어적으로 dq 변환부, 일정값 이상 주파수 성분 추출부, 기존 데이터베이스 구성 및 비교부가 구현될 수 있다.

이하 본 실시예에 의한 유도 전동기 이상 상태 진단장치의 작동예를 설명한다.

3상 전원(11) 및 전원선(12)을 거쳐서 유도 전동기(13)에 전압이 인가되면, 유도 전동기의 부하 조건에 따라 전류가 흐르게 된다. 이때 흐르는 전류의 양상은 전동기 축(14)에 연결된 전동기 부하(15)에 의해 결정된다.

dq 변환 모듈(16)에서는 유도 전동기(13)의 전원선(12)으로부터 3상의 전류를 입력받아, A/D 변환을 하여 디지털 데이터로 변환시킨 후, dq 변환 공식을 적용하여 d축 전류 및 q축 전류로 분리시키게 된다.

이후, 스펙트럼 분석 모듈(17)에서는 dq 변환 모듈(16)에서 만들어진 d축 전류로부터 FFT를 수행하여 주파수 스펙트럼을 구하게 된다.

보다 상세하게 보면, 주파수 스펙트럼으로부터 특징점이 되는 주파수 성분을 뽑아내고, 이 주파수 성분들을 스펙트럼 데이터베이스 모듈(18)의 유도 전동기 이상 징후별 스펙트럼 데이터베이스와 비교함으로써 고장의 종류를 알아내게 된다.

이상 상태 알림 모듈(19)은 스펙트럼 데이터베이스 모듈(18)에서 상기 과정을 통해 도출된 고장의 종류를 외부에 표시하고, 이상 상태에 대한 경보를 발생시키게 된다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 유도 전동기가 현장에 설치되어 운전되고 있는 상태에서 유도 전동기로 입력되는 전류만을 측정하여 이를 분석함으로써, 유도 전동기 고장 진단을 위한 별도의 센서 취부의 어려움 및 이에 따른 비용이 소요되지 않는 장점이 있다.

또한, 온라인 상에서도 유도 전동기의 이상 상태를 진단할 수 있으므로, 유도 전동기의 예방 정비 및 교체, 그리고 고장 유형의 분석에 따른 설비의 운용을 최적화할 수 있다.

또한, 정확한 고장 진단에 의해 사고를 미연에 방지함으로써 조업의 안정성을 크게 높이고, 적기에 유도 전동기의 관리가 가능하여 정비 비용의 절감 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 유도 전동기(13)의 입력측에 연결되며, 입력되는 3상의 전류를 A/D 변환을 하여 디지털 데이터로 변환시킨 후, dq 변환을 통해 d축 전류 및 q축 전류로 분리시키는 dq 변환 모듈(16);

   상기 dq 변환 모듈(16)에 연결되어, dq 변환으로부터 얻어진 d축 전류에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수 스펙트럼을 구하며, 구해진 상기 스펙트럼을 스펙트럼 데이터베이스 모듈(18)에 축적된 유도 전동기 고장 진단용 데이터베이스와 비교하는 스펙트럼 분석 모듈(17);

   상기 스펙트럼 분석 모듈(17)에 연결되며, 상기 비교 결과에 의하여 판단된 유도 전동기의 이상 상태를 표시하고, 고장 부위를 알려주는 이상 상태 알림 모듈(19);을 포함하여 구성된 유도 전동기 이상 상태 진단장치.

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