KR100925148B1 - 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치, 방법, 및 상기 방법을실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한매체 - Google Patents

3상 교류 전동기의 고장 진단 장치, 방법, 및 상기 방법을실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한매체 Download PDF

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Abstract

3상 교류 전동기의 고장 진단 장치, 및 방법이 개시된다. 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치는 상전류 측정부, 역상 전류 산출부, 정상 전류 산출부, 및 고장 상태 진단부를 포함한다. 상전류 측정부는 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하고, 역상 전류 산출부는 측정된 상전류를 이용하여 역상 전류를 산출하며, 정상 전류 산출부는 측정된 상전류를 이용하여 정상 전류를 산출한다. 고장 상태 진단부는 역상 전류가 소정의 역상 전류 기준값보다 크고 정상 전류의 크기가 소정의 정상 전류 기준값보다 큰 경우, 역상 전류와 소정의 대응관계에 있는 3상 교류 전동기의 상을 턴간 단락으로 판별한다. 이러한 구성에 의해, 고가의 센서를 사용하지 않으면서도, 3상 회전 기기를 멈추지 않고 간단하게 교류 기기의 고정자 권선 턴간 단락과 전기 배전회로에서 발생한 접촉 불량을 구분할 수 있게 된다.
3상 교류, 전동기, 턴간 단락, 접촉 불량

Description

3상 교류 전동기의 고장 진단 장치, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체{Apparatus and method for diagnosing three phase AC motor, and a medium having computer readable program for executing the method}
본 발명은 전기 설비 진단 방법, 및 장치에 간한 것으로, 더욱 상세하게는 3상 회전 기기의 고장을 진단할 수 있는 장치, 및 방법에 관한 것이다.
3상 교류 전동기의 진단에 있어서, 전동기 고정자 권선의 턴간 단락과 전기 배전 회로의 구별은 매우 중요하다. 왜냐하면, 모터의 고정자 권선에 턴간 단락이 발생하는 경우에는 모터에 큰 고장이 나는 것을 방지하기 위해서 즉각적으로 모터의 동작을 멈추어야 하지만, 전기 배전 회로에 접촉 불량이 발생하는 경우에는 즉각적으로 모터의 동작을 멈출 필요가 없기 때문이다.
이는 전기 배전 회로에 접촉 불량이 존재하는 경우에는 전동기가 빠른 속도로 심각한 단계까지 고장이 발생하지 않기 때문이며, 따라서 두 고장 중 어느 고장이 발생했느냐에 따라서 적용해야 하는 조치가 달라지게 된다.
종래에도 진동, 자속, 온도를 측정하거나, 모터 단자 전압의 측정을 이용하 여 3상 교류 전동기의 턴간 단락과 접촉 불량을 구별할 수는 있었다. 그러나 진동, 자속 또는 온도 측정하는 방법은 센서를 이용하여 고정자 권선 턴간 단락과 접촉 불량을 구분할 수 있으나 값비싼 센서를 부착해야하므로 비효율적이고, 모터 단자 전압 측정하는 방법은 모터 단자 전압을 측정하여 고정자 권선 턴간 단락과 접촉 불량을 구분할 수 있으나 대부분의 경우 모터 컨트롤 센터(MCC)에 전원 전압이 측정되어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고가의 센서를 사용하지 않으면서도, 3상 회전 기기를 멈추지 않고 간단하게 교류 기기의 고정자 권선 턴간 단락과 전기 배전회로에서 발생한 접촉 불량을 구분할 수 있는 방법, 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치의 1 태양은 상전류 측정부, 역상 전류 산출부, 정상 전류 산출부, 및 고장 상태 진단부를 포함한다. 상전류 측정부는 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하고, 역상 전류 산출부는 측정된 상전류를 이용하여 역상 전류를 산출하며, 정상 전류 산출부는 측정된 상전류를 이용하여 정상 전류를 산출한다. 고장 상태 진단부는 역상 전류가 소정의 역상 전류 기준값보다 크고 정상 전류의 크기가 소정의 정상 전류 기준값보다 큰 경우, 역상 전류와 소정의 대응관계에 있는 3상 교류 전동기의 상을 턴간 단락으로 판별한다.
이러한 구성에 의해, 고가의 센서를 사용하지 않으면서도, 3상 회전 기기를 멈추지 않고 간단하게 교류 기기의 고정자 권선 턴간 단락과 전기 배전회로에서 발생한 접촉 불량을 구분할 수 있게 된다.
또한, 고장 상태 진단부는 역상 전류가 소정의 역상 전류 기준값보다 크고 정상 전류의 크기가 소정의 정상 전류 기준값보다 크지 않은 경우 역상 전류와 소 정의 대응관계에 있는 3상 교류 전동기의 상을 접촉 불량으로 판별할 수 있다.
이때, 소정의 정상 전류 기준값은 고장이 없을 때의 정상 전류값일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치의 2 태양은 전압 측정부, 상전류 측정부, 고장 상태 판별부, 및 고장 상태 진단부를 포함한다. 전압 측정부는 3상 교류 전동기 전원의 중성점과 모터의 중성점 사이의 영상 전압, 및 상기 3상 교류 전동기의 상 전압을 측정하고, 상전류 측정부는 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하며, 고장 상 판별부는 측정된 전압이 소정의 전압 기준값보다 큰 경우 영상 전압과 상전압의 대응관계로부터 고장이 발생한 상을 판별한다. 고장 상태 진단부는 판별된 고장 상의 상전류가 소정의 턴간 단락 조건에 대응하는 경우 턴간 단락으로 판별한다.
턴간 단락 조건은 상기 고장 상의 상전류의 크기가 다른 두 상의 상전류보다 크며, 상기 다른 두상의 위상각의 차가 120도보다 작은 것일 수 있다.
또한, 고장 상태 진단부는 판별된 고장 상의 상전류가 소정의 접촉 불량 조건에 대응하는 경우 접촉 불량으로 판별할 수 있으며, 접촉 불량 조건은 상기 3상 교류 전동기의 상 중 상기 사고 상의 상전류의 크기가 가장 크지 않고, 상전류가 가장 큰 상을 제외한 나머지 두 상의 위상각의 차가 120도보다 작은 것일 수 있다.
아울러, 상기 장치를 방법의 형태로 구현한 발명과 그 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체가 개시된다.
본 발명에 의해, 고가의 센서를 사용하지 않으면서도, 3상 회전 기기를 멈추 지 않고 간단하게 교류 기기의 고정자 권선 턴간 단락과 전기 배전회로에서 발생한 접촉 불량을 구분할 수 있게 된다.
이에 따라, 3상 회전 기기의 불평형을 진단하여 고장의 존재를 알아내는 것 이외에 불평형의 원인을 찾아내어 그 발생한 고장이 턴간 단락에 의한 고장인지 아니면 접촉 불량에 의한 고장인지 턴간 단락과 접촉 불량의 모델링을 기반으로 하여 고장의 원인을 구분할 수 있게 되고, 고장이 발생하면 어떤 고장이 발생하였는지 미리 분석하여 더 유연하고 효율적인 행동을 취할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도이다.
도 1에서 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치(100)는 상전류 측정부(110), 역상 전류 산출부(120), 정상 전류 산출부(130), 고장 상태 진단부(140), 전압 측정부(150), 고장 상 판별부(160)를 포함한다.
상전류 측정부(110)는 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하고, 역상 전류 산출부(120)는 측정된 상전류를 이용하여 역상 전류를 산출하며, 정상 전류 산출부(130)는 측정된 상전류를 이용하여 정상 전류를 산출한다.
고장 상태 진단부(140)는 역상 전류가 소정의 역상 전류 기준값보다 크고 정상 전류의 크기가 소정의 정상 전류 기준값보다 큰 경우, 역상 전류와 소정의 대응관계에 있는 3상 교류 전동기의 상을 턴간 단락으로 판별한다.
또한, 고장 상태 진단부(140)는 역상 전류가 소정의 역상 전류 기준값보다 크고 정상 전류의 크기가 소정의 정상 전류 기준값보다 크지 않은 경우 역상 전류와 소정의 대응관계에 있는 3상 교류 전동기의 상을 접촉 불량으로 판별할 수 있다.
이때, 소정의 정상 전류 기준값은 고장이 없을 때의 정상 전류값일 수 있다.
역상 전류(Isn)를 이용하는 방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 전기 배전 시스템에서 3상 교류 모터의 기본적인 전기 배전회로와 교류전동기에서 발생한 고정자 권선 턴간 단락을 나타낸 도면이고, 도 3은 교류 전동기의 한 상에서 발생한 고정자 권선 턴간 단락을 나타낸 도면이다.
도 2에서 전기 배전 회로는 disconnect switches, circuit breakers, fuses, overload relays, terminal blocks, lug connections 등의 소자를 포함하고 있다.
도 4는 본 발명을 실험하기 위해 만든 실험 세트의 도면이다.
도 4에서 전원의 중성점을 잡아주기 위해 동일한 크기를 갖는 저항 3개를 도 3과 같이 Y결선 시켜 중성점 g를 잡아주었다.
먼저, 역상 전류는 도 4에서 두 상의 전류(Ias, Ibs)를 측정하여 역상 전류 구하는 식(1)에 대입하여 계산할 수 있다.
Figure 112009038299947-pat00037
(1)
여기서 a는 ej120를 나타낸다.
<고정자 권선 턴간 단락(TF)에 의한 역상 전류>
A상에 고정자 권선 턴간 단락이 있다고 가정하고 나타낸 도 2를 가지고 3상 교류모터의 모델링을 통하여 모터의 역상 성분을 계산하면 다음 식과 같이 간단히 나타낼 수 있다. 여기서 as2는 단락된 턴간을 나타내고 μ는 한 상의 전체 턴수 중에 단락된 턴수의 비율을 나타낸다. Rf는 단락 임피던스이고 if는 고장 순환전류이다.
Figure 112007085653884-pat00002
(2)
여기서 Zz은 영상 임피던스를 나타내고 Vag는 A상의 전원 상전압을 나타낸다. 만일 B상과 C상에 턴간 단락이 존재한다면 역상 전류는 각각 (3), (4)로 표현되어 질 수 있다.
Figure 112007085653884-pat00003
(3)
Figure 112007085653884-pat00004
(4)
<접촉 불량(HRC)에 의한 역상 전류>
도 5는 모터의 전기 배전회로에서 한 상에 접촉 불량이 발생한 것을 등가 저항 RHR로 표현한 도면이다.
A상에 접촉 불량이 있다고 가정하고 나타낸 도 5를 가지고 3상 교류모터의 모델링을 통하여 모터의 역상 성분을 계산하면 다음 식과 같이 간단히 나타낼 수 있다.
Figure 112007085653884-pat00005
(5)
여기서 Zn은 역상 임피던스를 나타낸다. 만일 B상과 C상에 접촉 불량이 있으면 역상 전류는 각각 (6), (7)로 표현될 수 있다.
Figure 112007085653884-pat00006
(6)
Figure 112007085653884-pat00007
(7)
<역상 전류를 이용한 턴간 단락(TF)과 접촉 불량(HRC) 구분>
턴간 단락에 의한 역상 전류 식(2)~(4)로부터 고장이 각 상에 존재할 경우 Isn의 각도를 위한 표현식을 식(8)과 같이 나타낼 수 있다. 접촉 불량에 의한 역상 전류 각도 표현식은 식(5)~(7)을 이용하여 식(9)에 나타내었다.
Figure 112007085653884-pat00008
(8)
Figure 112007085653884-pat00009
(9)
여기서 Vag의 각도가 기준 각도로 사용되어졌다.
두 고장이 A, B, C상에 존재할 경우 Isn의 위상각도 범위를 Zp, Zn, Zz의 각도가 모두 60°라고 가정하고 도 6에 나타내었다.
도 6은 3상에 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 교류 전동기에서 Isn을 각도 범위를 도시한 도면이다.
턴간 단락의 경우 Isn의 각도가 Zz의 각도에 영향을 받아 고정되어 있으나 접 촉 불량의 경우 Zp와 Zn의 각도에 영향을 받는다는 것을 그림 1과 식(8), (9)를 통해 알 수 있다. 턴간 단락과 고정자 전류(또는 Zp)의 각도에 영향을 받는 접촉 불량의 경우 Isn의 각도가 서로 같을 수 있기 때문에 단지 Isn의 각도만 이용하여 항상 두 고장을 구분할 수는 없다.
예를 들어, 도 6에 Isn의 각도가 사각 점선 안에 있다면 A상에 턴간 단락인지 C상에 접촉 불량인지 정확히 구분할 수가 없다. 따라서 두 고장을 구분하기 위해 Isn을 사용할 경우 주어진 슬립(부하)조건에서 정상 전류, Isp,의 크기 변화가 모니터 되어져야한다. 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 유도전동기의 경우 Isp의 분석표현식이 다음 식과 같이 유도되어질 수 있다.
Figure 112007085653884-pat00010
(10)
Figure 112007085653884-pat00011
(11)
여기서 Isp1은 턴간 단락이나 접촉 불량에 의해 영향을 받지 않는 정상전류 값을 나타낸다.
두 고장의 경우 Isp의 크기변화는 그림 2에 보인 식(10), (11)의 위상 도식표현식으로부터 예측되어질 수 있다. 여기서 Rf는 무시할 수 있고 Zp와 Zz의 각도는 모두 60°라고 가정하였다. 주어진 슬립조건에서 턴간 단락이 존재할 경우 Isp의 크기는 증가하게 되고 접촉 불량이 존재할 경우는 약간 감소하거나 거의 변화가 없다는 것을 도 7을 통해 확인할 수 있다.
도 7은 A상에 고정자 권선 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 경우 Isp의 위상을 표현한 도면이다.
이것은 기기의 임피던스가 턴간 단락의 경우 감소하게 되고 접촉 불량의 경우 증가하기 때문이다. 이러한 관계는 모든 부하조건에서 유효하며 Isp의 크기변화를 바탕으로 하여 두 고장을 구분할 수 있는 방법을 도 8에 요약 정리하였다.
도 8은 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 유도 전동기에서 주어진 슬립 조건에 Isp의 상대적인 크기 변화를 나타낸 표이다.
예를 들어 A상에 턴간 단락이 있거나 C상에 접촉 불량이 있다면 Isp의 크기변화를 바탕으로 두 고장을 구분할 수 있다. Isp의 크기가 주어진 슬립조건에서 고장 나지 않았을 때의 값과 고장 조건에서의 값이 비교되어져야 하기 때문에 기기의 속도가 측정되거나 추정되어져야한다. Isp의 크기가 고장 나지 않은 기기에서 슬립의 함수로 저장되어져야 한다.
전압 측정부(150)는 3상 교류 전동기 전원의 중성점과 모터의 중성점 사이의 영상 전압, 및 상기 3상 교류 전동기의 상전압을 측정하고, 고장 상 판별부(160)는 측정된 전압이 소정의 전압 기준값보다 큰 경우 영상 전압과 상전압의 대응관계로 부터 고장이 발생한 상을 판별한다.
이때, 고장 상태 진단부(140)는 판별된 고장 상의 상전류가 소정의 턴간 단락 조건에 대응하는 경우 턴간 단락으로 판별한다. 턴간 단락 조건은 상기 고장 상의 상전류의 크기가 다른 두 상의 상전류보다 크며, 상기 다른 두상의 위상각의 차가 120도보다 작은 것일 수 있다.
또한, 고장 상태 진단부(140)는 판별된 고장 상의 상전류가 소정의 접촉 불량 조건에 대응하는 경우 접촉 불량으로 판별할 수 있으며, 접촉 불량 조건은 상기 3상 교류 전동기의 상 중 상기 사고 상의 상전류의 크기가 가장 크지 않고, 상전류가 가장 큰 상을 제외한 나머지 두 상의 위상각의 차가 120도보다 작은 것일 수 있다.
영상 전압(Vsz)을 이용하는 방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 영상 전압은 전원의 중성점(g)과 모터의 중성점(s)의 전위차 Vgs를 측정하여 얻을 수 있다.
<고정자 권선 턴간 단락에 의한 영상 전압>
A상에 고정자 권선 턴간 단락이 있다고 가정하고 나타낸 도 3을 가지고 3상 교류모터의 모델링을 통하여 모터의 영상 성분을 계산하면 다음 식과 같이 간단히 나타낼 수 있다.
Figure 112007085653884-pat00012
(12)
만일 B상과 C상에 턴간 단락이 존재한다면 영상 전압은 각각 (13), (14)로 표현되어 질 수 있다.
Figure 112007085653884-pat00013
(13)
Figure 112007085653884-pat00014
(14)
<접촉 불량에 의한 영상 전압>
A상에 접촉 불량이 있다고 가정하고 나타낸 도 5를 가지고 3상 교류 모터의 모델링을 통하여 모터의 영상 성분을 계산하면 다음 식과 같이 간단히 나타낼 수 있다.
Figure 112007085653884-pat00015
(15)
만일 B상과 C상에 접촉 불량이 있으면 영상 전압은 각각 식(16), (17)로 나타낼 수 있다.
Figure 112007085653884-pat00016
(16)
Figure 112007085653884-pat00017
(17)
<영상 전압을 이용한 턴간 단락과 접촉 불량 구분>
턴간 단락에 의한 영상 전압 식(12)~(14)로부터 고장이 각 상에 존재할 경우 Vsz의 각도를 위한 표현식을 식(18)과 같이 나타낼 수 있다. 접촉 불량에 의한 영상 전압 각도 표현식은 식(15)~(17)을 이용하여 식(19)에 나타내었다.
Figure 112007085653884-pat00018
(18)
Figure 112007085653884-pat00019
(19)
여기서 Vag의 각도가 기준 각도로 사용되어졌다.
고정자 권선 턴간 단락(식(18))과 접촉 불량(식(19))이 A, B, C상에 존재할 경우 Vsz의 위상각도 범위를 도 9에 나타내었다.
도 9는 3상에 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 유도 전동기에서 Vsz의 위상 각도 범위를 도시한 도면이다.
턴간 단락이 기기에 존재할 경우 Vsz의 각도가 고정되어 있다는 것을 도 9를 통해 알 수 있다. 이것은 식(18)을 보면 영상 전압의 각도가 고정자 권선의 부하 전류에 영향을 받지 않기 때문이다. 접촉 불량이 전기 배전회로에 존재할 때 Vsz의 각도는 도 9와 식(19)를 보면 알 수 있듯이 상전류(또는 정상 임피던스(Zp))의 각도에 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.
이것은 Vsz의 각도만 이용하여 두 고장을 구분하기에는 충분하지 않다는 것을 나타낸다. 예를 들어 만일 Vsz의 각도가 그림 3에 있는 사각 점선 안에 있다면 고장의 원인이 A상에 턴간 단락에 의해서인지 아니면 B상에 접촉 불량에 의해서인지 구분할 수가 없다. 따라서 두 고장을 구분하기 위해 Vsz의 각도 이외에 A, B, C상 고정자 전류 사이에 상대적인 크기와 각도가 함께 모니터되어야 한다.
턴간 단락이 A상에 발생하였을 경우 symmetrical component transformations 이용해 식(20)-(22)를 유도한 것처럼 3상 전류를 sequence component로 나타낼 수 있다.
여기서 아래 첨자 ‘1’은 고장에 영향을 받지 않는 sequence component 전류 성분을 나타낸다.
Figure 112007085653884-pat00020
(20)
Figure 112007085653884-pat00021
(21)
Figure 112007085653884-pat00022
(22)
턴간 단락이 A상에 존재할 때 Ias, Ibs, Ics의 상대적인 크기와 각도 사이의 관계는 식(20)-(22)를 이용하여 도 10의 (a)에서 예측할 수 있다.
도 10은 A상에 (a)턴간 단락과 (b)접촉 불량이 있는 경우 3상 고정자 전류의 위상을 표현한 도면이다.
도 10의 (a)에서 A상 턴간 단락에 의한 3상전류의 변화를 추정해 보면 A상전류의 크기가 다른 상전류의 크기보다 항상 크게 되고 B상과 C상의 각도차가 120°보다 작아진다는 것을 알 수 있다.
턴간 단락이 발생한 상전류의 크기는 상대적으로 가장 크게 되고 고장이 없는 나머지 두 상사이의 각도차가 120°보다 작아지게 된다. 이 관계식은 전체 부하 조건에서 유효하고 턴간 단락이 A, B, C상에 각각 존재할 경우 3상전류의 상대적인 크기와 각도변화 관계식을 표 2에 요약 정리하였다.
A상에 접촉 불량이 존재할 경우 symmetrical component transformation을 이용해 식(23)-(25)에 나타낸 것처럼 3상 전류를 sequence component로 유도할 수 있다.
Figure 112007085653884-pat00023
(23)
Figure 112007085653884-pat00024
(24)
Figure 112007085653884-pat00025
(25)
여기서 Zp>>Zn이고 Zp와 Zn의 각도가 모두 60°라는 가정에 A상에 접촉 불량이 존재할 경우 식(23)-(25)를 이용하여 3상전류의 상대적인 크기와 각도변화를 도 10의 (b)에서 예측할 수 있다.
도 10의 (b)에서 A상에 접촉 불량이 있을 경우의 3상전류의 크기와 각도 변화를 추정해보면 B상의 전류 크기가 다른 상전류의 크기와 비교하여 가장 크고 A상과 C상 사이의 각도차가 120°보다 작아진다는 것을 알 수 있다. 접촉 불량이 발생한 상보다 120° 뒤진 상전류의 크기가 상대적으로 가장 커지게 되고 고장이 발생한 상과 120° 앞선 상 사이의 각도차가 120°보다 작아지게 된다. 이 관계식은 전체 부하 조건에서 유효하고 접촉 불량이 A, B, C상에 각각 존재할 경우 3상전류의 상대적인 크기와 각도변화 관계를 도 11에 나타내었다.
도 11은 3상에 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 유도 전동기에서 Ias, Ibs, Ics의 상대적인 크기와 각도 변화를 나타낸 표이다.
만일 Vsz의 각도(그림 3)와 Ias, Ibs, Ics의 상대적인 크기와 각도(도 11)를 동 시에 모니터한다면 모든 부하조건에서 고정자 권선 턴간 단락과 접촉 불량을 구분할 수 있다. 두 고장은 서로 다른 고정자 전류변화 패턴을 발생시키기 때문에 Vsz의 각도를 가지고 항상 두 고장을 구분할 수 없는 것을 3상전류의 크기와 각도를 함께 모니터함으로써 구분할 수 있다.
영상 전압 또는 역상 전류를 바탕으로 고정자 권선 턴간 단락과 접촉 불량을 구분하기 위해 제안한 알고리즘은 다음과 같다. 여기서 아래 첨자‘t'는 경계(threshold)값을 나타낸다.
Isn을 사용하여 구분
Isn을 얻어 Isn의 크기가 미리 지정한 Isn ,t의 크기보다 크면 고장이 발생했다는 것을 인지한다. 그리고 고장이 나지 않았을 때 부하에 따라 Isp의 크기를 미리 저장한 데이터를 가지고 측정한 Isp의 크기와 비교하여 동일한 부하조건에서 미리 저장한 Isp의 크기가 측정한 Isp의 크기보다 더 작다면 턴간 단락이 발생했다 판단하고 그렇지 않으면 접촉 불량이 발생했다고 판단한다.
Vsz를 사용하여 구분
Vsz의 값을 얻어 Vsz의 크기가 미리 지정한 Vsz ,t의 크기보다 크면 고정자 권선에 턴간 단락이 발생했거나 전기 배전회로에 접촉 불량이 존재한다는 것을 인지한 다. 그리고 측정한 Vsz의 각도를 관측하여 도 9를 이용해 어느 상에 고장(TF, HRC)이 발생했는지 판별한 다음 도 11을 참조하여 3상전류의 크기와 각도변화를 이용해 고장의 원인이 턴간 단락에 의해서인지 아니면 접촉 불량에 의해서인지 구분한다.
도 1은 본 발명에 따른 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도.
도 2는 전기 배전 시스템에서 3상 교류 모터의 기본적인 전기 배전회로와 교류전동기에서 발생한 고정자 권선 턴간 단락을 나타낸 도면.
도 3은 교류 전동기의 한 상에서 발생한 고정자 권선 턴간 단락을 나타낸 도면.
도 4는 두 개의 제안한 발명을 실험하기 위해 만든 실험 세트의 도면.
도 5는 모터의 전기 배전회로에서 한 상에 접촉 불량이 발생한 것을 등가 저항 RHR로 표현한 도면.
도 6은 3상에 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 교류 전동기에서 Isn을 각도 범위를 도시한 도면.
도 7은 A상에 고정자 권선 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 경우 Isp의 위상을 표현한 도면.
도 8은 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 유도 전동기에서 주어진 슬립 조건에 Isp의 상대적인 크기 변화를 나타낸 표.
도 9는 3상에 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 유도 전동기에서 Vsz의 위상 각도 범위를 도시한 도면.
도 10은 A상에 (a)턴간 단락과 (b)접촉 불량이 있는 경우 3상 고정자 전류의 위상을 표현한 도면.
도 11은 3상에 턴간 단락과 접촉 불량이 있는 유도 전동기에서 Ias, Ibs, Ics의 상대적인 크기와 각도 변화를 나타낸 표.

Claims (15)

  1. 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하는 상전류 측정부;
    상기 측정된 상전류를 이용하여 역상 전류를 산출하는 역상 전류 산출부;
    상기 측정된 상전류를 이용하여 정상 전류를 산출하는 정상 전류 산출부; 및
    상기 역상 전류가 미리 설정된 역상 전류 기준값보다 크고 상기 정상 전류의 크기가 고장이 없을 때의 정상 전류값인 정상 전류 기준값보다 큰 경우 상기 3상 교류 전동기를 턴간 단락으로 판별하는 고장 상태 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고장 상태 진단부는 상기 역상 전류가 미리 설정된 역상 전류 기준값보다 크고 상기 정상 전류의 크기가 상기 정상 전류 기준값보다 크지 않은 경우 상기 3상 교류 전동기를 접촉 불량으로 판별하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치.
  3. 제 1 또는 2항에 있어서,
    상기 고장 상태 진단부는 상기 3상 교류 전동기 전원의 A상 전압 위상각을 기준으로 상기 역상 전류의 위상각이
    상기 3상 교류 전동기의 영상 임피던스 위상각의 마이너스값과 동일한 경우 A상을,
    상기 3상 교류 전동기의 영상 임피던스 위상각의 마이너스값에 120도를 더한 값과 동일한 경우 상기 A상보다 위상각이 120도 늦은 B상을,
    상기 3상 교류 전동기의 영상 임피던스 위상각의 마이너스 값에 120도를 뺀값과 동일한 경우 상기 B상보다 위상각이 120도 늦은 C상을 각각 턴간 단락이라고 판별하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치.
  4. 3상 교류 전동기 전원의 중성점과 모터의 중성점 사이의 영상 전압, 및 상기 3상 교류 전동기의 상전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 측정된 영상 전압이 미리 설정된 전압 기준값보다 큰 경우,
    상기 3상 교류 전동기 전원의 A상 전압 위상각을 기준으로 상기 영상 전압의 위상각이, 180도인 경우 A상을, 60도인 경우 상기 A상보다 위상각이 120도 늦은 B상을, -60도인 경우 상기 B상보다 위상각이 120도 늦은 C상을 각각 턴간 단락 고장이 발생한 상으로 판별하는 고장 상 판별부; 및
    상기 턴간 단락 고장 상으로 판별된 상의 고장을 턴간 단락으로 판별하는 고장 상태 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하는 상전류 측정부를 더 포함하고,
    상기 고장 상태 진단부는 상기 턴간 단락 고장 상으로 판별된 상의 상전류의 크기가 다른 두 상의 상전류보다 크며, 상기 다른 두상의 위상각의 차가 120도보다 작은 경우 상기 턴간 단락 고장 상으로 판별된 상을 턴간 단락으로 진단하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하는 상전류 측정부를 더 포함하고,
    상기 고장 상 판별부는 상기 영상 전압의 위상각과 동일한 위상각을 가지는 상전류의 상을 접촉 불량 고장이 발생한 상으로 판별하고,
    상기 고장 상태 진단부는 상기 접촉 불량 고장 상으로 판별된 상의 고장을 접촉 불량으로 판별하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고장 상태 진단부는 상기 접촉 불량 고장 상으로 판별된 상보다 위상각이 120도 늦은 상의 상전류의 크기가 가장 크고, 상전류가 가장 큰 상을 제외한 나머지 두 상의 위상각의 차가 120도보다 작은 경우 상기 접촉 불량 고장 상으로 판별된 상을 접촉 불량으로 진단하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치.
  8. 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하는 상전류 측정 단계;
    상기 측정된 상전류를 이용하여 역상 전류를 산출하는 역상 전류 산출 단계;
    상기 측정된 상전류를 이용하여 정상 전류를 산출하는 정상 전류 산출 단계; 및
    상기 역상 전류가 미리 설정된 역상 전류 기준값보다 크고 상기 정상 전류의 크기가 고장이 없을 때의 정상 전류 기준값보다 큰 경우, 상기 3상 교류 전동기를 턴간 단락으로 판별하는 고장 상태 진단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 고장 상태 진단 단계는 상기 역상 전류가 미리 설정된 역상 전류 기준값보다 크고 상기 정상 전류의 크기가 상기 정상 전류 기준값보다 크지 않은 경우 상기 3상 교류 전동기를 접촉 불량으로 판별하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 방법.
  10. 제 8 또는 9항에 있어서,
    상기 고장 상태 진단 단계는 상기 3상 교류 전동기 전원의 A상 전압 위상각을 기준으로 상기 역상 전류의 위상각이
    상기 3상 교류 전동기의 영상 임피던스 위상각의 마이너스값과 동일한 경우 A상을,
    상기 3상 교류 전동기의 영상 임피던스 위상각의 마이너스값에 120도를 더한 값과 동일한 경우 상기 A상보다 위상각이 120도 늦은 B상을,
    상기 3상 교류 전동기의 영상 임피던스 위상각의 마이너스 값에 120도를 뺀값과 동일한 경우 상기 B상보다 위상각이 120도 늦은 C상을 각각 턴간 단락이라고 판별하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 방법.
  11. 3상 교류 전동기 전원의 중성점과 모터의 중성점 사이의 영상 전압, 및 상기 3상 교류 전동기의 상전압을 측정하는 전압 측정 단계;
    상기 측정된 영상 전압이 미리 설정된 전압 기준값보다 큰 경우,
    상기 3상 교류 전동기 전원의 A상 전압 위상각을 기준으로 상기 영상 전압의 위상각이, 180도인 경우 A상을, 60도인 경우 상기 A상보다 위상각이 120도 늦은 B상을, -60도인 경우 상기 B상보다 위상각이 120도 늦은 C상을 각각 턴간 단락 고장이 발생한 상으로 판별하는 고장 상 판별 단계; 및
    상기 턴간 단락 고장 상으로 판별된 상의 고장을 턴간 단락으로 판별하는 고장 상태 판별 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하는 상전류 측정 단계를 더 포함하고,
    상기 고장 상태 판별 단계는 상기 턴간 단락 고장 상으로 판별된 상의 상전류의 크기가 다른 두 상의 상전류보다 크며, 상기 다른 두상의 위상각의 차가 120도보다 작은 경우 상기 턴간 단락 고장 상으로 판별된 상을 턴간 단락으로 진단하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 3상 교류 전동기의 상전류를 측정하는 상전류 측정 단계를 더 포함하고,
    상기 고장 상 판별 단계는 상기 영상 전압의 위상각과 동일한 위상각을 가지는 상전류의 상을 접촉 불량 고장이 발생한 상으로 판별하고,
    상기 고장 상태 판별 단계는 상기 접촉 불량 고장 상으로 판별된 상의 고장을 접촉 불량으로 판별하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 고장 상태 판별 단계는 상기 접촉 불량 고장 상으로 판별된 상보다 위상각이 120도 늦은 상의 상전류의 크기가 가장 크고, 상전류가 가장 큰 상을 제외한 나머지 두 상의 위상각의 차가 120도보다 작은 경우 상기 접촉 불량 고장 상으로 판별된 상을 접촉 불량으로 진단하는 것을 특징으로 하는 3상 교류 전동기의 고장 진단 방법.
  15. 제 8 내지 14항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체.
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