KR101169797B1 - Fault detecting system of stator winding of motor - Google Patents

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induction motor
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KR1020110013017A
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양철오
송명현
박규남
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양철오
순천대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A stator coil fault diagnosis system of a three-phase induction motor is provided to enhance coil fault diagnosis precision. CONSTITUTION: A current detection unit detects a current passing through a power supply line connected with a three-phase induction motor. A diagnosis processing unit diagnoses whether a stator coil is out of action or not from a three-phase current signal detected in the current detection unit. A Park's vector calculating unit(130) divides a three-phase current into d-shaft current and a q-shaft current through dq conversion. A distortion rate calculating unit(140) calculates distortion rate according to a Park's vector trajectory pattern. The distortion rate is a ratio of the biggest amplitude and the smallest amplitude of the Park's vector trajectory pattern. A fault diagnosis unit(150) calculates an average value of a distortion rate value.

Description

3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템{fault detecting system of stator winding of motor} Fault detecting system of stator winding of motor

본 발명은 3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 권선 고장 진단 정밀도를 높일 수 있는 3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor, and more particularly, to a stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor capable of increasing winding failure diagnosis accuracy.

일반적으로, 유도전동기는 정류자를 갖추지 않고 회전자 또는 고정자의 한쪽만이 전원에 접속되어 있고 다른쪽은 유도에 의해 동작하는 전동기를 말한다.In general, an induction motor refers to an electric motor which does not have a commutator and only one of the rotor or the stator is connected to a power source and the other is operated by induction.

유도전동기는 회전자계를 형성하는 고정자 권선과, 회전자계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성해주는 고정자 철심과, 유도전류를 받아 회전하는 회전자 도체 및 회전자 철심으로 이루어져 있다.An induction motor is composed of a stator winding forming a rotor field, a stator iron core forming a passage of magnetic flux generated by the rotor field, and a rotor conductor and rotor iron core rotating under induction current.

이러한 유도전동기는 전원공급이 용이하고 속도제어를 위한 장치 구성비용이 저렴하다는 구조적인 강점 때문에 많은 주요 기기의 구동장치로 산업영역 전반에 걸쳐 폭넓게 사용되고 있다. 유도전동기의 갑작스런 고장은 구동장치를 사용하는 전체 시스템에 대한 신뢰도 및 안정성을 저하시키고 경제적인 손실을 초래할 뿐만 아니라 인명 피해의 위험 등 많은 문제를 발생할 수 있다. 따라서 중요한 전동기는 어떤 형태로든 초기 결함을 감지하여 계획적인 예방정비 또는 적기에 수리가 이루어질 수 있는 결함검출 방법이 필요하다.Such induction motors are widely used throughout the industrial domain as driving devices for many major devices because of their structural strengths such as easy power supply and low cost of device configuration for speed control. Sudden failure of an induction motor can lead to a number of problems, including the loss of reliability and stability of the entire system using the drive, economic loss, and the risk of injury. Therefore, there is a need for a defect detection method in which critical motors can detect initial defects in any form and can be planned for preventive maintenance or timely repair.

고정자 권선이나 코어에서 발생하는 대부분의 전동기 고장은 고정자의 절연파괴에 의해 발생한다. 고정자 권선의 절연저하는 코일의 움직임, 열적 스트레스, 과부하 및 기계적 진동 등의 다양한 원인에 의해서 발생하며, 권선절연의 저하는 결과적으로 턴 단락(turn to turn shorts) 고장으로 발전한다. 턴 단락 고장이 발생하면 고장루프에서 큰 순환전류가 발생하며, 고장전류의 제곱에 비례하는 권선의 열은 고정자 권선과 코어에 심각한 손상을 입히는 상간 단락고장과 상 접지 단락고장과 같은 보다 심각한 고장으로 빠르게 진행시키는 역할을 한다.Most motor failures in the stator windings or cores are caused by breakdown of the stator. Insulation deterioration of the stator windings is caused by various factors such as coil movement, thermal stress, overload and mechanical vibration, and the deterioration of the winding insulation results in turn to turn shorts failure. If a turn short fault occurs, a large circulating current occurs in the fault loop, and the heat of the winding proportional to the square of the fault current leads to more serious faults such as phase-to-phase and phase-ground short faults that seriously damage the stator winding and core. It is a fast paced role.

고정자 권선의 고장진단에 주로 사용된 방법으로는 진동, 누설 축 자속 그리고 고정자 전류의 스펙트럼을 관찰하는 방법, 전동기 고정자 전류 주파수 분석이나 진동 주파수 분석, 전동기에 고장이 발생하였을 때의 비대칭 성분인 역상 전류를 이용한 방법, 역상 전류 보다 외부 조건의 변화에 영향이 적은 역상 임피던스를 이용하는 방법, 그리고 고정자의 권선고장 및 고장 상 검출에 팍스벡터(Park's vector)를 이용한 방법 등이 있다.Commonly used methods for diagnosing the stator windings include vibration, leakage axis flux, and spectroscopy of the stator current, motor stator current frequency analysis or vibration frequency analysis, and asymmetrical components when the motor fails. There are methods using the method, using the reverse phase impedance which has less influence on the change of the external condition than the reverse phase current, and using the Park's vector to detect the winding failure and fault phase of the stator.

이러한 방법들 중 전동기 고정자 전류 주파수 분석이나 진동 주파수 분석에 의한 진단 방법은 각 특성 주파수를 발견하는 것이 어렵고, 찾는다 할지라도 작은 턴 수의 고장에서는 정상과의 차이를 구별하기 어렵다. 역상 전류를 이용한 방법은 외부 환경에 영향을 많이 받고, 임피던스를 이용하는 경우 3상전류, 전압을 이용하기 때문에 측정 장치가 복잡해질 수 있고, 전압 불 평형과 상 개방 고장 진단에 국한되는 많은 단점들을 가지고 있다. 인공신경망을 이용한 방법은 다른 방법들보다 정확한 진단 결과를 얻을 수는 있으나, 회로망의 가중치가 초기에 확정 되어 있지 않아 그것들의 값을 설정하기 위해서 가중치를 조절하는 복잡한 훈련 과정을 거쳐야 하며, 이를 결정하였다 하여도, 많은 학습과정을 거쳐야 정확한 진단을 할 수 있는 단점을 가지고 있다. 이러한 이유로 실제 진단 장치에서는 사용하는 어려움을 갖고 있어 간단하면서도 고장 진단 정밀도를 높일 수 있는 진단방법을 필요로 한다.Among these methods, the diagnosis method by the motor stator current frequency analysis or the vibration frequency analysis is difficult to find each characteristic frequency, and even if it is found, it is difficult to distinguish the difference from the normal at a small number of turns. The method using the reverse phase current is highly influenced by the external environment, and in case of using the impedance, the measurement device can be complicated because it uses three-phase current and voltage, and there are many disadvantages that are limited to voltage unbalance and phase open fault diagnosis. . Artificial neural network method can get more accurate diagnosis than other methods, but since the weight of network is not fixed at first, it has to go through complicated training process to adjust weight to set their value. Even if you have a lot of learning process has the disadvantage that can be accurate. For this reason, it is difficult to use in an actual diagnosis device, and thus a simple diagnostic method is required to increase the accuracy of failure diagnosis.

본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 간단하면서도 권선 고장 진단의 정밀도를 높일 수 있는 3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above requirements, and its object is to provide a stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor that is simple and can increase the accuracy of winding failure diagnosis.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템은 3상 유도 전동기의 고정자 권선 고장 진단 시스템에 있어서, 상기 3상 유도 전동기와 접속된 전력공급선로 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와; 상기 전류검출부에서 검출된 3상 전류신호로부터 고정자 권선 고장여부를 진단하는 진단처리부를 구비하고, 상기 진단 처리부는 상기 전류검출부에서 검출된 3상 전류에 대해 2상으로 변환하는 dq변환을 통해 d축 전류와 q축 전류로 분리시키는 팍스벡터 산출부와; 상기 팍스벡터 산출부에 의해 산출된 상기 d축 전류와 q축 전류 성분을 두 축으로 하여 상기 d축 전류와 q축 전류 성분의 벡터 궤적에 대해 폐궤도를 이루면서 형성되는 팍스벡터 궤적패턴에 대해 팍스벡터 궤적패턴의 가장 큰 진폭과 가장 작은 진폭의 비율인 왜곡률을 상기 팍스 벡터 궤적 패턴을 따라 산출하여 출력하는 왜곡률 산출부와; 상기 왜곡률 산출부에 의해 출력되는 왜곡률 값을 복수회로 설정된 누적 횟수에 대해 평균값을 구하고, 상기 평균값이 문턱값 보다 크면 권선 고장으로 처리하는 고장진단부;를 구비한다.In order to achieve the above object, the stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor according to the present invention is a stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor, the current flowing on a power supply line connected to the three-phase induction motor. A current detection unit for detecting a; A diagnostic processor for diagnosing a stator winding failure from the three-phase current signal detected by the current detector, wherein the diagnostic processor performs a d-axis through a dq conversion for converting the three-phase current detected by the current detector into two phases. A fax vector calculator configured to separate the current from the q-axis current; A pax vector trajectory pattern formed by forming a closed trajectory with respect to a vector trajectory of the d-axis current and the q-axis current component using the d-axis current and the q-axis current component calculated by the fax vector calculation unit as two axes. A distortion factor calculator for calculating and outputting a distortion rate, which is a ratio of the largest amplitude and the smallest amplitude of the vector trajectory pattern, along the pax vector trajectory pattern; And a failure diagnosis unit for obtaining an average value of the distortion rate values output by the distortion rate calculation unit for a cumulative number of times set in a plurality of times, and processing the winding failure when the average value is larger than the threshold value.

바람직하게는 상기 왜곡률 산출부는 상기 팍스 벡터 궤적패턴이 상기 d축과 q축의 원점으로부터 진행되는 초기 값은 배제하고, 폐궤도를 형성하는 패턴 형성 주기마다 2회 발생하는 가장 큰 진폭과 가장 작은 진폭에 대해 상기 왜곡률을 각각 산정한다.Preferably, the distortion calculation unit excludes an initial value of the pax vector trajectory pattern from the origin of the d-axis and the q-axis, and excludes an initial value from the origin of the d-axis and the q-axis. The distortion rates are respectively calculated.

또한, 상기 전류검출부는 상기 전력공급선로 상에 흐르는 전류에 대해 노이즈를 필터링하여 출력하는 저역통과필터;를 더 구비하는 것이 바람직하다.The current detector may further include a low pass filter for filtering and outputting noise with respect to a current flowing on the power supply line.

상기 고장진단부는 상기 문턱값을 1.056로 적용하고, 상기 누적횟수는 1200 내지 3600로 적용한다.The failure diagnosis unit applies the threshold value of 1.056, and the cumulative frequency is applied to 1200 to 3600.

본 발명에 따른 3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템에 의하면, 권선 고장 판별 정밀도를 높일 수 있는 장점을 제공한다.According to the stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor according to the present invention, it provides an advantage that can increase the winding failure determination accuracy.

도 1은 본 발명에 따른 3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템을 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 팍스 펙터 변환부에 의해 산출되는 d축 전류와 q축 전류에 의해 생성되는 팍스벡터 패턴 궤적의 예를 나타내 보인 도면이고,
도 3은 측정 초기 팍스벡터 패턴궤적의 예를 나타내 보인 도면이고,
도 4 및 도 5는 A상전류에 대해 고장전류를 적용하여 시뮬레이션에 의해 구한 팍스패턴 및 크기를 나타내 보인 그래프이고,
도 6 및 도 7은 경부하 운전조건과 중부하 운전 조건에 대해 팍스패턴 및 크기가 산출한 결과를 나타내 보인 그래프이고,
도 8 및 도 9는 A상과, B상 및 C상에 대해 각각 권선 단락 고장이 발생한 경우에 대해 왜곡률 및 크기를 시뮬레이션한 결과를 나타내 보인 그래프이고,
도 10은 신호수집주기를 1초하여 1초당 얻어지는 샘플링 값들 중 팍스패턴 크기의 최대값과 최소값에 대해 왜곡률을 산정한 결과를 나타내 보인 그래프이고,
도 11은 본 발명에 따른 왜곡률 산출방식에 따라 팍스패턴 생성 주기 마다 두 번씩 산출되는 왜곡률을 1초당 평균값을 산출하여 맵핑한 결과를 나타내 보인 그래프이다.
1 is a view showing a stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor according to the present invention,
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a path vector pattern trajectory generated by a d-axis current and a q-axis current calculated by the fax factor converter of FIG. 1.
3 is a diagram illustrating an example of a measurement initial PAX vector pattern trajectory.
4 and 5 are graphs showing the pax pattern and size obtained by simulation by applying the fault current to the A-phase current,
6 and 7 are graphs showing the results of the calculation of the pax pattern and size for the light load operation condition and the heavy load operation condition,
8 and 9 are graphs showing the results of simulating the distortion rate and magnitude in the case where winding short circuit failures occur for the A phase, the B phase, and the C phase, respectively;
FIG. 10 is a graph illustrating a result of calculating a distortion rate with respect to a maximum value and a minimum value of a facsimile pattern among sampling values obtained per second by a signal collection period of 1 second.
FIG. 11 is a graph illustrating a result of mapping and calculating an average value per second of a distortion rate, which is calculated twice every generation period of a pax pattern, according to the distortion rate calculation method according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템을 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing a stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor according to the present invention.

도 1을 참조하면, 3상 유도전동기의 고정자 권선 고장 진단시스템(100)은 전류검출부(110), 진단 처리부(120) 및 표시부(160)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the stator winding failure diagnosis system 100 of a three-phase induction motor includes a current detector 110, a diagnosis processor 120, and a display unit 160.

전류검출부(110)는 구동부(201)로부터 3개의 전력공급선로(207)를 통해 3상 유도전동기(205)와 접속되어 운전중인 3상 유도 전동기(205)에 대해 전력공급선로(207) 상에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류신호를 디지털신호로 변환하여 진단 처리부(120)에 출력한다.The current detector 110 is connected to the three-phase induction motor 205 through the three power supply lines 207 from the driver 201 on the power supply line 207 for the three-phase induction motor 205 in operation. The current flowing is detected, and the detected current signal is converted into a digital signal and output to the diagnostic processor 120.

전류검출부(110)의 전력공급선로(207)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 검출단(112)은 커런트 트랜스 포머 등 공지된 다양한 전류검출 프로브를 적용하면 된다.The detection stage 112 for detecting a current flowing through the power supply line 207 of the current detection unit 110 may apply various known current detection probes such as a current transformer.

또한, 전류검출부(110)는 검출된 3상 전류신호(iA, iB, iC)에 포함된 노이즈성분을 제거하는 필터가 적용되는 것이 바람직하다.In addition, the current detection unit 110 is preferably a filter for removing the noise component contained in the detected three-phase current signal (i A , i B , i C ).

일 예로서, 60Hz전원을 사용하는 유도 전동기(205)에 대해서는 100Hz의 컷오프 주파수를 갖는 아날로그 또는 디지털 방식의 저역통과 필터를 적용하면 된다.As an example, the induction motor 205 using a 60 Hz power source may be an analog or digital low pass filter having a cutoff frequency of 100 Hz.

참조부호 212는 유도 전동기(205)에 접속된 부하이다.Reference numeral 212 denotes a load connected to the induction motor 205.

진단처리부(120)는 전류검출부(110)에서 검출된 3상 전류신호(iA, iB, iC)로부터 고정자 권선 고장여부를 진단한다.The diagnosis processor 120 diagnoses whether the stator winding is faulty from the three-phase current signals i A , i B , and i C detected by the current detector 110.

진단 처리부(120)는 컴퓨터로 구축될 수 있다.The diagnostic processor 120 may be constructed by a computer.

진단 처리부(120)는 팍스벡터 산출부(130)와, 왜곡률 산출부(140) 및 고장 진단부(150)를 구비한다.The diagnostic processor 120 includes a fax vector calculator 130, a distortion factor calculator 140, and a failure diagnosis unit 150.

팍스벡터 산출부(130)는 전류검출부(110)에서 검출된 3상 전류신호(iA, iB, iC)에 대해 2상으로 변환하는 dq변환을 통해 d축 전류와 q축 전류로 분리시켜 출력한다.The PAX vector calculation unit 130 separates the d-axis current and the q-axis current through a dq conversion that converts the three-phase current signals i A , i B , and i C detected by the current detector 110 into two phases. And print it out.

여기서, dq 변환은 3상의 전류를 2상(90도 위상차)으로 투영하여 각 상간의 간섭을 배제시키고 전원 주파수와 같은 각속도를 부여함으로써, 3상의 값이 DC처럼 인식되게 변환하는 것이며, 3상 전류(iA, iB, iC)에 대해 dq변환을 통해 2상의 팍스벡터 성분인 d축 전류(id)와 q축 전류(iq)는 아래의 수학식 1 및 2에 의해 산출한다.Here, the dq conversion is to convert the three-phase value to be recognized as DC by projecting the three-phase current into two phases (90 degree phase difference) to eliminate interference between each phase and giving the same angular velocity as the power frequency. The d-axis current i d and the q-axis current i q , which are the two-phase Fox vector components, are calculated by the following Equations 1 and 2 through dq conversion for (i A , i B , i C ).

Figure 112011010497940-pat00001
Figure 112011010497940-pat00001

Figure 112011010497940-pat00002
Figure 112011010497940-pat00002

여기서, 주파수와 진폭이 일치하고 각각 정확하게 120°의 위상차를 갖는 이상적인 전류신호의 경우 d축 전류와 q축 전류 성분을 두 축으로 하여 d축 전류와 q축 전류 성분의 벡터 궤적에 대해 폐궤도를 이루면서 형성되는 팍스벡터 궤적패턴은 도 2에 실선으로 도시된 바와 같이 d축과 q축의 직교 좌표상의 원점에 중심을 둔 원이 그려진다. 이 원의 궤적의 크기는

Figure 112011010497940-pat00003
이고, 궤적의 회전주기는 공급 각주파수(rad/s)인 ω이다. 여기서 iM은 공급전류의 피크값이다.Here, in the case of an ideal current signal whose frequency and amplitude coincide and each have a phase difference of exactly 120 °, the closed trajectory is calculated for the vector trajectories of the d-axis current and the q-axis current component using the d-axis current and the q-axis current component as two axes. As shown in FIG. 2, a circle centered on the origin of the orthogonal coordinates of the d-axis and the q-axis is drawn as shown in FIG. 2. The size of this circle's trajectory
Figure 112011010497940-pat00003
The rotation period of the locus is ω, which is the supply angular frequency (rad / s). Where i M is the peak value of the supply current.

따라서, 이상적인 정상 유도전동기의 경우 완벽한 대칭전압이 공급되므로 전동기의 고정자 권선 전류 역시 위 조건과 같은 이상적인 전류 신호가 공급될 것이고, 유도전동기에 iM의 피크를 갖는 60Hz의 3상 전류신호(iA, iB, iC)가 입력된다면, 궤적의 크기가

Figure 112011010497940-pat00004
인 도 2의 실선과 같은 정원의 궤적이 120π(rad/s)의 속도로 그려진다.Therefore, the ideal steady induction motor is supplied with perfect symmetrical voltage, so the stator winding current of the motor will be supplied with the ideal current signal as above condition, and the three phase current signal of 60Hz with peak of i M (i A , i B , i C ) is entered, the size of the trajectory
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The trajectory of the garden, such as the solid line in Fig. 2, is drawn at a speed of 120 pi (rad / s).

한편, 전동기의 고정자 권선에 턴 간 단락이 발생하면 공급 전류에는 비대칭 성분이 발생하게 된다. 이러한 비대칭 성분의 발생으로 인해 공급전류 팍스벡터의 궤적은 도 2의 점선과 같은 타원의 궤적이 그려진다.On the other hand, if a short circuit between turns occurs in the stator winding of the motor, an asymmetric component is generated in the supply current. Due to the occurrence of this asymmetrical component, the trajectory of the supply current PAX vector is drawn as the trajectory of the ellipse as shown by the dotted line in FIG. 2.

또한, 단락된 턴 수가 증가할 수록 공급 전류의 비대칭 성분이 증가하고, 비대칭 성분이 증가할 수록 팍스벡터 패턴의 궤적의 왜곡이 더 심해진다.In addition, as the number of shorted turns increases, the asymmetrical component of the supply current increases, and as the asymmetrical component increases, the distortion of the trajectory of the PAX vector pattern becomes more severe.

팍스벡터 패턴의 궤적은 두 벡터 성분인 d축 전류(id)와 q축 전류(iq)의 합성에 의해 결정되므로, 아래의 수학식 3을 이용해 팍스벡터의 크기 성분을 얻을 수 있다. Since the trajectory of the fax vector pattern is determined by the synthesis of two vector components, d-axis current i d and q-axis current i q , the magnitude component of the fax vector can be obtained using Equation 3 below.

Figure 112011010497940-pat00005
Figure 112011010497940-pat00005

왜곡률 산출부(140)는 팍스벡터 산출부(130)에 의해 산출된 d축 전류와 q축 전류 성분을 두 축으로 하여 d축 전류와 q축 전류 성분의 벡터 궤적에 대해 폐궤도를 이루면서 형성되는 팍스벡터 궤적패턴에 대해 팍스벡터 궤적패턴의 가장 큰 진폭(rmax)과 가장 작은 진폭(rmin)의 비율인 왜곡률(DR)을 아래의 수학식 4를 이용하여 팍스 벡터 궤적 패턴을 따라 산출하여 출력한다.The distortion factor calculation unit 140 is formed while forming a closed trajectory with respect to the vector trajectories of the d-axis current and the q-axis current component using the d-axis current and the q-axis current component calculated by the fax vector calculator 130 as two axes. The distortion ratio DR, which is the ratio of the largest amplitude rmax and the smallest amplitude rmin of the pax vector trajectory pattern to the pax vector trajectory pattern, is calculated using the following Equation 4 and then output. .

Figure 112011010497940-pat00006
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여기서, rmax는 팍스벡터 패턴 궤적 상에서 수학식 3에 의해 구한 크기(r)가 궤적을 따라 가장 큰 값을 말하고, rmin은 팍스벡터 패턴 궤적상에서 수학식 3에 의해 구한 크기(r)가 궤적을 따라 가장 작은 값을 말하며, 시계 반대방향으로 궤적이 진행하면서 타원형 궤적을 형성할 때 1사분면상에서 첫번째 rmax가 발생하고, 2사분면상에서 첫번째 rmin가 발생하고, 3사분면상에서 두번째 rmax가 발생하고, 4사분면상에서 두번째 rmin이 발생한다.Here, rmax is the largest value (r) obtained by Equation 3 on the path vector pattern trajectory along the trajectory, and rmin is the size (r) obtained by Equation 3 on the path vector pattern trajectory along the trajectory. The smallest value, the first rmax occurs in the first quadrant, the first rmin occurs in the second quadrant, the second rmax occurs in the quadrant, and the quadrant in the fourth quadrant when the elliptical trajectory forms as the trajectory progresses counterclockwise. The second rmin occurs.

이와는 다르게, 시계방향으로 궤적이 진행하면서 타원형 궤적을 형성할 때 1사분면상에서 첫번째 rmax가 발생하고, 4사분면상에서 첫번째 rmin가 발생하고, 3사분면상에서 두번째 rmax가 발생하고, 2사분면상에서 두번째 rmin이 발생한다.In contrast, the first rmax occurs in the first quadrant, the first rmin occurs in the quadrant, the second rmax occurs in the quadrant, and the second rmin occurs in the second quadrant when the elliptical trajectory is formed while the clockwise trajectory progresses. do.

따라서, 왜곡률 산출부(140)는 폐궤도를 형성하는 팍스 패턴 형성 주기마다 2회 발생하는 가장 큰 진폭과 가장 작은 진폭에 대해 왜곡률을 각각 산정하여 출력한다.Therefore, the distortion calculation unit 140 calculates and outputs the distortion rates for the largest amplitude and the smallest amplitude, which are generated twice for each of the pax pattern formation periods forming the closed trajectory.

즉, 왜곡률 산출부(140)는 시계방향으로 궤적이 진행하면서 타원형 궤적을 형성할 때 1사분면상에서 첫번째 발생한 rmax와 4사분면상에서 발생한 첫번째 rmin으로부터 왜곡률을 구하고, 3사분면상에서 발생한 두번째 rmax와 4사분면상에서 발생한 두번째 rmin으로부터 왜곡률 산출하고, 다음 주기의 궤적 발생시에도 같은 방법으로 1사분면상에서 첫번째 발생한 rmax와 4사분면상에서 발생한 첫번째 rmin으로부터 왜곡률을 구하는 과정을 계속 수행하여 출력한다.That is, the distortion calculation unit 140 obtains the distortion rate from the first rmax occurring in the first quadrant and the first rmin occurring in the fourth quadrant when the elliptical trajectory is formed while the trajectory progresses in the clockwise direction, and the second rmax and the fourth quadrant occurring in the third quadrant. The distortion rate is calculated from the second rmin that occurs, and the process of calculating the distortion rate from the first rmax in the first quadrant and the first rmin in the fourth quadrant is performed in the same manner when the trajectory is generated in the next cycle.

바람직하게는 측정 초기에는 도 3에 도시된 바와 같이 원점에서 출발하는 비정상신호가 생성되기 때문에 왜곡률 산출부(140)는 팍스 벡터 궤적패턴이 d축과 q축의 원점으로부터 진행되는 초기 값은 배제하고 다음 주기의 궤적부터 왜곡률을 산출한다.Preferably, since the abnormal signal starting from the origin is generated as shown in FIG. 3, the distortion factor calculating unit 140 excludes an initial value of the path vector trajectory pattern from the origin of the d-axis and the q-axis. The distortion rate is calculated from the trajectory of the period.

고장진단부(150)는 왜곡률 산출부(140)에 의해 출력되는 왜곡률 값을 복수회로 설정된 누적 횟수에 대해 평균값을 구하고, 평균값이 문턱값 보다 크면 권선 고장으로 처리한다.The failure diagnosis unit 150 obtains the average value of the distortion rate output by the distortion rate calculation unit 140 with respect to the accumulated number of times set in a plurality of circuits, and processes the winding failure if the average value is larger than the threshold value.

바람직하게는 고장진단부(150)는 문턱값을 1.056을 적용한다.Preferably, the failure diagnosis unit 150 applies a threshold value of 1.056.

또한, 고장진단부(150)에서 왜곡률 평균값 산출을 위해 적용되는 누적횟수는 적절하게 적용하면 되고 바람직하게는 1200 내지 3600을 적용한다.In addition, the cumulative number of times applied for calculating the average distortion value in the failure diagnosis unit 150 may be appropriately applied, and preferably 1200 to 3600 is applied.

고장진단부(150)는 고장으로 판단되면 표시부(160)를 통해 고장정보를 표시한다.If it is determined that the failure diagnosis unit 150 is a failure, the failure information is displayed through the display unit 160.

<실험예><Experimental Example>

120°의 위상차를 갖는 3상전류 신호에 대해 정상인 경우 A상, B상과 C상에 대해서는 진폭을 1로하고, 고장인 경우에 대해 A상전류에 대한 진폭은 1.1로하고 B상과 C상에 대해서는 진폭을 1로하여 시뮬레이션에 의해 구한 팍스패턴 및 크기가 도 4 및 도 5에 도시되어 있다.For a three-phase current signal with a phase difference of 120 °, the amplitude is set to 1 for A phase, B and C phase, and for the fault, the amplitude for A phase current is 1.1 and for B and C phases. 4 and 5 show the pax patterns and the magnitudes obtained by the simulation with the amplitude set to one.

도 4 및 도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이 정상 전동기의 경우 한 주기 동안 팍스벡터 패턴의 크기 변화가 없는 반면 턴 단락 고장 전동기는 팍스벡터 패턴 크기의 변화가 한 주기 동안 두 번 발생하는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from FIG. 4 and FIG. 5, in the case of the normal motor, there is no change in the size of the PAX vector pattern for one cycle, whereas the turn short failure motor shows that the change in the size of the PAX vector pattern occurs twice in one cycle. have.

다음으로 부하변화에 따른 팍스벡터 패턴 변화여부를 알아보기 위해 앞서 고장조건을 경부하 운전조건으로 하고, 중부하 운전 조건에 대해서는 각 상의 진폭에 각각 동일 하게 1.1을 곱한 값을 인가하였을 때 팍스패턴 및 크기가 도 6 및 7에 도시되어 있다.Next, in order to find out the change of the PAX vector pattern according to the load change, the failure condition is set as the light load operation condition, and for the heavy load operation condition, the PX pattern and The size is shown in FIGS. 6 and 7.

도 6 및 도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이 부하의 증가에 따라 팍스벡터 패턴의 전체적인 크기가 증가함을 확인할 수 있고, 부하 증가에 따라 팍스벡터 패턴의 크기가 증가하는 반면에 최대 크기와 최소 크기의 차에 의한 진폭이 같음을 확인할 수 있다. 따라서 부하 증가에 의해 상전류 전체의 크기가 커지더라고 팍스벡터 패턴의 왜곡률은 일정함을 알 수 있고, 왜곡률을 이용하여 유도전동기의 권선단락고장을 진단할 때 부하 변화에 상관없이 일정한 문턱값을 적용할 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from FIG. 6 and FIG. 7, it can be seen that the overall size of the PAX vector pattern increases as the load increases, while the size of the PAX vector pattern increases as the load increases, while the maximum size and the minimum size increase. It can be confirmed that the amplitudes due to the difference are the same. Therefore, even though the magnitude of the entire phase current increases as the load increases, the distortion rate of the PAX vector pattern is constant.When diagnosing the winding short circuit failure of the induction motor using the distortion rate, a constant threshold value is applied regardless of the load change. It can be seen that.

한편, A상만에 권선 단락이 발생했을 때와, B상만에 권선단락이 발생했을 때와, C상에 대해서만 권선 단락 고장이 발생한 경우 각각에 대해 왜곡률 및 크기를 시뮬레이션한 결과가 도 8 및 도 9에 도시되어 있고, 왜곡률의 크기는 권선 단락 고장이 발생한 상의 위치에 관계없이 일정함을 확인 하였다.On the other hand, when the winding short circuit occurs only in phase A, the winding short circuit occurs only in phase B, and the winding short circuit failure occurs only in phase C, the results of simulating the distortion rate and magnitude for each of Figs. 8 and 9 The magnitude of the distortion is shown to be constant regardless of the position of the phase where the winding short circuit fault occurs.

또한, A상에 대해 고장조건을 부여한 상태에서 팍스패턴 생성주기를 고려하지 않고 임의의 신호 수집주기(Ts)를 적용한 하여 팍스패턴의 최대값과 최소값으로 왜곡률을 산출하는 방식과, 본 발명에서와 같이 팍스패턴 생성주기 마다 왜곡률을 산출하는 방식의 선능차이를 알아보기 위해 신호수집주기(Ts)를 1초로 하되, 초당 6000개의 샘플을 취득하여 1초당 얻어지는 값들 중 팍스패턴 크기의 최대값과 최소값에 대해 왜곡률을 산정한 결과가 도 10에 도시되어 있고, 본 발명에 따라 팍스패턴 생성 주기 마다 두 번씩 산출되는 왜곡률을 1초당 평균값을 산출하여 맵핑한 결과가 도 11에 도시되어 있다.In addition, a method of calculating a distortion rate using a maximum value and a minimum value of a facsimile pattern by applying an arbitrary signal collection period Ts without considering a facsimile pattern generation period in a state where a fault condition is applied to the A phase, and in the present invention, Likewise, the signal collection period (Ts) is set to 1 second in order to find out the linear difference of the method of calculating the distortion rate for each generation of the pax pattern, and the maximum and minimum values of the fac The result of calculating the distortion ratio is shown in FIG. 10, and the result of mapping and calculating the average value per second of the distortion rate, which is calculated twice for each period of generating the fax pattern, is shown in FIG. 11.

도 10과 도 11의 비교 그래프를 통해 알 수 있는 바와 같이 임의의 설정한 신호수집주기 동안 수집된 크기값들에 대해 최대값과 최소값을 찾아 왜곡률을 구하는 방식에 비해 팍스패턴의 매회전수마다 왜곡률을 산출하고 이로부터 평균하는 방식이 정상과 고장 모두 왜곡률의 크기가 작고 변화폭이 작아 고장 전동기의 구분이 명확하여 진단 정확성을 높일 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from the comparison graphs of FIG. 10 and FIG. 11, the distortion rate is calculated at each rotational speed of the PAX pattern compared to the method of finding the maximum value and the minimum value and obtaining the distortion rate for the size values collected during a predetermined signal collection period. It can be seen that the method of calculating and averaging it from both the normal and the fault has a small amount of distortion and a small change width, so that the distinction of the faulty motor can be clearly identified, thereby increasing the diagnosis accuracy.

이러한 시뮬레이션에 대해 유도 전동기에 임의로 권선 단락을 시켜 실험한 결과 시뮬레이션 결과와 일치함을 확인 하였다.In this experiment, the winding of the induction motor was randomly shorted and the experimental results were confirmed to be consistent with the simulation results.

110: 전류 검출부 130: 팍스벡터 산출부
140: 왜곡률 산출부 150: 고장진단부
110: current detector 130: fax vector calculator
140: distortion rate calculation unit 150: failure diagnosis unit

Claims (5)

  1. 3상 유도 전동기의 고정자 권선 고장 진단 시스템에 있어서,
    상기 3상 유도 전동기와 접속된 전력공급선로 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와;
    상기 전류검출부에서 검출된 3상 전류신호로부터 고정자 권선 고장여부를 진단하는 진단처리부를 구비하고,
    상기 진단 처리부는
    상기 전류검출부에서 검출된 3상 전류에 대해 2상으로 변환하는 dq변환을 통해 d축 전류와 q축 전류로 분리시키는 팍스벡터 산출부와;
    상기 팍스벡터 산출부에 의해 산출된 상기 d축 전류와 q축 전류 성분을 두 축으로 하여 상기 d축 전류와 q축 전류 성분의 벡터 궤적에 대해 폐궤도를 이루면서 형성되는 팍스벡터 궤적패턴에 대해 팍스벡터 궤적패턴의 가장 큰 진폭과 가장 작은 진폭의 비율인 왜곡률을 상기 팍스 벡터 궤적 패턴을 따라 산출하여 출력하는 왜곡률 산출부와;
    상기 왜곡률 산출부에 의해 출력되는 왜곡률 값을 복수회로 설정된 누적 횟수에 대해 평균값을 구하고, 상기 평균값이 문턱값 보다 크면 권선 고장으로 처리하는 고장진단부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 3상 유도 전동기의 고정자 권선 고장 진단 시스템.
    In the stator winding failure diagnosis system of a three-phase induction motor,
    A current detector for detecting a current flowing on a power supply line connected to the three-phase induction motor;
    And a diagnosis processing unit for diagnosing a stator winding failure from the three-phase current signal detected by the current detection unit.
    The diagnostic processing unit
    A fax vector calculator configured to separate the d-axis current and the q-axis current through a dq transformation converting the three-phase current detected by the current detector into two phases;
    A pax vector trajectory pattern formed by forming a closed trajectory with respect to a vector trajectory of the d-axis current and the q-axis current component using the d-axis current and the q-axis current component calculated by the fax vector calculation unit as two axes. A distortion factor calculator for calculating and outputting a distortion rate, which is a ratio of the largest amplitude and the smallest amplitude of the vector trajectory pattern, along the fax vector trajectory pattern;
    And a fault diagnosis unit for calculating an average value of the distortion rate output by the distortion rate calculation unit with respect to a cumulative number of times set in a plurality of circuits, and treating the winding failure when the average value is larger than the threshold value of the three-phase induction motor. Stator winding fault diagnosis system.
  2. 제1항에 있어서, 상기 왜곡률 산출부는 상기 팍스 벡터 궤적패턴이 상기 d축과 q축의 원점으로부터 진행되는 초기 값은 배제하고, 폐궤도를 형성하는 패턴 형성 주기마다 2회 발생하는 가장 큰 진폭과 가장 작은 진폭에 대해 상기 왜곡률을 각각 산정하는 것을 특징으로 하는 3상 유도 전동기의 고정자 권선 고장 진단 시스템. The method of claim 1, wherein the distortion factor calculating unit excludes an initial value of the pax vector trajectory pattern from the origin of the d-axis and the q-axis, and has the largest amplitude and the highest amplitude occurring twice each pattern formation period for forming a closed trajectory. A stator winding failure diagnosis system for a three-phase induction motor, characterized in that each of the distortion rates are calculated for a small amplitude.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류검출부는 상기 전력공급선로 상에 흐르는 전류에 대해 노이즈를 필터링하여 출력하는 저역통과필터;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3상 유도 전동기의 고정자 권선 고장 진단 시스템.3. The stator winding failure diagnosis system of claim 2, wherein the current detector further comprises a low pass filter for filtering and outputting noise with respect to a current flowing on the power supply line.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고장진단부는 상기 문턱값을 1.056로 적용하는 것을 특징으로 하는 3상 유도 전동기의 고정자 권선 고장 진단 시스템.The stator winding failure diagnosis system of claim 3, wherein the failure diagnosis unit applies the threshold value as 1.056.
  5. 제4항에 있어서, 상기 누적횟수는 1200 내지 3600인 것을 특징으로 하는 3상 유도 전동기의 고정자 권선 고장 진단 시스템.5. The stator winding failure diagnosis system of claim 4, wherein the cumulative frequency is 1200 to 3600.
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