KR101556346B1 - 전기 머신에서 베어링 전류를 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
전기 머신에서 베어링 전류를 측정하기 위한 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전기 머신(2)에서 베어링 전류를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 전기 방전에 의해 생성된 무선 주파수 신호는 베어링(14) 근처의 안테나(16)에 의해 검출된다. 동기화 신호는 베어링 전류원과 결합되고, 동기화 신호에 의해 트리거된(triggered) 신호가 측정된다.
Description
본 발명은 전기 머신에서 베어링(bearing) 전류를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 머신의 베어링에서, 전기 방전에 의해 생성되는 무선 주파수(RF) 신호를 검출함으로써 베어링 전류를 측정하는 것에 관한 것이다.
전기 방전은 다수의 이유로 전기 머신에서 발생한다. 전기 방전은 해롭고, 이 방전은 상이한 방식으로 머신에 손상을 입히는 경향이 있다. 3개의 주요 원인은 권선의 부분 방전, 베어링 전류, 및 정류기(commutator)의 스파킹(sparking)이다. 모든 이들 현상은 충분히 연구되어, 전기 머신의 효율이 저하되기 전에 또는 머신의 임의의 부분이 전체적으로 손상되기 전에, 이 현상을 어떻게 예방할지 및/또는 어떻게 검출할지에 대한 다수의 제안이 존재한다.
전기 방전의 출현을 한정할 때, RF 신호 검출을 활용하기 위한 다수의 접근법이 존재한다. RF 신호 검출기는 예를 들어, 권선에서 헐겁거나 손상된 도체, 끊어진 꼰 줄(strand), 및 권선에서 단락에 의해 초래되는 전기 방전을 검출하기 위하여 제안된다. 추가로, DC 머신의 정류기에서 브러시의 아크 방전(brush arcing)의 모니터링을 안출하기 위하여 수 개의 제안이 존재한다.
전기 방전 및 RF 신호는 개별적으로, 방전의 이유가 있는 권선 및 정류기와 직접 연결된다. 예를 들어, 전기 방전 및 RF 신호는 브러시의 마모도 및 에이징(ageing)에 기인하여, 정류기에 나타난다.
베어링 전류에 관하여, 상황은 더 어려워진다. 베어링 전류는 대다수의 경우에서 측정될 수 없지만, 모터의 터미널에서 공통 모드 전류 또는 전압, 또는 베어링을 통한 전압과 같이, 다른 변수는 측정될 수 있다. 일부 경우에서, 심지어 이들 변수조차도 액세스 범위 밖이다. 게다가, 베어링에서 해로운 방전이 발생하는 지도 확실하지 않다.
발행된 국제 출원 WO 2007/106015는 전기 구동 시스템의 베어링에서 전기 방전을 나타내는 방법을 개시한다. 검출된 RF 신호는 전기 방전을 측정하기 위하여 처리되고, 측정된 전기 방전이 표시된다. 전기 머신에 관한 전기 방전을 검출할 때, 모든 종래 기술의 해결책이 RF 신호를 사용하지만, 이 해결책은 검출된 RF 신호가 문제의 전기 방전에 언제 실제 연결되는지를 식별하는데, 특정 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 전기 머신(2)에서 베어링 전류를 측정하는 새로운 방법 및 장치를 생성하는 것으로, 전기 방전이 생성되고, 전기 머신(2)은 전기 머신의 프레임(12)에 고정되는 고정자와, 축(10) 주위를 회전하도록 배열되고, 베어링(14)에 의해 프레임(12)에 지지되는 회전자로 구성되고, 베어링 전류는 베어링(14)을 통해 흐르고, 윤활(lubricating) 막을 통한 전압이 높다면, 전기 방전이 발생하여(burst), 전기 방전이 무선 주파수 신호를 생성하고, 이로 인해 무선 주파수 신호는 전기 방전의 위치 근처의 안테나(16)에 의해 지속적으로 검출된다. 본 발명의 일 양상에 따라, 방법은
전기 머신을 제어하는 변환기(4)로부터 수신된 스위칭 주파수에 기초하여 전기 방전원에 적시에 종속하는 동기화 신호를 생성하는 단계로서, 동기화 신호를 생성하는 단계는 변환기(4) 또는 전기 머신(2)에 연결된 디바이스(20, 21)에서 수행되는, 동기화 신호를 생성하는 단계와, 동기화 신호에 응답하여 베어링(14) 근처에 위치된 안테나(16)를 트리거링(triggering)하는 단계와, 베어링 전류를 나타내는 신호로서 동기화 신호에 어울리는(matches) 무선 주파수 신호를 등록 모듈(26)에 등록하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 따라, 전기 머신(2)에서 생성된 전기 방전을 모니터링 함으로써 베어링 전류를 측정하는 장치가 제공되고, 전기 머신(2)은 전기 머신(2)의 프레임(12)에 고정되는 고정자와, 축(10) 주위를 회전하도록 배열되고, 베어링(14)에 의해 프레임에 지지되는 회전자로 구성되고, 베어링 전류는 베어링(14)을 통해 흐르고, 윤활 막을 통한 전압이 너무 높다면, 전기 방전이 베어링(14)을 통해 발생하고, 전기 방전이 무선 주파수 신호를 생성하고, 상기 장치는 무선 주파수 신호를 지속적으로 검출하기 위하여 전기 방전의 위치 근처의 안테나(16)를 포함하고,
- 방전원에 적시에 종속되고, 이를 적시에 기초로 하는 동기화 신호를 생성하는 디바이스(20, 21)로서, 동기화 신호를 생성하는 디바이스(20, 21)는 전기 머신(2)을 제어하는 변환기(4)로부터 스위칭 주파수를 수신하기 위한 입력을 포함하고, 변환기(4) 또는 전기 머신(2)에 연결되고, 센서(21)를 포함하는, 동기화 신호를 생성하는 디바이스(20, 21)와,
- 동기화 신호에 기초하여 트리거링하고, 베어링 전류에 비례하는 전압을 디스플레이하기 위해 안테나(16)에 연결된 오실로스코프(18)와,
전기 머신을 제어하는 변환기(4)로부터 수신된 스위칭 주파수에 기초하여 전기 방전원에 적시에 종속하는 동기화 신호를 생성하는 단계로서, 동기화 신호를 생성하는 단계는 변환기(4) 또는 전기 머신(2)에 연결된 디바이스(20, 21)에서 수행되는, 동기화 신호를 생성하는 단계와, 동기화 신호에 응답하여 베어링(14) 근처에 위치된 안테나(16)를 트리거링(triggering)하는 단계와, 베어링 전류를 나타내는 신호로서 동기화 신호에 어울리는(matches) 무선 주파수 신호를 등록 모듈(26)에 등록하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 따라, 전기 머신(2)에서 생성된 전기 방전을 모니터링 함으로써 베어링 전류를 측정하는 장치가 제공되고, 전기 머신(2)은 전기 머신(2)의 프레임(12)에 고정되는 고정자와, 축(10) 주위를 회전하도록 배열되고, 베어링(14)에 의해 프레임에 지지되는 회전자로 구성되고, 베어링 전류는 베어링(14)을 통해 흐르고, 윤활 막을 통한 전압이 너무 높다면, 전기 방전이 베어링(14)을 통해 발생하고, 전기 방전이 무선 주파수 신호를 생성하고, 상기 장치는 무선 주파수 신호를 지속적으로 검출하기 위하여 전기 방전의 위치 근처의 안테나(16)를 포함하고,
- 방전원에 적시에 종속되고, 이를 적시에 기초로 하는 동기화 신호를 생성하는 디바이스(20, 21)로서, 동기화 신호를 생성하는 디바이스(20, 21)는 전기 머신(2)을 제어하는 변환기(4)로부터 스위칭 주파수를 수신하기 위한 입력을 포함하고, 변환기(4) 또는 전기 머신(2)에 연결되고, 센서(21)를 포함하는, 동기화 신호를 생성하는 디바이스(20, 21)와,
- 동기화 신호에 기초하여 트리거링하고, 베어링 전류에 비례하는 전압을 디스플레이하기 위해 안테나(16)에 연결된 오실로스코프(18)와,
- 동기화 신호에 어울리는 무선 주파수 신호를 디스플레이 또는 저장하고, 오실로스코프(18)에 연결된 등록(24, 26) 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따라, 모니터링될 타임-윈도우(time-window)는 동기화 신호의 주파수를 기초로 한정된다.
본 발명의 일 양상에 따라, 동기화 신호는 머신을 제어하는 주파수 변환기의 전력 전자 요소를 트리거하는 신호에 의해 생성된다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 동기화 신호는 공통 모드 전류 또는 공통 모드 전압을 검출하는 센서를 기초로 생성된다.
본 발명의 하나의 양상에 따라, 무선 주파수 신호는 누적되거나 계수된다. 이러한 데이터는 베어링의 오작동에 비례하는 파라미터를 한정하기 위하여 활용된다.
본 발명의 하나의 양상에 따라, 검출기 디바이스는 베어링 전류에 비례하는 전압을 디스플레이하는 오실로스코프로 구성된다.
본 발명은 전력 전자 스위치로부터 초래되는 고주파 전압이 스파크를 초래하는 경우, 신뢰성 있고 정확한 데이터를 제공한다. 이러한 데이터는 정확하게 분석될 수 있고 모니터링될 수 있다. 따라서, 머신의 수명 동안 현상 및 이 현상의 진행은 머신의 상태 및 가능한 유지보수 요구를 평가할 때, 쉽게 관측될 수 있고 활용될 수 있다.
본 발명의 추가 특징 및 장점은 첨부 도면과 함께 동반되는 다음의 상세한 서술로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 전기 머신에서 베어링 전류를 측정하는데, 종래 기술과는 다른 새로운 접근 방법 및 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 진단 디바이스에 관련된 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 진단 디바이스에 관련된 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 1은 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한다. 전기 ac 모터(2)는 주전원 라인(6)으로부터 공급된 ac 주전원 라인 전압을 변환하는 주파수 변환기(4)에 의해 구동된다. 주파수 변환기(4)의 출력은 선(8)을 통하여, 모터(2)의 단자에 연결된다. 주파수 변환기(4)는 종래에 잘 알려진 고주파 PWM 펄스에 의해 제어되는 수 개의 전자 스위치로 구성된다.
전기 모터(2)의 샤프트(shaft)(10)는 베어링(14)에 의해 모터의 프레임(12)에 지지된다. 고주파 전압 펄스가 모터의 고정자(stator)에서 생성될 때, 이 펄스는 특정 환경 하에서, 베어링(14) 의 윤활(lubricant) 막을 통해 고전압 펄스를 초래한다. 전압이 충분히 높다면, 베어링 전류는 베어링(14)을 통하여 흘러, 전기 방전을 초래한다. 이러한 현상은 베어링 근처에 위치되는, 안테나(16)에 의해 검출될 수 있는, 무선 주파수(RF) 신호를 생성한다. 안테나(16)의 출력(17)에서 전압은 오실로스코프(18)의 디스플레이 상에서 모니터링될 수 있다. 전기 방전에 비례하는 베어링 전류의 크기가 측정될 수 있다. 정확한 측정 결과를 얻기 위하여, 주파수 변환기(4)에서 스위치의 트리거 신호는 선(20)을 통하여 오실로스코프(18)에 유도된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 2에서, 오실로스코프(18)의 트리거 신호는 전기 머신(2)의 단자로부터 선(21)을 통해 얻어진다. 이로 인해 트리거 신호는 공통 모드 전압 또는 공통 모드 전류를 측정하는 센서로부터 생성된다.
안테나(16)는 RF 신호를 수신하는, 수 개의 루프를 갖는 루프 안테나이다. RF 신호를 수신하는데 적합한 다른 종류의 안테나도 사용될 수 있다. 또한, 안테나의 선택은 측정 거리에 종속된다. 동기화 신호는 베어링 전류의 생성원에 연계되는 임의의 신호일 수 있다. 아이디어는 스위칭(switching) 주파수의 정확한 타이밍 신호를 얻는 것이고, 이 신호는 안테나에 의해 RF 신호를 검출할 때, 동기화 신호로서 사용된다. 잡음 신호는 확실하게 제거된다.
도 3은 본 발명을 활용하는 진단 디바이스를 도시한다. 동기화 신호에 의해 트리거된 오실로스코프(18)의 출력(20)은 분석기(24)에 전도된다. 스파크의 강도(intensity) 및 순환은 검출되어, 등록 모듈(26)에 등록된다. 결과는 연속적으로 메모리(28)에 저장된다. 데이터는 서비스 및 유지보수를 한정할 때, 사용된다.
측정 결과는 펄스 계수기 또는 적분기를 통하여 방전 펄스를 계수함으로써 더 활용된다. 이러한 데이터는 베어링의 오작동에 비례하는 파라미터를 한정하기 위하여 이롭게 사용된다.
본 발명의 실시예는 위에 서술되었고, 오직 예시적인 것으로 의도된다. 그러므로, 본 발명의 범주는 오로지 첨부된 청구항의 범주에 의해 제한되는 것으로 의도된다.
2 : 전기 모터 4 : 주파수 변환기
10 : 샤프트(shaft) 12 : 프레임
16 : 안테나 17 : 출력
18 : 오실로스코프
10 : 샤프트(shaft) 12 : 프레임
16 : 안테나 17 : 출력
18 : 오실로스코프
Claims (8)
- 전기 머신(2)에서 베어링 전류를 측정하는 방법으로서, 전기 방전이 생성되고, 전기 머신(2)은 전기 머신의 프레임(12)에 고정되는 고정자와, 축(10) 주위를 회전하도록 배열되고, 베어링(14)에 의해 프레임(12)에 지지되는 회전자로 구성되고, 베어링 전류는 베어링(14)을 통해 흐르고, 윤활(lubricating) 막을 통한 전압이 높다면, 전기 방전이 발생하여(burst), 전기 방전이 무선 주파수 신호를 생성하고, 이로 인해 무선 주파수 신호는 전기 방전의 위치 근처의 안테나(16)에 의해 지속적으로 검출되는, 전기 머신(2)에서 베어링 전류를 측정하는 방법에 있어서,
- 전기 머신을 제어하는 변환기(4)로부터 수신된 스위칭 주파수에 기초하여 전기 방전원에 적시에 종속하는 동기화 신호를 생성하는 단계로서, 동기화 신호를 생성하는 단계는 변환기(4) 또는 전기 머신(2)에 연결된 디바이스(20, 21)에서 수행되는, 동기화 신호를 생성하는 단계와,
- 동기화 신호에 응답하여 베어링(14) 근처에 위치된 안테나(16)를 트리거링(triggering)하는 단계와,
- 베어링 전류를 나타내는 신호로서 동기화 신호에 어울리는(matches) 무선 주파수 신호를 등록 모듈(26)에 등록하는 단계를
포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 머신에서 베어링 전류를 측정하는 방법. - 제 1항에 있어서, 모니터링될 타임-윈도우(time-window)는 동기화 신호의 주파수를 기초로 한정되는 것을 특징으로 하는, 전기 머신에서 베어링 전류를 측정하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 무선 주파수 신호는 누적되거나 계수되는 것을 특징으로 하는, 전기 머신에서 베어링 전류를 측정하는 방법.
- 전기 머신(2)에서 생성된 전기 방전을 모니터링 함으로써 베어링 전류를 측정하는 장치로서, 전기 머신(2)은 전기 머신(2)의 프레임(12)에 고정되는 고정자와, 축(10) 주위를 회전하도록 배열되고, 베어링(14)에 의해 프레임에 지지되는 회전자로 구성되고, 베어링 전류는 베어링(14)을 통해 흐르고, 윤활 막을 통한 전압이 너무 높다면, 전기 방전이 베어링(14)을 통해 발생하고, 전기 방전이 무선 주파수 신호를 생성하고, 상기 장치는 무선 주파수 신호를 지속적으로 검출하기 위하여 전기 방전의 위치 근처의 안테나(16)를 포함하는, 베어링 전류를 측정하는 장치에 있어서,
- 방전원에 적시에 종속되고, 이를 적시에 기초로 하는 동기화 신호를 생성하는 디바이스(20, 21)로서, 동기화 신호를 생성하는 디바이스(20, 21)는 전기 머신(2)을 제어하는 변환기(4)로부터 스위칭 주파수를 수신하기 위한 입력을 포함하고, 변환기(4) 또는 전기 머신(2)에 연결되고, 센서(21)를 포함하는, 동기화 신호를 생성하는 디바이스(20, 21)와,
- 동기화 신호에 기초하여 트리거링하고, 베어링 전류에 비례하는 전압을 디스플레이하기 위해 안테나(16)에 연결된 오실로스코프(18)와,
- 동기화 신호에 어울리는 무선 주파수 신호를 디스플레이 또는 저장하고, 오실로스코프(18)에 연결된 등록(24, 26) 요소를
더 포함하는 것을 특징으로 하는, 베어링 전류를 측정하는 장치. - 제 4항에 있어서, 동기화 신호는 머신(2)을 제어하는 변환기(4)의 스위칭 주파수를 기초로 생성되는 것을 특징으로 하는, 베어링 전류를 측정하는 장치.
- 제 4항에 있어서, 동기화 신호는 공통 모드 전류 또는 공통 모드 전압을 검출하는 센서(21)를 기초로 생성되는 것을 특징으로 하는, 베어링 전류를 측정하는 장치.
- 삭제
- 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 베어링의 오작동에 비례하는 파라미터를 한정하기 위하여, 펄스 계수기 또는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 베어링 전류를 측정하는 장치.
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