KR101904315B1

KR101904315B1 - 모터 고장 진단 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101904315B1
Application number: KR1020180043539A
Authority: KR
Inventors: 김태원; 박태준; 구본관
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2018-10-04
Also published as: KR20180073523A

Abstract

모터 고장 진단 장치는, 단상의 테스트 전압을 생성하는 인버터, 상기 인버터의 출력단들과 모터의 3상 코일들 사이에 각각 연결되며, 상기 모터로 상기 테스트 전압을 인가하는 복수의 스위치, 상기 인버터에서 상기 모터로 출력되는 전류값을 측정하는 전류 센서, 상기 인버터에서 상기 모터로 출력되는 전압값을 측정하는 전압 센서, 및 상기 3상 코일들 중 적어도 일부가 직렬 또는 병렬 조합되어 생성된 상 조합이 상기 인버터의 출력단들 사이에 연결되도록 상기 복수의 스위치를 제어하고, 상기 전류값 및 상기 전압값에 기초하여 상기 상 조합에 대한 임피던스를 산출하며, 상기 임피던스를 기초로 상기 모터의 고장을 진단하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

모터 고장 진단 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD MOTOR FAULT DIAGNOSIS}

실시 예는 모터 고장 진단 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유도 모터의 고장 진단 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

유도 모터(Induction Motor)는 3상 코일을 감은 고정자에 3상 교류 전류가 인가되면 회전 자계가 형성되고, 이것에 의해 회전자에 전류가 흘러 회전자를 회전시킨다. 유도 모터는 공작 기계, 컨베이어 벨트 등 다양한 기기들을 움직이는데 폭넓게 사용된다.

유도 모터의 고정자는 고정자 코어와 표면이 절연체로 코팅되어 고정자 코어에 겹겹이 감겨진 고정자 코일로 구성된다. 고정자 코일의 절연 성분은 고전압에 의한 스트레스, 고온, 진동, 제작 불량 등으로 인해 절연효과가 떨어지는 경우가 발생할 수 있다. 통상적으로 이러한 경우를 턴쇼트 고장(turn short fault)이라고 한다. 턴쇼트 고장은 고정자 코일에서 가장 빈번하게 발생하는 고장 중 하나이다.

유도 모터의 회전자는 고온, 진동, 운전 조건, 제작 불량 등에 의해 회전자 바가 파손될 수 있다. 회전자 바가 파손될 경우, 회전자 바에 흐르는 전류가 불균등해짐으로써 공극 자속의 변화를 초래하고, 결국에는 회전자에 심각한 진동을 발생시킬 수 있다.

유도 모터에 턴 쇼트 고장이나 회전자 바 손상이 발생하면, 특정 주파수 성분(특정 주파수의 전류 성분 또는 진동 성분)이 발생한다. 따라서, 종래에는 유도 모터의 전류 성분 또는 진동 성분을 지속적으로 모니터링하여 특정 주파수 성분이 기존에 비해 소정 수준 이상 증가하면 고장으로 인식하였다.

유도 모터가 60Hz 또는 50Hz의 상용 전원에 직접 연결되어 사용되는 경우에는 전술한 주파수 성분의 모니터링을 통해 충분히 고장 상황을 인식할 수 있다. 이는 상용 전원은 단일 주파수의 교류 전원이므로, 다른 하모닉 성분 발생이 아주 작기 때문이다.

최근 반도체 스위치의 발전으로 다양한 속도로 유도 모터의 회전 속도를 가변할 수 있는 인버터의 사용이 확대되고 있다. 인버터의 출력 전압은 모터를 운전하기 위한 주요 기본 주파수 성분과 함께 다양한 하모닉 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 유도 모터의 구동을 위해 인버터가 사용되는 경우에는 특정 주파수 성분의 모니터링만으로 고장을 인식하기에 어려움이 있다.

실시 예를 통해 해결하려는 과제는 모터의 턴 쇼트 고장이나 회전자 바 손상을 효과적으로 검출할 수 있는 모터 고장 진단 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 실시 예에 따른 모터의 고장 진단 장치는, 단상의 테스트 전압을 생성하는 인버터, 상기 인버터의 출력단들과 Y자 결선되는 모터의 3상 코일들 사이에 각각 연결되며, 상기 모터로 상기 테스트 전압을 인가하는 복수의 스위치, 상기 인버터에서 상기 모터로 출력되는 전류값을 측정하는 전류 센서, 상기 인버터에서 상기 모터로 출력되는 전압값을 측정하는 전압 센서, 및 상기 3상 코일들 중 적어도 일부가 직렬 또는 병렬 조합되어 생성된 상 조합이 상기 인버터의 출력단들 사이에 연결되도록 상기 복수의 스위치를 제어하고, 상기 전류값 및 상기 전압값에 기초하여 상기 상 조합에 대한 임피던스를 산출하며, 상기 임피던스를 기초로 상기 모터의 고장을 진단하는 제어기를 포함할 수 있다.

상기 제어기는, 상기 인버터의 출력단들 사이에 서로 다른 등가 임피던스 방향에 대응하는 서로 다른 복수의 상 조합이 순차적으로 연결되도록 상기 복수의 스위치를 제어하고, 상기 복수의 상 조합 각각에 대응하는 임피던스 중 최고값과 최소값을 선택하며, 상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이와 기준치를 비교하여 상기 모터의 고장을 진단할 수 있다.

상기 3상 코일은, 제1 코일 방향을 가지는 제1 상 코일, 제2 코일 방향을 가지는 제2 상 코일, 및 제3 코일 방향을 가지는 제3 상 코일을 포함하며, 상기 복수의 상 조합은, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제3 코일 방향과 직교하는 제1 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제1 코일 방향과 직교하는 제2 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제2 코일 방향과 직교하는 제3 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제1 코일 방향과 일치하는 제4 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제2 코일 방향과 일치하는 제5 상 조합, 및 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제3 코일 방향과 일치하는 제6 상 조합을 포함할 수 있다.

상기 제어기는, 상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이가 상기 기준치보다 크면 상기 모터에 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.

상기 복수의 스위치는, 상기 인버터의 제1 출력단과 상기 제1 상 코일 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 인버터의 제2 출력단과 상기 제1 상 코일 사이에 연결되는 제2 스위치, 상기 제1 출력단과 상기 제2 상 코일 사이에 연결되는 제3 스위치, 상기 제2 출력단과 상기 제2 상 코일 사이에 연결되는 제4 스위치, 상기 제1 출력단과 상기 제3 상 코일 사이에 연결되는 제5 스위치, 및 상기 제2 출력단과 상기 제3 상 코일 사이에 연결되는 제6 스위치를 포함할 수 있다.

상기 제1 상 조합은, 상기 제1 상 코일과 상기 제2 상 코일이 직렬 연결되는 상 조합이고, 상기 제2 상 조합은, 상기 제2 상 코일과 상기 제3 상 코일이 직렬 연결되는 상 조합이고, 상기 제3 상 조합은, 상기 제3 상 코일과 상기 제1 상 코일이 직렬 연결되는 상 조합이고, 상기 제4 상 조합은, 상기 제1 상 코일과, 상기 제2 및 제3 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상 조합이고, 상기 제5 상 조합은, 상기 제2 상 코일과, 상기 제3 및 제1 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상 조합이고, 상기 제6 상 조합은, 상기 제3 상 코일과, 상기 제1 및 제2 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상 조합일 수 있다.

상기 제어기는, 상기 제4, 제5 및 제6 상 조합에 대해서는, 상기 전류값 및 상기 전압값을 기초로 산출된 등가 임피던스에 보상용 가중치를 적용하여 상기 임피던스를 산출할 수 있다.

상기 복수의 스위치는 전자 접촉기 또는 전자 계전기인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 인버터와 상기 복수의 스위치 사이에 연결되며, 상기 테스트 전압으로부터 하모닉 성분을 제거하는 저역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 모터의 고장 진단 장치는, 상기 저역 통과 필터는 상기 인버터의 제1 출력단과 상기 복수의 스위치 사이에 연결되는 인덕터, 및 상기 인덕터와 상기 복수의 스위치 사이에 연결되는 일단과, 상기 인버터의 제2 출력단에 연결되는 타단을 포함하는 커패시터를 포함하며, 상기 전압 센서는 상기 커패시터의 양단 전압을 상기 전압값으로 측정할 수 있다.

상기 제어기는, 상기 임피던스를 기초로 상기 모터의 턴 쇼트 고장 또는 회전 바 손상을 진단할 수 있다.

또한, 실시 예에 따른 고장 진단 장치의 모터 고장 진단 방법은, 단상의 테스트 전압을 출력하도록 인버터를 제어하는 단계, Y자 결선된 모터의 3상 코일들 중 적어도 일부가 직렬 또는 병렬 조합되어 생성된 상 조합에 상기 테스트 전압이 인가되도록, 상기 인버터의 출력단들과 상기 3상 코일들 사이에 각각 연결되는 복수의 스위치를 제어하는 단계, 상기 인버터에서 상기 모터로 출력되는 전압값 및 전류값을 측정하는 단계, 상기 전류값 및 상기 전압값에 기초하여 상기 상 조합에 대한 임피던스를 산출하는 단계, 상기 3상 코일의 서로 다른 복수의 상 조합에 대해 상기 임피던스를 획득하기 위해, 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계, 상기 측정하는 단계 및 상기 산출하는 단계를 반복적으로 수행하는 단계, 및 상기 복수의 상 조합 각각에 대해 산출된 상기 임피던스를 기초로 상기 모터의 고장을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 복수의 스위치를 제어하는 단계는, 상기 인버터의 출력단들 사이에 서로 다른 등가 임피던스 방향에 대응하는 서로 다른 복수의 상 조합이 순차적으로 연결되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 진단하는 단계는, 상기 복수의 상 조합 각각에 대응하는 임피던스 중 최고값과 최소값을 선택하는 단계, 및 상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이와 기준치를 비교하여 상기 모터의 고장을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 3상 코일은, 제1 코일 방향을 가지는 제1상 코일, 제2 코일 방향을 가지는 제2 상 코일, 및 제3 코일 방향을 가지는 제3 상 코일을 포함하며, 상기 복수의 상 조합은, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제3 코일 방향과 직교하는 제1 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제1 코일 방향과 직교하는 제2 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제2 코일 방향과 직교하는 제3 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제1 코일 방향과 일치하는 제4 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제2 코일 방향과 일치하는 제5 상 조합, 및 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제3 코일 방향과 일치하는 제6 상 조합을 포함할 수 있다.

상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이와 기준치를 비교하여 상기 모터의 고장을 진단하는 단계는, 상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이가 상기 기준치보다 크면 상기 모터에 고장이 발생한 것으로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이와 기준치를 비교하여 상기 모터의 고장을 진단하는 단계는, 상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이가 상기 기준치 이하이면 상기 모터를 정상 상태로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 복수의 스위치를 제어하는 단계는, 상기 제1 상 코일과 상기 제2 상 코일이 직렬 연결되는 상기 제1 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계, 상기 제2 상 코일과 상기 제3 상 코일이 직렬 연결되는 상기 제2 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계, 상기 제1 상 코일과 상기 제3 상 코일이 직렬 연결되는 상기 제3 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계, 상기 제1 상 코일과, 상기 제2 상 및 제3 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상기 제4 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계, 상기 제2 상 코일과, 상기 제3 및 제1 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상기 제5 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계, 및 상기 제3 상 코일과, 상기 제1 및 제2 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상기 제6 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 산출하는 단계는, 상기 전류값 및 상기 전압값을 기초로 상기 상 조합에 대한 상기 임피던스를 산출하는 단계, 및 상기 상 조합이 상기 제4, 제5 및 제6 상 조합 중 하나이면, 가중치를 이용하여 상기 임피던스를 보상하는 단계를 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 모터의 턴 쇼트 고장이나 회전자 바 손상을 효과적으로 검출할 수 있다.

도 1은 실시 예에 따른 모터 고장 진단 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a 내지 2c는 모터의 턴 쇼트 고장에 대해 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a 내지 도 3d는 턴 쇼트 고장이 발생한 코일의 등가 회로를 유도하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 턴 쇼트 고장이 발생한 모터의 d-q 좌표계에서의 등가 회로를도시한 것이다.
도 5a 내지 5f는 모터의 다양한 상 조합에 대해 테스트 전압을 인가하는 예들을 도시한 것이다.
도 6은 회전자 바 손상이 발생한 모터의 d-q 좌표계에서의 등가회로를 도시한 것이다.
도 7은 실시 예에 따른 모터 고장 진단 방법을 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예에 따른 모터 고장 진단 장치 및 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 실시 예에 따른 모터 고장 진단 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 모터 고장 진단 장치(100)는, 모터로 테스트 전압을 인가하기 위해 인버터(110), 필터(120), 스위치부(130), 전류 센서(141), 전압 센서(142) 및 제어기(150)를 포함할 수 있다.

인버터(110)는 직류(DC) 전압이 입력되면, 이를 교류 전압으로 변환하여 출력한다. 인버터(110)의 출력 전압은 모터(10)로 인가되어 모터(10)의 고장을 테스트하기 위한 테스트 전압으로 사용된다.

인버터(110)는 풀 브리지(full bridge) 회로로 구성될 수 있다. 풀 브리지 인버터(110)는 인버터(110)의 입력단(t11)과 출력단(t21) 사이에 연결되는 스위치(S11), 입력단(t11)과 출력단(t22) 사이에 연결되는 스위치(S12), 입력단(t12)과 출력단(t21) 사이에 연결되는 스위치(S13) 및 입력단(t12)과 출력단(t22) 사이에 연결되는 스위치(S14)를 포함할 수 있다. 인버터(110)를 구성하는 스위치들(S11, S12, S13, S14)은 제어기(150)의 제어 신호(CS11, CS12, CS13, CS14)에 의해 스위칭될 수 있다.

인버터(110)의 출력 단에는 필터(120)가 연결될 수 있다. 필터(120)는 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)로 구성되며, 하모닉 성분을 필터링하기 위한 저역 통과 필터(low pass filter)일 수 있다.

인버터(110)로부터 출력되는 테스트 전압은 필터(120)에 의해 하모닉 성분이 제거된 후 스위치부(130)로 출력될 수 있다.

스위치부(130)는 인버터(110)로부터 출력되는 단상의 테스트 전압을 모터(10)의 고정자 코일로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 스위치부(130)는 제어기(150)의 제어에 의해 스위칭되는 복수의 스위치(S21, S22, S23, S24, S25, S26)를 포함할 수 있다. 스위치 S21, S23 및 S25는 인버터(110)의 출력단(t21)과 3상 코일들(as, bs, cs) 사이에 각각 연결되며, 스위치 S22, S24 및 S26은 인버터(110)의 출력단(t22)과 3상 코일들(as, bs, cs) 사이에 각각 연결된다.

스위치부(130)를 구성하는 각 스위치(S21, S22, S23, S24, S25, S26)의 온/오프 상태에 따라, 모터(10)의 3상 코일들(as, bs, cs) 간의 다양한 상 조합이 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에 연결될 수 있다.

예를 들어, 스위치 S21과 S24를 도통시킬 경우, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에는 a상 코일(as)과 b상 코일(bs)이 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 스위치 S23 및 S26을 도통시킬 경우, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에는 b상 코일(bs)과 c상 코일(cs)이 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 스위치 S25와 S22를 도통시킬 경우, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에는 c상 코일(cs)과 a상 코일(as)이 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 스위치 S21, S24 및 S26을 도통시킬 경우, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에는 b상 코일 및 c상 코일의 병렬 조합이 a상 코일과 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 스위치 S23, S22 및 S26을 도통시킬 경우, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에는 c상 코일 및 a상 코일의 병렬 조합이 b상 코일과 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 스위치 S25, S22 및 S24을 도통시킬 경우, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에는 a상 코일 및 b상 코일의 병렬 조합이 c상 코일과 직렬로 연결될 수 있다.

스위치부(130)를 구성하는 스위치들(S21, S22, S23, S24, S25, S26)은 전자 접촉기(magnetic contactor) 또는 전자 계전기(relay)로 구성될 수 있다.

전류 센서(141)는 모터(10)로 인가되는 테스트 전류를 측정한다. 전류 센서(141)는 필터(120)와 스위치부(130) 사이에 위치하여, 스위치부(130)를 통해 모터(10)로 인가되는 테스트 전류를 측정할 수 있다.

전압 센서(142)는 모터(10)로 인가되는 테스트 전압을 측정한다. 전압 센서(142)는 필터(120)를 구성하는 커패시터(C1)의 양단 전압을 측정함으로써, 모터(10)로 인가되는 테스트 전압을 측정할 수 있다.

전류 센서(141) 및 전압 센서(142)에 의해 측정된 전압값 및 전류값은 제어기(150)로 전달되어 모터(10)의 고장 진단에 사용될 수 있다.

제어기(150)는 모터 고장 진단 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

제어기(150)는 인버터(110)를 구성하는 스위치들(S11, S12, S13, S14)의 스위칭을 제어함으로써, 인버터(110)의 출력을 제어할 수 있다.

제어기(150)는 스위치부(130)를 구성하는 스위치들(S21, S22, S23, S24, S25, S26)을 제어하여, 모터(10)의 3상 코일들 간의 다양한 상 조합에 대해 테스트 전압이 인가되도록 제어할 수 있다. 여기서, 상 조합은 3상 코일들 중 적어도 일부가 서로 직렬 또는 병렬 연결되어 형성될 수 있다. 스위치부(130)에 의해 형성된 상 조합은, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에 연결되어 인버터(110)로부터 테스트 전압 및 테스트 전류를 공급 받는다.

제어기(150)는 스위치부(130)에 의해 형성된 각 상 조합에 대하여, 전류 센서(141) 및 전압 센서(142)에 의해 측정된 측정값들을 기초로 등가 임피던스를 산출할 수 있다. 또한, 제어기(150)는 각 상 조합에 대해 산출된 등가 임피던스를 기초로 모터의 턴 쇼트 고장 또는 회전 바 손상을 검출할 수 있다.

이하, 필요한 도면들을 참조하여 제어기(150)의 턴 쇼트 고장 또는 회전 바 손상을 검출 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 내지 2c는 모터의 턴 쇼트 고장에 대해 설명하기 위한 도면들이다.

도 2a는 3상(a상, b상, c상)의 코일(as, bs, cs)들이 Y자 결선되어 형성된 모터(10)의 고정자 코일에 턴 쇼트 고장이 발생한 경우를 예로 들어 도시한 것으로서, a상의 코일 중 a1 부분에 턴 쇼트가 발생한 경우를 나타낸다. 턴 쇼트는 코일의 표면에 코팅되어 있는 절연체가 탈락 또는 약화되어 인접한 코일들끼리 전기적인 도통이 발생한 것이다.

도 2a를 참조하면, a1 코일에는 턴 쇼트 발생에 따른 접촉으로 인한 고장 저항(R_f)을 통해서, 독립적인 전류(i_f)의 패스(path) 또는 루프(loop)가 형성된다. 턴 쇼트 고장으로 인해 생성된 전류 패스에는 주변 자속의 영향으로 인해 큰 전류가 흐르게 되고, 이는 코일의 발열을 심화시켜 심각한 고장을 야기할 수 있다.

도 2b 및 도 2c는 도 2a에 도시된 모터(10)의 등가 모델을 도시한 도면들로서, 도 2a의 고정자 코일의 턴 쇼트 고장에 의해 생성된 전류 패스를 독립적인 회로 루프(1a)로 표시한 것이고, 도 2c는 도 2b의 등가 모델을 2상의 등가 d-q 좌표계로 변환하여 표현한 것이다.

도 2b 및 도 2c를 참조하면, 턴 쇼트 고장으로 인해 발생한 고장 루프(1a)는 a상 방향 또는 ds축 방향의 자속에 대해서 트랜스포머(transformer)의 2차측과 같은 역할을 하게 되어 임피던스를 감소시키게 된다. 반면에, 턴 쇼트 고장으로 인해 발생한 고장 루프(1a)는 a상과 직교하는 방향 또는 qs축 방향의 자속에 대해서는 전혀 영향을 미치지 않아 임피던스의 크기 변화를 가져올 수 없다.

도 3a 내지 도 3d는 턴 쇼트 고장이 발생한 코일의 등가 회로를 유도하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 도 4는 턴 쇼트 고장이 발생한 모터의 d-q 좌표계에서의 등가 회로를 도시한 것이다.

도 3a는 a1 코일에 N턴의 권선이 감겨있고 이 중 1 ~ 2개의 코일 턴에 턴 쇼트 고장이 발생한 경우를 예로 들어 도시한 것이다.

도 3b를 참조하면, 도 3a에서 a1 코일 중 턴 쇼트 고장이 발생한 코일 부분(a11)은 독립적인 회로 루프(1a)를 형성하고 있다. 따라서, a1 코일에 전류(i_a1)가 도통되면, a1 코일의 자속(F_a1)에 의해 턴 쇼트 고장이 발생한 코일 부분(a11)에 유도 기전력(

)이 발생한다. 턴 쇼트 고장이 발생한 코일 부분(a11)의 유도 기전력은 고장 회로 루프(1a)의 전류 흐름을 발생시키며, 고장 회로 루프(1a)는 작은 임피던스 때문에 큰 고장 전류(i_f)가 흐른다. 여기서, N_f는 턴 쇼트 고장이 발생한 코일 부분(a11)의 턴 수이다.

통상적으로 유도 모터에서 a1 코일의 전체 턴 수 N은 비교적 큰 값이므로, 턴 쇼트가 발생한 코일 부분(a11)의 턴 수(대략 1 ~ 2개)가 a1 코일의 전체 턴 수에서 차지하는 비중은 상당히 미미하다. 따라서, a1 코일에서 고장이 발생하지 않은 코일 부분(a12)은 도 3c에 도시된 바와 같이, 턴 쇼트 고장이 발생하지 않은 상태의 a1 코일(a1')로 모델링될 수 있다. 또한, a1 코일로 입력된 전류(i_a1)의 대부분은 고장 회로 루프(1a)를 통해 흐르므로, 나머지 전류의 영향은 무시될 수 있다. 이에 따라, 고장 회로 루프(1a)는 도 3c에 도시된 바와 같이, 독립된 2차측 코일로 모델링되며, a1 코일은 1차측 코일(a1')과 2차측 코일(a11)을 포함하는 트랜스포머(transformer)로 모델링될 수 있다. 또한, 도 3c의 트랜스포머에서 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 생략할 경우 도 3c의 트랜스포머는 도 3d의 등가 회로로 같이 모델링될 수 있다. 도 3d에서 r_s는 고정자 코일의 저항이며, l_If는 누설 리액턴스이고, R'_af는 고장 저항을 트랜스포머의 1차측인 고장자 코일쪽에서 트랜스포머의 턴 비를 고려하여 등가적으로 구한 값을 나타낸다.

도 4는 턴 쇼트 고장이 발생한 모터의 d-q 좌표계에서의 등가 회로를도시한 것이다.

도 4에서, r_s 및 r_r은 각각 모터(10)의 고정자 및 회전자의 저항이고, l_ls 및 l_lr은 각각 고정자 및 회전자의 누설 리액턴스(leakage reactance)이며, lm은 자화 리액턴스(Magnetizing reactance)를 나타낸다.

도 4를 참조하면, a상 코일에 고장이 발생하였으므로, ds축 방향에 도 3d를 참조하여 설명한 고장에 의한 회로 루프가 하나 더 발생하며, 고장 회로 루프의 병렬 연결로 인해 전체 임피던스가 작아진다. 반면에, qs축은 턴 쇼트 고장이 발생한 a상 코일의 영향이 없으므로, 고장이 발생하지 않은 상태의 등가회로로 모델링된다.

따라서, 모터(10)에서 고장이 발생하지 않은 qs축과 고장이 발생한 ds축 사이에 등가 임피던스에 차이가 발생하며, 실시 예에 따른 모터 고장 진단 장치(100)는 이러한 등가 임피던스 차이를 이용하여 모터(10)의 턴 쇼트 고장을 진단할 수 있다.

한편, 도 4는 a상 코일에 턴 쇼트 고장이 발생한 경우를 예로 들어 도시하였으나, 턴 쇼트 고장은 다른 상의 코일에서 발생할 수도 있다.

따라서, 모터 고장 진단 장치(100)는 모터(10)의 다양한 상 조합에 대해 테스트 전압을 인가하여 모터(10)의 등가 임피던스를 획득하고, 이를 기준으로 고장을 진단할 수 있다.

도 5a 내지 5f는 모터의 다양한 상 조합에 대해 테스트 전압을 인가하는 예들을 도시한 것이다.

도 5a를 예로 들면, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에 a상 코일(as)과 b상 코일(bs)이 직렬로 연결되며, 인버터(110)에 의해 출력되는 테스트 전압이 모터(10)의 a상 코일(as)과 b상 코일(bs)의 상 조합에 인가된다. 이에 따라, 제어기(150)는 전압 센서(142) 및 전류 센서(141)를 통해 인버터(110)에서 모터(10)로 인가되는 테스트 전압(v_a-b(t)) 및 테스트 전류(i_a-b(t))를 획득하고, 이를 토대로 모터(10)의 a상 코일(as)과 b상 코일(bs)의 상 조합에 대한 등가 임피던스(Z_a-b)를 획득할 수 있다.

도 5b를 예로 들면, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에 b상 코일(bs)과 c상 코일(cs)이 직렬로 연결되며, 인버터(110)에 의해 출력되는 테스트 전압이 모터(10)의 b상 코일(bs)과 c상 코일(cs)의 상 조합에 인가된다. 이에 따라, 제어기(150)는 전압 센서(142) 및 전류 센서(141)를 통해 인버터(110)에서 모터(10)로 인가되는 테스트 전압(v_b-c(t)) 및 테스트 전류(i_b-c(t))를 획득하고, 이를 토대로 모터(10)의 b상 코일(bs)과 c상 코일(cs)의 상 조합에 대한 등가 임피던스(Z_b-c)를 획득할 수 있다.

도 5c를 예로 들면, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에 c상 코일(cs)과 a상 코일(as)이 직렬로 연결되며, 인버터(110)에 의해 출력되는 테스트 전압이 모터(10)의 c상 코일(cs)과 a상 코일(as)의 상 조합에 인가된다. 이에 따라, 제어기(150)는 전압 센서(142) 및 전류 센서(141)를 통해 인버터(110)에서 모터(10)로 인가되는 테스트 전압(v_c-a(t)) 및 테스트 전류(i_c-a(t))를 획득하고, 이를 토대로 모터(10)의 c상 코일(cs)과 a상 코일(as)의 상 조합에 대한 등가 임피던스(Z_c-a)를 획득할 수 있다.

도 5d를 예로 들면, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에 a상 코일(as)과, b상 코일(bs) 및 c상 코일(cs)의 병렬 조합이 직렬로 연결되며, 인버터(110)에 의해 출력되는 테스트 전압이 모터(10)의 a상 코일(as)과, b상 코일(bs) 및 c상 코일(cs)의 병렬 조합의 상 조합에 인가된다. 이에 따라, 제어기(150)는 전압 센서(142) 및 전류 센서(141)를 통해 인버터(110)에서 모터(10)로 인가되는 테스트 전압(v_a-bc(t)) 및 테스트 전류(i_a-bc(t))를 획득하고, 이를 토대로 모터(10)의 a상 코일(as)과, b상 코일(bs) 및 c상 코일(cs)의 병렬 조합의 상 조합에 대한 등가 임피던스(Z_a-bc)를 획득할 수 있다.

도 5e를 예로 들면, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에 b상 코일(bs)과, c상 코일(cs) 및 a상 코일(as)의 병렬 조합이 직렬로 연결되며, 인버터(110)에 의해 출력되는 테스트 전압이 모터(10)의 b상 코일(bs)과, c상 코일(cs) 및 a상 코일(as)의 병렬 조합의 상 조합에 인가된다. 이에 따라, 제어기(150)는 전압 센서(142) 및 전류 센서(141)를 통해 인버터(110)에서 모터(10)로 인가되는 테스트 전압(v_b-ca(t)) 및 테스트 전류(i_b-ca(t))를 획득하고, 이를 토대로 모터(10)의 b상 코일(bs)과, c상 코일(cs) 및 a상 코일(as)의 병렬 조합의 상 조합에 대한 등가 임피던스(Z_b-ca)를 획득할 수 있다.

도 5f를 예로 들면, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에 c상 코일(cs)과, a상 코일(as) 및 b상 코일(bs)의 병렬 조합이 직렬로 연결되며, 인버터(110)에 의해 출력되는 테스트 전압이 모터(10)의 c상 코일(cs)과, a상 코일(as) 및 b상 코일(bs)의 병렬 조합의 상 조합에 인가된다. 이에 따라, 제어기(150)는 전압 센서(142) 및 전류 센서(141)를 통해 인버터(110)에서 모터(10)로 인가되는 테스트 전압(v_c-ab(t)) 및 테스트 전류(i_c-ab(t))를 획득하고, 이를 토대로 모터(10)의 c상 코일(cs)과, a상 코일(as) 및 b상 코일(bs)의 병렬조합의 상 조합에 대한 등가 임피던스(Z_c-ab)를 획득할 수 있다.

한편, 도 5d 내지 도 5f의 경우, 두 개의 서로 다른 상의 코일의 병렬 조합으로 인해 등가 임피던스가 감소한다. 따라서, 제어기(150)는 이를 보상하기 위해 전압 측정값 및 전류 측정값을 이용하여 산출한 임피던스에 가중치(예를 들어, 4/3)를 곱하여 최종 등가 임피던스를 산출한다.

도 5a 내지 도 5f의 도면에서 화살표는 모터(10)의 각 상 조합에 대해 테스트 전원이 인가되었을 때 나타나는 등가 임피던스의 방향을 나타낸다. 모터(10)의 각 상 조합들 중 등가 임피던스 방향이 턴 쇼트 고장 코일의 방향과 일치하는 상 조합의 경우 대응하는 등가 임피던스가 감소한다. 반면에, 각 상 조합들 중 등가 임피던스 방향이 턴 쇼트 고장 코일의 방향과 직교하는 상 조합의 경우 대응하는 고장으로 인한 임피던스 감소가 전혀 나타나지 않는다.

따라서, 제어기(150)는 전술한 바와 같이 모터(10)의 각 상 조합에 대해 등가 임피던스가 산출되면, 이를 이용하여 고정자 코일의 턴 쇼트 고장을 진단할 수 있다.

예를 들어, 제어기(150)는 아래의 수학식 1과 같이, 등가 임피던스의 최소값 및 최대값 간의 차이를 산출하고, 이를 기준치(ΔZ)와 비교하여 턴 쇼트 고장을 검출할 수 있다.

[수학식 1]

제어기(150)는 등가 임피던스의 최소값 및 최대값 간의 차이가 기준치(ΔZ)보다 크면 턴 쇼트 고장이 발생한 것으로 진단하고, 등가 임피던스의 최소값 및 최대값 간의 차이가 기준치(ΔZ) 이하이면 정상 상태로 진단할 수 있다.

도 6은 회전자 바 손상이 발생한 모터의 d-q 좌표계에서의 등가회로를 도시한 것이다.

도 6에서 r_s 및 r_r은 각각 모터(10)의 고정자 및 회전자의 저항이고, l_ls 및 l_lr은 각각 고정자 및 회전자의 누설 리액턴스(leakage reactance)이며, lm은 자화 리액턴스(Magnetizing reactance)를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 모터(10)의 회전자 바의 손상은 등가 회로 상의 회전자 저항(r_r)의 변화로 모델링될 수 있다. 도 6은 회전자 바의 손상으로 인해 ds축 등가 회로의 회전자 저항(r_r)이 변경된 경우를 예로 들어 도시한 것이다.

따라서, 제어기(150)는 턴 쇼트 고장을 진단하는 방법과 동일한 방법을 회전자 바의 손상을 감지할 수도 있다. 즉, 제어기(150)는 모터(10)의 3상 코일들 간에 다양한 상 조합에 대해 등가 임피던스를 획득하고, 각 상 조합에 대응하는 등가 임피던스들을 비교하여 회전자 바 손상을 검출할 수 있다.

다시, 도 1을 보면, 모터 고장 진단 장치(100)는 인버터(110)에 직류 전압을 인가하기 위한 정류기(160) 및 평활 커패시터(C2)를 더 포함할 수 있다.

정류기(160)는 전원(20)으로부터 인가되는 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 출력한다.

평활 커패시터(C2)는 정류기(160)에서 인버터(110)로 전달되는 전압을 평활화하는 기능을 수행한다.

또한, 모터 고장 진단 장치(100)는 고장 검출 시 경고음 등을 출력하기 위한 출력장치(170)를 더 포함할 수 있다. 출력장치(170)는 스피커, 부저(buzzer) 등의 음향출력장치, 발광 다이오드 등의 발광장치, 또는 디스플레이 등의 표시 장치를 포함할 수 있다.

도 7은 실시 예에 따른 모터 고장 진단 방법을 개략적으로 도시한 것이다.

도 7의 모터 고장 진단 방법은 도 1을 참조하여 설명한 모터 고장 진단 장치의 제어기(150)에 의해 수행될 수 있다. 도 1의 모터 고장 진단 장치(100)에서 제어기(150)의 기능은 하나 이상의 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 프로세서에 의해 수행될 수 있다.

도 7을 참조하면, 모터 고장 진단 장치(100)는 모터(10)를 구성하는 3상 코일들 간에 상 조합을 변경해가며, 각 상 조합에 대응하는 등가 임피던스를 획득한다(S100).

상기 S100 단계에서, 모터 고장 진단 장치(100)는 스위치부(130)를 제어하여 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 설명한 바와 같이, 인버터(110)의 출력단들(t21, t22) 사이에 다양한 상 조합이 순차적으로 연결되도록 한다. 그리고, 전류 센서(141) 및 전압 센서(142)를 통해 획득한 전류값 및 전압값을 이용하여 각 상 조합에 대해서 등가 임피던스를 산출한다.

모터 고장 진단 장치(100)는 복수의 상 조합에 대한 등가 임피던스가 산출되면, 이들 중 최고값과 최소값을 선택한다(S110). 그리고, 고장 진단을 위해 등가 임피던스 최고값 및 최소값 간의 차이를 기준치와 비교한다(S120).

상기 S120 단계에서, 모터 고장 진단 장치(100)는 등가 임피던스 최고값 및 최소값 간의 차이가 기준치 이하이면 모터(10)가 정상 상태인 것으로 판별한다(S130). 반면에, 모터 고장 진단 장치(100)는 등가 임피던스 최고값 및 최소값 간의 차이가 기준치보다 클 경우, 턴 쇼트 고장 또는 회전자 바 손상이 발생한 것으로 판단한다(S140).

상기 S140 단계에서, 모터 고장 진단 장치(100)는 고장이 검출되면, 출력장치(170)를 통해 고장 발생을 경고할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 실시 예에 따른 모터 고장 진단 장치(100)는 턴 쇼트 고장을 진단하기 위해 모터(10)의 특성 파라미터, 축적 데이터 등을 필요로 하지 않는다. 또한, 각 상 조합에 테스트 전압을 인가한 상태에서 획득한 등가 임피던스만으로 모터(10)의 턴 쇼트 및 회전자 바 손상을 검출할 수 있어, 짧은 시간 내에 모터(10)의 턴 쇼트 및 회전자 바 손상을 검출하는 것이 가능하다. 또한, 턴 쇼트 고장뿐만 아니라 회전자 바 손상까지 검출할 수 있어, 턴 쇼트 고장과 회전자 바 손상을 검출하기 위해 별도의 진단 장치를 사용할 필요가 없다.

본 발명의 실시 예에 의한 갭 측정 방법은 소프트웨어를 통해 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서에 의해 판독 가능한 기록 매체에 저장될 수 있다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, DVD_ROM, DVD_RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.

10: 모터
100: 모터 고장 진단 장치
110: 인버터
120: 필터
130: 스위치부
141: 전류 센서
142: 전압 센서
150: 제어기
160: 정류기
170: 출력장치

Claims

단상의 테스트 전압을 생성하는 인버터,
상기 인버터의 출력단들과 Y자 결선되는 모터의 3상 코일들 사이에 각각 연결되며, 상기 모터로 상기 테스트 전압을 인가하는 복수의 스위치,
상기 인버터에서 상기 모터로 출력되는 전류값을 측정하는 전류 센서,
상기 인버터에서 상기 모터로 출력되는 전압값을 측정하는 전압 센서, 및
상기 3상 코일들 중 적어도 일부가 직렬 또는 병렬 조합되어 생성된 상 조합이 상기 인버터의 출력단들 사이에 연결되도록 상기 복수의 스위치를 제어하고, 상기 전류값 및 상기 전압값에 기초하여 상기 상 조합에 대한 임피던스를 산출하며, 상기 임피던스를 기초로 상기 모터의 고장을 진단하는 제어기를 포함하며,
상기 제어기는, 상기 인버터의 출력단들 사이에 서로 다른 등가 임피던스 방향에 대응하는 서로 다른 복수의 상 조합이 순차적으로 연결되도록 상기 복수의 스위치를 제어하고, 상기 복수의 상 조합 각각에 대응하는 임피던스 중 최고값과 최소값을 선택하며, 상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이와 기준치를 비교하여 상기 모터의 고장을 진단하고,
상기 3상 코일은, 제1 코일 방향을 가지는 제1상 코일, 제2 코일 방향을 가지는 제2 상 코일, 및 제3 코일 방향을 가지는 제3 상 코일을 포함하며,
상기 복수의 상 조합은, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제3 코일 방향과 직교하는 제1 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제1 코일 방향과 직교하는 제2 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제2 코일 방향과 직교하는 제3 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제1 코일 방향과 일치하는 제4 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제2 코일 방향과 일치하는 제5 상 조합, 및 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제3 코일 방향과 일치하는 제6 상 조합을 포함하는 모터 고장 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이가 상기 기준치보다 크면 상기 모터에 고장이 발생한 것으로 진단하는 모터 고장 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 스위치는,
상기 인버터의 제1 출력단과 상기 제1 상 코일 사이에 연결되는 제1 스위치,
상기 인버터의 제2 출력단과 상기 제1 상 코일 사이에 연결되는 제2 스위치,
상기 제1 출력단과 상기 제2 상 코일 사이에 연결되는 제3 스위치,
상기 제2 출력단과 상기 제2 상 코일 사이에 연결되는 제4 스위치,
상기 제1 출력단과 상기 제3 상 코일 사이에 연결되는 제5 스위치, 및
상기 제2 출력단과 상기 제3 상 코일 사이에 연결되는 제6 스위치를 포함하는 모터 고장 진단 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 상 조합은, 상기 제1 상 코일과 상기 제2 상 코일이 직렬 연결되는 상 조합이고,
상기 제2 상 조합은, 상기 제2 상 코일과 상기 제3 상 코일이 직렬 연결되는 상 조합이고,
상기 제3 상 조합은, 상기 제3 상 코일과 상기 제1 상 코일이 직렬 연결되는 상 조합이고,
상기 제4 상 조합은, 상기 제1 상 코일과, 상기 제2 및 제3 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상 조합이고,
상기 제5 상 조합은, 상기 제2 상 코일과, 상기 제3 및 제1 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상 조합이고,
상기 제6 상 조합은, 상기 제3 상 코일과, 상기 제1 및 제2 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상 조합인 모터 고장 진단 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 제4, 제5 및 제6 상 조합에 대해서는, 상기 전류값 및 상기 전압값을 기초로 산출된 등가 임피던스에 보상용 가중치를 적용하여 상기 임피던스를 산출하는 모터 고장 진단 장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 스위치는 전자 접촉기 또는 전자 계전기인 것을 특징으로 하는 모터 고장 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 인버터와 상기 복수의 스위치 사이에 연결되며, 상기 테스트 전압으로부터 하모닉 성분을 제거하는 저역 통과 필터를 더 포함하는 모터 고장 진단 장치.
제7항에 있어서,
상기 저역 통과 필터는 상기 인버터의 제1 출력단과 상기 복수의 스위치 사이에 연결되는 인덕터, 및
상기 인덕터와 상기 복수의 스위치 사이에 연결되는 일단과, 상기 인버터의 제2 출력단에 연결되는 타단을 포함하는 커패시터를 포함하며,
상기 전압 센서는 상기 커패시터의 양단 전압을 상기 전압값으로 측정하는 모터 고장 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 임피던스를 기초로 상기 모터의 턴 쇼트 고장 또는 회전 바 손상을 진단하는 모터 고장 진단 장치.
고장 진단 장치의 모터 고장 진단 방법에 있어서,
단상의 테스트 전압을 출력하도록 인버터를 제어하는 단계,
Y자 결선된 모터의 3상 코일들 중 적어도 일부가 직렬 또는 병렬 조합되어 생성된 상 조합에 상기 테스트 전압이 인가되도록, 상기 인버터의 출력단들과 상기 3상 코일들 사이에 각각 연결되는 복수의 스위치를 제어하는 단계,
상기 인버터에서 상기 모터로 출력되는 전압값 및 전류값을 측정하는 단계,
상기 전류값 및 상기 전압값에 기초하여 상기 상 조합에 대한 임피던스를 산출하는 단계,
상기 3상 코일의 서로 다른 복수의 상 조합에 대해 상기 임피던스를 획득하기 위해, 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계, 상기 측정하는 단계 및 상기 산출하는 단계를 반복적으로 수행하는 단계, 및
상기 복수의 상 조합 각각에 대해 산출된 상기 임피던스를 기초로 상기 모터의 고장을 진단하는 단계를 포함하며,
상기 복수의 스위치를 제어하는 단계는, 상기 인버터의 출력단들 사이에 서로 다른 등가 임피던스 방향에 대응하는 서로 다른 복수의 상 조합이 순차적으로 연결되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 진단하는 단계는, 상기 복수의 상 조합 각각에 대응하는 임피던스 중 최고값과 최소값을 선택하는 단계, 및 상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이와 기준치를 비교하여 상기 모터의 고장을 진단하는 단계를 포함하며,
상기 3상 코일은, 제1 코일 방향을 가지는 제1상 코일, 제2 코일 방향을 가지는 제2 상 코일, 및 제3 코일 방향을 가지는 제3 상 코일을 포함하며,
상기 복수의 상 조합은, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제3 코일 방향과 직교하는 제1 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제1 코일 방향과 직교하는 제2 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제2 코일 방향과 직교하는 제3 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제1 코일 방향과 일치하는 제4 상 조합, 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제2 코일 방향과 일치하는 제5 상 조합, 및 대응하는 등가 임피던스의 방향이 상기 제3 코일 방향과 일치하는 제6 상 조합을 포함하는 모터 고장 진단 방법.
제10항에 있어서,
상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이와 기준치를 비교하여 상기 모터의 고장을 진단하는 단계는,
상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이가 상기 기준치보다 크면 상기 모터에 고장이 발생한 것으로 진단하는 단계를 포함하는 모터 고장 진단 방법.
제10항에 있어서,
상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이와 기준치를 비교하여 상기 모터의 고장을 진단하는 단계는,
상기 최고값과 상기 최소값 간의 차이가 상기 기준치 이하이면 상기 모터를 정상 상태로 진단하는 단계를 포함하는 모터 고장 진단 방법.
제10항에 있어서,
상기 복수의 스위치를 제어하는 단계는,
상기 제1 상 코일과 상기 제2 상 코일이 직렬 연결되는 상기 제1 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계,
상기 제2 상 코일과 상기 제3 상 코일이 직렬 연결되는 상기 제2 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계,
상기 제1 상 코일과 상기 제3 상 코일이 직렬 연결되는 상기 제3 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계,
상기 제1 상 코일과, 상기 제2 상 및 제3 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상기 제4 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계,
상기 제2 상 코일과, 상기 제3 및 제1 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상기 제5 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계, 및
상기 제3 상 코일과, 상기 제1 및 제2 상 코일의 병렬 조합이 직렬 연결되는 상기 제6 상 조합으로 상기 테스트 전압이 인가되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 단계를 포함하는 모터 고장 진단 방법.
제13항에 있어서,
상기 산출하는 단계는,
상기 전류값 및 상기 전압값을 기초로 상기 상 조합에 대한 상기 임피던스를 산출하는 단계, 및
상기 상 조합이 상기 제4, 제5 및 제6 상 조합 중 하나이면, 가중치를 이용하여 상기 임피던스를 보상하는 단계를 포함하는 모터 고장 진단 방법.