KR101946668B1

KR101946668B1 - 전자기계 시스템의 진단을 위한 정지신호의 결정방법

Info

Publication number: KR101946668B1
Application number: KR1020147009187A
Authority: KR
Inventors: 마치에이 오먼; 제임스 오트윌; 미첼 올키즈
Original assignee: 에이비비 슈바이쯔 아게
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2019-02-11
Also published as: CN103827683B; CA2849549A1; BR112014007556A2; US20140236537A1; EP2761315B1; CN103827683A; KR20140068164A; AU2012314960B2; US9869720B2; JP6000360B2; JP2014531593A; IN2014CN03052A; AU2012314960A1; WO2013045045A1; BR112014007556B1; DK2761315T3; CA2849549C; EP2574947A1; EP2761315A1

Abstract

본 발명은 전기 회전 기계가 사용되고 전자기계 시스템의 동작 동안 적어도 하나의 전기 또는 기계 신호가 측정되는 전자기계 시스템의 진단을 위한 정지 신호 결정 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 특히 전기 모터와 발전기의 상태 모니터링을 위하여 사용된다. 상기 방법은 다음 단계로 구성된다. 전자기계 시스템의 아날로그 파형 신호(S)를 측정하는 단계. 측정된 파형 신호(S)를 순시치의 벡터와 진폭의 해당 벡터를 포함하는 이산 처리된 신호(discrete processed signal, S_DP)로 변환하는 단계. 각 세분화된 단일 주기는 다양한 수의 샘플을 포함하는 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn)로 이산 처리된 신호를 분할하는 단계. 무차원화 변환에 의해 재- 샘플링(S_DR1, S_DR2, ... , S_DRn)한 후 각 단일 주기로부터 순시치의 벡터를 제거하여, 세분화된 무차원단일 주기(S_DNI, S_DN2, ... , S_DNn)를 획득하는 단계. 모든 세분화된 단일 주기(S_DNI, S_DN2, ... , S_DNn)를 하나의 무차원 이산 신호(S_N)로 연결하는 단계. 무차원 이산 신호(S_N)를 차원화 변환에 의하여 차원화된 정지 신호(S_NT)로 변환하는 단계. 전자기계 시스템을 진단하기 위하여 관심 주파수의 벡터와 진폭의 해당 벡터를 추출하는 주파수 스펙트럼을 얻기 위하여 차원화된 정지 신호(S_NT)를 타임 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하는 단계를 포함한다.

Description

전자기계 시스템의 진단을 위한 정지신호의 결정방법{A method of determining stationary signals for the diagnostics of an electromechanical system}

본 발명은 전기 회전 기계가 사용되고 전자기계 시스템의 동작 동안 적어도 하나의 전기 또는 기계 신호가 측정되는 전자기계 시스템의 진단을 위한 정지 신호 결정 방법에 관한 것이다. 방법은 전기 모터와 발전기의 상태 모니터링을 위하여 사용된다.

진동 측정에서 유사한 결과가, 예를 들어, 전압 또는 가속도 같은 다른 물리적 신호들에 적용될 수 있지만, 기술된 본 기술은 전류 신호의 측정에 기초한 해결책을 제시한다.

전기 모터, 발전기, 또는 더 일반적으로, 전기회전 기계는 전자기계 시스템의 핵심 부품을 형성한다. 전기 회전 기계와 전원을 연결하는 전원 케이블로부터 측정할 수 있는 전류의 분석은 전자기계 시스템의 상태를 모니터링하는 성공적인 방법으로 알려져 있다. 전기 회전 기계에서 유도되는 전류는 동작조건에 따라 변하며, 종종 큰 교류 전류의 진폭과 위상 변조를 초래하는 것으로 알려져 있다.

안정된 작동 조건 하에서 많은 결함들은 전원 케이블로부터 측정 될 수 있는 전류 변조를 야기한다. 이러한 변조는 전형적으로 특정 주파수 대역에서의 진폭성분의 증가로 주파수 영역(domain)에서 분석된다. 전기 회전 기계의 전원 케이블에서 측정된 전류 신호의 주파수 스펙트럼의 특정 주파수에서의 진폭 성분의 분석은 모터(전동기) 전류신호분석(MCSA)으로 알려져 있다. 최근에 MCSA는 모터 결함의 검출 및 개발 동향의 표준 방법이 되었다.

일반적으로, 고려중인 전기 회전 기계에 직접 온라인으로 공급하는 경우에, 전류 주파수는 측정 기간 동안 실질적으로 변하지 않는다. 그 결과, MCSA는 전류 주파수의 변조가 측정 기간 내내 일관성이 있고 그래서 잡음과 용이하게 구별되므로, 직접 온라인으로 공급되는 전기 회전 기계의 분석에 쉽게 적용된다. 이 방법을 사용함으로써 모터의 상태를 확인할 수 있고, 편심, 로터 바 고장, 베어링 고장 등과 같은 고장을 예측할 수 있고 또는 보수 작업을 스케쥴할 수 있다.

점점 더 많이, 전기회전 기계는 가변속도 드라이브에 의해 공급된다. 이러한 상태에서, 전류 주파수는 상수 값이 드물고, 일반적으로 토크와 플럭스(flux)의 요구(demand)에 따라 변화한다. 가변속도드라이브가 공급된 모터로부터 기록된 전류 신호의 비정지(non-stationary) 특성은 관심 피크(peaks)가 하나의 고유주파수에서 발생하는 것을 중지시키기 때문에 MCSA의 효과를 감소시키는 결과를 초래하고 잡음신호를 구분하기 어려울 수도 있다. 또한, 관심 피크가 전류 주파수의 고조파(harmonics)에 의해 오염될 가능성을 증가시킬 수 있다.

특허 설명 미국 5,461,329는, AC 전류 반송파의 주파수 변화에 따라 측정된 전류 신호의 샘플링 비를 변경하는 데이터 획득 시스템에서 회로를 통합함으로써 비-정지된 모터 전류 신호를 분석하는 방법을 설명한다. 그 바람직한 형태로 위상동기루프(Phase Locked Loop, PLL)를 통합한 조정가능한 주파수 클럭 발생기는, 모터 전류 신호를 입력(input)으로 받아서 모터 전류 신호를 샘플링하는 아날로그 대 디지털 변환기(A/D 변환기)에 의해 이용되는 클럭 신호를 출력한다. 샘플링된 데이터는 이산 푸리(Discrete Fourier)에 변환을 사용하여 주파수 영역으로 변환되고, 관심 신호는 분석된다. 조정가능한 주파수 클럭, 특히 PLL을 이용하는 신호 샘플링에 기초한 방법에는 일부 제한이 있다. 근본적으로, PLL은 대략 전기 모터의 정격 전원 주파수로 간주되는 예상된 관심 주파수에 동조되는 내부 필터를 사용한다. 반면에 직접 온라인으로 전기 모터의 경우에, 가변 속도 드라이브가 공급된 전기 모터의 경우, 일반적으로 전원 주파수는 크게 달라질 수 있음은 사실이다. 넓은 주파수 변동을 처리할 수 있는 조정가능한 주파수 클럭을 생성하는데 요구되는 회로는 관심 주파수가 잘 정의되고 크게 변화하지 않는 시스템의 해당 회로보다 훨씬 더 복잡하다. 또한, 측정된 전류 신호와 조정가능한 주파수 클럭에 의한 주파수 추정(치)사이에 피할 수 없는 지연이 있다. 그 결과, 모터 전류 신호의 공급 주파수의 변화와 아날로그 대 디지털 변환기(A/D 변화기)의 샘플링 주파수에 관련된 변화 사이에 지연이 있다. 게다가, 모터 전류 신호의 샘플링 비(rate)를 조정하기 위해 사용되는 회로는 잡음에 영향을 받기 쉬워, 주파수 추정으로 인해 샘플링된 신호사이의 일관성(coherence)의 상실로 이어질 수 있다. 모터 전류 신호분석을 참조하면, 이것이 문제를 잘못 진단하게 할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 모터 전류 신호의 공급 주파수의 변화와 아날로그 대 디지털 변환기(A/D 변화기)의 샘플링 주파수에 관련된 변화사이에 지연이 있으며, 게다가, 모터 전류 신호의 샘플링 비(rate)를 조정하기 위해 사용되는 회로는 잡음에 영향을 받기 쉬워, 주파수 추정으로 인해 샘플링된 신호사이의 일관성(coherence)의 상실로 이어질 수 있고, 이것이 문제를 잘못 진단함을 방지하는데 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 전자기계 시스템의 진단을 위한 정지신호 결정의 방법에 있어서, 전자기계 시스템의 아날로그 파형 신호(S)를 측정하는 단계;측정된 파형 신호(S)를 순시치의 벡터와 진폭의 해당 벡터를 포함하는 이산 처리된 신호(discrete processed signal, S_DP)로 변환하는 단계와, 각 세분화된 단일 주기가 다른 세분화된 단일 주기와 다른 수의 또는 동일한 수의 샘플을 포함하는 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn)로 이산 처리된 신호(S_DP)를 분할하는 단계와, 재-샘플링(S_DR1, S_DR2, ... , S_DRn) 후 모든 상기 세분화된 단일 주기는 동일한 수의 샘플을 갖는 세분화된 단일 주기를 얻는 재-샘플링 절차에 의해 각 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn)에 대하여 샘플의 수를 변경하는 단계와, 재-샘플링(S_DR1, S_DR2, ... , S_DRn) 후 각 단일 주기에 대하여 연속적인 정수의 벡터에 순시치(time instants)의 벡터를 대체하여, 세분화된 무차원 단일 주기(S_DNI, S_DN2, ... , S_DNn)을 획득하는 단계와, 연속적인 세분화된 무차원 단일 주기에서 얻어서 차례로 설정하는 일련의 연속적인 샘플(a sequence of consecutive samples)을 형성함으로써 모든 세분화된 무차원 단일 주기(S_DNI, S_DN2, ... , S_DNn)를 하나의 무차원 이산 신호(S_N)로 연결하는 단계와, 무차원 이산 신호(S_N)에서 상승 순시치의 벡터에 연속 정수 벡터를 대체하여, 차원화된 정지 신호(S_N1)를 얻는 단계와, 차원화된 정지 신호(S_N1)를 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하여, 관심 주파수의 벡터와 진폭의 해당 벡터를 전기기계 시스템을 진단하기 위하여 추출하고 가식화 장치에 표시하는 주파수 스팩트럼을 얻는 단계를 포함하는 정지신호 결정 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 본 발명 과제의 해결 수단을 이용하여 모터 전류 신호의 공급 주파수의 변화와 아날로그 대 디지털 변환기(A/D 변화기)의 샘플링 주파수에 관련된 변화사이에 지연이 있으며, 게다가, 모터 전류 신호의 샘플링 비(rate)를 조정하기 위해 사용되는 회로는 잡음에 영향을 받기 쉬워, 주파수 추정으로 인해 샘플링된 신호사이의 일관성(coherence)의 상실로 이어질 수 있고, 이것이 문제를 잘못 진단함을 방지하여 보다 정확한 진단을 할 수 있는 유리한 효과가 있다.

본 발명의 핵심은 아래 도면에서 실시 예로 나타낸다.
도 1은 본 발명의 구현을 위한 시스템의 블록 다이야그램을 보여준다.
도 2는 기록된 아날로그 신호(S)와 그것의 이산 버전(S_D)의 다이야그램을 보여준다.
도 3은 이산 신호(S_D)로부터 얻은 변형된 이산 처리된 신호(S_DP)의 다이야그램을 나타낸 것이다.
도 4는 다양한 수의 샘플을 포함하는 두 개의 제1 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2) 의 다이야그램을 나타낸 것이다.
도 5는 동일한 수의 샘플을 포함하는 재-샘플링(S_DR1, S_DR2)후 두 개의 제1 세분화된 단일 주기다이야그램을 나타낸 것이다.
도 6은 동일한 수의 샘플을 포함하는 무차원화(S_DN1, S_DN2) 후 두 개의 제1 세분화된 단일 주기의 다이야그램을 나타낸 것이다.
도 7은 연결된 무차원화된 이산 신호 (S_N)의 다이야그램을 나타낸 것이다.
도 8은 차원화된 정지 이산 신호 (S_NT)의 다이야그램을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 구현을 위한 방법을 설명한 플로우챠드를 나타낸 것이다.

전자기계 시스템의 진단을 위한 정지신호(stationary signals)를 결정하는 본 발명의 방법의 본질은 다음과 같은 단계를 포함한다는 것이다.

전자기계 시스템의 아날로그 파형 신호(S)를 측정하는 단계. 측정된 파형 신호(S)를 순시치(time instants)의 벡터와 진폭의 해당 벡터를 포함하는 이산 처리된 신호(discrete processed signal, S_DP)로 변환하는 단계.

각 세분화된 단일 주기가 다른 세분화된 단일 주기와 다른 수의 또는 동일한 수의 샘플을 포함하는 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn)로 이산 처리된 신호(S_DP)를 분할하는 단계.

재- 샘플링(S_DR1, S_DR2, ... , S_DRn) 후 모든 상기 세분화된 단일 주기는 동일한 수의 샘플을 갖는 세분화된 단일 주기를 얻는 재-샘플링 절차에 의해 각 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn)에 대하여 샘플의 수를 변경하는 단계.

재- 샘플링 (S_DR1, S_DR2, ... , S_DRn)후 각 단일 주기에 대하여 연속적인 정수의 벡터에 순시치(time instants)의 벡터를 대체하여, 세분화된 무차원 단일 주기(S_DNI, S_DN2, ... , S_DNn)을 획득하는 단계.

연속적인 세분화된 무차원 단일 주기에서 얻어서 차례로 설정하는 일련의 연속적인 샘플(a sequence of consecutive samples)을 형성함으로써 모든 세분화된 무차원 단일 주기(S_DNI, S_DN2, ... , S_DNn)를 하나의 무차원 이산 신호(SN)로 잇는 단계.

무차원 이산 신호(SN)에서 상승 순시치의 벡터에 연속 정수 벡터를 대체하고, 차원화된 정지 신호(SN1)를 얻는 단계.

차원화된 정지 신호(SN1)를 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하여, 관심 주파수의 벡터와 진폭의 해당 벡터를 전기기계 시스템을 진단하기 위하여 추출하고 가식화 장치에 표시하는 주파수 스팩트럼을 얻는 단계.

바람직하게는 측정된 아날로그 신호는 전류신호이다. 바람직하게는 전자기계 시스템을 진단하는 방법은 모터 전류신호분석이다. 선택적으로 측정된 아날로그 신호는 전압 신호이다. 선택적으로 측정된 아날로그 신호는 토크 신호이다. 선택적으로 측정된 아날로그 신호는 진동의 가속 또는 속도 또는 이동(movement)이다.

본 발명의 방법의 주된 장점은 종래의 기술에 잘 알려진 전기회전 기계의 전기 신호를 분석하는 많은 기술들이, 가변 속도 드라이브가 전기회전 기계에 공급되는 경우에, 적용될 수 있게 허용하는 것이다. 또한, 기존의 방법과 달리, 본 발명의 방법은 전원 주파수에서의 큰 변동에 영향을 받지 않으며, 전기 신호의 주파수 내용에 대한 선험적 지식을 필요로 하지 않는다.

도 1에 나타낸 본 발명에 따른 방법의 구현을 위한 측정 시스템은 전원 케이블(2)에 의하여 전기 모터(3)와 연결된 삼상 교류 전원(1)과 연결된다. 본 발명에 나타난 실시 예에서, 교류 전원(1)은 도면에 도시되지 않았지만 삼상이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 기술된 발명은 단상 또는 복수의 상으로 공급되는 전기 회전 기계에 적용할 수 있는 것으로 이해할 것이다.

전원 케이블(2)은 도면에 도시되진 않았지만 프로세서, 메모리 및 데이터 저장 모듈과 같은 표준 구성요소가 장착된 컴퓨터 프로세싱 장치(6)와 연결된 아날로그 대 디지털 변환기(A/D 변환기)를 내장한 측정 장치와 연결된다. 또한 본 발명에 따른 방법의 구현에 적합한 프로세싱 모듈(7)과 무차원화 모듈(8)을 장착한다. 컴퓨터 프로세싱 장치(6)는 측정 장치(4)를 통해서, 본 발명의 방법을 수행함으로써 얻은 결과를 시각화하기 위한 장치(9)와 연결되어 있다. 본 발명에 제시된 실시 예에서, 측정 장치(4)는 컴퓨터 장치(6)와 통합되나, 도시되진 않았지만 측정 장치와 컴퓨터 장치는 분리된 장치일 수 있다. 결과를 시각화하기 위한 장치(9)는 컴퓨터 장치(6)와 직접 또는 원격으로 연결되어 있다.

본 본 발명에 제시된 실시 예에서, 고정자 권선에 공급되는 교류 전류의 아날로그 전류 신호(11, 12, 13)는 측정되나, 그러나, 전자기계 시스템의 임의의 전기 또는 기계의 아날로그 파형 신호는 기록될 수 있다. 예를 들어, 그것은 다음과 같은 신호일 수 있다: 전압, 토크 또는 시프트(shift), 이동(movement) 또는 가속(acceleration)과 같은 진동 측정과 관련된 신호. 기술된 방법은 어떤 수의 신호에 대하여도 독립적으로 사용할 수 있으며, 따라서 설명은 S로 표시된 하나의 아날로그파형 신호만의 처리를 포함한다. 본 발명에 따른 방법은 다음의 단계 1-5에서 실행한다.

단계 1

단계 1에서는, 측정된 아날로그 파형 신호(S)는 측정되고, 상수(constant) 파라메터(PI)가 공급되는 아날로그 대 디지털 변환기(A/D 변환기)에서 이산 신호(S_D)로 변환된다. 도 2는 두 신호를 나타내며: 아날로그 신호(S)- 실선과 이산 전류 신호(S_D) 서클 마크. 파라메터(PI)는 사용자에 의해 주어진 샘플링 비(F_S) 및 사용자에 의해 주어진 변환(T_L)에 종속하는 신호의 길이로 구성되고, 아날로그 신호를 이산 신호로 변환하는 과정을 특성화한다(characterize). 샘플링 비(F_S)는 아날로그 파형 신호(S)로부터 얻은 초당 샘플링 수로 정의된다. 일반적으로 최소 샘플링 비(rate)는 1kHz이고 기본(default)으로 설정된다.신호 길이(TL)는 아날로그에서 디지털로의 변환을 위해 얻어진 아날로그 파형 신호(S)의 길이를 정의한다. 본 발명의 방법의 실시 예에서 상기 신호 길이(T_L)의 최소값은 1초이다.이산 신호(S_D)는 컴퓨터장치(6)에 구현된 프로세싱 모듈(7)로 전송된다.

단계 2

이산 신호(S_D)는 샘플(a₁, ..., a_i, ... a_k)로 구성된다. 각 샘플은 두 개의 좌표(coordinates)로 표시된다: 순시치(time instant), 샘플이 기록될 때 시간, 및 아날로그 파형 신호(S)로부터 기록된 해당 진폭을 의미한다. 모든 순시치(time instant)의 시리즈는 순시치의 벡터를 생성하고, 모든 해당 진폭의 시리즈는 진폭의 해당 벡터를 생성한다.

단계 2에서, 길이(T_L)의 이산신호(S_D)의 제1 산술 평균 값(X_mean)은 다음과 같이 계산된다(식(1)).

(1)

여기서, ai는 샘플 i의 값이고, k 는 이산 신호(S_D)에서 전체 샘플 수이다. 샘플 K의 수는 샘플 주파수에 신호 길이(T_L)를 곱한 값과 같다.

다음은, 샘플(b₁, ..., b_i, ..., b_k )로 표시된 샘플로 이산 처리된 신호(S_DP)는 이산신호(S_D)의 모든 샘플 포인트의 값(ai)으로부터 평균 값(X_mean)을 빼서 연산된다:

(2)

상기 연산 결과로서, 신호(S_D)에 비교하면, 이산 처리된 신호(S_DP)는 순시치의 동일한 벡터와 해당 진폭의 변형된(modified) 벡터를 가진다.

이산 신호(S_D)의 상기 변형은 제로 크로싱의 다음 연산을 위해 필요하다. 도 3은 타임 도메인에서 이산 처리된 신호(S_DP)의 샘플 값(b₁, ..., b_i, ..., b_k )을 나타내며 이산 처리된 신호(S_DP)의 순간적인 전원 주파수를 결정하는 처리과정 동안 인식되는(identified)이산 처리된 신호(S_DP)의 다양한 특성을 표시한다. 제로 크로싱은 이산 처리된 신호(S_DP)의 사인에서 변화를 검출함에 의하여 식별된다(identified). 양의(positive) 제로 크로싱은 이산 처리된 신호(S_DP)의 사인(sign)이 음에서 양으로 변화할 때 발생하는 제로크로싱으로 정의되며, 음(negative)의 제로크로싱은 이산 처리된 신호(S_DP)의 사인(sign)이 양에서 음으로 변화할 때 발생하는 제로크로싱으로 정의된다.

전원 케이블에서 수집된 신호는 항상 일정 레벨의 소음을 포함하고 있다. 검출된 제로크로싱이 기본적인(underlying) 전원 신호의 사인(sign)에 기인한 것이고 기록된 노이즈에 기인하지 않음을 보장하기 위해, 양의 히스테리시스 파라미터(D)는 P2로 공급된다. 바람직하게는 사용자에 의해 주어진 양의(positive) 히스테리시스 파라메터(D)의 값은 정격 모터 전류의 10% 에 상당하여야 한다. 이산 처리된 신호(S_DP)가 음에서 양으로 그 값으로 변화할 때와 그 값이 양의 히스테리시스 파라메터(D) 값보다 클 때 양의 제로크로싱 순시치(Tp)가 검출된다. 이산 처리된 신호(S_DP)가 양에서 음으로 명목상의 값이 변화할 때와 그 값이 양 히스테리시스(E=-D)를 위한 P2로 공급되는 양의 히스테리시스 파라메터(D)의 음의 값으로 설정된 사용자에 의해 주어진 음의 히스테리시스 파라메터(E) 보다 작을 때 음의 제로크로싱 순시치(T_N)가 검출된다. 연속적인 양 제로크로싱 순시치(T_P1, T_P2, ... T_Pn)의 시퀀스와 연속적인 음 제로크로싱 순시치(T_N1, T_N2, ... T_Nn)의 시퀀스들은 이 단계의 결과이다.

단계 2에 기술된 모든 변환은 프로세싱 모듈(7)에 구현된다(realized).

단계 3

단계 3에서, 각 연속적인 양의 제로크로싱 순시치T_P1, T_P2, ... T_Pn)와 연속적인 음의 제로크로싱 순시치(T_N1, T_N2, ... T_Nn) 사이의 타임 간격(T_D1, T_D2, ..., T_Dn)의 제1 시퀀스는 다음 식(3)에 의하여 계산된다:

(3)

다음, 타임 간격(T_D1, T_D2, ..., T_Dn)의 시퀀스의 산술 평균 값은 식(4)에 따라 계산된다.

(4)

여기서, n은 양 또는 음의 제로크로싱의 전체 수를 의미한다.

그 다음 베이스 전원 주파수(F_l)는 타임 간격의 시퀀스의 산술 평균값(T_mean)에 계수 2를 곱한 후 역수를 취하여 계산된다.

(5)

다음은 베이스 전원 주파수(Fl)와 동일한 일정한 주파수를 가진 신호의 한 주기(N_FS) 당 샘플의 수는 샘플 비(F_S)를 베이스 전원 주파수(Fl)로 나누어서 계산한다.

(6)

그리고, 이산 처리된 신호(S_DP)는 각 연속적인 양의 제로크로싱 순시치T_P1, T_P2, ... T_Pn)사이의 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn)로 분할된다. 각 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn)의 길이는 타임 도메인에서 변할 수 있다. 도 4는 다양한 수의 샘플을 포함하는 두 개의 제1 세분화된 단일 주기(S_DP1 과 S_DP2)를 보여준다. 세분화된 단일 주기(S_DP1)는 원(서클)로 표시되고, 다음 세분화된 단일 주기(S_DP2)는 삼각형으로 표시된다.

다음은 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn) 각각은 재- 샘플링(S_DR1, S_DR2, ... , S_DRn) 후 세분화된 단일 주기가 베이스 공급 주파수(F_l)와 동일한 상수(constant) 주파수를 가진 신호의 한 주기(N_FS)에서 샘플의 수와 동일한 수의 샘플을 가지도록 하는 알려진 재-샘플링 기술을 사용하여 재- 샘플링한다. 도 5는 동일한 수의 샘플을 포함하는 재샘플(SDR1와 SDR2)한 후 두 개의 제1 세분화된 단일 주기를 보여준다.

다음은 순시치의 벡터 대체를 수행하는 단계이다. 재- 샘플링(S_DR1, S_DR2, ... , S_DRn)후 세분화된 단일 주기의 각각은 순시치의 벡터와 진폭의 관련된 백턱를 포함한다. 세분화된 단일 주기(S_DR1)에서, 순시치 벡터는 연속적인 정수의 벡터로 대체되고, 결과는 연속적인 정수 벡터와 진폭의 관련된 벡터를 포함하는 새로운 무차원 단일 주기(S_DN1)이다. 이러한 연산은 S_DN1에서와 동일한 방법으로 재- 샘플링(S_DR2, ..., S_DRn) 후 세분화된 단일 주기 각각에 대하여 반복된다. 도 6은 동일한 수의 샘플을 포함하는 두 개의 제1 세분화된 무차원 단일 주기(S_DN1 과 S_DN2)를 보여준다. 신호(S_DN1)는 서클마크로 표시되고, 신호(S_DN2)는 삼각형마크로 표시된다.

다음은, 모든 세분화된 무차원 신호(S_DNI, S_DN2, ... , S_DNn)는 연속적인 세분화된 무차원 신호로부터 샘플링하고 차례로 얻어 설정하는(set up) 방법으로 연결된다. 연결은 정수 벡터와 진폭의 관련된 벡터를 포함하는 무차원화된 이산 신호(S_N)를 초래한다. 무차원화된 신호(S_N)는 도 7에서 보여준다.

다음, 정수 벡터의 연속적인 구성요소(elemment)는 각 상승하는 순시치 사이의 타임 주기가 샘플링 비(F_S)의 역수와 동일한 상승 순시치의 벡터로 대체된다. 이 단계의 결과, 순시치의 변형된 벡터와 진폭의 관련된 벡터를 포함하는 차원화된 정지 신호(S_Nt)를 생성한다. 차원화된 정지 신호(S_Nt)는 도 8에서 보여준다.

단계 3에 기술된 모든 변환은 컴퓨터 장치(6)에서 수행하는 무차원화 모듈(8)에 구현되어 있다.

단계 4

다음은 차원화된 정지신호(SNt)의 DFT(Discrete Fourier Transform) 연산을 수행한다. DFT 연산은 시간 도메인에서의 신호를 스팩트럼 분석이 수행되도록 허용하는 주파수 도메인의 신호로 변환한다; 페스트 푸리에 변환(FFT)과 같은 DFT 연산을 위하여 사용되는 알고리즘을 포함하는 그러한 연산의 자세한 사항은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 것이다.

얻은 DFT 스팩트럼은 관심 주파수의 벡터와 진폭의 해당 벡터를 추출하기 위한 알려진 어떤 방법에 의해서도 처리할 수 있다.

관심 주파수의 벡터와 진폭의 해당 벡터는 전자기계 시스템을 진단하기 위하여 사용된다. 특히, 상기 벡터로부터 얻은 데이터는 알려진 모터전류신호분석(MCSA)을 위해 사용할 수 있다.

단계 5

단계 5에서는, 단계 4에서 얻어진 결과를 알려진 방법을 사용한 시각화 장치(9)로 시각화한다.

S; 아날로그 파형 신호 PI; 상수 파라메터
Fs; 샘플링 비 T_L; 신호의 길이
So; 이산(discrete) 신호
a₁, ..., a_i, ... a_k; 이산 신호(SD)의 샘플
k; 이산신호에서의 샘플의 전체 수
X_mean; 이산신호의 연산 평균 값
S_DP; 이산 처리된 신호
b₁, ..., b_i, ..., b_k; 이산 처리된 신호(S_DP)
D; 양 히스테리시스 파라메터
E; 음 히스테리시스 파라메터
P₂; 상수 파라메터
T_P; 양 제조크로싱 타임
T_N; 음 제조크로싱 타임
T_P1, T_P2, ... T_Pn; 연속적인 양 제로크로싱 순시치의 시권스
T_N1, T_N2, ... T_Nn; 연속적인 음 제로크로싱 순시치의 시권스
T_D1, T_D2, ..., T_Dn; 타임 간격의 시권스
T_mean; 타임 간격의 시권스의 연산된 평균값
F_l; 베이스 전원 주파수
N_FS; 상수 주파수와 베이스 전원 주파수가 동일한 신호의 한 주기당 샘플의 수
T_DP1, T_DP2, ..., T_DPn; 신호 S_DP의 세분화된 단일 주기
T_DR1, T_DR2, ..., T_DRn; 재샘플 후 세분화된 단일 주기
T_DN1, T_DN2, ..., T_DNn; 세분화된 무차원 단일 주기
S_N; 무차원 이산 신호
S_Nt; 차원화된 정지 신호

Claims

전자기계 시스템의 진단을 위한 정지신호 결정의 방법에 있어서,
전자기계 시스템의 아날로그 파형 신호(S)를 측정하는 단계;측정된 파형 신호(S)를 순시치의 벡터와 진폭의 해당 벡터를 포함하는 이산 처리된 신호(discrete processed signal, S_DP)로 변환하는 단계와,
각 세분화된 단일 주기가 다른 세분화된 단일 주기와 다른 수의 또는 동일한 수의 샘플을 포함하는 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn)로 이산 처리된 신호(S_DP)를 분할하는 단계와,
재-샘플링(S_DR1, S_DR2, ... , S_DRn) 후 모든 상기 세분화된 단일 주기는 동일한 수의 샘플을 갖는 세분화된 단일 주기를 얻는 재-샘플링 절차에 의해 각 세분화된 단일 주기(S_DP1, S_DP2, ... , S_DPn)에 대하여 샘플의 수를 변경하는 단계와,
재-샘플링(S_DR1, S_DR2, ... , S_DRn) 후 각 단일 주기에 대하여 연속적인 정수의 벡터에 순시치(time instants)의 벡터를 대체하여, 세분화된 무차원 단일 주기(S_DNI, S_DN2, ... , S_DNn)을 획득하는 단계와,
연속적인 세분화된 무차원 단일 주기에서 얻어서 차례로 설정하는 일련의 연속적인 샘플(a sequence of consecutive samples)을 형성함으로써 모든 세분화된 무차원 단일 주기(S_DNI, S_DN2, ... , S_DNn)를 하나의 무차원 이산 신호(S_N)로 연결하는 단계와,
무차원 이산 신호(S_N)에서 상승 순시치의 벡터에 연속 정수 벡터를 대체하여, 차원화된 정지 신호(S_N1)를 얻는 단계와,
차원화된 정지 신호(S_N1)를 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하여, 관심 주파수의 벡터와 진폭의 해당 벡터를 전기기계 시스템을 진단하기 위하여 추출하고 가식화 장치에 표시하는 주파수 스팩트럼을 얻는 단계를 포함하는 정지신호 결정 방법.
청구항 1에 있어서,
측정된 아날로그 신호가 전류 신호임을 특징으로 하는 정지신호 결정 방법.
청구항 2에 있어서,
전기기계 시스템을 진단하기 위한 방법은 모터 전류신호 분석임을 특징으로 하는 정지신호 결정 방법.
청구항 1에 있어서,
측정된 아날로그 신호가 전압 신호임을 특징으로 하는 정지신호 결정 방법.
청구항 1에 있어서,
측정된 아날로그 신호가 토크 신호임을 특징으로 하는 정지신호 결정 방법.
청구항 1에 있어서,
측정된 아날로그 신호가 진동의 가속 또는 속도 또는 이동임을 특징으로 하는 정지신호 결정 방법.