KR102029723B1 - Control integrated system that can monitor power plant deterioration and optimize efficiency point control and fault diagnosis of motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력설비 열화감시와 모터의 최적 효율점 제어 및 고장진단이 가능한 관제통합시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a control integrated system capable of monitoring power equipment deterioration and optimum efficiency point control and fault diagnosis of a motor.
모터로 인한 전력소비량은 제조업 현장 산업 전력의 70%로, 국가 전체 전력소비량으로 볼 때 매우 큰 비중을 차지한다.Power consumption from motors accounts for 70% of industrial power in the manufacturing field, which is a big part of the country's overall power consumption.
모터의 평균 수명이 15년 이상인 것을 감안하면, 모터로 인한 전력소비량의 저감은 국가 전체 전력소비량의 절감에 크게 기여할 수밖에 없다. Considering that the average life of the motor is more than 15 years, the reduction of power consumption by the motor can only contribute greatly to the reduction of the national power consumption.
이로 인해, 모터 전력소비량 절감 및 효율성을 향상시킬 수 있는 인버터 구동 모터의 수요는 계속 증가하고 있다.As a result, the demand for inverter drive motors that can reduce motor power consumption and improve efficiency continues to increase.
이러한 인버터 구동 모터는 물을 순환시키는 펌프용 모터에 많이 사용되고 있는 데, 이러한 펌프용 모터는 토크가 속도의 2승에 비례하고, 전력소비량이 속도의 3승에 비례하는 특성을 가진다.Inverter drive motors are widely used in pump motors for circulating water. These pump motors have a characteristic that torque is proportional to the power of two, and power consumption is proportional to the power of three.
따라서, 인버터 구동 모터 전력소비량을 줄이기 위해서는, 최적속도로 모터를 제어하는 것이 중요하다. 또한, 최적속도로 모터를 제어하기 위해 모터의 고장여부를 판단하는 기술도 필요하다. 또한, 이러한 모터의 고장여부를 쉽게 감시하고 확인할 수 있는 기술도 필요하다.Therefore, in order to reduce the inverter drive motor power consumption, it is important to control the motor at the optimum speed. In addition, there is also a need for a technique for determining whether the motor failure to control the motor at the optimum speed. In addition, there is a need for a technology that can easily monitor and confirm the failure of such a motor.
본 발명의 목적은 모터 전력소비량을 줄이기 위해서, 최적속도로 모터를 제어하고, 최적속도로 모터를 제어할 수 있도록 모터의 고장여부를 판단하고, 이러한 모터의 고장여부를 쉽게 감시하고 확인할 수 있고, 기타 전력설비부품의 열화를 감시할 수 있는, 전력설비 열화감시와 모터의 최적 효율점 제어 및 고장진단이 가능한 관제통합시스템을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to reduce the motor power consumption, to control the motor at the optimum speed, to determine the failure of the motor to control the motor at the optimum speed, can easily monitor and confirm the failure of such a motor, The present invention provides a control integrated system capable of monitoring deterioration of other power equipment components, controlling power equipment deterioration, controlling an optimum efficiency point of a motor, and diagnosing failure.
상기 목적을 달성하기 위한 전력설비 열화감시와 모터의 최적 효율점 제어 및 고장진단이 가능한 관제통합시스템은,In order to achieve the above object, the integrated control system capable of monitoring the deterioration of the power equipment and controlling the optimum efficiency point of the motor and diagnosing the failure,
아날로그 보드와 계측 MCU 보드와 메인 MCU 보드로 구성되며, 하기 dq 변환식으로 인버터의 출력 전압/전류를 dq 변환한 후, 정지좌표계와 회전좌표계 각각에서 모터 정상시와 모터 비 정상시의 d축 전류와 q축 전류의 형상을 서로 비교하여, 모터의 고장 여부를 판단하되,It consists of analog board, measurement MCU board, and main MCU board. After converting the output voltage / current of the inverter to dq by the following dq conversion method, By comparing the shapes of the q-axis current with each other, to determine whether the motor failure
상기 정지좌표계에서, 정상 동작 중인 모터의 경우 d축 전류와 q축 전류가 동일한 진폭을 가지나, 비 정상 동작 중인 모터의 경우 d축 전류와 q축 전류가 다른 진폭을 가지며,In the stationary coordinate system, the d-axis current and the q-axis current have the same amplitude in the case of a motor in normal operation, but the d-axis current and the q-axis current have a different amplitude in the case of a non-normal motor.
상기 회전좌표계에서, 정상 동작 중인 모터의 경우 d축 전류와 q축 전류가 일자 형태를 가지나, 비 정상 동작 중인 모터의 경우 d축 전류와 q축 전류가 파동 형태를 가지는 것으로부터 모터의 고장 여부를 판단하는 고장판단부;In the rotational coordinate system, the d-axis current and the q-axis current have a linear form in the case of a motor in normal operation, but the d-axis current and the q-axis current have a wave form in the case of a non-normally operated motor. A failure determination unit for determining;
[dq 변환식][dq conversion formula]
- 정지 좌표계 --Static coordinate system-
- 회전 좌표계 -Rotation Coordinate System
인버터의 입력 전류와 모터의 dq 변환에 따른 출력 전류 값이 같도록 여자 전류를 제어함으로써 모터의 최적 제어속도를 결정하거나, 하기 수학식으로 모터 속도 변화를 통해, 입력 대비 출력의 무효 전력 비율이 최소가 되는 지점을 도출하여 그 지점의 속도를 모터의 최적 제어속도로 결정하는 속도제어부; 및The optimum control speed of the motor is determined by controlling the excitation current so that the input current of the inverter and the output current value according to the dq conversion of the motor are the same, or the reactive power ratio of the input to the output is minimized by changing the motor speed with the following equation. A speed control unit for deriving a point to be determined as the optimum control speed of the motor; And
[수학식][Equation]
모터의 열화 상태에서 따라, 정상, 주의, 경고, 심각의 글자에 색깔을 입혀 디스플레이하며, 모터 외 전력설비부품의 열화 및 아크/코로나 방전을 적외선 센서나 초음파 센서로 감시 진단하는 열화감시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the deterioration state of the motor, it displays the normal, caution, warning, severity colored letters and displays the deterioration monitoring unit for monitoring and diagnosing the deterioration and arc / corona discharge of the power equipment parts other than the motor with an infrared sensor or an ultrasonic sensor. It is characterized by.
본 발명은, 온도센서, 진동센서, 초음파센서, 적외선센서 등 각종 센서를 사용하지 않고도, 모터의 고장여부를 전기적으로 정확하게 판단하여 운영자에게 경고를 보낼 수 있다. 이로 인해, 각종 센서의 부착이 실질적으로 어려운 환경에서도, 모터의 고장여부를 정확하게 판단하여 운영자에게 경고를 보낼 수 있다.The present invention, without using a variety of sensors, such as temperature sensors, vibration sensors, ultrasonic sensors, infrared sensors, it is possible to accurately determine whether the failure of the motor to send an alert to the operator. As a result, even in an environment in which it is difficult to attach various sensors, it is possible to accurately determine whether the motor is broken and to warn the operator.
본 발명은, 부하 특성에 맞게 최적의 속도로 모터 속도를 제어할 수 있다. 따라서, 현장에서 운전자의 경험이나 지식에 막연히 기대어 모터 속도를 결정함으로써, 불필요하게 모터의 소비전력이 증가하는 것을 막을 수 있다.The present invention can control the motor speed at the optimum speed according to the load characteristics. Therefore, by determining the motor speed vaguely based on the experience or knowledge of the driver in the field, it is possible to prevent unnecessary increase in the power consumption of the motor.
본 발명은, ICT(Information and Communications Technologies) 기반으로 설비의 상태감시 및 제어를 가능케 하여, 직관적이고 안정적이고 편리한 설비 관리 환경을 제공한다. 이로 인해, 운영자는 설비 시스템의 구성, 설비들의 열화상태 및 온도상태를 쉽게 파악할 수 있으며, 또한 모터의 효율적 제어를 위한 설비의 상태 감시 및 제어도 쉽게 할 수 있다. 또한, 모형도와 그래프 형태의 알람경보를 제공하여 운영자가 장비의 상태를 신속하게 파악하고 대처할 수 있게 해준다.The present invention enables the status monitoring and control of facilities based on ICT (Information and Communications Technologies), thereby providing an intuitive, stable and convenient facility management environment. As a result, the operator can easily determine the configuration of the equipment system, the deterioration state and the temperature of the equipment, and also easily monitor and control the status of the equipment for the efficient control of the motor. It also provides alarm alarms in the form of diagrams and graphs, allowing operators to quickly identify and respond to equipment conditions.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력설비 열화감시와 모터의 최적 효율점 제어 및 고장진단이 가능한 관제통합시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 고장판단부를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 아날로그 모니터를 나타낸 도면이다.
도 4는 Zero Crossing 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 계측 MCU 보드가 인버터의 입력 및 출력 각각의 전압과 전류를 계측하여 제공하는 데이터를 정리한 표이다.
도 6은 인버터에서 출력(모터에 입력)되는 3상 전류를 정지 좌표 변환한 결과를 나타낸 그래프로, 도 6(a)는 정상 동작 중인 모터의 3상 전류 정지 좌표 변화 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6(b)는 비 정상 동작(고장) 중인 모터의 3상 전류 정지 좌표 변화 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 인터버에서 출력(모터에 입력)되는 3상 전류를 회전 좌표 변화한 결과를 나타낸 그래프로, 도 7(a)는 정상 동작 중인 모터의 3상 전류 회전 좌표 변화 결과를 나타낸 그래프이고, 도 7(b)는 비 정상 동작(고장) 중인 모터의 3상 전류 회전 좌표 변화 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1에 도시된 속도제어부가 모터 최적 효율점 제어속도를 찾는 알고리즘 1을 나타낸 순서도이다.
도 9는 도 1에 도시된 속도제어부가 모터 최적 효율점 제어속도를 찾는 알고리즘 2를 나타낸 순서도이다.
도 10은 도 9에 도시된 A구역을 확대한 도면이다.
도 11은 도 9에 도시된 B구역을 확대한 도면이다.
도 12는 도 9에 도시된 C구역을 확대한 도면이다.
도 13은 알고리즘 2에서 찾은 모터 최적 효율점 제어속도로, 펌프 모터를 제어한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 도 1에 도시된 열화감시부가 모터의 열화상태를 디스플레이하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 15는 도 1에 도시된 열화감시부가 펌프 설비 상태를 디스플레이하는 상태를 나타낸 도면이다.1 is a view illustrating a control integrated system capable of monitoring power equipment degradation and controlling an optimum efficiency point of a motor and diagnosing a failure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a failure determination unit illustrated in FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram illustrating the analog monitor shown in FIG. 2.
4 is a diagram illustrating a zero crossing circuit.
FIG. 5 is a table listing data provided by the measurement MCU board illustrated in FIG. 2 by measuring voltage and current of input and output of the inverter.
FIG. 6 is a graph showing a result of stopping coordinate transformation of a three-phase current output from an inverter (input to a motor). FIG. 6 (a) is a graph showing a result of changing three-phase current stop coordinates of a motor in normal operation. 6 (b) is a graph showing the three-phase current stop coordinate change results of the motor in abnormal operation (fault).
FIG. 7 is a graph showing a result of rotational coordinate change of a three-phase current output from the inverter (input to a motor). FIG. 7 (a) is a graph showing a result of three-phase current rotational coordinate change of a motor in normal operation. FIG. 7B is a graph showing a result of changing three-phase current rotation coordinates of a motor in abnormal operation (failure).
8 is a
FIG. 9 is a
FIG. 10 is an enlarged view of a region A shown in FIG. 9.
FIG. 11 is an enlarged view of a region B shown in FIG. 9.
FIG. 12 is an enlarged view of a region C shown in FIG. 9.
FIG. 13 is a graph illustrating a result of controlling a pump motor at a motor optimum efficiency point control speed found in
14 is a diagram illustrating a state in which the degradation monitoring unit shown in FIG. 1 displays a deterioration state of a motor.
FIG. 15 is a view illustrating a state in which the degradation monitoring unit illustrated in FIG. 1 displays a pump installation state.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력설비 열화감시와 모터의 최적 효율점 제어 및 고장진단이 가능한 관제통합시스템을 자세히 설명한다.Hereinafter, a control integrated system capable of monitoring power equipment deterioration and optimal efficiency point control and failure diagnosis according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력설비 열화감시와 모터의 최적 효율점 제어 및 고장진단이 가능한 관제통합시스템(1)은, 고장판단부(100), 속도제어부(200), 열화감시부(300)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the integrated
이하, 고장판단부(100)를 자세히 설명한다.Hereinafter, the
고장판단부(100)는 인버터와 모터의 전력을 계측하여 모터의 고장 여부를 판단한다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 고장판단부(100)는 아날로그 보드(110), 계측 MCU 보드(120), 메인 MCU 보드(130)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the
아날로그 보드(110)는 3상 전압 및 전류를 아날로그 값으로 변환하고, 변환된 데이터를 계측 MCU 보드(120)로 전송한다. 아날로그 보드(110)는 4채널의 외부 접점 상태를 감시하고, 접점 상태 데이터를 메인 MCU 보드(130)로 전송한다.The
계측 MCU 보드(120)는 3상 전압 및 전류를 계측하여, 계측된 데이터(단위, 위상, 크기)를 메인 MCU 보드(130)로 전송한다. 계측 MCU 보드(120)는 아날로그 모니터(121)를 포함한다.The
도 3에 도시된 아날로그 모니터(121)는 계측 보드 시그마-델타 아날로그를 통해 인버터의 입력(계통) 전압/전류와, 인버터의 출력(모터) 전압/전류를 계측한다. 계측된 값은 계측 MCU 보드(120)의 MCU(micro controller unit)에서 연산된다. 이러한 계측 보드 시그마-델타 아날로그를 사용함으로써, 계측된 인버터 및 모터의 전압 및 전류의 정밀도는 1%급의 정밀도를 가질 수 있다.The
아날로그 모니터(121)에는 인버터의 입력 전압/전류 및 인버터의 출력 전압/전류에서 발생하는 노이즈를 거르는 전자파필터(121a, EMI Filter)가 설치된다. 전자파필터(121a, EMI Filter)로 인해, 인버터의 입력 전압/전류 및 인버터의 출력 전압/전류를 노이즈 없이 정확하게 계측할 수 있다.The analog monitor 121 is provided with an
인버터의 입력은 계통 3상 전압과 전류로 고정된 60Hz의 주파수를 가지며, 이를 1920Hz (32 Sample)의 샘플링을 통해 Digital 값을 검출하여 DFT와 주파수 연산을 통해 데이터를 가공한다. 계측된 계통 3상 전압/전류는 유효, 무효, 피상, 누적 전력량과 계통의 주파수, 위상, 역률에 대한 데이터로 가공된다.The input of the inverter has a fixed frequency of 60Hz with three-phase voltage and current of the system. The inverter detects the digital value through sampling of 1920Hz (32 Sample) and processes the data through DFT and frequency calculation. The measured system three-phase voltage / current is processed into data on the effective, reactive, apparent, and cumulative amounts of power and the frequency, phase, and power factor of the system.
인버터의 출력은 가변되는 주파수를 가지고 있기 때문에 별도의 주파수 계측용 아날로그 회로가 필요하다. 이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같은, Zero Crossing 회로가 사용된다.Because the output of the inverter has a variable frequency, an analog circuit for frequency measurement is needed. For this purpose, a zero crossing circuit, as shown in FIG. 4, is used.
인버터에서 출력되는 주파수는 모터의 속도로 가변 가능하며, 수학식 1을 통해 변환 가능하다.The frequency output from the inverter can be changed by the speed of the motor, and can be converted by
[수학식 1] [Equation 1]
모터 회전 속도 N(rpm) = (120 X 주파수(f))/모터 극수(P) = 30X주파수(f) ※ 일반 모터는 4극임Motor rotation speed N (rpm) = (120 X frequency (f)) / number of motor poles (P) = 30 X frequency (f) ※ Normal motor is 4 poles
모터의 토크는 인버터의 출력 전력의 일정 상수(모터의 효율) 값을 통해 수학식 2를 통해 변환 가능하다.The torque of the motor can be converted by
[수학식 2] [Equation 2]
모터의 토크 T(N.m) = (인버터의 출력전력/모터 회전 속도)X모터효율Motor torque T (N.m) = (inverter output power / motor rotation speed) X motor efficiency
계측 MCU 보드(120)는 인버터의 입력 및 출력 각각의 전압과 전류를 계측하여, 도 5에 도시된 바와 같은 다양한 데이터(전력, 전압, 전류, 역률, 벡터, 속도)로 제공한다.The
메인 MCU 보드(130)는 계측 MCU 보드(120)로부터 전력 및 접점 데이터를 실시간 수신한다. 메인 MCU 보드(130)는 계측 MCU 보드(120)의 채널 조합을 통한 전력을 계측하고 산출한다. 메인 MCU 보드(130)는 상위 운영 시스템과 통신을 위한 Ethernet Interface 및 Lora 무선 통신 구현한다. 메인 MCU 보드(130)는 사용자 조작 및 전력 상태 모니터링을 위한 HMI(Human Machine Interface) 기능을 구현한다.The
상술한 구성을 가진 고장판단부(100)로, 인버터의 출력(모터) 전압/전류를 dq변환하여, 모터의 고장 여부를 판단한다.In the
d축은 모터의 자속이 발생하는 축으로 고정자 U상 권선에서 발생한 자속의 방향으로 선정한다. q축은 d축과 직교를 이루는 축으로 토크를 발생하는 전류의 축으로 선정한다.The d-axis is the axis in which the magnetic flux of the motor is generated and is selected in the direction of the magnetic flux generated in the stator U-phase winding. The q axis is an axis perpendicular to the d axis, and is selected as an axis of current generating torque.
[dq 변환식][dq conversion formula]
- 정지 좌표계는 좌표축이 회전하지 않고 정지된 좌표계로 다음과 같은 식으로 표현된다.-The static coordinate system is the coordinate system in which the coordinate axis is not rotated and is expressed as follows.
- 회전 좌표계는 정지 좌표계 벡터 합의 방향으로 d-q축도 함께 회전하는 좌표계를 말한다. 각속도 w로 회전하는 좌표계이며, 정지 좌표계로부터 회전 좌표계를 구할 수 있다. 이때 각속도 w는 전압의 주파수 값으로 구할 수 있다.-The rotation coordinate system refers to a coordinate system that also rotates the d-q axis in the direction of the stationary coordinate vector sum. The coordinate system rotates at an angular velocity w, and the rotation coordinate system can be obtained from the stationary coordinate system. At this time, the angular velocity w can be obtained as the frequency value of the voltage.
상기 식으로 dq 변환한 결과를 가지고, 모터의 고장 여부를 판단한다.Based on the result of dq conversion in the above formula, it is determined whether the motor has failed.
도 6에 도시된 정지좌표계에서 살펴보면, 정상 동작 중인 모터의 경우, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 d축 전류와 q축 전류가 동일한 진폭을 가지나, 비 정상 동작(고장) 중인 모터의 경우, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 d축 전류와 q축 전류가 다른 진폭을 가진다.Referring to the stationary coordinate system shown in FIG. 6, in the case of a motor in normal operation, as shown in FIG. As shown in FIG. 6B, the d-axis current and the q-axis current have different amplitudes.
도 7에 도시된 회전좌표계에서 살펴보면, 정상 동작 중인 모터의 경우, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 d축 전류와 q축 전류가 일자 형태를 가지나, 비 정상 동작(고장) 중인 모터의 경우, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 d축 전류와 q축 전류가 파동 형태를 가짐을 알 수 있다.Looking at the rotational coordinate system shown in Figure 7, in the case of a motor in normal operation, as shown in Figure 7 (a), the d-axis current and the q-axis current has a date form, but in the case of a motor in non-normal operation (fault) As shown in FIG. 7B, it can be seen that the d-axis current and the q-axis current have a wave shape.
이러한 정지좌표계와 회전좌표계 각각에서, 모터 정상시 및 모터 비 정상시의 d축 전류와 q축 전류의 형상을 서로 비교하여, 모터의 고장 여부를 직관적으로 판단할 수 있다.In each of the stationary coordinate system and the rotational coordinate system, by comparing the shapes of the d-axis current and the q-axis current when the motor is normal and when the motor is abnormal, the failure of the motor can be intuitively determined.
고장판단부(100)는 모터 고장이 나면 열화감시부(300)에 알리고, 열화감시부(300)는 모터의 고장을 운영자가 알 수 있도록 디스플레이하고 경고알람을 보낸다. 또한, 고장판단부(100)는 모터 고장이 나면 인버터를 정지시킨다. 또한, 고장판단부(100)는 모터 고장이 나면 고장 분석을 위해 인버터가 정지되기 전까지의 데이터를 저장하여, 운영자가 고장 원인을 분석할 수 있게 해준다.The
이러한 고장판단부(100)를 사용함으로써, 온도센서, 진동센서, 초음파센서, 적외선센서 등 각종 센서를 사용하지 않고도, 모터의 고장여부를 전기적으로 정확하게 판단하고 경고를 보낼 수 있다. 즉, 각종 센서의 부착이 실질적으로 어려운 환경에서도, 모터의 고장여부를 정확하게 확인하고 경고를 보낼 수 있다.By using the
참고로, 도 2 및 도 3에 도시된 영문 약자는 다음을 의미한다.For reference, the English abbreviations shown in FIGS. 2 and 3 mean the following.
GPIO: general-purpose input/outputGPIO: general-purpose input / output
SPI: serial peripheral interface bus)SPI: serial peripheral interface bus
SCI: scalable coherent interface)SCI: scalable coherent interface
PGA: programmable gain amplifierPGA: programmable gain amplifier
MUX: multiplexerMUX: multiplexer
이하, 속도제어부(200)를 자세히 설명한다.Hereinafter, the
속도제어부(200)는 모터의 최적 효율점 제어속도를 찾아내서 모터를 제어한다.The
[모터 최적 효율점 제어속도 찾는 방법 1][1] How to find the optimum speed control speed of the motor
본 출원인은 오랜 연구 끝에, 인버터의 입력 전류와 모터의 dq 변환에 따른 출력 전류 값이 같을 때, 최적의 여자 구현이 가능함을 발견하였다. After a long study, the applicant has found that the optimum excitation can be realized when the input current of the inverter and the output current value according to the dq conversion of the motor are the same.
이러한 발견에 근거하여, 인버터의 입력 전류와 모터의 dq 변환에 따른 출력 전류 값이 같도록 여자 전류를 제어하면, 모터의 최적 제어속도를 결정할 수 있다.Based on this finding, by controlling the excitation current such that the input current of the inverter and the output current value according to the dq conversion of the motor are equal, the optimum control speed of the motor can be determined.
방법 1에 대한 알고리즘 1은 도 8에 도시되었다.
알고리즘 1의 요지는 다음과 같다.The gist of
1) 모터속도를 지령한다. 모터의 d축 전류, q축 전류를 계산한다.1) Command the motor speed. Calculate the d-axis and q-axis currents of the motor.
2) 인버터의 입력(계통)의 전류를 계측한다.2) Measure the current at the input (grid) of the inverter.
3) 모터의 q축 전류/인버터의 입력(계통)전류가 1과 같거나 클 때 현재값(qn)을 저장한다. 과거값(qn-1)을 저장한다.3) When the q-axis current of the motor / input (system) current of the inverter is equal to or greater than 1, the present value (qn) is stored. Stores the past value qn-1.
4) ?=현재값-과거값 비교문에서 그 계산 결과가 0.8~ 1사이에 있을 때, 그때의 모터속도를 모터의 최적 제어속도로 결정한다. 모터의 최적 제어속도는 부하 변동에 의해 계속 변하게 되므로, 위 알고리즘은 계속 반복 실행되면서 모터의 최적 제어속도를 찾는다.4) When the calculated value is between 0.8 ~ 1 in? = Present value-past value comparison, determine the motor speed at that time as the optimum control speed of the motor. Since the optimum control speed of the motor is continuously changed by the load variation, the above algorithm is executed repeatedly to find the optimum control speed of the motor.
[모터 최적 효율점 제어속도 찾는 방법 2][
본 출원인은 오랜 연구 끝에, 모터 속도 변화를 통해, 입력 대비 출력의 무효 전력 비율이 최소가 되는 지점의 속도가, 모터의 최적 제어속도가 됨을 발견하였다.After a long study, the applicant found that the speed of the point where the reactive power ratio of the input to the output becomes the minimum becomes the optimum control speed of the motor through the change of the motor speed.
이러한 발견에 근거하여, 모터 속도 변화를 통해, 입력 대비 출력의 무효 전력 비율이 최소가 되는 지점을 수학식 3을 통해서 도출할 수 있다.Based on this finding, the point where the reactive power ratio of the input to the output becomes minimum through the change of the motor speed can be derived through Equation 3.
[수학식 3][Equation 3]
방법 2에 대한 알고리즘 2는 도 9 내지 도 12에 도시되었다.
알고리즘 2의 요지는 다음과 같다.The gist of
1) 초기 모터의 최적의 에너지 소비량 계측을 위해 정격 속도로 구동을 하고 변수를 초기화한다.1) Drive the motor at the rated speed and initialize the parameters to measure the initial energy consumption of the initial motor.
2) 현재 속도가 구동 시작과 동시에 지령 속도에 도달하였는지 검출한다.2) It detects whether the present speed reaches the command speed at the same time as the start of drive.
3) 지령속도 도달 시 현재의 입출력 유효전력과 무효전력을 계측한다. 즉, 지령속도와 현재속도가 같을 시, 현재의 입출력 유효전력과 무효전력을 계측한다.3) Measure current input / output active power and reactive power when command speed is reached. That is, when the command speed and current speed are the same, the current input / output active power and reactive power are measured.
4) x(n)의 현재 비율을 저장한다.4) Store the current ratio of x (n).
5) 속도 증가 비교문은 최대 효율점 제어 시 속도 가변에 따라 제어 구문이 변경되며, 이에 따라 비율 계산이 반대로 변경된다. 즉, 초기 정격 100% 시 속도가 증가하지 않았을 때는 No 구문으로 실행하고, 초기 정격 100% 시 속도가 증가하였을 때는 Yes 구문으로 실행한다.5) The speed increase comparison statement changes the control syntax according to the speed change when controlling the maximum efficiency point, and the ratio calculation is reversed accordingly. In other words, if the speed does not increase at the initial rating of 100%, execute with No statement. If the speed is increased at the 100% initial rating, execute with Yes statement.
6) x(n-1)의 값은 입출력 유효 무효의 비율의 과거 값을 나타낸다.6) The value of x (n-1) represents the past value of the ratio of the input / output effective invalidity.
7) y(n)은 x(n-1)-x(n)의 값을 나타낸다. (즉 Xn의 과거와 현재의 차를 나타냄)7) y (n) represents the value of x (n-1) -x (n). (That is, the difference between Xn's past and present)
8) y(n-1)은 y(n)의 과거 값을 나타낸다.8) y (n-1) represents the past value of y (n).
9) count는 외부의 외란 혹은 입출력의 노이즈 등의 문제로 오차 비율이 매우 큰 폭으로 변경될 수 있으므로, 이에 따라 y(n-1)>y(n)의 비교문이 연속적으로 들어올 시에는 최적의 형태가 아니라 판단하여, 현재 지령 속도를 감소 또는 증가 시키는 루틴으로 실행한다.9) The count can be changed very largely due to external disturbance or noise of input / output, so it is optimal when the comparison statement of y (n-1)> y (n) comes in continuously. It executes as a routine to reduce or increase the current command speed by judging not by form.
[실험결과][Experiment result]
도 13에 도시된 바와 같이, 목표 누적 유량 10000L로 정격 속도 60Hz로 모터 구동 시 약 33분이 걸리며, 이에 따른 입력 누적 전력량은 5.78kWh로 계측되었다. 반면, 알고리즘 2로 찾은 모터 최적 효율점 제어속도로 모터 구동시, 목표 누적 유량 10000L에 도달하는데 약 34분 19초가 걸리며, 이에 따른 서 입력 누적 전력량은 2.8kWh로 계측되었다. 즉, 51.557%의 전력 개선이 이루어짐을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 13, it takes about 33 minutes to drive a motor at a rated speed of 60 Hz at a target cumulative flow rate of 10000L, and the amount of input cumulative power was measured at 5.78 kWh. On the other hand, when the motor is driven at the optimum efficiency control point of the motor found by
이하, 열화감시부(300)를 자세히 설명한다.Hereinafter, the
열화감시부(300)는 모터의 열화 여부를 판단하고 경고한다. 예를 들어, 도 14에 도시된 모듈ID 345를 모터로 지정한 다음, 모터의 열화 상태에 따라, 정상, 주의, 경고, 심각을 나타내고, 그 글자에 색깔을 입혀 운영자가 모터의 상태를 쉽게 확인할 수 있게 만든다.The
한편, 열화감시부(300)는 모터 외 전력설비부품의 열화 및 아크/코로나 방전을 적외선 센서나 초음파 센서로 감시 진단한다.On the other hand, the
예를 들어, 적외선 센서로 부품의 열화여부에 따른 온도변화를 측정하여 열화 상태를 진단하고, 초음파 센서로 아크 방전이나 코로나 방전에 의해 발생되는 초음파를 감지하여 아크 방전이나 코로나 방전의 발생여부를 판단한다. 이로 인해 운영자는 모터 외 부품에 대한 위험 감지 및 대처를 신속하게 수행할 수 있다.For example, an infrared sensor measures the temperature change according to whether the component is deteriorated and diagnoses the deterioration state, and an ultrasonic sensor detects the ultrasonic wave generated by the arc discharge or the corona discharge to determine whether the arc discharge or the corona discharge is generated. do. This allows the operator to quickly detect and respond to hazards on non-motor components.
이 밖에도, 열화감시부(300)는 ICT(Information and Communications Technologies) 기반으로 설비의 상태감시 및 제어를 가능케 하여, 직관적이면서 안정적이며 편리한 설비 관리 환경을 제공한다. 일 예로, 열화감시부(300)는 도 15에 도시된 바와 같이, 펌프 설비 상태를 디스플레이 할 수 있다. 물론, 열화 감시하고자 하는 설비 대상과, 설비 대상의 열화를 디스플레이 하는 방식은 다양할 수 있다.In addition, the
Claims (3)
상기 정지좌표계에서, 정상 동작 중인 모터의 경우 d축 전류와 q축 전류가 동일한 진폭을 가지나, 비 정상 동작 중인 모터의 경우 d축 전류와 q축 전류가 다른 진폭을 가지며,
상기 회전좌표계에서, 정상 동작 중인 모터의 경우 d축 전류와 q축 전류가 일자 형태를 가지나, 비 정상 동작 중인 모터의 경우 d축 전류와 q축 전류가 파동 형태를 가지는 것으로부터 모터의 고장 여부를 판단하는 고장판단부;
[dq 변환식]
- 정지 좌표계 -
- 회전 좌표계 -
하기 수학식으로 모터 속도 변화를 통해, 입력 대비 출력의 무효 전력 비율이 최소가 되는 지점을 도출하여 그 지점의 속도를 모터의 최적 제어속도로 결정하는 속도제어부; 및
[수학식]
모터의 열화 상태에서 따라, 정상, 주의, 경고, 심각의 글자에 색깔을 입혀 디스플레이하며, 모터 외 전력설비부품의 열화 및 아크/코로나 방전을 적외선 센서나 초음파 센서로 감시 진단하는 열화감시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력설비 열화감시와 모터의 최적 효율점 제어 및 고장진단이 가능한 관제통합시스템.It consists of analog board, measurement MCU board, and main MCU board, and converts dq of inverter output voltage / current by dq conversion formula, and then the d-axis current at normal and abnormal motor and By comparing the shapes of the q-axis current with each other, to determine whether the motor failure
In the stationary coordinate system, the d-axis current and the q-axis current have the same amplitude in the case of a motor in normal operation, but the d-axis current and the q-axis current have a different amplitude in the case of a non-normal motor.
In the rotational coordinate system, the d-axis current and the q-axis current have a linear form in the case of a motor in normal operation, but the d-axis current and the q-axis current have a wave form in the case of a non-normally operated motor. A failure determination unit for determining;
[dq conversion formula]
-Static coordinate system-
Rotation Coordinate System
A speed control unit for deriving a point at which the reactive power ratio of the input to the output is minimized by changing the motor speed by the following equation and determining the speed of the point as an optimum control speed of the motor; And
[Equation]
According to the deterioration state of the motor, it displays the normal, caution, warning, severity colored letters and displays the deterioration monitoring unit for monitoring and diagnosing the deterioration and arc / corona discharge of the power equipment parts other than the motor with an infrared sensor or an ultrasonic sensor. Control integrated system capable of monitoring power equipment deterioration and optimum efficiency point control and troubleshooting of the motor.
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