KR102079034B1 - Method and device for diagnosing rotor bar fault and load fault in the squirrel cage induction motors using current space vector and fourier or wavelet transform - Google Patents

Method and device for diagnosing rotor bar fault and load fault in the squirrel cage induction motors using current space vector and fourier or wavelet transform Download PDF

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Abstract

Various embodiments of the present invention relate to a method for diagnosing a rotor defect and a load defect of an induction motor and an apparatus thereof. According to various embodiments of the present invention, an apparatus for diagnosing a rotor defect and a load defect of an induction motor comprises: a current data acquisition unit which acquires current data output from the induction motor; a state determination unit which checks the state of the induction motor based on the current data received from the current data acquisition unit; a data conversion unit which acquires frequency spectrum data based on the current data; and a defect diagnosis unit which determines whether the induction motor is defective based on the frequency spectrum data. When the state of the induction motor is a steady state, the data conversion unit acquires the frequency spectrum data by using Fourier transform and when the state of the induction motor is a transient state, acquires the frequency spectrum data by using wavelet transform. Other embodiments may be possible. The present invention can diagnose defects of an induction motor regardless of the state of the induction motor.

Description

전류 공간 벡터와 푸리에 또는 웨이블릿 변환을 이용하여 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함을 진단하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DIAGNOSING ROTOR BAR FAULT AND LOAD FAULT IN THE SQUIRREL CAGE INDUCTION MOTORS USING CURRENT SPACE VECTOR AND FOURIER OR WAVELET TRANSFORM}TECHNICAL AND DEVICE FOR DIAGNOSING ROTOR BAR FAULT AND LOAD FAULT IN THE SQUIRREL CAGE INDUCTION MOTORS USING CURRENT SPACE VECTOR AND FOURIER OR WAVELET TRANSFORM}

본 발명은 유도 전동기의 결함을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 2상 이상의 전류에 따른 전류 공간 벡터와 푸리에 또는 웨이블릿 변환을 이용하여 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for diagnosing a defect of an induction motor, and more particularly, to a method of diagnosing a rotor defect and a load defect of an induction motor using a current space vector and Fourier or wavelet transformation according to two or more currents. And to an apparatus.

일반적으로 유도 전동기는 코일이 감겨진 고정자가 바깥쪽에 위치하고 회전자가 안쪽에 위치한 구성으로, 고정자의 코일에 교류 전원을 흘려 회전자에 유도 전류가 흐르도록 함으로써 모터를 구동시키는 장치이다.In general, an induction motor is a device in which a coil is wound on the outside of the stator and the rotor is located in the outside. An induction motor is a device for driving a motor by flowing an AC power to a coil of the stator so that an induction current flows through the rotor.

고정자의 3상 권선에 120° 위상 차를 가지는 3상 전압 또는 3상 전류를 인가하면 입력되는 전원의 주파수에 따라 유도 전동기의 회전자계 Фs가 일정한 속도로 회전하게 된다. 유도전동기의 경우, 회전자계는 회전자의 도체에 전류를 발생시켜 회전자에 자속Фr을 발생시킨다. 이와 같이 고정자 및 회전자에서 발생되는 자속에 의해 유도되는 토크 τ에 따라 유도 전동기는 동작한다.When a three-phase voltage or three-phase current having a phase difference of 120 ° is applied to the three-phase winding of the stator, the magnetic field Фs of the induction motor rotate at a constant speed according to the frequency of the input power. In the case of an induction motor, the rotor field generates current in the conductor of the rotor to generate magnetic flux Фr in the rotor. In this way, the induction motor operates according to the torque τ induced by the magnetic flux generated in the stator and the rotor.

일반적으로 유도 전동기 종류 중 하나에 해당하는 농형 유도 전동기는 회전자의 구조가 간단하고 조작이 용이하며 내구성이 견고하여 산업계에서 널리 사용되는 주요한 전력기기이다. 따라서 농형 유도전동기의 회전자 및 부하에 결함이 발생할 경우, 대부분의 복합 연속 공정에서는 단순히 유도 전동기 고장 그 자체로 끝나지 않고 전체 공정이 중단될 수 있고, 생산 설비 성능 저하, 고장에 따른 작업 중지 및 수리에 따른 막대한 경제적 손실이 뒤따르므로 결함을 사전에 방지하기 위한 사전 모니터링 시스템이 필요하다.In general, the squirrel cage induction motor corresponding to one of the types of induction motor is a main power device widely used in the industry because the rotor structure is simple, easy to operate and durable. Therefore, when the rotor and the load of the squirrel cage induction motor are defective, the entire process can be stopped without simply ending the induction motor failure in most complex continuous processes. The enormous economic consequences of this are accompanied by the need for a proactive monitoring system to prevent defects.

상기 필요성에 따라 유도 전동기를 사용하는 산업 현장에서는 개별 유도 전동기를 대상으로 하는 유도 전동기 상태 모니터링 및 전동기의 예방 정비를 수행하고 있다. 예를 들어, 상태 모니터링 시스템은 획득한 전류 신호 중 한 개의 상에 대해 고속 푸리에 변환(fast fourier transform)을 통해, 측파대(sideband) 주파수(회전자결함 주파수,

Figure 112019012651773-pat00001
성분과 또다른 측파대(sideband) 주파수(부하결함주파수,
Figure 112019012651773-pat00004
성분을 연산하고, 전원 주파수 대비 상대적 크기(dB)를 기준으로 결함을 진단했다.
Figure 112019012651773-pat00005
Figure 112019012651773-pat00006
In accordance with the necessity, industrial sites using induction motors perform induction motor condition monitoring and preventive maintenance of individual induction motors. For example, the condition monitoring system uses a fast fourier transform on one of the acquired current signals to obtain a sideband frequency (rotary defect frequency,
Figure 112019012651773-pat00001
Components and other sideband frequencies (load fault frequency,
Figure 112019012651773-pat00004
The component was calculated and the fault diagnosed based on the relative magnitude in dB relative to the supply frequency.
Figure 112019012651773-pat00005
Figure 112019012651773-pat00006

그러나 종래의 푸리에 변환 방식은 정상 상태(Steady State)의 전류 신호만을 분석 가능했고, 시간에 따라 부하 또는 주파수가 변경되는 경우(예: 변이 상태(transient state 전류 신호))에 대해서 진단이 불가능했다. 또한, 기존 모니터링 시스템은 1상 전류만을 이용하여 획득한 주파수 스펙트럼 데이터를 활용하므로 주파수 변환의 한계로서 회전자 결함과 부하 결함을 구분해 내지 못하고 오진단을 하는 문제점이 있었다.However, the conventional Fourier transform method can analyze only a steady state current signal and cannot diagnose a load or frequency that changes with time (for example, a transient state current signal). In addition, since the existing monitoring system utilizes the frequency spectrum data obtained using only one phase current, there is a problem of not distinguishing a rotor defect from a load defect as a limit of frequency conversion and misdiagnosing.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 유도 전동기의 상태에 따라 푸리에 변환 또는 웨이블릿 변환을 적용함으로써 정상 상태 및 변이 상태의 전류 신호를 이용하여 정확하게 유도 전동기의 결함을 진단하는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by applying a Fourier transform or wavelet transform in accordance with the state of the induction motor by using a current signal in the steady state and transition state to accurately diagnose the defect of the induction motor and The purpose is to provide a device.

또한, 본 발명은 2상 이상의 전류에 기반하여 생성한 전류 공간 벡터를 이용함으로써 유도 전동기의 회전자 결함과 부하 결함을 정확하게 진단하는 방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a method and apparatus for accurately diagnosing a rotor defect and a load defect of an induction motor by using a current space vector generated based on two or more currents.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치는 유도 전동기에서 출력되는 전류 데이터를 획득하는 전류 데이터 획득부; 상기 전류 데이터 획득부에서 수신한 전류 데이터에 기반하여 유도 전동기의 상태를 확인하는 상태 판단부; 상기 전류 데이터에 기반하여 주파수 스펙트럼 데이터를 획득하는 데이터 변환부; 및 상기 주파수 스펙트럼 데이터에 기반하여 상기 유도 전동기의 결함 여부를 판단하는 결함 진단부를 포함하고, 상기 데이터 변환부는, 상기 유도 전동기의 상태가 정상 상태(steady state)일 경우, 푸리에 변환(fourier transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼 데이터를 획득하고, 상기 유도 전동기의 상태가 변이 상태(transient state)일 경우, 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하여 상기 주파수스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, an apparatus for diagnosing rotor defects and load defects of an induction motor may include: a current data acquisition unit configured to acquire current data output from an induction motor; A state determination unit checking a state of the induction motor based on the current data received by the current data acquisition unit; A data converter configured to obtain frequency spectrum data based on the current data; And a defect diagnosis unit configured to determine whether the induction motor is defective based on the frequency spectrum data, and wherein the data converter is configured to perform a Fourier transform when the state of the induction motor is in a steady state. The frequency spectrum data may be acquired using the wavelet transform, and the frequency spectrum data may be obtained using a wavelet transform when the state of the induction motor is in a transient state.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 아래와 같은 다양한 효과들을 가진다.According to the present invention as described above, has the following various effects.

본 발명은 정상 상태의 전류 신호에 푸리에 변환을 적용하고 변이 상태의 전류 신호에 웨이블릿 변환을 적용함으로써 유도 전동기의 상태에 관계없이 유도 전동기의 결함을 진단할 수 있다.The present invention can diagnose a defect of an induction motor regardless of the state of the induction motor by applying the Fourier transform to the steady state current signal and the wavelet transform to the current signal in the transition state.

또한, 본 발명은 2상 이상의 전류에 기반하여 생성한 전류 공간 벡터를 이용함으로써 유도 전동기의 회전자 결함과 부하 결함을 정확하게 진단할 수 있다.In addition, the present invention can accurately diagnose rotor defects and load defects of an induction motor by using a current space vector generated based on two or more currents.

또한, 본 발명은 연속 웨이블릿 변환(continuous wavelet transform)을 이용함으로써 변이 상태의 전류 신호를 보다 정확하게 분석할 수 있다.In addition, the present invention can more accurately analyze the current signal of the transition state by using a continuous wavelet transform.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치를 나타낸 블록도다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함을 진단하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기의 고정자 전류 피크 값들의 포락선, 회전자 속도 곡선, 슬립 곡선, 회전자 결함 주파수 스펙트럼, 부하 결함 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 푸리에 변환에 따른 1상 전류의 주파수 스펙트럼과 2상 이상의 전류를 이용해 연산된 공간 벡터의 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기가 정상, 회전자 바 결함 또는 부하 결함일 경우에 웨이블릿 변환에 따른 1상 전류의 주파수 스펙트럼을 각각 도시한다.
도6 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기가 정상, 회전자 바 결함 또는 부하 결함일 경우에 웨이블릿 변환에 따른 2상 이상의 전류의 주파수 스펙트럼을 각각 도시한다.
도7 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단부가 유도 전동기의 결함을 진단하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a block diagram illustrating a rotor defect and a load defect diagnosis apparatus of an induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a rotor defect and a load defect of an induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
3A and 3B illustrate an envelope, a rotor speed curve, a slip curve, a rotor defect frequency spectrum, and a load defect frequency spectrum of stator current peak values of an induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
4A and 4B illustrate a frequency spectrum of a single phase current according to a Fourier transform and a frequency spectrum of a space vector calculated using two or more phase currents according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates frequency spectra of single-phase currents according to wavelet transformation when an induction motor according to an embodiment of the present invention is a normal, rotor bar defect or a load defect.
6 illustrates frequency spectra of two or more phase currents according to wavelet transformation when an induction motor according to an embodiment of the present invention is a normal, rotor bar defect or a load defect.
7 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a defect of an induction motor by a defect diagnosing unit according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. And, in describing the embodiments of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of the functions of the present invention, and may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete and complete the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to inform you.

본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체(machine-readable storage media))에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램)로 구현될 수 있다. 기기는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 전자 장치(예: 서버)를 포함할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.Various embodiments of the present disclosure may be implemented in software (eg, a program) that includes instructions stored in a machine (eg, a computer) readable storage medium. The device is a device capable of calling a stored command from a storage medium and operating according to the called command, and may include an electronic device (eg, a server) according to the disclosed embodiments. The instructions can include code generated or executed by a compiler or interpreter. The device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here, 'non-temporary' means that the storage medium does not include a signal and is tangible, and does not distinguish that data is stored semi-permanently or temporarily on the storage medium.

일 실시 예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 온라인으로 배포될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a method according to various embodiments of the present disclosure may be included in a computer program product. The computer program product may be traded between the seller and the buyer as a product. The computer program product may be distributed online in the form of a device-readable storage medium (eg compact disc read only memory (CD-ROM)) or through an application store (eg Play StoreTM). In the case of an online distribution, at least a portion of the computer program product may be stored at least temporarily on a storage medium such as a server of a manufacturer, a server of an application store, or a relay server, or may be temporarily created.

다양한 실시예들에 따른 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램) 각각은 단수 또는 복수의 개체로 구성될 수 있으며, 전술한 해당 서브 구성 요소들 중 일부 서브 구성 요소가 생략되거나, 또는 다른 서브 구성 요소가 다양한 실시예에 더 포함될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 일부 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 개체로 통합되어, 통합되기 이전의 각각의 해당 구성 요소에 의해 수행되는 기능을 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.Each component (eg, a module or a program) according to various embodiments may be composed of a singular or plural number of objects, and some of the above-described subcomponents may be omitted, or other subcomponents may be omitted. It may be further included in various embodiments. Alternatively or additionally, some components (eg, modules or programs) may be integrated into one entity to perform the same or similar functions performed by each corresponding component prior to integration. In accordance with various embodiments, the operations performed by a module, program, or other component may be executed sequentially, in parallel, repeatedly, or heuristically, or at least some of the operations may be executed in a different order, may be omitted, or other operations may be added. Can be.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used in the present specification (including technical and scientific terms) may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, terms that are defined in a commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless they are specifically defined clearly.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and / or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the mentioned components.

일반적으로 유도 전동기의 결함을 진단하는 방법은 유도 전동기가 정지 중이거나 동작 중에 수행될 수 있다. 유도 전동기가 정지 중에 결함을 진단할 경우, 직접 분해하여 육안으로 결함을 확인하므로 정확도는 높을 수 있으나 이는 시간이 많이 소모되므로 효율적이지 못한 편이다. 한편, 유도 전동기가 동작 중에 결함을 진단하는 방법은 간편하게 수시로 결함을 진단할 수는 있으나 정지 중에 결함을 진단하는 방법보다 정확성에서 떨어지는 단점이 있다.In general, the method of diagnosing a fault of an induction motor may be performed while the induction motor is stopped or in operation. When the induction motor diagnoses a defect while stopped, the accuracy may be high because it is directly disassembled and visually checked for defects, but this is not efficient because it consumes a lot of time. On the other hand, a method of diagnosing a defect during operation of the induction motor can easily diagnose a defect at any time, but has a disadvantage in inaccuracy than a method of diagnosing a defect during stop.

따라서, 유도 전동기가 동작 중에 결함을 진단하는 방법의 정확성을 높이기 위해 MCSA(Motor Spectrum Signature Analysis) 진단 방법이 개발되어 상용화되었다. MCSA 진단 방법은 전류 데이터에 기반하여 추출한 주파수 스펙트럼을 관찰하여 특정 주파수 성분이 상승할 경우 이를 유도 전동기의 결함으로 판단한다. 예컨대, 특정 주파수 성분 중 하나에 해당되는 회전자 결함 주파수(회전자 결함 시 검출되는 주파수)는 측파대 주파수인 2*슬립주파수의 배수 성분들(전원 주파수 fs=60Hz 기준) 아래 수식 1과 같다.Therefore, in order to increase the accuracy of the method of diagnosing a fault during the operation of the induction motor, a motor spectrum analysis analysis (MCSA) diagnosis method has been developed and commercialized. The MCSA diagnostic method observes the frequency spectrum extracted based on the current data and determines that a specific frequency component rises as a defect of the induction motor. For example, the rotor defect frequency (frequency detected when the rotor defect) corresponding to one of the specific frequency components is a multiple of 2 * slip frequency, which is the sideband frequency (based on the power source frequency fs = 60Hz), as shown in Equation 1 below.

[수식 1][Equation 1]

Figure 112019010890181-pat00008
Figure 112019010890181-pat00008

여기서 S는 유도 전동기의 슬립, fs 는 전원 주파수, k는 양의 정수이다.Where S is the slip of the induction motor, fs is the power supply frequency, and k is a positive integer.

또한, 특정 주파수 성분 중 다른 하나에 해당되는 부하 결함 주파수(부하 결함 시 검출되는 주파수)는 측파대 주파수인 회전자의 기계적 회전 주파수(fr)의 배수 성분들(전원 주파수 fs=60Hz 기준) 아래 수식 2와 같다.In addition, the load fault frequency (frequency detected in case of a load fault) corresponding to another one of the specific frequency components is a multiple of components of the mechanical rotation frequency (fr) of the rotor, which is the sideband frequency (based on the power frequency fs = 60 Hz). Same as 2.

[수식 2][Formula 2]

Figure 112019010890181-pat00009
,
Figure 112019010890181-pat00010
Figure 112019010890181-pat00009
,
Figure 112019010890181-pat00010

여기서 S는 유도 전동기의 슬립, fs 는 전원 주파수, P는 유도 전동기의 극수(pole number), k는 양의 정수이다.Where S is the slip of the induction motor, fs is the power source frequency, P is the pole number of the induction motor, and k is a positive integer.

기존 진단 방법인 MCSA는 상기 설명한 회전자 결함 주파수와 부하 결함 주파수를 활용하여 1상의 전류를 분석함으로써 회전자 결함과 부하 결함을 진단할 수 있다. 그러나 이는 주파수 영역에서 분석을 수행하는 것이므로 유도 전동기의 상태가 정상 상태(steady state)일 경우에만 분석이 가능하고 부하 등이 변경될 경우 진단이 불가능한 문제점이 있었다. 또한, 1상의 전류로 주파수 스펙트럼을 분석할 경우 회전자 결함 주파수와 부하 결함 주파수의 주파수 대역이 겹침에 따라 회전자 결함과 부하 결함을 구분하기 어려운 문제점도 있었다.MCSA, which is a conventional diagnostic method, may diagnose rotor defects and load defects by analyzing current of one phase using the rotor defect frequency and the load defect frequency described above. However, since the analysis is performed in the frequency domain, the analysis is possible only when the state of the induction motor is in a steady state, and there is a problem that the diagnosis is impossible when the load is changed. In addition, when analyzing the frequency spectrum with a current of one phase, there was a problem that it is difficult to distinguish the rotor defect from the load defect as the frequency bands of the rotor defect frequency and the load defect frequency overlap.

따라서, 상기 기존 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치(100)는 웨이블릿 변환을 활용하여 부하 또는 주파수가 변동하는 조건(변이 상태)에서도 유도 전동기를 정확하게 진단할 수 있다. 또한, 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치(100)는 실수 값인 1상 전류가 아니라 복소수 값인 전류 공간 벡터의 주파수 스펙트럼을 분석함으로써 전동기 자체의 불평형(정방향)과 전동기 외부 커플링이나 부하로 인한 반대 방향(역방향) 회전 성분을 분리하여 유도 전동기 진단의 민감도와 신뢰성을 크게 높일 수 있다.Therefore, in order to solve the existing problem, the rotor defect and load defect diagnosis apparatus 100 of the induction motor according to an embodiment of the present invention uses wavelet transformation to induce a load or frequency fluctuation condition (variation state). The motor can be diagnosed accurately. In addition, the rotor fault and load fault diagnosis apparatus 100 of the induction motor analyzes the frequency spectrum of the current space vector, which is a complex value, rather than a single-phase current, which is a real value, so that the motor unbalance (forward) and the external coupling or load of the motor may be reduced. By separating the opposite rotational components, the sensitivity and reliability of the induction motor diagnosis can be greatly increased.

상기 목적에 따른 본 발명의 구체적인 구성과 각 동작들을 하기 도 1 내지 도 7을 통해 상세히 설명한다.Specific configurations and operations of the present invention according to the above object will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치를 나타낸 블록도다.1 is a block diagram illustrating a rotor defect and a load defect diagnosis apparatus of an induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치(100)는 네트워크 또는 다이렉트 연결(예: 케이블로 직접 연결)을 통해 유도 전동기(200) 또는 배전반(300, 변압기(potential transformer, PT), 변류기(current transformer, CT))과 연결될 수 있다. 여기서 네트워크는 무선 네트워크 및 유선 네트워크를 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 네트워크는 근거리 통신 네트워크(예: 블루투스, WiFi direct 또는 IrDA(infrared data association)) 또는 원거리 통신 네트워크(예: 셀룰러네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN))일 수 있다.Referring to FIG. 1, the apparatus 100 for diagnosing rotor defects and load defects of an induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention may be an induction motor 200 or a switchboard through a network or a direct connection (eg, a direct connection with a cable). 300, a potential transformer (PT) and a current transformer (CT) may be connected. The network may include a wireless network and a wired network. For example, the network may be a local area network (e.g. Bluetooth, WiFi direct or infrared data association) or a telecommunications network (e.g. cellular network, Internet, or computer network (e.g. LAN or WAN)). have.

일 실시 예에서, 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치(100)는 제어부(110), 전류 데이터 획득부(120), 상태 판단부(130), 데이터 변환부(140), 결함 진단부(150) 및 데이터베이스(160)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the rotor defect and load defect diagnosis apparatus 100 of the induction motor may include a control unit 110, a current data acquisition unit 120, a state determination unit 130, a data conversion unit 140, and a defect diagnosis unit. 150 and database 160.

일 실시 예에서, 제어부(110)는 유도 전동기(200)의 결함을 진단하는 각종 동작들을 전반적으로 제어할 수 있고, 전류 데이터 획득부(120), 상태 판단부(130), 데이터 변환부(140), 결함 진단부(150) 및 데이터베이스(160)를 연결시키고 제어할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, the controller 110 may control various operations for diagnosing a defect of the induction motor 200, and may include a current data acquirer 120, a state determiner 130, and a data converter 140. ), The defect diagnosis unit 150 and the database 160 may be connected and controlled.

일 실시 예에서, 전류 데이터 획득부(120)는 유도 전동기(200) 또는 배전반(300)에서 전류 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 전류 데이터 획득부(120)는 유도 전동기(200) 또는 배전반(300)에서 2 상 이상의 전류데이터를 획득할 수 있다.In an embodiment, the current data acquisition unit 120 may acquire current data from the induction motor 200 or the switchboard 300. For example, the current data acquisition unit 120 may acquire current data of two or more phases from the induction motor 200 or the switchboard 300.

일 실시 예에서, 상태 판단부(130)는 전류 데이터 획득부(120)에서 수신한 전류 데이터에 기반하여 유도 전동기(200)의 상태를 확인할 수 있다.In an embodiment, the state determiner 130 may check the state of the induction motor 200 based on the current data received by the current data acquirer 120.

일 실시 예에서, 데이터 변환부(140)는 전류 데이터에 기반하여 주파수 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 데이터 변환부(140)는 유도 전동기(200)의 상태가 정상 상태(steady state)일 경우, 푸리에 변환(fourier transform)을 이용하여 주파수 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있고, 유도 전동기(200)의 상태가 변이 상태(transient state)일 경우, 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하여 주파수 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 데이터 변환부(140)는 전류 공간 백터를 연산할 수 있다.In an embodiment, the data converter 140 may acquire frequency spectrum data based on the current data. For example, when the state of the induction motor 200 is a steady state, the data converter 140 may acquire frequency spectrum data using a Fourier transform, and the induction motor 200 In the case where the state of) is a transient state, frequency spectrum data may be obtained by using a wavelet transform. In addition, the data converter 140 may calculate a current space vector.

일 실시 예에서, 결함 진단부(150)는 주파수 스펙트럼 데이터에 기반하여 유도 전동기(200)의 결함 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 결함 진단부(150)는 슬립(slip) 값과 전원 주파수 값에 기반하여 주파수 스펙트럼 데이터에서 회전자 결함 주파수 성분과 부하 결함 주파수 성분이 검출되는 지 확인할 수 있고, 각각의 성분이 검출될 경우 회전자 결함 또는 부하 결함이라고 진단할 수 있다.In an embodiment, the defect diagnosis unit 150 may determine whether the induction motor 200 is defective based on the frequency spectrum data. For example, the defect diagnosis unit 150 may determine whether the rotor defect frequency component and the load defect frequency component are detected in the frequency spectrum data based on the slip value and the power supply frequency value, and each component is detected. Can be diagnosed as rotor fault or load fault.

일 실시 예에서, 데이터베이스(160)는 유도 전동기(200)의 결함 진단 히스토리, 과거 진단된 유도 전동기의 기본 정보 등을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, the database 160 may include a fault diagnosis history of the induction motor 200, basic information of a past diagnosed induction motor, and the like.

일 실시 예에서, 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치(100)는, 예를들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동전화기(mobile phone), 영상전화기, 전자책리더기(e-book reader), 데스크탑 PC (desktop PC), 랩탑 PC(laptop PC), 넷북컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버(server), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일의료기기, 카메라, 또는웨어러블장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment, the rotor defect and load defect diagnosis device 100 of the induction motor, for example, a smartphone (tablet), tablet PC (tablet personal computer), mobile phone (mobile phone), video phone, electronic E-book readers, desktop PCs, laptop PCs, netbook computers, workstations, servers, personal digital assistants, and PMPs A portable multimedia player, an MP3 player, a mobile medical device, a camera, or a wearable device may be included.

일 실시 예에서, 유도 전동기(200)는 회전자계를 형성하는 고정자 권선과, 회전자계에 의해 발생된 자속의 통로를 형성해주는 고정자 철심과, 유도전류를 받아 회전하는 회전자 도체 및 회전자 철심으로 이루어질 수 있고, 여기서 회전자 도체는 회전자 바 일 수 있다.In one embodiment, the induction motor 200 includes a stator winding forming a rotor magnetic field, a stator iron core forming a passage of magnetic flux generated by the rotor field, and a rotor conductor and a rotor iron core rotating under induction current. And the rotor conductor may be a rotor bar.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함을 진단하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3a 및 도 3b 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기의 고정자 전류 피크 값들의 포락선, 회전자 속도 곡선, 슬립 곡선, 회전자 결함 주파수 스펙트럼, 부하 결함 주파수 스펙트럼을 도시한다. 도4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 푸리에 변환에 따른 1상 전류의 주파수 스펙트럼과 2상 이상의 전류의 주파수 스펙트럼을 도시한다. 도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기가 정상, 회전자 바 결함 또는 부하 결함일 경우에 웨이블릿 변환에 따른 1상 전류의 주파수 스펙트럼을 각각 도시한다. 도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 전동기가 정상, 회전자 바 결함 또는 부하 결함일 경우에 웨이블릿 변환에 따른 2상 이상의 전류를 이용해 연산한 공간 벡터의 주파수 스펙트럼을 각각 도시한다.2 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a rotor defect and a load defect of an induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention. 3A and 3B illustrate an envelope, a rotor speed curve, a slip curve, a rotor defect frequency spectrum, and a load defect frequency spectrum of stator current peak values of an induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention. 4A and 4B illustrate a frequency spectrum of one phase current and a frequency spectrum of two or more currents according to a Fourier transform according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 illustrates frequency spectra of single-phase currents according to wavelet transformation when an induction motor according to an embodiment of the present invention is a normal, rotor bar defect or a load defect. FIG. 6 illustrates frequency spectra of spatial vectors calculated using two or more phase currents according to wavelet transformation when an induction motor according to an embodiment of the present invention is a normal, rotor bar defect or a load defect.

도 2의 동작들은 도 1의 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 도 2의 동작들은 하기 설명에 따른 구성들이 수행하는 것으로 한정되지 않고, 도 1의 제어부(110)가 모두 수행하거나 다른 구성들이 수행할 수 있다.2 may be performed by the rotor fault and load fault diagnosis apparatus 100 of the induction motor of FIG. 1. The operations of FIG. 2 are not limited to the configurations according to the following description, and may be performed by the controller 110 of FIG. 1 or other components.

도 2를 참조하면, 일 실시 예에서, 전류 데이터 획득부(120)는 동작 21에서, 유도 전동기에서 2상 이상의 전류 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 전류 데이터 획득부(120)는 네트워크 또는 케이블을 통해 연결된 유도 전동기(200)의 고정자 전류 중 2상 또는 3상 전류 데이터를 획득할 수 있다. 예컨대, 전류 데이터 획득부(120)는 획득한 전류 데이터를 상태 판단부(130)와 데이터 변환부(140)로 전송할 수 있다. 여기서 전류 데이터는 도 3a에 도시된 고정자 전류(stator current) 피크(peak) 값들의 포락선(envelope)(31)을 포함할 수 있다. 또한, 전류 데이터 획득부(120)는 도 3a에 도시된 회전자 속도(rotor speed) 곡선(33)과 슬립(slip) 곡선(32)이 포함된 데이터를 획득하여 상태 판단부(130), 결함 진단부(150)에 전송할 수 있다.Referring to FIG. 2, in an embodiment, the current data acquisition unit 120 may acquire current data of two or more phases in an induction motor in operation 21. For example, the current data acquisition unit 120 may acquire two-phase or three-phase current data of stator currents of the induction motor 200 connected through a network or a cable. For example, the current data acquirer 120 may transmit the obtained current data to the state determiner 130 and the data converter 140. The current data may include an envelope 31 of stator current peak values shown in FIG. 3A. In addition, the current data acquisition unit 120 acquires data including the rotor speed curve 33 and the slip curve 32 shown in FIG. It may be transmitted to the diagnosis unit 150.

일 실시 예에서, 데이터 변환부(140)는 동작 22에서, 2상 이상의 전류 데이터에 기반하여 전류 공간 벡터를 연산할 수 있다.In an embodiment, the data converter 140 may calculate a current space vector based on current data of two or more phases in operation 22.

예를 들어, fsampling[Hz]의 샘플링 주파수로 유도 전동기의 고정자 전류 한 상을 측정하여 푸리에 변환으로 주파수 스펙트럼을 관찰하면, 고정자 전류에 포함된 0Hz 부터 fsampling/2 Hz까지의 주파수 성분(회전자 결함 주파수 성분, 부하 결함 주파수 성분)을 관찰할 수 있다. 이론적으로는 도 3a에 도시된 바와 같이 회전자 결함 주파수 성분(34)과 부하 결함 주파수 성분(35)이 X축을 대칭으로 서로 동일하게 관찰된다. 한 상으로 푸리에 변환한 주파수 스펙트럼의 경우 음의 영역(역방향)주파수 구간을 확인할 수 없고, 음의 영역(역방향) 주파수 성분이 X축 대칭으로 양의 영역에 매칭되서, 두 결함을 구분할 수가 없다. (도 3b의곡선(36)) 이 때문에 도 4a의 (43) 주파수 위치에 두 결함이 겹쳐져서 합쳐지고, 도 5에서도 두 결함(두번째, 세번째)이 같은 패턴을 보임을 확인할 수 있다.For example, if one phase of a stator current of an induction motor is measured at a sampling frequency of fsampling [Hz] and the frequency spectrum is observed by Fourier transform, the frequency component from 0 Hz to fsampling / 2 Hz contained in the stator current (rotor defect) Frequency component, load defect frequency component) can be observed. Theoretically, as shown in FIG. 3A, the rotor defect frequency component 34 and the load defect frequency component 35 are observed identically to each other symmetrically on the X axis. In the case of Fourier transformed frequency spectrum in one phase, the negative region (reverse) frequency section cannot be identified, and the negative region (reverse) frequency component is matched to the positive region by the X-axis symmetry, so that the two defects cannot be distinguished. (Curve 36 in Fig. 3B) This shows that the two defects overlap and merge at the (43) frequency position in Fig. 4A, and in Fig. 5, the two defects (second and third) show the same pattern.

이는, 한 상으로는 전류 벡터의 회전 방향을 구분할 수 없기 때문이다.전원 주파수 fs에는 정방향 성분과 이상적이지 못한 작은 역방향 성분이 동시에 존재하고, 회전자 결함 주파수 성분도 이와 마찬가지로 회전자 결함에 의한 정방향 성분(34)과 유도 전동기 불평형, 부하 영향 등에 의해 이상적이지 못한 역방향 성분(35, 부하 결함 주파수 성분)이 동시에 존재할 수 있고, 도 3b에 도시된 곡선(36)과 같이 두 결함이 겹쳐져서 합쳐진 회전자 결함 주파수 성분이 관찰될 수 있다.This is because, in one phase, the direction of rotation of the current vector cannot be distinguished. A forward component and a small reverse component that are not ideal are simultaneously present at the power source frequency fs, and the rotor defect frequency component is likewise the positive component due to the rotor defect (34). ) And the inverse motor component 35 (load fault frequency component) may be present at the same time due to induction motor imbalance, load influence, etc. The component can be observed.

실제 회전자 결함은 회전자 결함주파수 성분에 의한 정방향 성분의 크기와 비례하기 때문에 회전자 결함에 의한 정방향 성분의 영향만 보아야 민감한 진단이 가능하므로 도 3a 도시된 바와 같은 곡선(34)에 기반하여 회전자 결함 주파수 성분이 관찰되어야 정확한 진단을 할 수 있으나, 한 상의 전류로는 도 3b의 곡선(36)과 같이 회전자 결함 주파수 성분이 관찰되므로 회전자 결함의 정확한 진단이 어려울 수 있다. 게다가, 유도 전동기의 부하 불평형 등 외부 요인에 의해 발생하는 역방향 성분은 진단 결과에 영향을 끼칠 정도로 클 수도 있고, 설사 역방향 성분이 크지 않더라도 0이 아닌 경우 3상의 결함 주파수 성분값들이 바뀌어 서로 다르게 되는 등의 영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 하기 수식 3과 같이 전류 공간 벡터를 연산할 수 있다.Since the actual rotor defect is proportional to the magnitude of the forward component due to the rotor defect frequency component, only the influence of the forward component due to the rotor defect can be used for sensitive diagnosis. An accurate diagnosis can be made only when the electronic defect frequency component is observed. However, since the rotor defect frequency component is observed as shown in the curve 36 of FIG. 3B, accurate diagnosis of the rotor defect can be difficult. In addition, the reverse component caused by external factors such as load inequality of the induction motor may be large enough to affect the diagnosis results, and even if the reverse component is not large, the three-phase fault frequency components are different from each other if they are not zero. May affect. Therefore, in order to solve the problem, the present invention can calculate the current space vector as shown in Equation 3 below.

[수식 3][Equation 3]

Figure 112019010890181-pat00014
Figure 112019010890181-pat00014

여기서, a는 크기가 1이고 위상이 120도인 복소수이다.Where a is a complex number of magnitude 1 and phase 120 degrees.

전류 공간 벡터는 회전 방향을 가지는 벡터로서 푸리에 변환을 적용할 경우, -fsampling/2Hz부터 fsampling/2Hz 사이의 성분으로 음(역방향), 양(정방향)의 영역을 각각 분리하여 관찰 할 수 있다. 이렇게 되면 정방향 성분과 역방향 성분의 구분이 가능해진다. 따라서 회전자 결함과 무관한 역방향 성분의 간섭 없이 회전자 결함 성분인 정방향 성분만을 관찰하여 진단의 민감도와 신뢰성을 높일 수 있다. (도 3a의 (34)) 즉, 도 4b의 (47) 성분(정방향 성분)만을 관찰하고, 도 6의 두번째 패턴만을 체크한다.When the Fourier transform is applied as a vector having a rotation direction, the current space vector can be observed by separately separating negative (reverse) and positive (forward) regions with components between -fsampling / 2Hz and fsampling / 2Hz. This makes it possible to distinguish between the forward and reverse components. Therefore, the sensitivity and reliability of the diagnosis can be improved by observing only the forward component, which is the rotor defect component, without the interference of the reverse component irrelevant to the rotor defect. 3A (34), that is, only the component (47) (forward component) of FIG. 4B is observed, and only the second pattern of FIG. 6 is checked.

한편, 도면에 도시된 바와 달리 발명의 한 실시 예에 따르면 데이터 변환부(140)는 동작 24가 수행된 이후 동작 25 또는 동작 26에서 전류 공간 벡터 연산 동작을 함께 수행할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, as shown in the drawing, the data converter 140 may perform a current space vector calculation operation in operation 25 or operation 26 after operation 24 is performed.

일 실시 예에서, 상태 판단부(130)는 동작 23에서, 전류 데이터에 기반하여 전류 rms(root mean square) 값들의 변화율을 연산할 수 있다. 예를 들어, 상태 판단부(130)는 전류 데이터의 원래 신호에서 평균 값(DC 성분)을 빼고 남은 신호들의 영점을 지나는 구간에 대해서 연산함으로써 전류 rms 값들을 획득할 수 있고, 전류 rms 값들의 변화율을 실시간으로 연산할 수 있다.In an embodiment, the state determiner 130 may calculate a rate of change of current root mean square (RMs) values based on the current data in operation 23. For example, the state determiner 130 may obtain current rms values by subtracting an average value (DC component) from the original signal of the current data and calculating a section that crosses the zero point of the remaining signals, and the rate of change of the current rms values. Can be computed in real time.

일 실시 예에서, 상태 판단부(130)는 동작 24에서, 전류 rms 값들의 변화율이 기준 범위 이내 인지 판단할 수 있다. 예를 들어, 유도 전동기의 부하가 변동할 경우, 고정자 전류 피크 값들의 포락선(31)의 면적이 도 3a에 도시된 고정자 전류의 변이 상태(a)와 같이 변동할 수 있다. 따라서, 전류 rms 값들의 변화율이 미리 설정한 기준 범위를 초과할 경우 상태 판단부(130)는 부하가 변동 중인 상황으로 판단할 수 있다. 따라서, 상태 판단부(130)는 전류 rms 값들의 변화율이 기준 범위 이내일 경우, 유도 전동기의 상태를 정상 상태로 판단하고, 전류 rms 값들의 변화율이 기준 범위를 초과할 경우, 유도 전동기의 상태를 변이 상태로 판단할 수 있다. 여기서 정상 상태는 전류 rms 값의 변동이 거의 없는 상태일 수 있고, 변이 상태는 유도 전동기의 부하 또는 주파수가 변동하는 상태를 의미할 수 있다. 기준 범위는 부하가 변동되지 않는 정상 상태를 고려하여 적절한 수치로 결정될 수 있다.In an embodiment, the state determiner 130 may determine whether the rate of change of the current rms values is within a reference range in operation 24. For example, when the load of the induction motor varies, the area of the envelope 31 of the stator current peak values may vary as in the transition state a of the stator current shown in FIG. 3A. Accordingly, when the rate of change of the current rms values exceeds the preset reference range, the state determiner 130 may determine that the load is changing. Therefore, the state determination unit 130 determines the state of the induction motor as a normal state when the rate of change of the current rms values is within the reference range, and determines the state of the induction motor when the rate of change of the current rms values exceeds the reference range. It can be judged as a transition state. Here, the steady state may be a state in which the current rms value is little changed, and the transition state may mean a state in which the load or frequency of the induction motor is changed. The reference range may be determined to an appropriate value in consideration of the steady state in which the load does not change.

일 실시 예에서, 유도 전동기의 상태가 변이 상태일 경우, 데이터 변환부(140)는 동작 25에서, 전류 공간 벡터를 웨이블릿 변환을 이용하여 주파수 스펙트럼 데이터로 변환할 수 있다.In an embodiment, when the state of the induction motor is in a transition state, the data converter 140 may convert the current space vector into frequency spectrum data using wavelet transform in operation 25.

웨이블릿이란 0을 중심으로 증감을 반복하는 파동으로 이루어진 신호인데, 신호처리에 유용한 특성을 갖게 설정 가능하다. 웨이블릿 변환은 시간-주파수 분석 기법 중 하나이고 정현파 형태인 코사인과 사인 함수로 이루어진 기본 함수를 사용하는 푸리에 변환과 달리 하기 수식 4와 같은 웨이블릿 함수를 이용하여 전류 데이터를 시간-주파수 공간으로 변환한다. 즉, 웨이블릿 변환은 원 신호로부터 동시에 시간 정보와 주파수 정보를 추출할 수 있고, 예컨대 본 발명은 2상 이상의 전류 데이터에서 공간 벡터를 만들어 내서 회전자 결함 주파수 성분과 부하 결함 주파수 성분을 추출할 수 있다.A wavelet is a signal consisting of a wave that repeats increasing and decreasing around 0, and can be set to have a characteristic useful for signal processing. The wavelet transform is one of time-frequency analysis techniques, and unlike the Fourier transform using a sinusoidal cosine and a sine function, the wavelet transform transforms current data into a time-frequency space using a wavelet function such as Equation 4 below. That is, the wavelet transform can extract time information and frequency information from the original signal at the same time. For example, the present invention can extract a rotor defect frequency component and a load defect frequency component by generating a space vector from two-phase or more current data. .

[수식 4][Equation 4]

Figure 112019010890181-pat00015
Figure 112019010890181-pat00015

수식 4에서,

Figure 112019012651773-pat00016
는 웨이블릿 패밀리라는 함수로 웨이블릿 모 함수(mother wavelet,
Figure 112019012651773-pat00018
)에 압축 계수 s와 전이 계수 τ의 합성으로 얻어지고, x(t)는 전류 데이터이다. 웨이블릿 함수는 허용가능 조건을 만족한다면 얼마든지 다른 형태를 가질 수 있고, 예컨대, 복소수 웨이블릿을 포함할 수 있다. 또한, 웨이블릿 함수는 모를렛웨이블릿(morlet wavelet), Modulated 가우스 웨이블릿, Barrat웨이블릿, Gabor 웨이블릿, Frequency B-Splines (FBS) 웨이블릿 중 적어도 하나일 수 있고, 바람직하게는 Gabor 웨이블릿, Frequency B-Splines (FBS) 웨이블릿이 농형 유도 전동기에 적합할 수 있다.In Equation 4,
Figure 112019012651773-pat00016
Is a function called wavelet family. The wavelet parent function (mother wavelet,
Figure 112019012651773-pat00018
) Is obtained by combining the compression coefficient s and the transition coefficient τ, and x (t) is current data. The wavelet function may have any other form as long as it satisfies the allowable condition, and may include, for example, a complex wavelet. The wavelet function may be at least one of a morlet wavelet, a modulated gaussian wavelet, a barrat wavelet, a gabor wavelet, and a frequency b-splines (fbs) wavelet. Wavelets may be suitable for squirrel cage induction motors.

구체적으로, 데이터 변환부(140)는 유도 전동기(200)의 상태가 정상 상태(steady state)일 경우, 푸리에 변환(fourier transform)을 이용하여 주파수 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있고, 유도 전동기(200)의 상태가 변이 상태(transient state)일 경우, 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하여 주파수 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다. 그리고 결함 진단부(150)는 회전자 결함 주파수 곡선 또는 부하 결함 주파수 곡선을 도출할 수 있고, 회전자 결함 주파수 성분 또는 부하 결함 주파수 성분을 도출해 낼 수 있다. 예를 들어, 회전자 결함 주파수 성분의 경우, 수식 1에서 k=1 일 때,

Figure 112019012651773-pat00019
가 된다. 기동 시에 슬립은 1에서 0에 가깝게 떨어진다. (예: 회전자가 멈추어 있으면 슬립은 1, 정격속도(정상상태)에 도달하면 0에 가까운 정격 슬립으로 동작하고 모터마다 정격 슬립은 다를 수 있다.) 즉, (1-2*1)*60 = -60 에서 (1-2*0)*60 = 60 근처로 변하게 된다. 부하 결함 주파수 성분의 경우, 수식 2 에서
Figure 112019012651773-pat00022
인 경우에,
Figure 112019012651773-pat00024
가 되고, 이를 계산해보면,
Figure 112019012651773-pat00025
또는
Figure 112019012651773-pat00027
가 되는데 후자의 경우에 대해서
Figure 112019012651773-pat00029
성분과 부호만 다르고 크기는 같은 값을 갖게 된다. 부하 결함 주파수 성분은 기동 시에 slip은 1에서 0에 가깝게 떨어지므로, (-1+2*1)*60 = 60 에서 (-1+2*0)*60 = -60 근처로 변하게 되어서, 회전자 결함 주파수 성분과 x축 대칭의 그래프가 산출될 수 있다.Specifically, when the state of the induction motor 200 is a steady state, the data converter 140 may acquire frequency spectrum data using a Fourier transform, and the induction motor 200 When the state of the transition state (transient state), the frequency spectrum data can be obtained by using a wavelet transform (wavelet transform). The defect diagnosis unit 150 may derive the rotor defect frequency curve or the load defect frequency curve, and may derive the rotor defect frequency component or the load defect frequency component. For example, for the rotor fault frequency component, when k = 1 in equation 1,
Figure 112019012651773-pat00019
Becomes At start-up the slip falls close to one to zero. (E.g. when the rotor is stopped, the slip will be 1, and when the rated speed (steady state) is reached, the slip will be close to 0 and the rated slip may vary for each motor.) From -60 to (1-2 * 0) * 60 = 60. For the load fault frequency component,
Figure 112019012651773-pat00022
in case of,
Figure 112019012651773-pat00024
If you calculate this,
Figure 112019012651773-pat00025
or
Figure 112019012651773-pat00027
For the latter case
Figure 112019012651773-pat00029
Only the components and signs are different and the magnitudes are the same. The load fault frequency component changes at (-1 + 2 * 1) * 60 = 60 to (-1 + 2 * 0) * 60 = -60 at slip, since the slip drops from 1 to 0 at startup. A graph of electronic defect frequency components and x-axis symmetry can be calculated.

한편, 위의 설명에서

Figure 112019012651773-pat00031
가 항등식이기 때문에, 모든 상태(정상상태, 운전 상태, 변이상태)에 대해서 항상 대칭이므로, 한 상의 전류를 이용하면 구분해 낼 수 없고, 따라서, 본 발명은 전류 공간 벡터를 이용한다.On the other hand, in the above description
Figure 112019012651773-pat00031
Since is an identity equation, it is always symmetrical with respect to all states (steady state, operating state, transition state), so it cannot be distinguished by using one phase current, and therefore, the present invention uses a current space vector.

[수식 1][Equation 1]

Figure 112019010890181-pat00033
Figure 112019010890181-pat00033

[수식 2][Formula 2]

Figure 112019010890181-pat00034
,
Figure 112019010890181-pat00035
Figure 112019010890181-pat00034
,
Figure 112019010890181-pat00035

발명의 한 실시 예에 따르면, 데이터 변환부(140)는 연속 웨이블릿 변환(continuous wavelet transform)을 이용하여 주파수 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다. 웨이블릿 변환은 연속 웨이블릿과 이산 웨이블릿으로 나누어지는데, 연속 웨이블릿 변환은 비정상신호 (non-stationary signal), 광대역신호(wideband signal) 등의 스케일 특성 표현 및 분석에 유용하게 사용되는 시간-주파수(time-frequency), 시간-스케일(time-scale) 변환이고, 이산 웨이블렛 변환은 정규직교 기저함수인 스케일 함수와 이로부터 구해진 웨이블렛을 이용하고 필터 뱅크 이론에 기초한 신호의 데이터 프로세싱 및 분석을 위한 시간-스케일 변환이다. 따라서, 부하나 주파수가 변동되는 조건에서는 이산 웨이블릿 변환(discrete wavelet transform)보다 연속 웨이블릿 변환이 회전자 결함 주파수 스펙트럼과 부하 결함 주파수 스펙트럼을 확인하기 용이할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the data transformer 140 may acquire frequency spectrum data by using a continuous wavelet transform. The wavelet transform is divided into continuous wavelets and discrete wavelets. The continuous wavelet transform is a time-frequency that is useful for representing and analyzing scale characteristics such as non-stationary signals and wideband signals. Discrete wavelet transform is a time-scale transform for data processing and analysis of a signal based on filter bank theory, using a scale function that is a normal orthogonal basis and the wavelets obtained therefrom. . Therefore, in a load or frequency fluctuation condition, the continuous wavelet transform may be easier to identify the rotor defect frequency spectrum and the load defect frequency spectrum than the discrete wavelet transform.

일 실시 예에서, 유도 전동기의 상태가 정상 상태일 경우, 데이터 변환부(140)는 동작 26에서, 전류 공간 벡터를 푸리에 변환을 이용하여 주파수 스펙트럼 데이터로 변환할 수 있다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 주파수 스펙트럼(45는 전원 주파수 성분, 46은 전원 주파수의 역상 성분,fp는 샘플링주파수)과 같이 데이터 변환부(140)가 전류 공간 백터를 푸리에 변환할 경우, 결함 진단부(150)은 회전자 결함 주파수 성분(47, (1-2s)fs)과 부하 결함 주파수 성분(48, -(1-2s)fs)을 구분할 수 있다. 이와 달리 전류 공간 벡터를 활용하지 않고 한 상의 전류만 이용할 경우, 회전자 결함 주파수 성분과 부하 결함 주파수 성분을 구분할 수 없는 주파수 스펙트럼이 도 4a(41과 42는 전원 주파수 성분(서로 대칭), fp는 샘플링주파수)에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다. 도 4a에 도시된 주파수 성분(43, 44)은 회전자 결함 주파수 성분과 부하 결함 주파수 성분이 구분되지 않으므로 그 값이 4b에 비해 서로 중첩되서 커지거나, 서로 상쇄되서 작아질 수도 있고, 이는 유도 전동기의 결함을 오진단하게 만드는 원인이 된다. 따라서, 본 발명은 전류 공간 벡터를 활용함으로써 푸리에 변환을 이용하더라도 회전자 결함 주파수 성분과 부하 결함 주파수 성분을 구분할 수 있고, 유도 전동기의 결함 진단을 정확하게 할 수 있다.According to an embodiment, when the state of the induction motor is in a normal state, the data converter 140 may convert the current space vector into frequency spectrum data using a Fourier transform in operation 26. For example, when the data converter 140 performs Fourier transform of the current space vector, such as the frequency spectrum shown in FIG. 4B (45 is a power frequency component, 46 is a reverse phase component of the power frequency, and fp is a sampling frequency). The diagnosis unit 150 may distinguish between the rotor defect frequency components 47 and (1-2s) fs and the load defect frequency components 48 and-(1-2s) fs. In contrast, when only one phase of current is used without using the current space vector, the frequency spectrum in which the rotor defect frequency component and the load defect frequency component cannot be distinguished is shown in FIG. Sampling frequency). The frequency components 43 and 44 shown in FIG. 4A are not distinguished from the rotor defect frequency components and the load defect frequency components, and thus the values thereof may overlap each other in comparison with 4b, or may be larger and offset from each other. This can cause a malfunction of the fault. Therefore, the present invention can distinguish the rotor fault frequency component and the load fault frequency component even by using the Fourier transform by using the current space vector, and can accurately diagnose the fault of the induction motor.

일 실시 예에서, 결함 진단부(150)는 동작 27에서, 주파수 스펙트럼 데이터에 기반하여 유도 전동기의 결함을 진단할 수 있다. 보다 구체적인 내용은 도 7에서 후술한다.In an embodiment of the present disclosure, the defect diagnosis unit 150 may diagnose a defect of the induction motor based on the frequency spectrum data in operation 27. More details will be described later with reference to FIG. 7.

예를 들어, 도 5에 도시되며 기존 방법으로 획득한 첫번째 주파수 스펙트럼은 1상 전류에 따라 획득한 유도 전동기가 정상일 경우의 주파수 스펙트럼이고 두번째 주파수 스펙트럼은 1상 전류에 따라 획득한 유도 전동기의 회전자 바가 2개 고장날 경우의 주파수 스펙트럼이다. 세번째 주파수 스펙트럼은 1상 전류에 따라 획득한 유도 전동기의 부하 결함이 있을 경우의 주파수 스펙트럼이다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 단지 1상 전류만을 이용할 경우 도 3b처럼 겹쳐져서 합쳐져 나오기 때문에 역방향 성분(부하 결함 주파수 성분)과 정방향 성분(회전자 결함 주파수 성분)의 구분이 불가능하다.For example, the first frequency spectrum shown in FIG. 5 and obtained by the conventional method is a frequency spectrum when the induction motor acquired according to one phase current is normal and the second frequency spectrum is a rotor of the induction motor obtained according to one phase current. The frequency spectrum when two bars fail. The third frequency spectrum is the frequency spectrum when there is a load defect of an induction motor acquired according to the one-phase current. That is, as shown in FIG. 5, when only one phase current is used, the superimposition component (load defect frequency component) and the forward component (rotor defect frequency component) cannot be distinguished because they overlap as shown in FIG. 3B.

그러나, 도 6에 도시되며 본 발명의 방법으로 획득한 첫번째 정상 스펙트럼은 3상 전류에 따라 획득한 유도 전동기가 정상일 경우의 주파수 스펙트럼이고 두번째 주파수 스펙트럼은 3상 전류에 따라 획득한 유도 전동기의 회전자 바가 2개 고장날 경우의 주파수 스펙트럼이다. 세번째 주파수 스펙트럼은 3상 전류에 따라 획득한 유도 전동기의 부하 결함이 있을 경우의 주파수 스펙트럼이다. 즉, 본 발명은 전류 공간 벡터를 활용함으로써 역방향 성분으로 인한 오진단을 방지하고 정방향 성분만 이용해서 진단할 수있다. 따라서, 유도 전동기의 결함을 정밀하게 진단할 수 있다.However, the first normal spectrum shown in FIG. 6 and obtained by the method of the present invention is the frequency spectrum when the induction motor acquired according to the three-phase current is normal and the second frequency spectrum is the rotor of the induction motor acquired according to the three-phase current. The frequency spectrum when two bars fail. The third frequency spectrum is the frequency spectrum when there is a load defect of an induction motor acquired according to three-phase current. That is, the present invention can prevent the diagnosis due to the reverse component by using the current space vector and can be diagnosed using only the forward component. Therefore, the defect of the induction motor can be diagnosed precisely.

도7 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단부가 유도 전동기의 결함을 진단하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7의 동작들은 도 1의 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 도 7의 동작들은 도 2의 동작 27을 구체화한 일 실시 예일 수 있다.7 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a defect of an induction motor by a defect diagnosing unit according to an embodiment of the present invention. The operations of FIG. 7 may be performed by the rotor fault and load fault diagnosis apparatus 100 of the induction motor of FIG. 1. The operations of FIG. 7 may be an embodiment embodying operation 27 of FIG. 2.

도 7을 참조하면, 일 실시 예에서, 결함 진단부(150)는 동작 71에서,획득한 주파수 스펙트럼 데이터에서 회전자 결함 주파수 성분 또는 부하 결함 주파수 성분을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, in an embodiment, the defect diagnosis unit 150 may identify a rotor defect frequency component or a load defect frequency component in acquired frequency spectrum data in operation 71.

일 실시 예에서, 결함 진단부(150)는 동작 72에서, 주파수 스펙트럼 데이터 중 전원 주파수 범위 내 데이터를 확인할 수 있다. 예를 들어 전원 주파수가 60Hz일 경우 전원 주파수 범위는 -60Hz 내지 60Hz일 수 있고, 전원 주파수가 50Hz일 경우 전원 주파수 범위는 -50Hz 내지 50Hz일 수 있다. 전원 주파수는 이외에도 30, 20Hz등 다양하게 설정될 수 있고, 전원 주파수에 따라 결정된 전원 주파수범위 내의 주파수 스펙트럼 데이터만 확인할 수 있다.In an embodiment, the defect diagnosis unit 150 may check data within a power frequency range of the frequency spectrum data in operation 72. For example, when the power supply frequency is 60 Hz, the power supply frequency range may be -60 Hz to 60 Hz, and when the power supply frequency is 50 Hz, the power supply frequency range may be -50 Hz to 50 Hz. In addition to the power source frequency can be set in various ways, such as 30, 20Hz, only the frequency spectrum data within the power source frequency range determined according to the power source frequency can be confirmed.

일 실시 예에서, 결함 진단부(150)는 동작 73에서, 확인한 데이터에 기반하여 산출된 결과 값 중에서 최대 값을 기준으로 각 결과 값을 dB로 변환할 수 있다. 예를 들어, 산출된 결과값 중에서 최대값을 기준으로 해서, 각 값들을 dB로 재정의 할 수 있다. 예컨대, dB = 20 log (각 값/최대값)으로 최대값의 경우 0dB가 나오며, 최대값의 1/10, 1/100인 부분은 -20dB, -40dB 가 될 수 있다.According to an embodiment, the defect diagnosis unit 150 may convert each result value into dB based on the maximum value among the result values calculated based on the confirmed data in operation 73. For example, each value may be redefined in dB based on the maximum value of the calculated results. For example, dB = 20 log (each value / maximum value) yields 0 dB for the maximum value, and parts of 1/10 and 1/100 of the maximum value may be -20 dB or -40 dB.

일 실시 예에서, 결함 진단부(150)는 동작 74에서,dB가 결함 기준 값보다 높을 경우 상기 유도 전동기가 결함이라고 판단할 수 있다. 예를 들어, 결함 기준 값은 -50dB 이상일 수 있고, 상기 결함 기준 값보다 높을 경우 유도 전동기가 결함이라고 결정될 수 있다. 예를 들어 -40dB 도출 시 결함으로 판정할 수 있다.In an embodiment, the fault diagnosis unit 150 may determine that the induction motor is defective when the dB is higher than the defect reference value in operation 74. For example, the defect reference value may be -50 dB or more, and when higher than the defect reference value, it may be determined that the induction motor is defective. For example, a -40dB derivation can be determined as a defect.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치는 유도 전동기에서 출력되는 전류 데이터를 획득하는 전류 데이터 획득부; 상기 전류 데이터 획득부에서 수신한 전류 데이터에 기반하여 유도 전동기의 상태를 확인하는 상태 판단부; 상기 전류 데이터에 기반하여 주파수 스펙트럼 데이터를 획득하는 데이터 변환부; 및 상기 주파수 스펙트럼 데이터에 기반하여 상기 유도 전동기의 결함 여부를 판단하는 결함 진단부를 포함하고, 상기 데이터 변환부는, 상기 유도 전동기의 상태가 정상 상태(steady state)일 경우, 푸리에 변환(fourier transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼 데이터를 획득하고, 상기 유도 전동기의 상태가 변이 상태(transient state)일 경우, 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼 데이터를 획득할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, an apparatus for diagnosing rotor defects and load defects of an induction motor may include: a current data acquisition unit configured to acquire current data output from an induction motor; A state determination unit checking a state of the induction motor based on the current data received by the current data acquisition unit; A data converter configured to obtain frequency spectrum data based on the current data; And a defect diagnosis unit configured to determine whether the induction motor is defective based on the frequency spectrum data, and wherein the data converter is configured to perform a Fourier transform when the state of the induction motor is in a steady state. The frequency spectrum data may be acquired using the wavelet transform, and the frequency spectrum data may be acquired using a wavelet transform when the state of the induction motor is a transient state.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 전류 데이터 획득부는 상기 유도 전동기에서 2 상 이상의 전류 데이터를 획득할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the current data acquisition unit may acquire current data of two or more phases from the induction motor.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 상태 판단부는, 상기 전류 데이터에 기반하여 전류 rms(root mean squre) 값들의 변화율을 연산하고, 상기 전류 rms 값들의 변화율과 기준 범위를 비교하고, 상기 전류 rms 값들의 변화율이 기준 범위 이내일 경우, 상기 유도 전동기의 상태를 정상 상태로 판단하고, 상기 전류 rms 값들의 변화율이 기준 범위를 초과할 경우, 상기 유도 전동기의 상태를 변이 상태로 판단할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the state determination unit may calculate a rate of change of root mean squre (rms) values based on the current data, compare the rate of change of the current rms values with a reference range, and rate of change of the current rms values. When it is within this reference range, the state of the induction motor may be determined as a normal state, and when the rate of change of the current rms values exceeds the reference range, the state of the induction motor may be determined as a transition state.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 데이터 변환부는 상기 전류 데이터 획득부로부터 수신한 2상 이상의 전류 데이터에 기반하여 전류 공간 벡터를 연산할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the data converter may calculate a current space vector based on current data of two or more phases received from the current data acquirer.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 데이터 변환부는, 상기 유도 전동기의 상태가 정상 상태(steady state)일 경우, 상기 전류 공간 벡터를 푸리에 변환(fourier transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼 데이터로 변환하고, 상기 유도 전동기의 상태가 변이 상태(transient state)일 경우, 상기 전류 공간 벡터를 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼 데이터로 변환할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, when the state of the induction motor is in a steady state, the data converter converts the current space vector into the frequency spectrum data using a Fourier transform, and induces the induction motor. When the state of the motor is a transient state, the current space vector may be transformed into the frequency spectrum data using a wavelet transform.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 결함 진단부는 상기 주파수 스펙트럼 데이터에서 회전자 결함 주파수 성분 또는 부하 결함 주파수 성분을 확인할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the defect diagnosis unit may identify a rotor defect frequency component or a load defect frequency component from the frequency spectrum data.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 결함 진단부는 상기 주파수 스펙트럼 데이터 중에서 전원 주파수 범위 내 데이터를 확인할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the defect diagnosis unit may check data within a power frequency range from the frequency spectrum data.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 결함 진단부는 상기 전원 주파수 범위 내 데이터에 기반하여 상기 유도 전동기의 회전자 결함 여부를 판단할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the defect diagnosis unit may determine whether a rotor defect of the induction motor is based on data in the power frequency range.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 결함 진단부는, 상기 주파수 스펙트럼 데이터에 기반하여 산출된 결과 값 중에서 최대 값을 기준으로 각 결과 값을 dB로 변환하고 상기 dB가 결함 기준 값보다 높을 경우 상기 유도 전동기가 결함이라고 판단할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the defect diagnosis unit may convert each result value into dB based on a maximum value among the result values calculated based on the frequency spectrum data, and when the dB is higher than the defect reference value, the induction motor is defective. You can judge that.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 데이터 변환부는 연속 웨이블릿 변환(continuous wavelet transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼을 획득할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the data converter may acquire the frequency spectrum by using a continuous wavelet transform.

이상에서, 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.In the above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like, but the drawings are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above embodiments. However, those skilled in the art may make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, fall within the scope of the spirit of the present invention. will be.

100 - 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치
110 - 제어부
120 - 전류 데이터 획득부
130 - 상태판단부
140 - 데이터변환부
150 - 결함 진단부
160 - 데이터베이스
200 - 유도 전동기
300 - 배전반
100-rotor and load fault diagnosis device of induction motor
110-control unit
120-current data acquisition unit
130-Status Judgment
140-data conversion unit
150-Fault Diagnosis
160-Database
200-induction motor
300-switchboard

Claims (10)

유도 전동기에서 출력되는 전류 데이터를 획득하는 전류 데이터 획득부;
상기 전류 데이터 획득부에서 수신한 전류 데이터에 기반하여 유도 전동기의 상태를 확인하는 상태 판단부;
상기 전류 데이터에 기반하여 주파수 스펙트럼 데이터를 획득하는 데이터 변환부; 및
상기 주파수 스펙트럼 데이터에 기반하여 상기 유도 전동기의 결함 여부를 판단하는 결함 진단부를 포함하고,
상기 데이터 변환부는,
상기 유도 전동기의 상태가 정상 상태(steady state)일 경우, 푸리에 변환(fourier transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼 데이터를 획득하고,
상기 유도 전동기의 상태가 변이 상태(transient state)일 경우, 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
 
A current data acquisition unit for acquiring current data output from the induction motor;
A state determination unit checking a state of an induction motor based on the current data received by the current data acquisition unit;
A data converter configured to obtain frequency spectrum data based on the current data; And
A defect diagnosis unit determining whether a defect of the induction motor is based on the frequency spectrum data,
The data converter,
When the state of the induction motor is in a steady state, the frequency spectrum data is obtained by using a Fourier transform,
And when the state of the induction motor is in a transient state, the frequency spectrum data is obtained by using a wavelet transform.
제1 항에 있어서, 상기 전류 데이터 획득부는 상기 유도 전동기에서 2 상 이상의 전류 데이터를 획득하는것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the current data acquisition unit acquires current data of two or more phases from the induction motor.
제2 항에 있어서, 상기 상태 판단부는,
상기 전류 데이터에 기반하여 전류 rms(root mean squre) 값들의 변화율을 연산하고,
상기 전류 rms 값들의 변화율과 기준 범위를 비교하고,
상기 전류 rms 값들의 변화율이 기준 범위이내일 경우, 상기 유도 전동기의 상태를 정상 상태로 판단하고,
상기 전류 rms 값들의 변화율이 기준 범위를 초과할 경우, 상기 유도 전동기의 상태를 변이 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
The method of claim 2, wherein the state determination unit,
Calculating a rate of change of current root mean squre (rms) values based on the current data,
Compare the rate of change of the current rms values with a reference range,
When the rate of change of the current rms values is within the reference range, it is determined that the state of the induction motor as a normal state,
When the rate of change of the current rms value exceeds the reference range, it is determined that the state of the induction motor as a transition state, characterized in that the rotor fault and load fault diagnosis apparatus of the induction motor.
제2 항에 있어서, 상기 데이터 변환부는 상기 전류 데이터 획득부로부터 수신한 2상 이상의 전류 데이터에 기반하여 전류 공간 벡터를 연산하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
The apparatus of claim 2, wherein the data converter calculates a current space vector based on two-phase or more current data received from the current data acquirer.
제4 항에 있어서, 상기 데이터 변환부는,
상기 유도 전동기의 상태가 정상 상태(steady state)일 경우, 상기 전류 공간 벡터를 푸리에 변환(fourier transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼 데이터로 변환하고,
상기 유도 전동기의 상태가 변이 상태(transient state)일 경우, 상기 전류 공간 벡터를 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
The method of claim 4, wherein the data conversion unit,
When the state of the induction motor is in a steady state, the current space vector is transformed into the frequency spectrum data using a Fourier transform,
When the state of the induction motor is a transient state, the rotor defect and the load defect diagnosis of the induction motor, characterized in that for converting the current space vector to the frequency spectrum data using a wavelet transform (wavelet transform) Device.
제1 항에 있어서, 상기 결함 진단부는 상기 주파수 스펙트럼 데이터에서 회전자 결함 주파수 성분 또는 부하 결함 주파수 성분을 확인하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the defect diagnosis unit identifies a rotor defect frequency component or a load defect frequency component in the frequency spectrum data.
제1 항에 있어서, 상기 결함 진단부는 상기 주파수 스펙트럼 데이터 중에서 전원 주파수 범위 내 데이터를 확인하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the defect diagnosis unit checks data within a power frequency range among the frequency spectrum data.
제7 항에 있어서, 상기 결함 진단부는 상기 전원 주파수 범위 내 데이터에 기반하여 상기 유도 전동기의 회전자 결함 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
The apparatus of claim 7, wherein the defect diagnosis unit determines whether a rotor defect of the induction motor is determined based on data within the power frequency range.
제1 항에 있어서, 상기 결함 진단부는,
상기 주파수 스펙트럼 데이터에 기반하여 산출된 결과 값 중에서 최대 값을 기준으로 각 결과 값을 dB로 변환하고
상기 dB가 결함 기준 값보다 높을 경우 상기 유도 전동기가 결함이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
The method of claim 1, wherein the defect diagnosis unit,
Convert each result to dB based on the maximum value among the result values calculated based on the frequency spectrum data
The rotor fault and load fault diagnosis apparatus of the induction motor, characterized in that it is determined that the induction motor is defective when the dB is higher than the defect reference value.
제1 항에 있어서, 상기 데이터 변환부는 푸리에 변환(fourier transform) 또는 연속 웨이블릿 변환(continuous wavelet transform)을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼을 획득하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 회전자 결함 및 부하 결함 진단 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the data transformer acquires the frequency spectrum using a Fourier transform or a continuous wavelet transform.
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