KR102376883B1 - 전동기의 진단 장치 - Google Patents

전동기의 진단 장치 Download PDF

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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

전동기의 진단 장치에 있어서, 전동기(5)의 전류를 검출하는 전류 검출 회로(7)와, 전류 검출 회로(7)의 출력을 입력받아 전동기(5)의 권선 단락 이상을 판정하는 연산 처리부(10)를 구비하고, 연산 처리부(10)는 전동기(5)의 운전 상태를 판정하는 운전 상태 판정부(41)와, 정상시의 초기 역상 전류를 해석하는 초기 역상 전류 해석부(31)를 구비하고, 운전시의 전동기의 전류로부터 산출된 역상 전류의 초기 역상 전류로부터의 차분을 평가값으로 하여 전동기의 권선 단락을 판정하도록 했으므로, 역상 어드미턴스를 산출하는 일이 없기 때문에, 고정밀도로 전동기의 고정자 권선의 단락 고장을 검출할 수 있다.

Description

전동기의 진단 장치
본원은 전동기의 진단 장치에 관한 것이다.
플랜트에는 전동기가 다수 존재하고 있고, 그 설비의 진단은 메인터넌스 부문이 오감(五感) 진단에 의해 판정하고 있다. 특히 중요도가 높은 전동기에 관해서는, 정기적인 진단이 필요하게 되기 때문에 코스트가 높아진다. 추가로, 전동기에서는, 기계적 스트레스와 열열화로 생긴 절연물의 공극 또는 손상부가 방전 등으로 레이어 쇼트(층간 단락)를 유발하여, 돌연 절연 파괴에 이르는 경우가 있기 때문에, 한 번 전동기의 열화가 시작되면 열화가 진전하는 상태로 밖에 진행되지 않는다.
이에, 전동기의 상시 감시 기술에 관심이 높아지고 있다. 그렇지만, 전동기의 상시 감시의 상당수는, 전동기마다 다양한 센서 등의 계측 기기를 부착하는 것을 전제로 하고 있다. 계측 기기는, 예를 들면 토크 미터, 인코더, 가속도 센서 등이다. 다만, 수백에서부터 수천 대의 모터를 집중 관리하는 모터 컨트롤 센터로의 적용은 배선의 수가 많아지기 때문에, 그 적용은 현실적이지 않다. 그 때문에, 특수한 센서를 이용하지 않고 모터 컨트롤 센터에서 계측되는 전류와 전압의 정보로부터 전동기의 상태를 간이(簡易)적으로 진단하며, 신뢰성, 생산성, 안전성을 향상시키는 장치가 필요하다.
이것에 대해, 출원인은 전동기, 진단 장치, 전류 센서 및 전압 센서를 구성요소로 한 전동기의 진단 장치를 제안하고 있다(특허 문헌 1 참조). 전류를 검출하는 전류 검출 회로와, 전원의 주회로의 전압으로부터 전동기의 전압을 검출하는 전압 검출 회로를 마련하고, 역상(逆相) 전류, 역상 전압, 정상(正相) 전류, 역상 어드미턴스로부터, 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도 전원 불균형을 구별하여 권선 단락을 판정하고 검출을 행하는 것이다.
특허 문헌 1: 일본특허등록공보 제6099852호
상술한 특허 문헌 1에 개시된 전동기의 진단 장치에서의 고정자 권선의 단락 진단에 있어서는, 역상 어드미턴스를 이용한 평가값 A(특허 문헌 1 중 식(10) A=｜Isn－Yn·Vsn｜ 여기서 Isn：역상 전류, Yn：역상 어드미턴스, Vsn：역상 전압)에 의해, 권선 단락의 판단을 행하고 있다. 여기서, 초기의 역상 어드미턴스 Yn를 구할 때, 전원 불균형이 작으면 역상 전류값이 작기 때문에, 역상 어드미턴스 Yn의 오차가 커진다. 초기 역상 어드미턴스 Yn의 오차가 커지면, 권선 단락 평가값의 우변 제2항의 값의 오차가 커져, 권선 단락을 오검출할 우려가 있다. 그 때문에, 역어드미턴스 Yn를 이용하지 않는 수법이 요구되고 있다.
본원은 상기의 과제를 해결하기 위한 기술을 개시하는 것으로, 역상 어드미턴스를 산출하는 일 없이, 고정밀도로 전동기의 고정자 권선의 단락 고장을 검출할 수 있는, 전동기의 진단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원에 개시되는 전동기의 진단 장치는 전동기의 전류를 검출하는 전류 검출 회로와, 상기 전류 검출 회로의 출력이 입력되어 상기 전동기의 권선 단락 이상을 판정하는 연산 처리부를 구비한 전동기의 진단 장치로서, 상기 연산 처리부는 상기 전동기의 전류로부터 실효값을 산출하여 운전 상태를 판정하는 운전 상태 판정부와, 정상시의 초기 역상 전류를 해석하는 초기 역상 전류 해석부와, 운전시의 상기 전동기의 전류로부터 산출된 역상 전류와 상기 해석된 초기 역상 전류의 차분에 의해 권선 단락의 평가값을 산출하는 평가값 해석부와, 상기 평가값과 설정된 임계값의 비교에 의해서 전동기의 권선 단락을 판정하는 권선 단락 판정부를 구비한 것이다.
본원에 개시되는 전동기의 진단 장치에 의하면, 운전시의 상기 전동기의 전류로부터 산출된 역상 전류와 상기 초기 역상 전류의 차분을 평가값으로 하여 권선 단락의 판정을 행하므로, 역상 어드미턴스를 산출하는 일이 없기 때문에, 고정밀도로 전동기의 고정자 권선의 단락 고장을 검출할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 나타내는 회로 구성도이다.
도 2는 권선 단락의 개념도이다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치의 연산 처리부의 구성도이다.
도 4는 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 이용한 초기 역상 전류를 해석하는 순서도이다.
도 5는 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 이용하여 권선 단락 판정을 행하는 순서도이다.
도 6은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 나타내는 회로 구성도이다.
도 7은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치의 연산 처리부의 구성도이다.
도 8은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 이용한 초기 역상 전류를 해석하는 순서도이다.
도 9는 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 이용하여 권선 단락 판정을 행하는 순서도이다.
도 10은 실시 형태 3에 따른 전동기의 진단 장치에 이용되는 전압 불균형률과 역상 전류의 대응 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 덧붙여, 각 도면 중, 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내는 것으로 한다.
실시 형태 1.
이하, 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 도 1 내지 도 5에 기초하여 설명한다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 나타내는 회로 구성도이며, 주로 폐쇄 배전반인 컨트롤 센터에서 사용되는 것이다. 도면에 있어서, 전력 계통으로부터 인입된 전원의 주회로(1)에는, 배선용 차단기(2), 전자(電磁) 접촉기(3), 주회로(1)의 부하 전류를 검출하는 계기용 변성기(4)가 마련되어 있다. 또한 부하인 전동기(5)가 접속되고, 그 전동기(5)에 의해 기계 설비(6)가 운전 구동된다.
전동기의 진단 장치(100)는 계기용 변성기(4)에 접속된 전류 검출 회로(7), 연산 처리부(10), 기억 장치(11), 설정 회로(12), 표시부(13), 구동 회로(14), 외부 출력부(15) 및 통신 회로(16)를 구비하고 있다.
전류 검출 회로(7)는 계기용 변성기(4)에 의해 검출된 주회로(1)의 부하 전류를 전동기(5)의 상 전류 등의 소정의 신호로 변환하여 전동기의 전류를 검출하여, 연산 처리부(10) 및 기억 장치(11)에 출력한다. 즉, 전동기(5)에 접속되는 전원의 주회로(1)에 흐르는 전류로부터 전동기(5)의 전류를 검출한다.
연산 처리부(10)에는 전류 검출 회로(7)의 출력이 입력되고, 전동기의 전류 해석에 의해 역상 전류 등을 산출하여, 전동기 가동 중의 권선 단락의 판정을 행한다.
연산 처리부(10)는 연산 처리 장치로서, CPU(Central Processing Unit)가 구비되어 있다. 덧붙여, 연산 처리 장치로서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), IC(Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor) 등 각종 논리 회로, 및 각종 신호 처리 회로 등이 구비되어도 된다.
기억 장치(11)는 연산 처리부(10) 및 설정 회로(12)에 접속되어, 연산 처리부(10)와 데이터의 교환을 행한다. 기억 장치(11)는 연산 처리부(10)로부터 데이터의 판독 및 기입이 가능하게 구성된 RAM(Random Access Memory), 연산 처리부(10)로부터 데이터를 판독 가능하게 구성된 ROM(Read Only Memory) 혹은 불휘발성 메모리(EEPROM：Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 등을 구비한다.
기억 장치(11)에 접속된 설정 회로(12)는, 세트 키를 가지고 있고, 이 세트 키를 누름(예를 들면 길게 누름)으로써, 초기의 정상 상태의 데이터를 기억 장치(11)에 기억 유지시킨다. 또, 세트 키를 해제할 때까지 동안의 데이터를 기억시킬 수 있다.
표시부(13)는 연산 처리부(10)에 접속되어, 부하 전류 등의 검출된 물리량 및 연산 처리부(10)가 전동기(5)의 이상을 검출했을 때 이상 상태, 경고 등을 표시한다.
구동 회로(14)는 연산 처리부(10)에 접속되어, 계기용 변성기(4)에 의해 검출된 전류 신호를 기초로 연산 처리부(10)가 연산한 결과에 기초하여, 전자 접촉기(3)를 개폐하는 제어 신호를 출력한다.
외부 출력부(15)는 연산 처리부(10)로부터의 이상 상태 및 경고 등의 신호를 외부로 출력한다.
외부의 감시 장치(200)는 PC(퍼스널 컴퓨터) 등으로 구성되며, 1개 혹은 복수의 전동기의 진단 장치(100)에 접속되어 있고, 연산 처리부(10)의 정보를 통신 회로(16)를 통해서 적절히 수신함과 아울러 전동기의 진단 장치(100)의 동작 상황을 감시한다. 이 외부의 감시 장치(200)와 전동기의 진단 장치(100)의 통신 회로(16)의 접속은, 케이블을 이용해도 되고, 무선에 의한 것이어도 된다. 복수의 전동기의 진단 장치(100)의 사이에 네트워크를 구성하여 인터넷을 통한 접속이어도 된다.
도 2는 본 개시에 의해 진단하는 권선 단락의 개념도이다. 도면에 있어서, a상에서 단락이 발생하여 단락 전류 If가 흘렀을 경우, 그 단락 권수를 Nf라고 한다. 전체의 권수 N와의 비로 단락률 μ은
μ=Nf/N
으로 나타내져, 일반화된다. 또, 전동기(5)의 고정자 권선은 동층 단락 및 층간 단락 모두 발생할 가능성이 있으며, 본 실시 형태에서는 어느 단락도 권선 단락으로서 진단한다.
덧붙여, 본 개시에서는, 동작 개시 전에, 전동기(5)의 정격 정보를 입력할 필요가 없다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치에 있어서의 연산 처리부(10)의 개요를 나타내는 구성도이다. 연산 처리부(10)는 전류 변환부(20), 초기 해석부(30), 판정부(40), 해석부(50), 이상 판정부(60)를 구비한다.
전류 변환부(20)는 실효값 산출부(21)와 역상 전류 산출부(22)를 구비하고, 전류 검출 회로(7)에서 검출한 삼상의 전류로부터, 대칭 좌표 변화 처리에 의해서 하기 식(1)에 의해, 역상 전류 Isn를 산출한다.
[수학식 1]
여기서, Isn：역상 전류, Iu：u상 전류, Iv：v상 전류, Iw：w상 전류이다.
초기 해석부(30)는 초기 역상 전류 해석부(31)를 구비한다. 초기 역상 전류 해석부(31)는 권선 단락 판정을 하기 전에 정상시의 역상 전류값 Isn을 해석한다. 예를 들면, 1개월분의 역상 전류값을 산출하여, 그것을 평균화한 값을 초기 역상 전류값 Isn0으로 한다.
판정부(40)는 운전 상태 판정부(41)를 구비한다. 운전 상태 판정부(41)는 실효값 산출부(21)에서 산출된 전류의 실효값을 기초로 모터의 운전 상태를 판정한다. 모터의 운전 상태의 판정을 위해서는, 전류의 실효값으로 한정하지 않고 전류의 순간값에 의한 판정 혹은 전자 접촉기(3)의 온, 오프 신호로부터 판정해도 된다.
해석부(50)는 평가값 해석부(51)를 구비하고, 이상 판정부(60)의 권선 단락 판정부(61)에서의 판정을 위한 해석이 행해진다. 평가값 해석부(51)는 평가값 A=｜Isn－Isn0｜의 값을 산출한다.
다음에 평가값 A의 계산에 대해 설명한다. 권선 단락은 코일 소선간의 단락 현상으로, 권선 단락이 발생하면 삼상 고정자 전류는 비대칭이 되기 때문에, 역상 성분에 의해 검출할 수 있다. 삼상 유도 전동기의 고정자 권선의 일부가 권선 단락된 경우의 단락률을 μ(μ=Nf/N),μ≪1이라고 가정하면, 정상 전압 Vsp와 역상 전압 Vsn, 정상 전류 Isp와 역상 전류 Isn의 사이에 이하의 관계식이 도출된다.
[수학식 2]
[수학식 3]
[수학식 4]
[수학식 5]
여기서, Ypp：정상-정상 성분의 어드미턴스, Ynn：역상-역상 성분의 어드미턴스, Ypn：정상-역상 성분의 어드미턴스, Ynp：역상-정상 성분의 어드미턴스, Yn：역상 어드미턴스, ω：전원 각속도, rs：고정자 저항, rr：회전자 저항, rf：단락 저항, Ls：고정자 누설 인덕턴스, Lr：회전자 누설 인덕턴스, Lm：여자 인덕턴스,μ：단락률이다.
어드미턴스 Y의 비대각(非對角) 성분 Ypn은 권선 단락의 지표로 할 수 있지만, 실제 기기에 있어서 비대각 성분 Ypn을 산출하는 것은 용이하지 않다. 그 때문에, 여기에서는 초기 역상 전류 Isn0의 정상시 데이터를 해석함으로써, 역상 전류 Isn만을 계측, 감시하는 방법을 채용한다.
권선 단락이 발생하지 않을 때(μ=0)는 어드미턴스 Y의 비대각 성분 Ypn은 제로이기 때문에,
Isn=Yn·Vsn=Isn0···(6)
이다. 권선 단락이 발생하면,
Isn=Yn·Vsn＋Ypn·Vsp=Isn0＋Ypn·Vsp···(7)
으로 Isn이 변화한다.
즉, 초기 역상 전류 Isn0를 해석함으로써, Isn와 Isn0만을 계측하여,
평가값 A=｜Isn－Isn0｜···(8)
을 지표로 하면, 권선 단락 발생을 검출할 수 있는 것을 알 수 있다.
전동기 도입 초기는 권선 단락 미발생으로서 초기화(역상 어드미턴스 Yn를 계산)한 후, 식(8)의 평가값 A을 감시함으로써 권선 단락을 판정한다.
이상 판정부(60)는 권선 단락 판정부(61)를 구비하고, 평가값 해석부(51)에서 계산한 평가값 A에 대해서, 미리 설정된 임계값 δ1을 초과했는지 여부에 따라, 권선 단락의 유무를 판정한다. 덧붙여, 임계값 δ1은 전동기(5)의 정격에 따라서 상이한 값이다.
다음에, 전동기의 진단 장치(100)를 이용하여 진단하는 처리 공정에 대해 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다.
도 4는 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 이용한 초기 역상 전류를 해석하는 순서도이다. 전류 검출 회로(7)로부터 전동기(5)의 전류(각 상의 전류)를 취득하고(스텝 S11), 실효값 산출부(21)에서 전류의 실효값을 산출한다(스텝 S12). 전류의 실효값으로부터 운전 상태 판정부(41)에서 전동기(5)가 운전 상태인지 여부를 판단하여, 운전 상태로 판정되면(스텝 S13에서 Yes), 역상 전류 산출부(22)에서 역상 전류를 산출한다(스텝 S14). 역상 전류의 산출 횟수가 소정 횟수를 초과했는지 여부를 판정하여, 소정 횟수를 초과했다고 판정되면(스텝 S15에서 Yes), 소정 횟수의 역상 전류값을 평균화하여, 초기 역상 전류값 Isn0으로 한다(스텝 S16). 이 초기 역상 전류값 Isn0은 기억 장치(11)에 기억된다. 역상 전류의 산출 횟수가 소정 횟수에 못 미친 경우(스텝 S15에서 No), 재차 전동기의 전류를 취득하며, 소정 횟수가 될 때까지 스텝 S11 내지 스텝 S15를 반복한다.
초기 역상 전류값 Isn0을 산출한 후, 권선 단락 판정의 진단을 행한다.
도 5는 권선 단락 판정을 행하는 순서도이다. 전류 검출 회로(7)로부터 전동기(5)의 전류(각 상의 전류)를 취득하고(스텝 S21), 실효값 산출부(21)에서 전류의 실효값을 산출한다(스텝 S22). 전류의 실효값으로부터 운전 상태 판정부(41)에서 전동기(5)가 운전 상태인지 여부를 판단하여, 운전 상태로 판정되면(스텝 S23에서 Yes), 역상 전류 산출부(22)에서 역상 전류 Isn를 산출한다(스텝 S24).
다음에, 도 4의 스텝 S16에서 산출하여, 기억 장치(11)에 기억되어 있는 초기 역상 전류 Isn0와 스텝 S24에서 산출한 역상 전류 Isn로부터 평가값 해석부(51)에서 식(8)의 평가값 A을 산출한다(스텝 S25). 권선 단락 판정부(61)에서, 평가값 A과 미리 설정된 임계값 δ1을 비교하여, A≥δ1을 만족하면(스텝 S26에서 Yes), 권선 단락으로 판정하여, 외부로 출력한다(스텝 S27).
스텝 S26에서 A＜δ1인 경우, 재차 전동기(5)의 전류(각 상의 전류)를 취득하는 스텝 S21로 돌아간다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 권선 단락의 평가값 A으로서, 역상 전류의 초기치로부터의 차분을 이용하여, 평가값 A과 미리 설정된 임계값 δ1을 비교함으로써 권선 단락의 판단을 행하므로, 초기 상태를 오프셋할 수 있어, 역상 어드미턴스를 산출하는 일이 없기 때문에, 고정밀도로 전동기의 고정자 권선의 단락 고장을 검출할 수 있다. 또, 전압 검출 회로도 불필요해지므로, 간이한 구성으로 소비 전력도 억제되며 고정밀도로 전동기의 고정자 권선의 단락 고장을 검출할 수 있는, 전동기의 진단 장치의 제공이 가능해진다.
덧붙여, 본 실시 형태에 있어서는, 전압 불균형률이 작은 경우를 상정하고 있다. 전압 불균형률이 큰 경우에는 부하 토크의 변동에 의해서 역상 전류값이 바뀌기 때문에, 권선 단락 판정시에 오검출할 가능성이 높아지기 때문이다. 본 실시 형태에서 예시한 폐쇄 배전반인 컨트롤 센터에서 사용되는 시스템에 있어서는, 부하 밸런스로부터 미리 전압 불균형률의 대소를 선별할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 선별된 전압 불균형률이 작은 시스템을 대상으로 하면 된다. 혹은 후술하는 전압 불균형률의 측정을 병행하여 실시하거나, 또는 미리 취득해 두고, 본 실시 형태가 적용 가능한지 판단하면 된다.
실시 형태 2.
이하, 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 도 6 내지 도 9에 기초하여 설명한다.
도 6은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 나타내는 회로 구성도이고, 실시 형태 1과 다른 것은, 주회로(1)에는 주회로(1)의 전압을 검출하는 계기용 변압기(8)가 마련되고, 전동기의 진단 장치(100)에는, 계기용 변압기(8)에 접속된 전압 검출 회로(9)가 마련된 것이다. 그 이외의 구성은 실시 형태 1과 같다.
전압 검출 회로(9)는 전동기에 접속되는 전원의 주회로(1)의 선간 전압을 검출하고, 전동기(5)의 상 전압 등 소정의 신호로 변환하여 전동기의 전압을 검출하여, 연산 처리부(10) 및 기억 장치(11)에 출력한다.
연산 처리부(10)에는, 전류 검출 회로(7) 및 전압 검출 회로(9) 출력이 입력되고, 전동기(5)의 전압 및 전류의 해석에 의해 역상 전류, 전압 불균형률 등을 산출하여, 전동기 가동 중의 권선 단락을 판정하여 검출을 행한다.
도 7은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치에 있어서의 연산 처리부(10)의 개요를 나타내는 구성도이다. 연산 처리부(10)는 전류 전압 변환부(20a), 초기 해석부(30), 판정부(40), 해석부(50), 이상 판정부(60)를 구비한다.
전류 전압 변환부(20a)는 실효값 산출부(21), 역상 전류 산출부(22) 및 전압 불균형률 산출부(23)를 구비하고, 전류 검출 회로(7)에서 검출한 삼상의 전류로부터, 대칭 좌표 변화 처리에 의해서 실시 형태 1에서 언급한 식(1)에 의해, 역상 전류 Isn를 산출한다.
전압 불균형률 산출부(23)는 각 상의 상 전압 혹은 선간 전압을 이용하여 전압 불균형률 Vunbal을 산출한다. 전압 불균형률 Vunbal은, 예를 들면 선간 전압으로부터 산출하는 경우, 다음의 식을 이용하여 구한다.
Vunbal=((각 선간 전압과 평균 전압의 최대차)/평균 전압)×100%
즉 (Vuv－Vavg)/Vavg×100%
(Vvw－Vavg)/Vavg×100%
(Vwu－Vavg)/Vavg×100%의 최대치
단, 평균 전압 Vavg=(Vuv＋Vvw＋Vwu)/3
여기서, Vuv：u상-v상간의 선간 전압, Vvw：v상-w상간의 선간 전압, Vwu：w상-u상간의 선간 전압이다.
전압 불균형률 산출부(23)에 있어서, 전압 불균형률 Vunbal이 1% 이하일 때만 역상 전류를 산출하고, 전압 불균형률이 1%를 초과하는 경우에는, 역상 전류를 계산하지 않는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전압 불균형률이 큰 경우에는 부하 토크의 변동에 의해서 역상 전류값이 바뀌기 때문에, 권선 단락 판정시에 오검출할 가능성이 높아지기 때문이다. 단락 판정할 때에도, 예를 들면 전압 불균형률 1%이하 때만으로 한정함으로써, 권선 단락 판정 정밀도를 높일 수 있다.
초기 해석부(30)는 초기 역상 전류 해석부(31)를 구비한다. 초기 역상 전류 해석부(31)는 권선 단락 판정을 하기 전에 정상시의 역상 전류값 Isn을 해석한다. 실시 형태 1과 마찬가지로 예를 들면, 1개월분의 역상 전류값을 산출하여, 그것을 평균화한 값을 초기 역상 전류값 Isn0으로 한다.
판정부(40)는 운전 상태 판정부(41) 및 전압 불균형 판정부(42)를 구비한다. 운전 상태 판정부(41)는 실효값 산출부(21)에서 산출된 전류 및 전압의 실효값을 기초로 모터의 운전 상태를 판정한다. 모터의 운전 상태의 판정을 위해서는, 전류 및 전압의 실효값으로 한정하지 않고 전류 또는 전압의 순간값에 의한 판정 혹은 전자 접촉기(3)의 온, 오프 신호로부터 판정해도 된다.
전압 불균형 판정부(42)는 전압 불균형률 Vunbal이 미리 설정된 임계값 δ2보다 큰지 여부를 판정한다. 임계값 δ2는 상술한 것처럼, 예를 들면 1%의 값을 이용한다.
해석부(50)는 평가값 해석부(51)를 구비하여, 이상 판정부(60)의 권선 단락 판정부(61)에서의 판정을 위한 해석이 행해진다. 평가값 해석부(51)는 식(8)의 평가값 A=｜Isn－Isn0｜의 값을 산출한다. 평가값 A의 산출 방법은 실시 형태 1과 같다.
즉, 초기 역상 전류 Isn0를 해석함으로써, Isn와 Isn0만을 계측하여, 평가값 A을 지표로 하면, 권선 단락 발생을 검출할 수 있는 것을 알 수 있다.
이때, 전압 불균형률 Vunbal은 예를 들면 1% 이하인 경우로 한정하면 고정밀도로 검출할 수 있다. 또, 전동기(5)의 도입 초기는 권선 단락 미발생으로서 초기화(역상 어드미턴스 Yn를 계산)한 후, 식(8)의 평가값 A을 감시함으로써 권선 단락을 판정한다.
이상 판정부(60)의 구성은 실시 형태 1과 같으며, 권선 단락 판정부(61)를 구비하여, 평가값 해석부(51)에서 계산한 평가값 A에 대해서, 미리 설정된 임계값 δ1을 초과했는지 여부에 따라, 권선 단락의 유무를 판정한다.
다음에, 전동기의 진단 장치(100)를 이용하여 진단하는 처리 공정에 대해 도 8 및 도 9를 이용하여 설명한다.
도 8은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 이용한 초기 역상 전류를 해석하는 순서도이다. 전류 검출 회로(7)로부터 전동기(5)의 전류(각 상의 전류)를 취득함과 아울러 전압 검출 회로(9)로부터 전동기(5)의 전압(선간 전압 또는 상 전압)을 취득하고(스텝 S31), 실효값 산출부(21)에서 전류 및 전압의 실효값을 산출한다(스텝 S32). 전류 및 전압의 실효값으로부터 운전 상태 판정부(41)에서 전동기(5)가 운전 상태인지 여부를 판단하여, 운전 상태로 판정되면(스텝 S33에서 Yes), 전압 불균형률 산출부(23)에서 전압 불균형률 Vunbal을 산출한다(스텝 S34).
전압 불균형률 Vunbal과 미리 설정된 임계값 δ2을 비교하여, 전압 불균형률 Vunbal≤δ2를 만족하면(스텝 S35에서 Yes), 역상 전류 산출부(22)에서 역상 전류를 산출한다(스텝 S36). 역상 전류의 산출 횟수가 소정 횟수를 초과했는지 여부 판정하여, 소정 횟수를 초과했다고 판정되면(스텝 S37에서 Yes), 소정 횟수의 역상 전류값을 평균화하여, 초기 역상 전류값 Isn0으로 한다(스텝 S38). 이 초기 역상 전류값 Isn0은 기억 장치(11)에 기억된다. 역상 전류의 산출 횟수가 소정 횟수에 못 미친 경우(스텝 S37에서 No), 재차 전동기의 전류를 취득하며, 소정 횟수가 될 때까지 스텝 S31 내지 스텝 S37을 반복한다.
초기 역상 전류값 Isn0을 산출한 후, 권선 단락 판정의 진단을 행한다.
도 9는 권선 단락 판정을 행하는 순서도이다. 전류 검출 회로(7)로부터 전동기(5)의 전류(각 상의 전류)를 취득함과 아울러 전압 검출 회로(9)로부터 전동기(5)의 전압(선간 전압 또는 상 전압)을 취득하고(스텝 S41), 실효값 산출부(21)에서 전류 및 전압의 실효값을 산출한다(스텝 S42). 전류값 및 전압값의 실효값으로부터 운전 상태 판정부(41)에서 전동기(5)가 운전 상태인지 여부를 판단하여, 운전 상태로 판정되면(스텝 S43에서 Yes), 전압 불균형률 산출부(23)에서 전압 불균형률 Vunbal을 산출한다(스텝 S44).
전압 불균형률 Vunbal과 미리 설정된 임계값 δ2을 비교하여, 전압 불균형률 Vunbal≤δ2를 만족하면(스텝 S45에서 Yes), 역상 전류 산출부(22)에서 역상 전류 Isn를 산출한다(스텝 S46). 다음에, 도 8의 스텝 S38에서 산출하여, 기억 장치(11)에 기억되어 있는 초기 역상 전류 Isn0와 스텝 S46에서 산출한 역상 전류 Isn로부터 평가값 해석부(51)에서 식(8)의 평가값 A을 산출한다(스텝 S47). 권선 단락 판정부(61)에서, 평가값 A과 미리 설정된 임계값 δ1을 비교하여, A≥δ1을 만족하면(스텝 S48에서 Yes), 권선 단락으로 판정하여, 외부로 출력한다(스텝 S49).
스텝 S48에서 A＜δ1인 경우, 재차 전동기(5)의 전류(각 상의 전류), 전압(선간 전압 또는 상 전압)을 취득하는 스텝 S41로 돌아간다.
이상과 같이, 실시 형태 2에 의하면, 실시 형태 1과 같은 효과를 달성한다. 또한, 전압 불균형률 Vunbal이 미지인 것 혹은 크다고 추측되는 것에 대해서, 전압 불균형률 Vunbal을 구하고, 전압 불균형률 Vunbal이 미리 설정한 임계값 δ2, 예를 들면 1% 보다 큰 경우는, 역상 전류로의 단락 판정을 행하지 않는다고 규정하기 때문에, 단락 판정의 오차가 억제된다. 산출된 전압 불균형률 Vunbal이 미리 설정한 임계값 δ2보다 작으면, 도 8 및 도 9의 순서도에 따라서, 권선 단락 판정이 행해지는 것은 말할 필요도 없다.
실시 형태 3.
실시 형태 1 및 2에 있어서, 초기 역상 전류값 Isn0은 권선 단락 판정을 행하기 전에 복수 회(소정의 횟수) 반복하여 산출하여, 평균화함으로써 구했지만, 전동기의 기종 및 정격마다 전압 불균형률과 역상 전류의 대응 테이블을 작성해 둠으로써, 초기 역상 전류값 Isn0을 보유하는 것도 가능하다.
도 10은 전압 불균형률과 역상 전류의 대응 관계를 테이블 형식으로 나타내는 도면이다. 우선, 이 테이블의 작성 방법에 대해 설명한다. 배열 Vun(n)의 행과 전압 불균형률 Vunbal의 행을 준비한다. 전압 불균형률 Vunbal에 대해, 미리 설정한 임계값 δ2을 1%라고 하면, 10등분된 배열 Vun(0), Vun(1), Vun(2),····, Vun(7), Vun(8), Vun(9)에 대응한 전압 불균형률 Vunbal(%)은, 차례로 0≤Vunbal≤0.1, 0.1＜Vunbal≤0.2, 0.2＜Vunbal≤0.3,····, 0.7＜Vunbal≤0.8, 0.8＜Vunbal≤0.9, 0.9＜Vunbal≤1.0이 된다.
어느 기종 P이고 정격 Q인 전동기에 대해서, 전압 불균형률을 산출하여, 전압 불균형률이 1% 이하인 경우에 역상 전류를 산출한다. 역상 전류값과 전압 불균형률을 세트로 기억시킨다. 그리고, 일정 기간 역상 전류와 전압 불균형률을 기억시키고, 그 후 전압 불균형률마다 역상 전류의 평균을 구하여, 전압 불균형률마다의 초기 역상 전류값을 결정한다. 예를 들면, 전압 불균형률이 0.15%일 때의 역상 전류값 Isn(1)1은 배열 Vun(1)의 역상 전류 Isn(1)의 란에 격납된다. 배열 Vun(1)이 소정 횟수 m회 산출되면, Vun(1)에 대응하는 역상 전류 Isn(1)의 m개의 값을 평균화하여, Isn0(1)로 한다. 마찬가지로, 10분할된 배열 Vun(n)에 대응하는 초기 역상 전류 Isn0(n)를 구하여 테이블로 한다.
기종 P이고 정격 Q인 전동기에 대해 권선 단락 판정을 행하는 경우에는, 예를 들면, 도 9의 순서도에 따라, 스텝 S44에 있어서 전압 불균형률을 산출한다. 산출한 전압 불균형률에 대응하는 초기 역상 전류값을 기억 장치(11)에 격납된 테이블로부터 읽어낸다. 이 읽어내진 초기 역상 전류값과 스텝 S46에서 산출된 역상 전류를 이용하여 스텝 S47에서 평가값 A=｜Isn－Isn0｜의 값을 산출하여, 권선 단락 판정을 행한다.
또, 상술한 도 10에 나타내지는 전압 불균형률과 역상 전류의 대응 관계의 테이블 작성시에 전압 불균형률을 취득한 전동기 혹은 그것을 이용한 컨트롤 센터의 시스템, 혹은 전압 불균형률이 이미 알려진 시스템에 있어서는, 초기 역상 전류값을 산출하는 일 없이 전동기의 기종 및 정격, 전압 불균형률로부터 이 테이블의 값을 이용하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 실시 형태 3에 의하면, 권선 단락 판정 전에, 초기 역상 전류값을 산출하는 일 없이, 권선 단락 판정을 행하는 것이 가능해진다.
본 개시는, 다양한 예시적인 실시 형태 및 실시예가 기재되어 있지만, 1개, 또는 복수의 실시 형태에 기재된 다양한 특징, 양태, 및 기능은 특정의 실시 형태의 적용에 한정되는 것이 아니라, 단독으로, 또는 다양한 조합으로 실시 형태에 적용 가능하다.
따라서, 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본원 명세서에 개시되는 기술의 범위 내에 있어서 상정된다. 예를 들면, 적어도 1개의 구성요소를 변형하는 경우, 추가하는 경우 또는 생략하는 경우, 추가로는, 적어도 1개의 구성요소를 추출하여, 다른 실시 형태의 구성요소와 조합하는 경우가 포함되는 것으로 한다.
1：주회로 2：배선용 차단기
3：전자 접촉기 4：계기용 변성기
5：전동기 6：기계 설비
7：전류 검출 회로 8：계기용 변압기
9：전압 검출 회로 10：연산 처리부
11：기억 장치 12：설정 회로
13：표시부 14：구동 회로
15：외부 출력부 16：통신 회로
20：전류 변환부 20a：전류 전압 변환부
21：실효값 산출부 22：역상 전류 산출부
23：전압 불균형률 산출부 30：초기 해석부
31：초기 역상 전류 해석부 40：판정부
41：운전 상태 판정부 42：전압 불균형 판정부
50：해석부 51：평가값 해석부
60：이상 판정부 61：권선 단락 판정부
100：전동기의 진단 장치 200：감시 장치

Claims (4)

  1. 전동기의 전류를 검출하는 전류 검출 회로와, 상기 전류 검출 회로의 출력이 입력되어 상기 전동기의 권선 단락 이상을 판정하는 연산 처리부를 구비한 전동기의 진단 장치로서,
    상기 연산 처리부는
    상기 전동기의 전류로부터 실효값을 산출하여 운전 상태를 판정하는 운전 상태 판정부와,
    정상시의 초기 역상 전류를 해석하는 초기 역상 전류 해석부와,
    운전시의 상기 전동기의 전류로부터 산출된 역상 전류와 상기 해석된 초기 역상 전류의 차분에 의해 권선 단락의 평가값을 산출하는 평가값 해석부와,
    상기 평가값과 설정된 임계값의 비교에 의해서 전동기의 권선 단락을 판정하는 권선 단락 판정부를 구비한 전동기의 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전동기의 전압을 검출하는 전압 검출 회로를 더 구비하고,
    상기 연산 처리부는
    상기 전동기의 전류 및 전압으로부터 실효값을 산출하여 상기 운전 상태를 판정하는 운전 상태 판정부와,
    상기 전동기의 전압으로부터 전압 불균형률을 산출하고, 산출된 상기 전압 불균형률과 설정된 임계값을 비교하여 권선 단락 판정을 행할지 판정하는 전압 불균형률 판정부와,
    상기 전압 불균형률 판정부에서 권선 단락 판정을 행한다고 판정되었을 경우, 정상시의 초기 역상 전류를 해석하는 상기 초기 역상 전류 해석부와,
    상기 전압 불균형률 판정부에서 권선 단락 판정을 행한다고 판정되었을 경우, 운전시의 상기 전동기의 전류로부터 산출된 역상 전류와 상기 해석된 초기 역상 전류의 차분에 의해 권선 단락의 평가값을 산출하는 상기 평가값 해석부와,
    상기 평가값과 설정된 임계값의 비교에 의해서 전동기의 권선 단락을 판정하는 상기 권선 단락 판정부를 구비한 전동기의 진단 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    미리 전동기의 기종 및 정격마다 소정의 전압 불균형률 범위마다의 역상 전류를 취득하고, 취득된 복수의 역상 전류를 평균화하여 전압 불균형률 범위마다의 초기 역상 전류값으로 한 테이블을 격납하는 기억 장치를 구비하고,
    상기 초기 역상 전류 해석부는 상기 기억 장치로부터 상기 전동기의 기종 및 정격마다 작성된 소정 범위마다의 전압 불균형률의 초기 역상 전류값으로 한 테이블을 읽어내고, 미리 취득한 상기 전동기의 전압 불균형률에 대응하는 초기 역상 전류의 값으로 하는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    미리 전동기의 기종 및 정격마다 소정의 전압 불균형률 범위마다의 역상 전류를 취득하고, 취득된 복수의 역상 전류를 평균화하여 전압 불균형률 범위마다의 초기 역상 전류값으로 한 테이블을 격납하는 기억 장치를 구비하고,
    상기 초기 역상 전류 해석부는 상기 전압 불균형률 판정부에서 권선 단락 판정을 행한다고 판정되었을 경우, 상기 기억 장치로부터 상기 전동기의 기종 및 정격마다 작성된 소정 범위마다의 전압 불균형률의 초기 역상 전류값으로 한 테이블을 읽어내어, 상기 산출된 전압 불균형률에 대응하는 초기 역상 전류의 값으로 하는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
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