KR20030053382A

KR20030053382A - 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지방법

Info

Publication number: KR20030053382A
Application number: KR1020010083562A
Authority: KR
Inventors: 위현곤
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2003-06-28

Abstract

본 발명은 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지방법으로, 일회 측정 기간동안 3상 유도전동기에 입력되는 교류 전류를 획득하고, 획득한 상기 3상 유도전동기의 교류 전류로부터 한 주기에 해당하는 RMS 전류값, 교류 전류에 대한 전압값 및 한 주기 교류 전류에 해당하는 주운전 주파수를 산출하며, 상기 제2 단계에서 산출한 RMS 전류값, 전압값 및 주운전 주파수를 각 항목이 가질 수 있는 최대값으로 나누어 제1 전류값, 제1 전압값 및 제1 주운전 주파수를 얻는다. 이렇게 얻어진 제1 전류값, 제1 전압값 및 제1 주운전 주파수를 기 저장되어 있는 상기 3상 유도전동기의 정상 상태에서 얻어진 제2 전류값, 제2 전압값 및 제2 주운전 주파수 연산하여 제1 분류 강도를 산출하여 제1 분류 강도를 얻고, 제1 분류 강도와 설정 분류 강도와 비교하여 상기 3상 유도전동기의 이상 여부를 판단한다. 이에 의해 본 발명은 3상 유도전동기의 상태를 정확하게 판별할 수 있게 된다.

Description

모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지방법{Method for detecting the abnormal condition of motor using a current signal}

본 발명은 유도전동기 이상 감지 방법에 관한 것으로, 특히 유도전동기로부터 한번(일회) 측정한 전류 및 전압 신호를 이용하여 유도전동기의 이상을 감지하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유도전동기는 코일이 감겨진 고정자가 바깥쪽에 위치하고 자성을 띤 회전자가 안쪽에 위치한 구성으로, 고정자의 코일에 교류 전원을 흘려 회전자와 고정자 간에 유도 전류가 흐르도록 함으로써 모터를 구동시키는 장치이다.

이러한 유도전동기는 그 종류가 다양하나, 통상 산업현장에서는 3상 유도전동기를 많이 사용하고 있다. 3상 유도 전동기는 자력을 가지는 회전자와, 회전자의 주위에 위치하고 120도 간격으로 코일이 감겨진 고정자와, 고정자의 코일에 인가되는 전원을 제어하여 모터의 속도를 제어하는 인버터(inverter)로 이루어져 있으며, 3상 교류의 전압과 주파수를 가변하여 모터 구동력을 발생시킨다.

자동화된 제조업체에 있어 제조상의 모터 구동에 따른 제품 불량은 생산성을 크게 저하하는 요인으로 작용되어 작업 대기, 작업 방법 및 동작 손실, 공정 불균형, 품질 불량 등의 현상으로 파급되어 진다.

따라서, 이러한 제조 현장에서의 불량 발생으로 인한 생산 능률 저하를 최소화하기 위하여, 불량 원인에 대한 빠르고 정확한 진단을 통해 불량이 발생한 모터의 교체를 용이하게 하고 불량 원인에 대한 자료의 분석을 통하여 모터 구조 개선이 이루어져야 하나, 종래에는 단순히 유도전동기에 테스트 장치를 연결하고 유도 전동기의 상태를 나타내는 출력을 확인함으로써 정확한 모터의 이상을 감지하지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위해, 3상 교류 모터의 일회 전류, 전압신호를 이용하여 모터의 상태를 정상과 비정상으로 구분할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지 장치의 블록 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지 방법을 도시한 순서도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 각 측정부에서 출력하는 신호의 파형도이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지방법은, 설정된 한 주기 시간동안 3상 유도전동기로부터 입력되는 전류를 획득하는 제1 단계; 획득한 상기 3상 유도전동기의 교류 전류로부터 RMS 전류값, 전압값 및 주운전 주파수를 산출하는 제2 단계; 상기 제2 단계에서 산출한 RMS 전류값, 전압값 및 주운전 주파수를 각 항목이 가질 수 있는 최대값으로 나누는 제3 단계; 상기 제3 단계를 통해 얻어진 제1 전류값, 제1 전압값 및 제1 주운전 주파수를 기 저장되어 있는 상기 3상 유도전동기의 정상 상태에서 얻어진 제2 전류값, 제2 전압값 및 제2 주운전 주파수와 다음의 수학식 1을 통해 연산하여 분류 강도를 산출하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계를 통해 얻어진 상기 분류 강도를 설정 분류 강도와 비교하여 상기 3상 유도전동기의 이상 여부를 판단하는 제5 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도 1, 도 2, 도 3을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 모터의 일회 전류, 전압신호를 이용한 모터이상 감지방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지 장치의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지 방법을 도시한 순서도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 각 측정부에서 출력하는 신호의 파형도이다.

도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명을 달성하기 위한 장치는 RMS 전류값 측정부(10), 전압 측정부(20), 구동주파수 측정부(30), 이상 판별부(40)를 포함한다.

여기서, 이상 판별부(40)에는 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상을 감지하는 것을 달성하기 위해, 기준 전류값(Ii), 기준 전압값(Vi), 및 기준 주운전 주파수(Fi)와 정상상태의 분류 강도(ρ1)가 저장되어 있다. 이때, 상기 기준 전류값(Ii), 기준 전압값(Vi) 및 기준 주운전 주파수(Fi)는 다음을 과정을 통해서 얻어진 것이다.

우선, A). 3상 유도전동기(1)의 운전 상태를 정상 상태로 하여 3상 유도전동기에 입력되는 전류를 설정된 시간 동안(수초 내지 수십초)를 검출시간으로 하여 1회 검출한다. B). 1회 검출된 전류를 각 측정부(10, 20, 30)에 입력하여 1Hz 또는 2 Hz 또는 그 이상의 Hz를 단위로 하여 RMS 전류값, 전압값, 및 주운전 주파수를 산출한다. C). 산출한 RMS 전류값, 전압값, 및 주운전 주파수를 각 항목이 가질 수 있는 최대값으로 나누어 그 결과값인 기준 전류값(Ii), 기준 전압값(Vi) 및 기준 주운전 주파수(Fi)를 얻는다. 이때, 기준 전류값(Ii), 기준 전압값(Vi) 및 기준 주운전 주파수(Fi)는 0과 1 사이의 값을 나타내게 된다. 그리고, 이상 판별부(40)는 구해진 기준 전류값(Ii), 기준 전압값(Vi)과 기준 주운전 주파수(Vi)를 통해 정상 상태의 분류 강도(ρ1)를 설정하게 되며, 이후에 입력되는 3상 유도전동기(1)의 전류에 따른 각 부(10, 20, 30)의 출력과 연산되어져 3상 유도전동기(1)의 상태 판별이 가능하게 된다.

여기서, 분류 강도(ρ1)는 검사중인 3상 유도전동기(1)의 상태를 분류하기 위한 값으로서, 검사되는 3상 유도전동기(1)의 입력 전류로부터 산출한 값이 이미 저장되어 기준으로 사용되는 정상 상태의 3상 유도 전동기의 입력 전류로부터 산출한 값에 대해 정상이라고 판단하는 범위를 초과하였는지를 판단할 수 있게 하는 제한 값이다.

상기와 같이 이상 판별부(40)에 기준 값들을 저장시킨 상태에서, 본 발명의 실시예에 따른 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지를 수행하기 위해, 3상 유도 전동기(1)에 공급되는 전류를 검출하는 도시하지 않은 제1 전류 측정기와, 유도 전동기(1)에 입력되는 전압을 검출하기 위한 제2 전류 측정기를 3상 유도전동기(1)에 연결시키고, 제1 및 제2 전류 측정기를 통해 수초 동안(일회)에 3상 유도전동기(1)에 입력되는 전류와 전압을 측정한다(S100).

여기서, 제1 전류 측정기는 CT(Current Transducer) 센서를 포함하는 장치이며, 제2 전류 측정기는 CT(current Transformer)이다. 제1 전류 측정기에서 검출하는 전류는 도 3에 도시된 a와 같은 아날로그 전류이다.

이렇게, 제1 전류 측정기에 의해 검출된 3상 유도전동기(1)의 전류는 RMS 전류값 측정부(10)에 입력되고, 제2 전류 측정기에 의해 측정된 전류는 전압 측정부(20)와 구동주파수 측정부(30)에 입력된다. 그리고, 본 발명의 출력단에는 이상 판별부(40)의 출력을 입력받아 3상 유도전동기의 상태를 모니터링할 수 있는 모니터링 장치(2)가 연결되어 있다.

RMS 전류값 측정부(10)는 입력되는 아날로그 전류를 RMS 방식으로 순시값의 1주기에 걸치는 평균값의 평방근을 구하고, 전압 측정부(20)는 3상 유도전동기(1)의 두 개의 상에 제2 전류측정기를 설치하여 3상 유도전동기(1)의 전압을 구하며, 구동주파수 측정부(30)는 전류 측정부를 통해 입력하는 전류중 몇 개의 주기에 해당하는 전류를 FFT(Fast Fourier Transformation)을 이용하여 3상 유도전동기(1)의 주운전 주파수 즉, 도 3에 도시된 c와 같은 60Hz의 고조파를 구하게 된다(S200).

이렇게, RMS 전류값 측정부(10), 전압 측정부(20)와 구동주파수 측정부(30)에 의해 구해진 3상 유도전동기(1)의 RMS 전류, 3상 유도전동기(1)의 출력 전압과, 3상 유도전동기(1)의 구동주파수는 이상 판별부(40)에 입력된다.

이상 판별부(40)는 RMS 전류값 측정부(10), 전압 측정부(20)와 구동주파수 측정부(30)로부터 입력되는 RMS 전류값과, 전압값과, 주운전 주파수를 각 항목이 가질 수 있는 최대값 즉, 최대 RMS 전류값, 최대 전압값, 최대 주운전 주파수로 각각을 나누어 새로운 전류값(In), 전압값(Vn)과 주파수(Fn) 값을 구한다(S300).

그런 다음, 이상 판별부(40)는 정상 상태로 저장된 값과, 새로이 입력되어 얻어진 값을 이용하여 분류 강도를 계산하여 그 값을 얻는다(S400).

이때, 이상 판별부(40)에서 수행하는 현재 검사되는 3상 유도전동기(1)에 대한 분류 강도의 계산은 다음과 같다.

SQRT[(In - Ii)²+ (Vn- Vi)²+ (Fn - Fi)²]= 분류 강도(ρ)

이상 판별부(40)는 상기 계산을 통해 분류 강도(ρ)를 산출하면 산출한 분류 강도(ρ)가 설정된 분류 강도 즉, 임계치(ρ1) 범위 내에 있는지를 판단한다(S500).

여기서, 상기 임계치(ρ1)는 작업자에 의해 임의로 조정될 수 있다.

상기 판단에서, 이상 판별부(40)는 분류 강도(ρ)가 임계치(ρ1)보다 작으면 3상 유도전동기(1)가 정상상태라고 판단하고(S700), 분류 강도(ρ)가 임계치(ρ1)보다 크면 3상 유도전동기(1)가 비정상 상태라고 판단하여(S600), 이에 대한 신호를 모니터링 장치(2)에 전송한다.

그러면, 모니터링 장치(2)는 이상 판별부(40)에서 출력하는 3상 유도 전동기(1)의 상태에 대한 결과 값을 받아 관리자가 확인할 수 있는 형태로 나타낸다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

본 발명은 3상 유도전동기에 입력되는 전류를 1회 측정한 결과를 이용하여 얻어진 RMS 전류값과 전압과, 주운전주파수를 신호 처리하고, 신호 처리한 결과와 3상 유도전동기의 정상상태에서 얻어진 결과와 연산하여 분류 강도를 얻은 후, 분류 강도를 설정된 분류 강도와 비교하여 3상 유도전동기의 상태를 확인할 수 있게 함으로써, 3상 유도전동기의 상태를 정확하게 판별할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims

일회 측정 시간동안 3상 유도전동기에 입력되는 교류 전류를 획득하는 제1 단계;

획득한 상기 3상 유도전동기의 교류 전류로부터 한 주기에 해당하는 RMS 전류값, 한 주기 교류 전류에 대한 전압값 및 한 주기 교류 전류에 해당하는 주운전 주파수를 산출하는 제2 단계;

상기 제2 단계에서 산출한 RMS 전류값, 전압값 및 주운전 주파수를 각 항목이 가질 수 있는 최대값으로 나누는 제3 단계;

상기 제3 단계를 통해 얻어진 제1 전류값, 제1 전압값 및 제1 주운전 주파수과, 저장되어 있는 상기 3상 유도전동기의 정상 상태에서 얻어진 제2 전류값, 제2 전압값 및 제2 주운전 주파수을 수학식 1을 통해 연산하여 제1 분류 강도를 산출하는 제4 단계; 및

상기 제1 분류 강도와 설정 분류 강도를 비교하여 상기 3상 유도전동기의 이상 여부를 판단하는 제5 단계를 포함하는 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지방법

상기에서, In: 제1 전류값, Vn: 제1 전압값, Fn: 제1 주운전 주파수,

Ii: 제2 전류값, Vi: 제2 전압값, Fi: 제2 주운전 주파수,

ρ: 제1 분류 강도.
제1항에 있어서,

상기 제5 단계는,

상기 제1 분류 강도가 상기 설정 분류 강도보다 작으면 상기 3상 유도전동기의 상태를 정상으로 판단하고, 상기 제1 분류 강도가 상기 설정 분류 강도보다 크면 상기 3상 유도전동기의 상태를 비정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터의 일회 전류를 이용한 모터이상 감지방법.