KR20060071517A - 유도 전동기의 편심 상태 진단 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도 전동기의 자속 정보 분석을 통하여, 간단하고 정확하게 유도 전동기의 편심 상태를 진단할 수 있는 유도 전동기의 편심 상태 진단 장치에 관한 것으로서, 그 구성은 내부 면에 코일이 권선되는 다수의 요철(凹凸)이 형성된 스테이터와, 상기 스테이터와의 전자기 유도작용에 의하여 축을 기준으로 회전하는 로터를 포함하는 유도 전동기에 있어서, 상기 유도 전동기 내부의 회전축을 기준으로 서로 다른 위치에 설치되어, 각각 유도 전동기에서 발생되는 자속변화에 따라 출력신호가 변화되는 제1,2자속 검출부; 상기 제1,2자속 검출부로부터 출력된 제1,2 자속 검출 신호를 증폭, 노이즈 제거, 아날로그/디지탈 변환 및 적분하는 신호 처리부; 상기 신호 처리부로부터 출력된 제1,2 자속 검출 데이타의 제1,2 적분량으로부터 유도 전동기의 편심도를 산출하는 신호 분석부; 및 상기 신호 분석부에서 산출된 편심도를 표시하고, 상기 편심도가 기준값을 초과할 경우 경보를 발생시키는 출력부를 포함한다.

유도 전동기, 로터, 스테이터, 자속, 상태 진단, 편심

Description

유도 전동기의 편심 상태 진단 장치{Apparatus for diagnosing concentricity state in induction motor}

도 1은 유도 전동기의 동작 원리를 설명하는 개념도이다.

도 2는 유도 전동기의 일 구성예를 나타낸 개략 사시도이다.

도 3은 본 발명에 의한 편심상태 진단 장치의 전체 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 4는 본 발명에 의한 편심 상태 진단 장치에 있어서, 자속 검출부의 구성예를 나타낸 사시도이다.

도 5는 본 발명에 의한 편심 상태 진단 장치에 있어서, 제1,2자속검출부의 설치 위치에 대한 일예를 나타낸 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

31,32 : 제1,2 자속 검출부

33 : 신호 처리부

34 : 신호 분석부

35 : 출력부

본 발명은 유도 전동기의 이상 상태 감지 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도 전동기의 자속 정보 분석을 통하여, 간단하고 정확하게 유도 전동기의 편심 상태를 진단할 수 있는 유도 전동기의 편심 상태 진단 장치에 관한 것이다.

유도 전동기(Induction motor)는 교류 전동기중 가장 널리 쓰이는 형태로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 스테이터(stator ; 고정자)(13) 및 로터(rotor ; 회전자)(12)에 서로 독립된 전기자 권선(armature winding)을 장치하여, 한 쪽 권선에 전기신호를 인가하면, 전자기 유도 작용에 따라 다른 쪽의 권선이 에너지를 받아 로터(12)가 회전하는 구조의 전동기이다. 상기 유도 전동기는 전원의 종류에 따라 3상유도 전동기와 단상유도 전동기 등으로 구분될 수 있다.

도 2는 이러한 유도 전동기의 구조 예를 나타낸 것으로서, 스테이터(13)의 내부 표면에는 일정 간격으로 요철(凹凸)이 반복되어 나타나며, 상기의 철(凸)부(13a)에 코일이 권선되며, 상기 스테이터(13)의 내부에는 원통형의 로터(12)가 삽입되며, 상기 로터(12)는 원주 방향으로 구리로 이루어진 로터 바(12a)가 형성되어, 상기 스테이터(13)와의 전자기 유도작용에 의해 축(11)을 기준으로 회전하도록 구성된다.

상기와 같은 구조의 유도 전동기에 있어서, 편심도가 어느 정도인가를 검출하여 관리하여야 한다.

종래에는 이러한 유도 전동기의 상태 진단을, 온도, 진동 등 유도 전동기의 기계적 인자의 특성 변화에 의존해 왔다. 그런데, 유도 전동기의 온도 또는 진동 특성 변화를 측정하기 위해서는 유도 전동기의 내부 또는 외부에 온도센서 또는 진동센서가 설치되어야 하는데, 이렇게 측정된 온도 또는 진동 정보는 유도기 내부 혹은 외부에 취부되는 센서의 위치에 따라 상당히 민감하게 변화하며, 또한, 유도 전동기의 운전 상태, 즉 속도나 부하량에 따라 크게 변화하게 되기 때문에, 정확한 진단을 위해서는 하나의 유도 전동기에 대한 각 운전 상태 별 특성변화를 알고 있어야 하며, 이는 다양한 실험을 통해 구축될 수 있다.

따라서, 유도 전동기의 용량 및 종류가 바뀔 때마다 특성 분석을 위한 기반 데이타 베이스를 처음부터 다시 구축하여야 하는 불편함이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 유도 전동기의 자속 정보 분석을 통하여, 간단하고 정확하게 유도 전동기의 편심 상태를 진단할 수 있는 유도 전동기의 편심 상태 진단 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 내부 면에 코일이 권선되는 다수의 철(凸)부가 형성된 스테이터와, 상기 스테이터와의 전자기 유도작용에 의하여 축을 기준으로 회전하는 로터를 포함하는 유도 전동기의 편심 상태 진단 장치에 있어서, 상기 유도 전동기 내부의 회전축을 기준으로 서로 다른 위치에 설치되어, 각각 유도 전동기에서 발생되는 자속변화에 따라 출력신호가 변화되는 제1,2자속 검출부; 상기 제1,2자속 검출부로부터 출력된 제1,2 자속 검출 신호를 증폭, 노이즈 제거, 아날로그/디지탈 변환 및 적분하는 신호 처리부; 상기 신호 처리부로부터 출력된 제1,2 자속 검출 데이타의 제1,2 적분량으로부터 유도 전동기의 편심도를 산출하는 신호 분석부; 및 상기 신호 분석부에서 산출된 편심도를 표시하고, 상기 편심도가 기준값을 초과할 경우 경보를 발생시키는 출력부를 포함하여 구성된다.

더하여, 본 발명에 의한 유도 전동기의 로터 바 이상 검출 장치에 있어서, 상기 제1,2 자속 검출부는 각각 상기 스테이터의 임의 위치의 철(凸)부에 삽입되는 비전도성 재질의 프레임; 및 상기 프레임상에 일정 방향으로 권선되어 주변 자속변화가 전압 신호로 출력되는 코일로 구현된다.

더하여, 본 발명에 의한 유도 전동기의 로터 바 이상 검출 장치에 있어서, 상기 신호 분석부는 정상상태에서의 제1,2 적분량에 대한 비율값을 저장하고 있으 며, 상기 신호 처리부로부터 입력된 제1,2적분량의 비율을 산출하고, 상기 산출된 비율을 기설정된 비율과 비교함으로서, 편심도를 산출한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 의한 유도 전동기의 로터 바 이상 검출 장치를 나타낸 블럭구성도이다.

상기 도 3을 참조하면, 본 발명은 내부 면에 코일이 권선되는 다수의 철(凸)부가 형성된 스테이터(13)와, 상기 스테이터(13)와의 전자기 유도작용에 의하여 축을 기준으로 회전하는 로터(12)를 포함하는 유도 전동기(10)의 편심 상태 진단 장치에 있어서, 상기 유도 전동기(10) 내부의 회전축을 기준으로 서로 다른 임의 위치에 설치되어, 각각 유도 전동기(10)에서 발생되는 자속변화에 따라 출력신호가 변화되는 제1,2자속 검출부(31,32)와, 상기 제1,2자속 검출부(31,32)로부터 출력된 제1,2 자속 검출 신호를 증폭, 노이즈 제거, 아날로그/디지탈 변환 및 적분하는 신호 처리부(33)와, 상기 신호 처리부(33)로부터 출력된 제1,2 자속 검출 데이타의 제1,2 적분량으로부터 유도 전동기(10)의 편심도를 산출하는 신호 분석부(34)와, 상기 신호 분석부(34)에서 산출된 편심도를 표시하고, 상기 편심도가 기준값을 초 과할 경우 경보를 발생시키는 출력부(35)로 이루어진다.

다음으로, 도 4는 상기 제1,2 자속 검출부(31,32)의 구성예를 나타낸 사시도로서, 상기 제1,2 자속 검출부(31,32)는 동일한 구성을 갖는 것으로서, 다만 설치 위치에 차이를 갖는다.

상기 도 4를 참조하면, 제1,2자속 검출부(31,32)는 각각 상기 스테이터(13)의 내부면에 형성된 요철중 임의 위치의 철(凸)부에 삽입되도록 형성된 비전도성 재질의 프레임(41)과, 상기 프레임(41) 상에 일정 방향으로 권선되어 주변 자속변화가 전압 신호로 출력되는 코일(42)로 이루어진다.

상기 구성된 제1,2자속 검출부(31,32)는 스테이터(13)와 로터(12)간의 전자기 유도 작용에 의해 나타나는 자속 변화를 검출하여, 소정의 전기신호(예를 들어, 전압신호)로 출력한다.

상기에서 제1,2자속 검출부(31,32)의 위치는 유도 전동기(10)의 길이 방향으로 정중앙의 동심원상에 일정 각도 간격으로 하는 것이 가장 이상적이나, 본 발명에서는 상기 제1,2자속 검출부(31,32)의 위치에 제한을 받지 않는다. 즉, 정중앙의 동심원상에 취부되지 않아도 되며, 동일 동심원상에 취부되지 않아도 된다.

왜냐하면, 상기 신호분석부(34)에서 편심도 판단시, 자속 검출값을 그대로 이용하는 것이 아니라, 두 자속 검출값의 비율로부터 편심도를 계산하기 때문이다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

도 5는 본 발명에 있어서, 제1,2 자속 검출부(31,32)의 배치예를 보인 것으로서, 상기 제1자속검출부(31)와 제2자속검출부(32)는 로터(12)의 회전축을 기준으로 90도 간격으로 스테이터(13)상에 설치된다.

이상과 같이, 본 발명의 편심 상태 진단 장치는 제1,2자속검출부(31,32)의 설치가 자유롭기 때문에, 유도 전동기(10) 설계가 용이해질 수 있다.

상기와 같이 구현된 제1,2 자속 검출부(31,32)는 각각 유도 전동기(10) 내부의 다른 위치에서 나타나는 시간에 따른 자속의 변화율을 검출하여 전압 신호 형태로 출력한다. 이때, 상기 제1,2 자속 검출부(31,32)로부터 출력되는 신호는 크기가 상당히 작고 외부 노이즈의 영향을 받은 상태이다.

따라서, 상기 제1,2자속 검출부(31,32)의 출력신호는 신호 처리부(33)로 입력되어, 이후 분석 및 처리에 적절한 형태로 변환되는데, 더 구체적으로 증폭, 노이즈 제거, A/D(analog/digital) 변환 및 적분 된다.

상기 신호 처리부(33)로부터 출력되는 데이타는 제1,2 자속 검출부(31)에서 각각 검출된 시간에 다른 자속 변화율의 적분값으로서, 이하 제1자속검출신호의 적분값을 제1적분값이라고 하고, 제2자속 검출신호의 적분값을 제2적분값 이라 한다.

그리고, 상기 신호 분석부(34)는 상기 제1,2적분값으로부터 유도 전동기(10)의 편심도를 산출하는데, 이때, 정상상태에서의 제1,2 적분값 비율을 기준값으로 설정하고, 상기 신호 처리부(33)로부터 입력된 제1,2적분값의 비율을 산출한 후, 상기 기준값과의 편차로부터 편심도를 변화를 판단할 수 있다.

더 구체적으로, 상기 신호 분석부(34)에서 편심도를 산출하는 방법은, 유도 전동기(10) 내부의 소정 위치 2개소에서의 자속 변화 비율에 근거한다. 상기와 같은 자속 변화 비율은 외부 부하 조건에 따라 변화지 않고, 편심 발생시 특정 방향으로의 자속이 증가하거나 감소되어 변화된다. 즉, 기준값과 검출된 제1,2적분량의 비율간의 편차가 커지면 편심도가 커지는 것이고, 비율 편차가 작아지면 편심도가 작아지는 것이다. 상기와 같은 방법에 의하면, 외부 부하 조건에 영향을 받지 않으면서 편심도를 정확하게 진단할 수 있게 된다.

상기와 같이 신호분석부(34)에서 산출된 편심도는 출력부(35)를 통해 표시되면서, 상기 출력부(35)는 산출된 편심도가 기설정된 기준값보다 큰 경우, 작업자가 알 수 있도록 경보한다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 상기에 한정되지 않고 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않은 이루어질 수 있다.

상술한 바에 의하여, 본 발명은, 유도 전동기가 운전되고 있는 상태에서 유도 전동기의 자속 변화를 측정하여, 온라인 상태에서 로터 바의 이상여부를 간단하고 정확하게 진단할 수 있으며, 그 결과 유도 전동기기의 예방 정비 및 교체, 그리고 설비자체의 운용을 최적으로 수행할 수 있으며, 사고를 미연에 방지하여 조업의 안정성을 크게 높일 수 있을 뿐만 아니라 적기에 유도기의 관리가 가능하여 정비 비용의 절감 효과를 가져올 수 있다.

Claims (3)

1. 내부 면에 코일이 권선되는 다수의 요철(凸)부가 형성된 스테이터와, 상기 스테이터와의 전자기 유도작용에 의하여 축을 기준으로 회전하는 로터를 포함하는 유도 전동기의 편심 상태 진단 장치에 있어서,

   상기 유도 전동기 내부의 회전축을 기준으로 서로 다른 위치에 설치되어, 각각 유도 전동기에서 발생되는 자속변화에 따라 출력신호가 변화되는 제1,2자속 검출부;

   상기 제1,2자속 검출부로부터 출력된 제1,2 자속 검출 신호를 증폭, 노이즈 제거, 아날로그/디지탈 변환 및 적분하는 신호 처리부;

   상기 신호 처리부로부터 출력된 제1,2 자속 검출 데이타의 제1,2 적분량으로부터 유도 전동기의 편심도를 산출하는 신호 분석부;

   및 상기 신호 분석부에서 산출된 편심도를 표시하고, 상기 편심도가 기준값을 초과할 경우 경보를 발생시키는 출력부를 포함하는 유도 전동기의 편심 상태 진단 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1,2 자속 검출부는

   상기 스테이터의 서로 다른 임의 위치의 철(凸)부에 삽입되는 비전도성 재질의 프레임; 및

   상기 프레임상에 일정 방향으로 권선되어 주변 자속변화가 전압 신호로 출력되는 코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 편심 상태 진단 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 분석부는

   신호 분석부는 정상상태에서의 제1,2 적분량에 대한 비율값을 저장하고 있으며, 상기 신호 처리부로부터 입력된 제1,2적분량의 비율을 산출하고, 상기 산출된 비율을 기설정된 비율과 비교함으로서, 편심도를 산출하는 것을 특징으로 하는 유도 전동기의 로터 바 이상 검출 장치.

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