KR20130115626A

KR20130115626A - 모터 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR20130115626A
Application number: KR1020120038105A
Authority: KR
Inventors: 김덕면; 이승표
Original assignee: (주)엔텍시스템
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-22
Also published as: KR101325473B1

Abstract

본 발명은 모터 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상용 전원을 사용하는 모터에 있어서 부하에 따라 변화되는 전류 스펙트럼의 기준값을 어댑티브 필터로써 산출하고, 이로부터 모터의 동작 상태를 대역별로 비교 판단함으로써 모터의 이상 유무를 판단할 수 있도록 하는 모터 모니터링 시스템을 요지로 한다.
본 발명의 모터 모니터링 시스템에 의하면, 전원이 제공되어 구동되는 모터의 전류 스펙트럼에 있어서 저역의 전류 스펙트럼과 고역의 전류 스펙트럼을 구분하고 비교함으로서 모터의 이상 유무를 정확하고 신속하게 파악할 수 있는 특징이 있다.

Description

모터 모니터링 시스템 {A motor monitoring system}

본 발명은 모터 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상용 전원을 사용하는 모터에 있어서 부하에 따라 변화되는 전류 스펙트럼의 기준값을 어댑티브 필터로써 산출하고, 이로부터 모터의 동작 상태를 비교 판단함으로써 모터의 이상 유무를 판단할 수 있도록 하는 모터 모니터링 시스템을 요지로 한다.

본 발명의 상용 전원을 사용하는 모터의 이상 유무를 모니터링하는 배경 기술로서, 도면 제1도에 도시된 WO 2007/062612 A1호의 전기 모터의 부하를 모니터링하기 위한 모니터링 유닛 기술이 있다. 이 기술은, 지시 변수의 매칭을 선형화하는 것을 이용하며, 모니터링 유닛은 모터의 동작 상태에서 모터 전류, 그리고 공급 전압과 모터 전류 간의 위상 각을 검출하기 위하여 제공되고, 모터의 전기 부하를 모니터링하기 위한 수단로서 모터 전류 및 위상 각으로부터 지시 변수를 형성하기 위한 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

그러나 이 기술은 모터의 전압과 전류의 위상각에 따른 역률로써 모터의 상태를 모니터링하도록 구성되어 단순한 토크의 변화에 따른 역률 변화만을 모니터할 수 있을 뿐이고, 모터축의 이상이나 모터의 얼라인 상태 등 세부 이상 유무에 따른 순간적인 이상 상태를 감지할 수 없는 단점이 있다.

본 발명의 상용 전원을 사용하는 모터의 이상 유무를 모니터링하는 다른 배경 기술로서, 도면 제2도에 도시된 3상 모터 또는 전기 모터의 컨트롤러 모니터링 기술이 있다. 이 기술은 두개의 모터 전류를 측정하여 0인지를 체크하고, 어느 하나의 교류 전류량이 0이 되는 경우 나머지 전류량의 에러값을 계산하며, 두개의 모터 전류값이 0이 아니면 두 전류량의 합에 대한 에러값을 계산하는 것을 특징으로 한다.

그러나 이 기술도 모터 전류의 위상에 따라 모터의 상태를 모니터링하도록 구성되어 단순한 토크의 변화에 따른 역률 변화만을 모니터할 수 있을 뿐이고, 모터축의 이상이나 모터의 얼라인 상태 등 상용 전원의 주파수 이상의 영역에서 발생되는 순간적인 이상 상태를 감지할 수 없는 한계가 있다.

본 발명에 대한 또 다른 배경 기술로서, 도면 제3도에 도시된 미국특허 US 5640103 A 및 US 5574387 A호의 뉴럴 네트워크의 래디얼 기반 함수를 이용한 유도 모터의 모니터링 기술이 있다. 이 기술은 뉴럴 네트워크의 학습을 통해 FFT와 내부 스케일링으로써 전류의 스펙트럼을 구하고 이를 네트워크의 입력값과 비교하여 모터의 동작 상태를 'good'과 'bad' 로 판정하는 것을 특징으로 한다. 그러나 이 기술은 모터 전류값을 뉴럴 네트워크에 제공하여 구해진 전류의 스펙트럼과 입력 스펙트럼이 부하에 따라 계속 변화되므로 모터의 이상 여부를 미세하게 판단할 수 없으며 단순히 대략적인 비교만으로 모터의 동작 상태를 'good'과 'bad' 로 판정할 수 밖에 없는 제약이 있다.

KR

10-0654651

B1

KR

10-0874084

B1

본 발명은 모터에 제공되는 전류와 계측된 모터 전류의 스펙트럼을 비교함으로써, 모터의 이상 유무를 판별할 수 있도록 하는 모터 모니터링 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한 본 발명은 동일한 전원과 동일한 모터인 경우에도 부하 및 구동 조건에 따라 변동되는 모터의 상태에 따라 기준 전류 스펙트럼 데이터를 도출하고, 이를 계측된 모터 전류의 스펙트럼과 비교함으로써, 모터의 이상 유무를 판별할 수 있도록 하는 모터 모니터링 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

아울러 본 발명은, 전원이 제공되어 구동되는 모터의 전류 스펙트럼에 있어서 저역의 전류 스펙트럼과 고역의 전류 스펙트럼을 구분하고 비교함으로서 모터의 이상 유무를 정확하고 신속하게 파악할 수 있도록 하는 모터 모니터링 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은,

상용 전원으로 구동되는 모터의 상태를 모니터링 하는 모터 모니터링 시스템에 있어서, 교류 전원을 제공받는 모터의 각상(phase)별로 구비된 전류 센서 및 전압 센서; 상기 전류 센서로부터 계측되는 모터의 전류와 모터에 공급되는 전압을 데이터로 변환하는 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부를 통해 변환된 전류와 전압 데이터를 주파수 도메인의 스펙트럼으로 각각 변환하는 FFT 변환부; 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 및 전압 스펙트럼과, 기준 스펙트럼 저장부에 저장되어 있는 기준 전류 스펙트럼 데이터를 고역 비교기와 저역 비교기에 제공하는 컨트롤러;를 구비한 모터 모니터링 시스템을 과제의 해결 수단으로 제공한다.

본 발명의 모터 모니터링 시스템에 의하면, 모터에 제공되는 전류와 계측된 모터 전류의 스펙트럼을 비교함으로써, 모터의 이상 유무를 판별할 수 있도록 하는 기술적 효과가 있다.

또한 본 발명은 동일한 전원과 동일한 모터인 경우에도 부하 및 구동 조건에 따라 변동되는 모터의 상태에 따라 기준 전류 스펙트럼 데이터를 도출하고, 이를 계측된 모터 전류의 스펙트럼과 비교함으로써, 모터의 이상 유무를 판별할 수 있도록 하는 작용 효과가 있다.

아울러 본 발명은, 전원이 제공되어 구동되는 모터의 전류 스펙트럼에 있어서 저역의 전류 스펙트럼과 고역의 전류 스펙트럼을 구분하고 비교함으로서 모터의 이상 유무를 정확하고 신속하게 파악할 수 있도록 하는 기술적 효과가 있다.

제1도는 배경 기술로서, 전기 모터의 부하를 모니터링하기 위한 모니터링 유닛 기술의 구성
제2도는 다른 배경 기술로서, 3상 모터 또는 전기 모터의 컨트롤러 모니터링 기술의 구성
제3도는 또 다른 배경 기술로서, 뉴럴 네트워크의 래디얼 기반 함수를 이용한 유도 모터의 모니터링 기술의 구성
제4도는 통상의 상용 전원에 대한 이론적인 스펙트럼 관계
제5도는 상용 전원을 사용하는 교류 모터에 대해 상용 전원 주파수 대역을 중심으로 계측된 전압과 전류 스펙트럼의 일례
제6도는 상용 전원을 사용하는 교류 모터에 대해 상용 전원 주파수 대역을 포함하는 광대역에 걸쳐 계측된 모터 전류 스펙트럼의 일례
제7도는 본 발명의 모터 모니터링 시스템의 구성
제8도는 본 발명에서 기준 스펙트럼 데이터를 도출하기 위한 어댑티브 필터 구성의 일례
제9도는 본 발명의 모터 모니터링 시스템에서 저역 전류 스펙트럼의 판별 작용
제10도는 본 발명의 모터 모니터링 시스템에서 고역 전류 스펙트럼의 판별 작용

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 이에 따라 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명 세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 제어부 내지 컨트롤러, 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 제어부 내지 컨트롤러에 의해 제공되는 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다. 또한, 제어부 내지 컨트롤러 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니 되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지 관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도면 제4도는 통상의 상용 전원에 대한 이론적인 스펙트럼 관계를 도시한다. 60Hz 또는 50Hz의 상용 전원은 주파수 도메인으로 환산하면 단일의 주파수 성분으로 표현될 수 있다. 이러한 특성을 모터에 제공되는 전압과 전류에 대해 적용할 경우에는 이상적인 정현파의 전압이 제공되더라도 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 모터의 상태와 부하 조건 등에 따라 부하 전류가 변화한다.

도면 제5도는 상용 전원을 사용하는 교류 모터에 대해 상용 전원 주파수 대역을 중심으로 계측된 전압과 전류 스펙트럼의 일례를 도시한다. 도면의 (a)도는 정상 상태의 모터에 제공되는 전압의 스펙트럼(적색)과 전류의 스펙트럼(청색)을 도시하며, 도면의 (b)도는 모터의 로터(rotor)가 손상을 입은 경우의 전압 스펙트럼(적색)과 전류 스펙트럼(청색)을 도시한다.

도면의 스펙트럼을 비교하면, 정상 상태의 모터에 제공되는 전압에 대해 로터(rotor)가 손상을 입은 경우의 전압 스펙트럼은 상용 전원 주파수 fo를 중심으로 세부 주파수 성분의 변동만이 발생하여 전체적인 비교에 따른 이상 유무의 판단이 곤란한 특징을 가진다. 예로써 정상 상태의 모터에 제공되는 전압에 대해 로터(rotor)가 손상을 입은 경우의 전압 스펙트럼의 차를 취하는 경우, 이상 유무를 판단할 수 있는 특징이 도출되기 어려운 양상으로 나타나게 된다.

그러나 정상 상태의 모터에 제공되는 전류는 상용 전원 주파수 fo를 피크로 하는 스펙트럼 분포를 보이며, 로터(rotor)가 손상을 입은 경우의 모터 전류 스펙트럼은 상기 fo의 정수배 주파수인 고조파(harmonics) 성분인 fo, 2fo, 3fo....nfo (n=1,2,3...)와 fo의 정수배분의 1 주파수 성분인 1/2 fo, 1/3 fo. 1/4 fo.... 1/n fo (n=1,2,3...)의 부고조파(subharminics)가 증가하는 특징으로 측정된다. 이와 같은 특징은 교류 모터의 유도 자극(magnetic poles)의 수에 따른 것으로서, 모터의 이상에 따라 각각의 자극이 구동하는 부하량이 변동됨으로써 소모하는 전류의 변화가 발생되기 때문이다.

이를 토대로 본 발명에서는 모터에 제공되는 전류의 스펙트럼을 계측하여 정상 상태의 스펙트럼에 대해 상용 전원 주파수 대역을 중심으로 상용 전원 주파수 fo의 고조파(harmonics)와 부고조파(subharminics) 대역에서 비교를 수행함으로써 모터의 이상 유무를 판별할 수 있도록 하는 모터 모니터링 시스템을 제공한다.

도면 제6도는 상용 전원을 사용하는 교류 모터에 대해 상용 전원 주파수 대역을 포함하는 광대역에 걸쳐 계측된 모터 전류 스펙트럼의 일례를 도시한다.

도면의 (a), (b)는 정상 상태의 모터에 제공되는 전류의 스펙트럼으로서 상용 전원 주파수 fo의 10배의 주파수인 foct를 경계로 저역과 고역으로 구분하여 도시한 것이다. 정상 상태의 모터가 회전(rpm)함에 따른 전류는 도면의 고역에서 주파수 피크 성분으로 계측되며, 고역에서의 전류 스펙트럼은 전반적으로 낮은 레벨로 계측되는 특징을 가진다.

도면의 예에서는 본 발명의 기술적 특징을 명확히 설명하기 위해 상기 전류 스펙트럼의 저역과 고역의 경계를 상용 전원 주파수 fo의 octave 주파수로 한정하여 설명하며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 저역과 고역의 경계를 상용 전원 주파수 fo를 중심으로 2개 이상의 정수배의 고조파 주파수까지를 포함하도록 설정할 수도 있다.

도면의 (a), (b)에 도시된 정상 상태의 모터에 제공되는 전류의 스펙트럼에 대해 도면 (c)는 모터 축과 부하의 동력 전달 구조가 어긋난 미스 얼라인 (misaligned) 상태의 모터 전류의 스펙트럼의 일례이다. 도면 (a)와 (c)를 비교하면, 미스 얼라인 상태의 모터를 흐르는 전류는 고역에서 피크 성분이 나타나는 것을 알 수 있다.

도면 (d)는 모터를 지지하는 기초부분이 견고하게 고정되지 않은 경우 모터 전류 스펙트럼을 도시하며, 이때 모터를 흐르는 전류는 고역에서 피크 주파수 성분이 많이 나타나는 것을 알 수 있다.

본 발명에서는 모터에 제공되는 전류의 스펙트럼을 계측하여 정상 상태의 스펙트럼에 대해 상용 전원 주파수 fo의 octave 주파수 내지는 상용 전원 주파수 fo를 중심으로 2개 이상의 정수배의 고조파 주파수까지를 저역과 고역의 경계로 하여, 고역의 대역에서 정상 상태의 모터에 제공되는 전류와 계측된 모터 전류의 스펙트럼을 비교함으로써, 모터의 이상 유무를 판별할 수 있도록 하는 모터 모니터링 시스템을 제공한다.

도면 제7도는 본 발명의 모터 모니터링 시스템의 구성을 도시한다. 도면의 예에서는 본 발명의 기술적 특징을 명확히 설명하기 위해 단상 모터를 예로써 한정하여 설명하며, 3상 모터에서는 각 상별로 도면 제6도의 본 발명의 모터 모니터링 시스템을 구비하도록 구성할 수도 있다.

본 발명의 모터 모니터링 시스템은 교류 전원을 제공받는 모터의 각상(phase)별로 전류 센서와 전압 센서를 구비하고 상기 전류 센서로부터 계측되는 모터의 전류와 모터에 공급되는 전압을 A/D 변환부(100)에서 데이터로 각각 변환한다. 이때 상기 전류 센서는 상용 주파수 이상의 대역에 걸친 주파수의 전류를 감지하기 위해 홀 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 A/D 변환부(100)를 통해 변환된 전류와 전압 데이터는 FFT 변환부(110 : Fast Fourier Tramsform unit)에서 주파수 도메인의 스펙트럼으로 각각 변환된다. 이때 FFT 변환부(110)는 시간 윈도우의 영향을 배제하기 위해 적어도 상용 전원에 대해 1초(50 cycle / 60 cycle) 이상의 전류 데이터를 FFT 변환하도록 구성한다.

상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 및 전압 스펙트럼은 컨트롤러(120)에 제공되고, 상기 컨트롤러(120)는 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장되어 있는 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼을 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)에 제공한다. 상기 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)의 대역은 상용 전원 주파수 fo의 octave 주파수로 구분되거나, 상용 전원 주파수 fo를 중심으로 2개 이상의 정수배의 고조파 주파수까지를 저역과 고역의 경계로 하여 설정된다.

상기 저역 비교기(160)는 상용 전원 주파수 fo의 정수배 주파수인 고조파(harmonics) 성분인 fo, 2fo, 3fo....nfo (n=1,2,3...)와 fo의 정수배분의 1 주파수 성분인 1/2 fo, 1/3 fo. 1/4 fo.... 1/n fo (n=1,2,3...)의 부고조파(subharminics) 대역별로 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼을 비교하여 그 차이값을 컨트롤러(120)에 제공하며, 상기 고역 비교기(150)는 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼의 차이값을 계산하여 컨트롤러(120)에 제공한다.

상기 컨트롤러(120)는 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)로부터 제공받은 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼의 차이값을 전송부(170)을 통해 외부로 전송한다. 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 전송부(170)에 공급된 데이터는 중앙의 모니터링 시스템 내지는 개별 모니터링 장치로 전송되어 디스플레이되고 이상 유무에 따른 경보 장치를 구동하도록 구성한다.

도면 제7도에서 기준 스펙트럼 저장부(140)에는 정상 구동 상태의 모터 전류의 스펙트럼이 기준 스펙트럼 데이터로서 저장되고, 상기 기준 전류 스펙트럼 데이터는 동일한 전원과 동일한 모터인 경우에도 부하 및 구동 조건에 따라 상이한 데이터로 구비되어야 하므로, 본 발명에서는 상기 기준 전류 스펙트럼 데이터를 어댑티브 필터(130 : Adaptive filter)로써 계산하여 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장하도록 구성한다.

도면 제8도는 본 발명에서 기준 스펙트럼 데이터를 도출하기 위한 어댑티브 필터 구성의 일례를 도시한다. 본 발명에서는 모터의 정상 구동 상태에서 어댑티브 필터(130)를 이용하여 부하 및 구동 조건에 따른 기준 스펙트럼 데이터를 계산할 수 있는 특징이 있다. 본 발명의 어댑티브 필터(130)는 시스템 인식(system identification)을 위한 일례로서, 모터와 상기 모터에 연계되어 구동되는 장비로 구성되는 시스템의 전달함수를 H 라 할 때, 도면 제7도에서 설명된 바와 같이 FFT 변환부(110)로부터 제공된 모터 전압 스펙트럼 데이터는 컨트롤러(120)에 의해 어댑티브 필터(130)의 입력 X(n)으로서 제공된다. 상기의 입력 X(n)에 대해 모터와 상기 모터에 연계되어 구동되는 장비로 구성되는 시스템의 전달함수 H 에 의한 전류 스펙트럼은 d(n)으로 계측된다. 이때 상기 어댑티브 필터(130)에는 입력 X(n)에 대해 출력 y(n)을 제공하는 FIR 필터(Finite Impulse Response filter) W가 병렬로 구동되고 상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이가 에러 e(n)으로 연산된다. 상기 FIR 필터 W에서는 상기 에러 e(n)을 이용하여 에러를 줄이도록 FIR 필터 계수를 변경하고, 상기의 과정을 반복함으로써 허용 에러 이내로 미지의 전달함수 H 와 동일한 작용을 하는 FIR 필터를 구한다.

컨트롤러(120)는 상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이인 에러 e(n) 값이 허용값 이내로 수렴할 경우, 상기 FIR 필터 W의 출력 y(n)을 전술한 기준 스펙트럼 데이터로 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장한다.

본 발명의 기준 스펙트럼 데이터를 구하는 다른 방법으로서, 도면 제7도에서 설명된 바와 같이 FFT 변환부(110)로부터 제공된 모터 전류 스펙트럼 데이터만을 이용할 수도 있다. 이 경우에는 모터측에 전류 센서만을 구비하도록 구성한다.

모터와 상기 모터에 연계되어 구동되는 장비로 구성되는 시스템의 전달함수를 H 라 할 때, 도면 제7도에서 설명된 바와 같이 FFT 변환부(110)로부터 제공된 모터 전류 스펙트럼 데이터는 컨트롤러(120)에 의해 어댑티브 필터(130)의 입력 X(n)으로서 제공된다. 상기의 입력 X(n)에 대해 모터와 상기 모터에 연계되어 구동되는 장비로 구성되는 시스템의 전달함수 H 에 의한 전류 스펙트럼은 d(n)으로 계측된다. 이때 상기 어댑티브 필터(130)에는 입력 X(n)에 대해 출력 y(n)을 제공하는 FIR 필터(Finite Impulse Response filter) W가 병렬로 구동되고 상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이가 에러 e(n)으로 연산된다. 상기 FIR 필터 W에서는 상기 에러 e(n)을 이용하여 에러를 줄이도록 FIR 필터 계수를 변경하고, 상기의 과정을 반복함으로써 허용 에러 이내로 미지의 전달함수 H 와 동일한 작용을 하는 FIR 필터를 구한다.

본 발명의 기준 스펙트럼 데이터를 구하는 다른 방법으로서, 상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이인 에러 e(n) 값을 이용하여 에러를 줄이도록 FIR 필터 계수를 변경하고, 상기의 과정을 반복함으로써 허용 에러 이내로 미지의 전달함수 H 와 동일한 작용을 하는 FIR 필터를 구하며, 상기 과정을 적어도 상용 전원에 대해 일정시간, 예로서 1초(50 cycle / 60 cycle) 이상 반복 수행한 뒤, 상기 FIR 필터 W의 출력 y(n)을 전술한 기준 스펙트럼 데이터로 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장하도록 구성할 수도 있다. 상기와 같이 일정 시간 구간에서 반복 수행하는 방식은 모터를 사용하는 환경에 따라 어댑티브 필터(130)의 에러 e(n)값의 변동이 상대적으로 큰 경우에 이용할 수 있다.

도면 제9도는 본 발명의 모터 모니터링 시스템에서 저역 전류 스펙트럼의 판별 작용을 도시한다. 상용 전원 주파수 fo의 octave 주파수를 상한 주파수로하거나, 상용 전원 주파수 fo를 중심으로 2개 이상의 정수배의 고조파 주파수까지 상한 주파수로 설정된 저역에서, 저역 비교기(160)는 상용 전원 주파수 fo의 정수배 주파수인 고조파(harmonics) 성분과 fo의 정수배분의 1 주파수 성분의 부고조파(subharminics) 대역별로 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼을 비교하여 그 차이값을 컨트롤러(120)에 제공하며, 상기 컨트롤러(120)는 저역 비교기(160)로부터 제공받은 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼의 차이값을 전송부(170)을 통해 외부로 전송한다. 상기 전송부(170)에 공급된 데이터는 중앙의 모니터링 시스템 내지는 개별 모니터링 장치로 전송되어 디스플레이되고 이상 유무에 따른 경보 장치를 구동하도록 구성한다.

도면 제10도는 본 발명의 모터 모니터링 시스템에서 고역 전류 스펙트럼의 판별 작용을 도시한다. 상용 전원 주파수 fo의 octave 주파수를 하한 주파수로하거나, 상용 전원 주파수 fo를 중심으로 2개 이상의 정수배의 고조파 주파수까지 하한 주파수로 설정된 고역에서, 고역 비교기(150)는 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼을 비교하여 그 차이값을 컨트롤러(120)에 제공하며, 상기 컨트롤러(120)는 고역 비교기(150)로부터 제공받은 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼의 차이값을 전송부(170)을 통해 외부로 전송한다. 상기 전송부(170)에 공급된 데이터는 중앙의 모니터링 시스템 내지는 개별 모니터링 장치로 전송되어 디스플레이되고 이상 유무에 따른 경보 장치를 구동하도록 구성한다.

본 발명의 모터 모니터링 시스템에 의하면, 전원이 제공되어 구동되는 모터의 전류 스펙트럼에 있어서 저역의 전류 스펙트럼과 고역의 전류 스펙트럼을 구분하고 대역별로 비교함으로서 모터의 이상 유무를 정확하고 신속하게 파악할 수 있는 특징이 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : A/D 변환부 110 : FFT 변환부
120 : 컨트롤러 130 : 어댑티브 필터
140 : 기준 스펙트럼 저장부 150 : 고역 비교기
160 : 저역 비교기 170 : 전송부

Claims

상용 전원으로 구동되는 모터의 상태를 모니터링 하는 모터 모니터링 시스템에 있어서,
교류 전원을 제공받는 모터의 각상(phase)별로 구비된 전류 센서 및 전압 센서;
상기 전류 센서로부터 계측되는 모터의 전류와 모터에 공급되는 전압을 데이터로 변환하는 A/D 변환부(100);
상기 A/D 변환부(100)를 통해 변환된 전류와 전압 데이터를 주파수 도메인의 스펙트럼으로 각각 변환하는 FFT 변환부(110);
상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 및 전압 스펙트럼과, 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장되어 있는 기준 전류 스펙트럼 데이터를 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)에 제공하는 컨트롤러(120);
기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼을 대역별로 비교하여 그 차이값을 컨트롤러(120)에 제공하는 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160);
로 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제1항에 있어서 상기 FFT 변환부(110)는,
시간 윈도우의 영향을 배제하기 위해 적어도 상용 전원에 대해 1초(50 cycle / 60 cycle) 이상의 전류 데이터를 FFT 변환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제1항에 있어서 상기 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)는,
상용 전원 주파수 fo의 octave 주파수를 경계로 대역을 구분하여 구비되는 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제1항에 있어서 상기 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)는,
상용 전원 주파수 fo를 중심으로 2개 이상의 정수배의 고조파 주파수까지를 저역과 고역의 경계로 대역을 구분하여 구비되는 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제1항에 있어서 상기 저역 비교기(160)는,
상용 전원 주파수 fo의 정수배 주파수인 고조파(harmonics) 성분인 fo, 2fo, 3fo....nfo (n=1,2,3...)와,
fo의 정수배분의 1 주파수 성분인 1/2 fo, 1/3 fo. 1/4 fo.... 1/n fo (n=1,2,3...)의 부고조파(subharminics) 대역별로 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼을 비교하여 그 차이값을 컨트롤러(120)에 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제1항에 있어서 상기 고역 비교기(150)는,
기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼의 차이값을 계산하여 컨트롤러(120)에 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제1항에 있어서 상기 컨트롤러(120)는,
고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)로부터 제공받은 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼의 차이값을 전송부(170)를 통해 외부로 전송하며,
상기 전송부(170)에 공급된 데이터는 중앙의 모니터링 시스템 내지는 개별 모니터링 장치로 전송되어 디스플레이되고 이상 유무에 따른 경보 장치를 구동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제1항에 있어서 상기 컨트롤러(120)는,
어댑티브 필터(130)를 더 구비하고,
FFT 변환부(110)로부터 제공된 모터 전압 스펙트럼 데이터는 컨트롤러(120)에 의해 어댑티브 필터(130)의 입력 X(n)으로서 제공되고,
상기의 입력 X(n)에 대해 모터와 상기 모터에 연계되어 구동되는 장비로 구성되는 시스템의 전달함수 H 에 의한 전류 스펙트럼은 d(n)으로 계측되며,
상기 어댑티브 필터(130)에는 입력 X(n)에 대해 출력 y(n)을 제공하는 FIR 필터(Finite Impulse Response filter) W가 병렬로 구동되고,
상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이가 에러 e(n)으로 연산되어,
상기 FIR 필터 W에서 상기 에러 e(n)을 이용하여 에러를 줄이도록 FIR 필터 계수를 변경하는 과정을 반복함으로써 허용 에러 이내로 미지의 전달함수 H 와 동일한 작용을 하는 FIR 필터를 구하며,
컨트롤러(120)는 상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이인 에러 e(n) 값이 허용값 이내로 수렴할 경우, 상기 FIR 필터 W의 출력 y(n)을 전술한 기준 스펙트럼 데이터로 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제1항에 있어서 상기 컨트롤러(120)는,
어댑티브 필터(130)를 더 구비하고,
FFT 변환부(110)로부터 제공된 모터 전압 스펙트럼 데이터는 컨트롤러(120)에 의해 어댑티브 필터(130)의 입력 X(n)으로서 제공되고,
상기의 입력 X(n)에 대해 모터와 상기 모터에 연계되어 구동되는 장비로 구성되는 시스템의 전달함수 H 에 의한 전류 스펙트럼 데이터는 d(n)으로 제공되며,
상기 어댑티브 필터(130)에는 입력 X(n)에 대해 출력 y(n)을 제공하는 FIR 필터(Finite Impulse Response filter) W가 병렬로 구동되고,
상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이가 에러 e(n)으로 연산되어,
상기 FIR 필터 W에서 상기 에러 e(n)을 이용하여 에러를 줄이도록 FIR 필터 계수를 변경하는 과정을 적어도 상용 전원에 대해 일정시간 이상 반복 수행한 뒤, 상기 FIR 필터 W의 출력 y(n)을 전술한 기준 스펙트럼 데이터로 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
상용 전원으로 구동되는 모터의 상태를 모니터링 하는 모터 모니터링 시스템에 있어서,
교류 전원을 제공받는 모터의 각상(phase)별로 구비된 전류 센서;
상기 전류 센서로부터 계측되는 모터의 전류와 모터에 공급되는 전압을 데이터로 변환하는 A/D 변환부(100);
상기 A/D 변환부(100)를 통해 변환된 전류와 전압 데이터를 주파수 도메인의 스펙트럼으로 각각 변환하는 FFT 변환부(110);
상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 및 전압 스펙트럼과, 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장되어 있는 기준 전류 스펙트럼 데이터를 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)에 제공하는 컨트롤러(120);
기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼을 대역별로 비교하여 그 차이값을 컨트롤러(120)에 제공하는 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160);
로 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제10항에 있어서 상기 FFT 변환부(110)는,
시간 윈도우의 영향을 배제하기 위해 적어도 상용 전원에 대해 1초(50 cycle / 60 cycle) 이상의 전류 데이터를 FFT 변환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제10항에 있어서 상기 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)는,
상용 전원 주파수 fo의 octave 주파수를 경계로 대역을 구분하여 구비되는 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제10항에 있어서 상기 고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)는,
상용 전원 주파수 fo를 중심으로 2개 이상의 정수배의 고조파 주파수까지를 저역과 고역의 경계로 대역을 구분하여 구비되는 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제1항에 있어서 상기 저역 비교기(160)는,
상용 전원 주파수 fo의 정수배 주파수인 고조파(harmonics) 성분인 fo, 2fo, 3fo....nfo (n=1,2,3...)와,
fo의 정수배분의 1 주파수 성분인 1/2 fo, 1/3 fo. 1/4 fo.... 1/n fo (n=1,2,3...)의 부고조파(subharminics) 대역별로 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼을 비교하여 그 차이값을 컨트롤러(120)에 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제10항에 있어서 상기 고역 비교기(150)는,
기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼의 차이값을 계산하여 컨트롤러(120)에 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제10항에 있어서 상기 컨트롤러(120)는,
고역 비교기(150)와 저역 비교기(160)로부터 제공받은 기준 전류 스펙트럼 데이터와 상기 FFT 변환된 주파수 도메인의 전류 스펙트럼의 차이값을 전송부(170)를 통해 외부로 전송하며,
상기 전송부(170)에 공급된 데이터는 중앙의 모니터링 시스템 내지는 개별 모니터링 장치로 전송되어 디스플레이되고 이상 유무에 따른 경보 장치를 구동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제10항에 있어서 상기 컨트롤러(120)는,
어댑티브 필터(130)를 더 구비하고,
FFT 변환부(110)로부터 제공된 모터 전류 스펙트럼 데이터가 컨트롤러(120)에 의해 어댑티브 필터(130)의 입력 X(n)으로서 제공되고,
상기의 입력 X(n)에 대해 모터와 상기 모터에 연계되어 구동되는 장비로 구성되는 시스템의 전달함수 H 에 의한 전류 스펙트럼은 d(n)으로 계측되며,
상기 어댑티브 필터(130)에는 입력 X(n)에 대해 출력 y(n)을 제공하는 FIR 필터(Finite Impulse Response filter) W가 병렬로 구동되고,
상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이가 에러 e(n)으로 연산되어,
상기 FIR 필터 W에서 상기 에러 e(n)을 이용하여 에러를 줄이도록 FIR 필터 계수를 변경하는 과정을 반복함으로써 허용 에러 이내로 미지의 전달함수 H 와 동일한 작용을 하는 FIR 필터를 구하며,
컨트롤러(120)는 상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이인 에러 e(n) 값이 허용값 이내로 수렴할 경우, 상기 FIR 필터 W의 출력 y(n)을 전술한 기준 스펙트럼 데이터로 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템
제10항에 있어서 상기 컨트롤러(120)는,
어댑티브 필터(130)를 더 구비하고,
FFT 변환부(110)로부터 제공된 모터 전류 스펙트럼 데이터는 컨트롤러(120)에 의해 어댑티브 필터(130)의 입력 X(n)으로서 제공되고,
상기의 입력 X(n)에 대해 모터와 상기 모터에 연계되어 구동되는 장비로 구성되는 시스템의 전달함수 H 에 의한 출력은 d(n)으로 제공되며,
상기 어댑티브 필터(130)에는 입력 X(n)에 대해 출력 y(n)을 제공하는 FIR 필터(Finite Impulse Response filter) W가 병렬로 구동되고,
상기 전류 스펙트럼 d(n)과 FIR 필터 W의 출력 y(n)과의 차이가 에러 e(n)으로 연산되어,
상기 FIR 필터 W에서 상기 에러 e(n)을 이용하여 에러를 줄이도록 FIR 필터 계수를 변경하는 과정을 적어도 상용 전원에 대해 일정시간 이상 반복 수행한 뒤, 상기 FIR 필터 W의 출력 y(n)을 전술한 기준 스펙트럼 데이터로 기준 스펙트럼 저장부(140)에 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 모니터링 시스템