KR20150115415A - Method of hindance diagnose of electromotor - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for diagnosing the fault of an electric motor and, more particularly, to a method for diagnosing the fault of an electric motor, capable of determining a fault state according to the size or presence of a specific frequency element by converting a current supplied to the electric motor into a complex number of an exponential type and performing the Fourier transform of the complex exponents of the complex number.

Description

전동기의 고장진단 방법{Method of hindance diagnose of electromotor}[0001] The present invention relates to a method of diagnosing an electric motor,

본 발명은 전동기의 고장진단 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전동기로 공급되는 전류를 지수형 복소수로 변환하고 상기 지수형 복소수의 복소수 지수를 푸리에 변환하여 특정 주파수 성분의 존재 유무나 크기에 따라 고장여부를 판정하는 전동기의 고장진단 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a fault diagnosis method for an electric motor, and more particularly, to a fault diagnosis method of an electric motor, more particularly, to a fault diagnosis method of an electric motor that converts a current supplied to an electric motor into an exponential complex number, performs Fourier transform on the complex number index of the exponential complex number, And more particularly, to a fault diagnosis method for an electric motor for determining whether or not a fault exists.

전동기는 회전기기로 널리 사용되고 있으나 고장이 발생하면 큰 피해를 불러일으킬 수 있기 때문에 고장진단이 필수적이다.Although the motor is widely used as a rotating device, fault diagnosis is indispensable because it can cause great damage if a fault occurs.

전동기의 고장원인은 전기적, 기계적 결함, 유지보수의 미비 등으로 나뉠 수 있으며, 그 중, 고정자 권선의 절연파괴 및 베이링 고장이 전체 고장의 78% 이상을 차지하고 있다.[1]The failure of the motor can be divided into electrical, mechanical and maintenance failures. Among them, insulation breakdown and baying failure of the stator winding account for more than 78% of the total faults. [1]

전동기의 고장진단 방법으로는 전기적 신호를 이용한 진단, 온도 또는 적외선 측정을 통한 진단, 소음 및 진동 모니터링을 통한 진단, 속도 및 토크 측정을 통한 진단, 화학분석, 음향, 소음 측정, 신경회로망 기법 등 다양한 방법이 존재한다.[2]The fault diagnosis method of the electric motor includes diagnosis by electric signal, diagnosis by temperature or infrared measurement, diagnosis through noise and vibration monitoring, diagnosis by speed and torque measurement, chemical analysis, sound, noise measurement, There is a method. [2]

이 중, 전기적 신호를 이용하는 고장진단(MESA:Motor Electrical Signature Analysis) 방법은 고장진단을 위한 별도의 액세서리가 필요하지 않기 때문에 선호되고 있지만, 고정자의 작은 단락과 같이 미미한 전기적 신호의 변화만으로는 고장 유무를 분석하는데 어려움이 있다.[3][4]Among them, MESA (Motor Electrical Signature Analysis) method using electrical signals is preferred because it does not require a separate accessory for diagnosis of faults. However, if a slight change in electrical signal such as a short circuit of the stator is sufficient, There are difficulties in analyzing. [3] [4]

종래에 전기적 신호를 이용하는 대표적인 고장진단 방법으로 팍스 벡터 기법(Park’s Vector Approach)이 있는데 이는 전동기로 입력되는 3상 전류를 d-q 평면상의 d축 전류(id) 및 q축 전류(iq)로 변환하고, d-q평면상에서 팍스 벡터의 패턴 형태를 분석함으로써 고장을 진단하는 방법이다.Conventionally, there is a Park's Vector Approach as a typical fault diagnosis method using an electrical signal, which converts a three-phase current input to an electric motor into a d-axis current (i d ) and a q-axis current (i q ) And diagnoses the fault by analyzing the pattern form of the Pax vector on the dq plane.

도 1은 전동기가 정상상태일 때 팍스 벡터 패턴을 보여주는 것이고, 도 2는 전동기의 고장발생 시 팍스 벡터 패턴을 보여주는 것이다. FIG. 1 shows a Pax vector pattern when the motor is in a normal state, and FIG. 2 shows a Pax vector pattern when a motor fails.

도 1 및 도 2에서 알 수 있듯이, 전동기가 정상일 경우 팍스 벡터의 패턴은 원점에 중심을 둔 원으로 표현되고, 고장 발생시에는 패턴의 모양이 타원으로 표현된다.[5][6]As can be seen from FIGS. 1 and 2, when the motor is normal, the pattern of the Pax vector is represented by a circle centered at the origin, and when a fault occurs, the shape of the pattern is represented by an ellipse.

또한, 고장발생시의 팍스 벡터 패턴은 아래의 수학식과 같이 왜곡률(DR:Distortion Ratio)로 계산할 수 있으며 계산된 왜곡률은 고장 진단의 척도로 이용된다.[7]In addition, the faux vector pattern at the time of fault occurrence can be calculated by the distortion ratio (DR) as shown in the following equation, and the calculated distortion rate is used as a measure of the fault diagnosis.

[수학식][Mathematical Expression]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, rmax는 팍스 벡터 패턴의 장축 반지름, rmin는 타원인 팍스 벡터 패턴의 단축 반지름이다.Where r max is the long axis radius of the Pax vector pattern and r min is the short axis radius of the ellipse's Pax vector pattern.

그러나, 종래의 팍스 벡터 패턴을 이용하는 고장진단 방법은 왜곡률의 값이 작을 경우 고장진단에 어려움이 있고, 왜곡률의 크기만으로는 특정한 고장원인을 진단할 수 없는 문제점이 있다.
However, in the fault diagnosis method using the conventional Pax vector pattern, there is a problem that it is difficult to diagnose the fault when the value of the distortion rate is small, and the specific cause of the fault can not be diagnosed only by the magnitude of the distortion.

[1] 송명현, 박규남, 이태훈, 한동기, 박경한, “LabVIEW를 이용한 유도전동기 고정자 권선 고장진단시스템,” 대한전기학회 하계학술대회 논문집, 7.18.-15, 2005.[1] Song, Myung - Hyun, Park, Kyu - Nam, Lee, Tae - Hoon, Han, Dong - Ki, and Kyung - Han Park, "Fault Diagnosis System of Induction Motor Stator Winding Using LabVIEW," Summer Meeting of the Korean Institute of Electrical Engineers, 7.18. - 15, 2005. [2] Nandi, S. and Toliyat, H.A “Condition Monitoring and Fault Diagnosis of Electrical Machines-A Review,” Record of the IEEE Industry Applications Conference, Seattle, 1999, pp.197-204.[2] Nandi, S. and Toliyat, H. A "Condition Monitoring and Fault Diagnosis of Electrical Machines-A Review," Record of the IEEE Industry Applications Conference, Seattle, 1999, pp. 197-204. [3] Kim, K., and Parlos, A.G., “Model-Based Fault Diagnosis of Induction Motors Using Non-Stationary Signal Segmentation,” Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 16, 2002, no. 2-3, pp. 223-253.[3] Kim, K., and Parlos, A.G., "Non-Stationary Signal Segmentation Using Induction Motors," Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 16, 2002, no. 2-3, pp. 223-253. [4] A. Bellini, F. Filippetti, G. Franceschini, C. Tassoni, G. B. Kliman, "Quantitative evaluation of induction motor broken bars by means of electrical signature analysis," IEEE Trans. Ind. Appl., vol.37, no.5, Sept/Oct, 2001, pp.1248-1254[4] A. Bellini, F. Filippetti, G. Franceschini, C. Tassoni, G. B. Kliman, "Quantitative evaluation of induction motor broken bars by means of electrical signature analysis," IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 37, no. 5, Sept / Oct, 2001, pp. 1248-1254 [5] Nejjari, H., Benbouzid, M., “Monitoring and Diagnosis of Induction Motors Electrical Faults Using a Current Park’s Vector Pattern Learning Approach,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol.36, May/June 2000, pp.730-735.[5] Nejjari, H., Benbouzid, M., "Monitoring and Diagnosis of Induced Motors Electrical Faults Using a Current Park's Vector Pattern Learning Approach," IEEE Transactions on Industry Applications, vol.36, May / June 2000, -735. [6] A. J. M. Cardoso, S. M. A. Cruz, D. S. B. Fonseca ,“Inter-Turn Stator Winding Fault Diagnosis in 3-phase Induction Motors,by Park's Vector Approach,” IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol.14, No. 3, Sept 1999, pp.595-598.[6] A. J. M. Cardoso, S. M. A. Cruz, D. S. B. Fonseca, "Inter-Turn Stator Winding Fault Diagnosis in 3-phase Induction Motors," IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 3, Sept. 1999, pp. 595-598. [7] 송명현, 박규남, 한동기, 양철오, “Park's 벡터 패턴의 왜곡률을 이용한 고정자 권선 고장 자동진단,” Trans. KIEE. Vol. 57p, No. 2, 2008. [7] Song, Myung-Hyun, Park, Gyu-Nam, Han-Dong, Kang, Oh, "Automatic diagnosis of stator winding fault using Park's vector pattern distortion", Trans. KIEE. Vol. 57p, No. 2, 2008.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 팍스 벡터 패턴의 왜곡률이 낮더라도 효과적으로 고장진단을 수행할 수 있는 전동기의 고장진단 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a fault diagnosis method of an electric motor which can effectively perform fault diagnosis even if a distortion factor of a Pax vector pattern is low.

또한, 본 발명의 목적은 특정한 고장원인을 진단할 수 있는 전동기의 고장진단 방법을 제공하는 데 있다.
It is also an object of the present invention to provide a fault diagnosis method for a motor capable of diagnosing a specific cause of a fault.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 컴퓨터가 전동기의 3상 전류를 입력받아 전동기의 고장상태를 진단하는 전동기의 고장진단 방법으로서, 전동기의 3상 전류를 입력받는 단계; 상기 3상 전류를 d-q좌표계 상의 d축 전류 및 q축 전류로 변환하는 단계; 상기 d축 전류를 실수로 하고, 상기 q축 전류를 허수로 하는 복소수를 오일러 공식에 따른 지수형 복소수로 변환하는 단계; 상기 지수형 복소수의 복소수 지수를 푸리에 변환을 통해 주파수 성분을 분석하는 단계; 및 특정 주파수 성분의 존재 유무 또는 특정 주파수 성분의 크기에 따라 상기 전동기의 고장 여부를 판정하는 단계;를 포함하는 전동기의 고장진단 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fault diagnosis method of an electric motor for receiving a three-phase current of a motor and diagnosing a fault state of the motor, the method comprising: receiving a three- Converting the three-phase current into a d-axis current and a q-axis current on a d-q coordinate system; Converting the complex number that makes the d-axis current into a real number and the q-axis current to be an imaginary number into an exponential complex number according to an Euler formula; Analyzing a frequency component of the complex number index of the exponential complex number through a Fourier transform; And determining whether the motor is faulty according to the presence or absence of a specific frequency component or the magnitude of a specific frequency component.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 지수형 복소수로 변환하는 단계:는 아래의 수학식 1을 이용하여 상기 d축 전류 및 상기 q축 전류를 복소평면 상의 복소수로 변환하는 단계; 및 상기 복소수를 오일러 공식을 이용하여 아래의 수학식 2와 같이 지수형 복소수로 변환하는 단계;를 포함한다.Converting the d-axis current and the q-axis current into a complex number on a complex plane using Equation (1): < EMI ID = 1.0 > And transforming the complex number into an exponential complex number using an Euler formula as shown in Equation (2) below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Id는 상기 d축 전류, Iq는 상기 q축 전류, Is는 상기 복소수, r은 상기 복소수의 절댓값, θ는 상기 복소수의 편각, re는 상기 복소수 지수이다.Here, I d is the d-axis current, I q is the q-axis current, I s is the complex number, r is the absolute value of the complex number, θ is the declination of the complex number, and re is the complex number index.

또한, 본 발명은 컴퓨터를 수단으로 기능시켜 상기 고장진단 방법을 수행하는 고장진단 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체를 더 제공한다.In addition, the present invention further provides a computer-readable storage medium having stored thereon a fault diagnosis program for performing the fault diagnosis method by functioning as a computer.

또한, 본 발명은 고장진단 프로그램에 의해 기능하여 상기 고장진단 방법을 수행하는 컴퓨터를 더 제공한다.The present invention further provides a computer that functions by the fault diagnosis program to perform the fault diagnosis method.

또한, 본 발명은 컴퓨터를 수단으로 기능시켜 상기 고장진단 방법을 수행하는 고장진단 프로그램이 저장된 데이터 저장장치; 데이터를 통신망을 통해 외부로 전송할 수 있는 통신장치; 및 상기 고장진단 프로그램을 상기 통신장치를 통해 외부의 클라이언트 컴퓨터 시스템으로 전송하는 중앙처리장치;를 포함하는 서버 컴퓨터 시스템을 더 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a fault diagnosis system, comprising: a data storage device storing a fault diagnosis program for performing a fault diagnosis by functioning as a computer; A communication device capable of transmitting data to the outside via a communication network; And a central processing unit for transmitting the fault diagnosis program to an external client computer system through the communication device.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

먼저, 본 발명의 고장진단 방법에 의하면, 팍스 벡터의 크기가 아닌 위상각을 이용하여 고장을 진단하므로 d-q 평면상에서 팍스 벡터 크기의 왜곡률이 낮더라도 효과적으로 고장진단을 수행할 수 있는 장점이 있다.First, according to the fault diagnosis method of the present invention, fault diagnosis is diagnosed by using a phase angle that is not the size of a Pax vector, so that fault diagnosis can be effectively performed even if the distortion rate of the Pax vector magnitude is low on the dq plane.

또한, 본 발명의 고장진단 방법에 의하면, 복소 평면상의 복소수 지수를 푸리에 변환을 통한 주파수 성분으로 계산한 후, 특정 주파수 대역의 존재 유무나 크기에 따라 고장진단을 수행할 수 있으므로 고장의 원인을 판단할 수 있는 장점이 있다.
Further, according to the fault diagnosis method of the present invention, since the complex number index on the complex plane can be calculated as the frequency component through the Fourier transform, the fault diagnosis can be performed according to the existence or the size of the specific frequency band. There is an advantage to be able to do.

도 1은 전동기가 정상상태일 때 팍스 벡터 패턴을 보여주는 도면,
도 2는 전동기의 고장발생 시 팍스 벡터 패턴을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법이 수행되는 환경을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법의 복소수를 설명하기 위한 도면,
도 5는 종래의 팍스 벡터 크기를 d-q평면상에서 시뮬에이션한 팍스 벡터 패턴을 보여주는 도면,
도 6은 전동기가 정상일 때, 종래의 팍스 벡트 크기에 따른 팍스 벡터 패턴을 시간 도메인 상에서 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면,
도 7은 전동기가 고장상태일 때, 종래의 팍스 벡트 크기에 따른 팍스 벡터 패턴을 시간 도메인 상에서 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면,
도 8은 도 7의 시뮬레이션 결과를 푸리에 변환한 도면,
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법으로 팍스 벡터의 위상각인 복소수 지수를 d-q평면상에서 시뮬에이션한 패턴을 보여주는 도면,
도 10은 전동기가 정상일 때, 본 발명의 시뮬레이션 패턴을 시간 도메인 상에서 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면,
도 11은 전동기가 고장상태일 때, 본 발명의 시뮬레이션 패턴을 시간 도메인 상에서 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면,
도 12는 도 11의 시뮬레이션 결과를 푸리에 변환한 도면,
도 13은 전동기가 정상일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법으로 푸리에 변환한 결과,
도 14는 전동기의 2턴 단락시, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법으로 푸리에 변환한 결과,
도 15는 전동기의 4턴 단락시, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법으로 푸리에 변환한 결과이다.
1 is a view showing a Pax vector pattern when the motor is in a normal state,
2 is a view showing a Pax vector pattern when a motor fails,
3 is a diagram illustrating an environment in which a fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention is performed;
4 is a diagram for explaining complex numbers of a fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a view showing a conventional Pax vector pattern simulated on a dq plane,
6 is a graph showing a result of simulating a Pax vector pattern according to the conventional Pax vector size in a time domain when the motor is normal,
FIG. 7 is a graph showing a result of simulating a Pax vector pattern according to a conventional Pax vector size in a time domain when the motor is in a fault state;
FIG. 8 is a Fourier transformed result of the simulation result of FIG. 7,
FIG. 9 is a diagram illustrating a simulation of a complex number index, which is a phase angle of a Pax vector, on a dq plane according to an embodiment of the present invention;
10 is a view showing simulation results of the simulation pattern of the present invention in the time domain when the motor is normal,
11 is a view showing a result of simulating the simulation pattern of the present invention in the time domain when the motor is in a failure state,
FIG. 12 is a Fourier transformed result of the simulation result of FIG. 11,
FIG. 13 shows Fourier transform performed by the fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention when the motor is normal,
FIG. 14 shows Fourier transform performed by the fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention when the motor is short-circuited for two turns. As a result,
15 is a result of Fourier transform using a fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention when the motor is short-circuited for four turns.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법은 전동기(10)로 공급되는 전원(20)을 감시하여 전동기의 고장을 진단하는 방법으로서 전기적 신호를 이용하는 전동기의 고장진단 방법이다.Referring to FIG. 3, a fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention is a fault diagnosis method of an electric motor using an electric signal as a method of diagnosing a fault of an electric motor by monitoring a power supply 20 supplied to the electric motor 10 .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법은 전동기(10)로 공급되는 전류 값을 입력받아 고장여부를 판정하는 컴퓨터(100)에 의해 수행되고, 상기 컴퓨터(100)에는 상기 컴퓨터(100)를 수단으로 기능시켜 고장진단을 수행하기 하는 고장진단 프로그램이 저장된다.The fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention is performed by a computer 100 that receives a current value supplied to an electric motor 10 and determines whether the fault has occurred, ) To function as a failure diagnostic program for performing a failure diagnosis.

또한, 상기 고장진단 프로그램은 CD, USB, 하드디스크와 같은 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체에 저장되어 상기 컴퓨터(100)와는 별도로 제공될 수 있다.In addition, the malfunction diagnostic program may be stored in a computer-readable storage medium such as a CD, a USB, or a hard disk, and may be provided separately from the computer 100.

그러나 상기 고장진단 프로그램은 상술한 이동식 저장매체들뿐만 아니라 서버 컴퓨터 시스템에 저장되어 통신망을 통해 클라이언트 컴퓨터 시스템으로 전송됨으로써 제공될 수도 있다.However, the malfunction diagnostic program may be provided not only in the above-described removable storage media but also by being stored in a server computer system and transmitted to a client computer system via a communication network.

또한, 상기 서버 컴퓨터 시스템은 상기 고장진단 프로그램을 저장할 수 있는 터이터 저장장치, 통신망을 통해 데이터를 전송할 수 있는 통신장치 및 상기 데이터 저장장치의 고장진단 프로그램을 상기 통신장치를 통해 외부로 전송하는 중앙처리장치를 포함하는 컴퓨터 장치일 수 있다.
The server computer system may further comprise a data storage device capable of storing the fault diagnosis program, a communication device capable of transmitting data through a communication network, and a central data transmission / Or a computer device including a processing device.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법을 자세히 설명한다.Hereinafter, a fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법은 먼저, 컴퓨터(100)가 전동기(10)로 공급되는 3상 전류를 입력받는다.In the fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention, the computer 100 receives a three-phase current supplied to the motor 10.

또한, 상기 3상 전류는 전동기(10)로 입력되는 전류를 측정하는 전류 센서나 홀 센서로부터 입력될 수 있으며, 디지털 또는 아날로그 정보일 수 있다.Also, the three-phase current may be input from a current sensor or a hall sensor for measuring a current input to the motor 10, and may be digital or analog information.

또한, 상기 3상 전류가 아날로그 정보일 경우 상기 컴퓨터(100)는 아날로그정보를 디지털 정보로 변환하기 위한 AD컨버터를 포함할 수 있다.In addition, when the three-phase current is analog information, the computer 100 may include an AD converter for converting analog information into digital information.

다음, 상기 컴퓨터(100)는 상기 3상 전류를 d-q좌표계 상의 d축 전류 및 q축 전류로 변환한다.Next, the computer 100 converts the three-phase current into a d-axis current and a q-axis current on the d-q coordinate system.

또한, 상기 d축 전류와 상기 q축 전류는 종래의 팍스 벡터 기법의 d축 전류(id) 및 q축 전류(iq)와 실질적으로 동일하며, 아래의 수학식 a와 같이 표현할 수 있다.Also, the d-axis current and the q-axis current are substantially the same as the d-axis current (i d ) and the q-axis current (i q ) of the conventional Pax vector technique and can be expressed by the following equation (a).

[수학식 a][Mathematical expression a]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서 im은 공급전류의 최대값, ω는 공급 각 주파수, t는 시간변수이다.Where i m is the maximum value of the supply current, ω is the supply angular frequency, and t is the time variable.

다음, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 d축 전류(Id)와 상기 q축 전류(Iq)를 복소평면 상의 복소수(Is)로 변환한다.Next, as shown in Fig. 4, the d-axis current I d and the q-axis current I q are converted into a complex number I s on the complex plane.

또한, 상기 복소수(Is)는 상기 d축 전류(Id)를 실수로 하고 및 상기 q축 전류(Iq)를 허수로 하는 복소수이며, 아래의 수학식 1와 같이 계산될 수 있다.Also, the complex number I s is a complex number that real numbers the d-axis current I d and the imaginary q-axis current I q , and can be calculated by Equation 1 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

다음, 상기 복소수(Is)를 아래의 수학식 2와 같이 오일러 공식을 이용하여 지수형 복소수로 변환한다.Next, the complex number (I s ) is converted into an exponential complex number using an Euler formula as shown in the following equation (2).

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, r은 상기 복소수(Is)의 절댓값으로 상기 복소수(Is)의 크기를 의미하고, θ는 상기 복소수의 편각을 의미한다.Here, r denotes a magnitude of the complex number (I s ) as an absolute value of the complex number (I s ), and? Denotes a declination of the complex number.

또한, 상기 지수형 복소수 re에서 복소수 지수 e는 상기 복소수(Is)의 방향을 의미한다.Also, the complex number exponent e j [ theta] in the exponential complex number re j [ theta] means the direction of the complex number I s .

또한, 본 발명의 고장진단은 상기 복소수 지수에 기반하여 수행된다.In addition, the fault diagnosis of the present invention is performed based on the complex number index.

즉, 종래의 팍스 벡터를 이용하는 고장진단방법은 팍스 벡터의 크기를 이용하는 방법이고 본 발명의 고장진단 방법은 복소평면 상에서 팍스 벡터의 방향(위상각)을 이용하는 방법이다.That is, the conventional fault diagnosis method using the Pax vector is a method using the size of the Pax vector, and the fault diagnosis method of the present invention is a method using the direction (phase angle) of the Pax vector on the complex plane.

다음, 상기 복소수 지수 re를 시간 도메인의 크기로 변환하고 푸리에 변환을 수행하여 주파수 성분을 얻는다.Next, the complex number index re j? Is converted into a time domain magnitude and the Fourier transform is performed to obtain a frequency component.

다음, 특정 주파수 성분이 존재하거나 특정 주파수 성분의 크기에 따라 상기 전동기의 고장 여부를 판정한다.Next, it is determined whether or not the electric motor is faulty according to the presence of a specific frequency component or the magnitude of a specific frequency component.

한편, 도 5는 종래의 팍스 벡터 크기를 d-q평면상에서 시뮬에이션한 패턴을 보여주는 것으로 도 5의 (a)는 정상상태일 때 패턴이고, 도 5의 (b)는 고장이 발생하였을 때의 패턴이다.5 (a) and 5 (b) illustrate a pattern simulated on a dq plane according to the conventional Pax vector size. FIG. 5 (a) shows a pattern when a steady state is present, and FIG. 5 .

또한, 도 6은 도 5의 패턴(a)를 시간 도메인 상에서 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이고, 도 7은 도 5의 패턴(b)를 시간 도메인 상에서 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing a result of simulating the pattern (a) in FIG. 5 on the time domain, and FIG. 7 is a diagram showing a result of simulating the pattern (b) on the time domain in FIG.

즉, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 고장 발생시 종래의 팍스 벡터 패턴은 정상일 때의 패턴과 비교하여 패턴의 모양 차이가 발생하므로 왜곡률을 고장발생의 척도로 사용할 수 있으나, 시간의 흐름에 따른 팍스 벡터의 크기는 약간의 위상차가 발생할 뿐, 형태의 차이가 거의 없으므로 고장발생의 척도로 사용이 어렵다.5 to 7, when a fault occurs, the conventional Pax vector pattern is compared with the pattern at the time of occurrence of a fault, and a difference in shape of the pattern occurs. Therefore, the distortion rate can be used as a measure of the occurrence of faults. However, It is difficult to use the vector as a measure of the occurrence of the fault because there is little difference in the shape of the vector only in a slight phase difference.

또한, 도 8은 고장 발생시에 시간의 흐름에 따른 팍스 벡터의 크기를 푸리에 변환한 결과로, 고장 발생시에도 기본파 성분 외에 다른 주파수 성분은 거의 나타나지 않았다.8 shows the result of Fourier transform of the size of the Pax vector according to the time at the time of occurrence of a failure, and frequency components other than the fundamental wave component hardly appeared even in the event of a failure.

이는 팍스 벡터의 크기를 주파수 성분을 변환하더라도 전동기가 정상일 때와 고장일 때 주파수 성분이 거의 동일하므로 고장진단의 척도로 이용할 수 없다는 것을 의미한다.This means that even when the frequency component of the Pax vector is converted, the frequency components are almost the same when the motor is in the normal state and in the fault state, so that it can not be used as a measure of the fault diagnosis.

극단적으로 종래의 팍스 벡터 진단 기법은 고장이 발생하였으나 팍스 벡터 패턴의 왜곡률이 미미할 경우 고장진단을 수행할 수 없다.Extremely conventional Pax vector diagnostic techniques have failed, but fail diagnosis can not be performed if the distortion of the Pax vector pattern is insignificant.

한편, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복소수 지수 re를 d-q평면상에서 시뮬에이션한 패턴을 보여주는 것으로 도 9의 (a)는 정상상태일 때의 패턴이고, 도 9의 (b)는 고장이 발생하였을 때의 패턴이다.On the other hand, Figure 9 is a (b) in (a) of Figure 9 to show a pattern negotiation simulate the complex index re according to one embodiment of the present invention on a dq plane is a pattern when the normal state, and FIG. 9 This is a pattern when a failure occurs.

또한, 도 10은 도 9의 패턴(a)를 시간 도메인 상에서 시뮬레이션한 결과이고, 도 11은 도 9의 패턴(b)를 시간 도메인 상에서 시뮬레이션한 결과이다.Fig. 10 shows the result of simulating the pattern (a) of Fig. 9 on the time domain, and Fig. 11 shows the result of simulating the pattern (b) of Fig. 9 on the time domain.

즉, 도 9 내지 도 11을 참조하면, 고장 발생시 d-q평면상에서 패턴의 모양차이가 거의 없으나 시간의 흐름에 따른 복소수 지수 re의 모양은 크게 차이가 발생함을 알 수 있다.That is, referring to FIGS. 9 to 11, it can be seen that there is almost no difference in pattern shape on the dq plane when a fault occurs, but the shape of the complex number index re varies with time.

또한, 도 12는 고장 발생시에 시간의 흐름에 따른 복소수 지수 re를 푸리에 변환한 결과로, 고장 발생시 기본파 성분 외에 다른 특정 주파수 성분이 발생하였다.In addition, FIG. 12 shows a result of Fourier transform of the complex number index re according to the passage of time in the event of a failure, and a specific frequency component other than the fundamental wave component occurred in the occurrence of a failure.

이는 종래의 팍스 벡터 패턴의 왜곡률이 미미할 경우, 복소수 지수를 푸리에 변환하여 고장진단을 수행할 수 있음을 의미한다.This means that if the distortion of the conventional Pax vector pattern is insignificant, the complex number index can be Fourier transformed to perform the fault diagnosis.

또한, 도 13은 전동기가 정상일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 복소수 지수 re를 푸리에 변환한 결과이고, 도 14는 전동기의 2턴 단락시, 본 발명의 일 실시예에 따른 일 실시예에 따른 복소수 지수 re를 푸리에 변환한 결과이고, 도 15는 전동기의 4턴 단락시, 본 발명의 일 실시예에 따른 복소수 지수 re를 푸리에 변환한 결과이다.FIG. 13 shows a result of Fourier transform of the complex number index re according to an embodiment of the present invention when the motor is in a normal state, FIG. 14 shows a result of the Fourier transform of the complex number index re according to an embodiment the complex index re according to a result of a Fourier transform, Figure 15 is the result of a complex index re according to one embodiment of the present invention: 4-turn short circuit of the motor, applying a Fourier transform.

도 13 내지 도 15에서도 알 수 있듯이 정상일 경우, 기본파 이외에 160[Hz] 근처에서 특정 주파수 성분이 존재하는 것으로 나타났고, 2턴 단락 또는 4턴 단락 시, 특정 주파수 성분의 크기가 변화하였으므로 본 발명의 일 실시예에 따른 고장진단 방법은 전동기에 고장이 발생하였는지 여부뿐만 아니라 어떠한 종류의 고장인지 여부도 판정할 수 있다.
As can be seen from FIGS. 13 to 15, when the frequency is normal, a specific frequency component exists in the vicinity of 160 [Hz] in addition to the fundamental wave, and since the magnitude of a specific frequency component changes in a two- The fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention can determine not only whether a fault has occurred in an electric motor, but also what type of fault has occurred.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the present invention. Various changes and modifications will be possible.

10:전동기 20:전원
100:컴퓨터
10: electric motor 20: power source
100: Computer

Claims (5)

컴퓨터가 전동기의 3상 전류를 입력받아 전동기의 고장상태를 진단하는 전동기의 고장진단 방법으로서,
전동기의 3상 전류를 입력받는 단계;
상기 3상 전류를 d-q좌표계 상의 d축 전류 및 q축 전류로 변환하는 단계;
상기 d축 전류를 실수로 하고, 상기 q축 전류를 허수로 하는 복소수를 오일러 공식에 따른 지수형 복소수로 변환하는 단계;
상기 지수형 복소수의 복소수 지수를 푸리에 변환을 통해 주파수 성분을 분석하는 단계; 및
특정 주파수 성분의 존재 유무 또는 특정 주파수 성분의 크기에 따라 상기 전동기의 고장 여부를 판정하는 단계;를 포함하는 전동기의 고장진단 방법.
A fault diagnosis method for an electric motor in which a computer receives a three-phase current of a motor and diagnoses a fault condition of the motor,
Receiving a three-phase current of an electric motor;
Converting the three-phase current into a d-axis current and a q-axis current on a dq coordinate system;
Converting the complex number having the d-axis current as a real number and making the q-axis current as an imaginary number into an exponential complex number according to an Euler formula;
Analyzing a frequency component of the complex number index of the exponential complex number through a Fourier transform; And
And determining whether the motor is faulty according to the presence or absence of a specific frequency component or the magnitude of a specific frequency component.
제 1 항에 있어서,
상기 지수형 복소수로 변환하는 단계:는
아래의 수학식 1을 이용하여 상기 d축 전류 및 상기 q축 전류를 복소평면 상의 복소수로 변환하는 단계; 및
상기 복소수를 오일러 공식을 이용하여 아래의 수학식 2와 같이 지수형 복소수로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 고장진단 방법.
[수학식 1]
Figure pat00007

[수학식 2]
Figure pat00008

여기서, Id는 상기 d축 전류, Iq는 상기 q축 전류, Is는 상기 복소수, r은 상기 복소수의 절댓값, θ는 상기 복소수의 편각, re는 상기 복소수 지수이다.
The method according to claim 1,
Transforming into an exponential complex number:
Converting the d-axis current and the q-axis current into a complex number on a complex plane using Equation (1) below; And
And converting the complex number into an exponential complex number using the Euler's formula as shown in Equation (2) below.
[Equation 1]
Figure pat00007

&Quot; (2) "
Figure pat00008

Here, I d is the d-axis current, I q is the q-axis current, I s is the complex number, r is the absolute value of the complex number, θ is the declination of the complex number, and re is the complex number index.
컴퓨터를 수단으로 기능시켜 제 1 항 또는 제 2 항의 고장진단 방법을 수행하는 고장진단 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체.
A computer-readable storage medium having stored thereon a fault diagnosis program for performing the fault diagnosis method according to claim 1 or 2 by functioning as a computer.
고장진단 프로그램에 의해 기능하여 제 1 항 또는 제 2 항의 고장진단 방법을 수행하는 컴퓨터.
A computer that functions by the fault diagnosis program and performs the fault diagnosis method of claim 1 or 2.
컴퓨터를 수단으로 기능시켜 제 1 항 또는 제 2 항의 고장진단 방법을 수행하는 고장진단 프로그램이 저장된 데이터 저장장치;
데이터를 통신망을 통해 외부로 전송할 수 있는 통신장치; 및
상기 고장진단 프로그램을 상기 통신장치를 통해 외부의 클라이언트 컴퓨터 시스템으로 전송하는 중앙처리장치;를 포함하는 서버 컴퓨터 시스템.
A data storage device storing a fault diagnosis program for performing a fault diagnosis method according to any one of claims 1 to 3 by functioning as a computer;
A communication device capable of transmitting data to the outside via a communication network; And
And a central processing unit for transmitting the fault diagnosis program to an external client computer system through the communication device.
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