KR20170074986A - 전동기의 진단 장치 - Google Patents

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Abstract

전동기의 고정자 권선의 단락 진단 장치에 있어서는, 부하 토크 변동, 전원 불평형, 접촉 불량 고장에 의해서 계산 파라미터에 영향을 미치고, 그 결과, 제대로 권선 단락 고장을 정밀하게 검출하기 어렵다는 문제점이 있었다.
전동기(6)의 전류를 검출하는 전류 검출 회로(9)와, 전동기(6)의 전압을 검출하는 전압 검출 회로(8)로부터의 출력을 입력하고, 전동기의 권선 단락 이상을 판정하는 논리 연산부(10)와, 논리 연산부(10)가 전동기의 이상을 검출했을 때 이상인 것을 표시하는 표시부(13), 및 외부에 알리는 외부 출력부(15)를 포함하고, 논리 연산부(10)는 전동기의 전압 전류 해석에 의해 역상 전류, 역상 전압, 정상 전류, 역상 어드미턴스로부터 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도 전원 불평형을 구별하여 권선 단락을 판정하여 검출하도록 했다.

Description

전동기의 진단 장치{ELECTRIC MOTOR DIAGNOSIS DEVICE}
본 발명은 전동기의 상태를 감시하고, 이상 상태에 대해 전동기를 보호하는 전동기의 진단 장치에 관한 것이다.
플랜트에는 전동기가 다수 존재하고 있으며, 그 설비의 진단은 메인터넌스 부문이 오감 진단에 의해 판정하고 있다. 특히 중요도가 높은 전동기에 관해서는 정기적인 진단이 필요하므로 비용이 높아진다. 또한, 전동기는 그 열화가 시작되면 가속도적으로 열화의 진행이 일어난다. 교류기의 경우에는 기계적 스트레스와 열 열화로 생긴 절연물의 공극이나 손상 부위가 방전 등으로 레이어 쇼트(층간 단락)를 유발하고, 갑자기 절연 파괴에 이르는 경우가 있기 때문에 한 번 전동기가 열화하면 열화가 진전되는 상태로 밖에 진행되지 않는다.
따라서, 전동기의 상시 감시 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나 전동기의 상시 감시의 대부분은 전동기마다 다양한 센서 등의 계측 기기를 설치하는 것을 전제로 하고 있다. 계측 기기로는, 예를 들면 토크 미터나 인코더, 가속도 센서 등이 있다.
그러나 수백~수천대의 모터를 집중 관리하는 모터 컨트롤 센터로의 적용은 배선의 수가 많아지기 때문에 그 적용이 현실적이지 않다. 이 때문에, 특수한 센서를 이용하지 않고 모터 컨트롤 센터에서 계측되는 전류와 전압의 정보로부터 전동기의 상태를 간이하게 진단하고, 신뢰성, 생산성, 안전성을 향상시키는 장치가 필요하다.
예를 들면, 전동기의 용량이나 부하가 바뀌어도 정상 전류 설정 회로에서 정상 운전시의 전류를 조정하고, 이를 기준으로 하여 이 기준에 대해 허용 변동 범위의 상한치, 하한치 및 맥동 신호치를 설정하고 전동기의 부하 전류를 상시 감시하여 전동기의 이상 운전 상태를 감시하도록 한 것이 있다(특허 문헌 1 참조).
또한, 진단 대상이 되는 전동기에 흐르는 전류로부터 특징량을 검출하는 특징량 검출 수단과 전동기가 정상 상태일 때 특징량 검출 수단에서 얻어진 특징량의 평균과 표준 편차를 도출하여 기억해두는 연산 기억 수단과 특징량 검출 수단에 의해 얻어진 특징량과 연산 기억 수단에 기억되어 있는 특징량의 평균과 표준 편차에 기초하여 확률적으로 존재하는 분포를 계산하여 전동기가 정상인지 비정상인지를 진단하는 진단 수단을 구비한 전동기의 불량 진단 시스템이 알려져 있다(특허 문헌 2 참조).
그리고 진단 대상이 되는 전동기에 대해서 전원으로부터 공급되는 전압과 전동기의 고정자 권선에 흐르는 전류를 검출하는 검출부와, 이 검출부에 의해 검출된 전압이 제로가 되는 시각을 개시 시각으로 하는 소정의 시간 후의 전류값이, 고정자 권선이 정상인지, 인덕턴스 성분이 감소하여 전류의 위상이 진행되는 단락 상태인지를 고려하여, 미리 설정된 임계치를 넘고 있는 경우에 고정자 권선이 단락되어 있다고 판정하는 판정부를 구비한 전동기 고정자 권선의 단락 진단 시스템이 알려져 있다(특허 문헌 3 참조).
특허 문헌 1: 일본 특개소62－218883호 공보 특허 문헌 2: 일본 특개2012－220485호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허4367784호 공보
이러한 전동기의 고정자 권선의 단락 진단 장치에 있어서, 부하 토크 변동, 전원 불평형, 접촉 불량 고장에 의해 계산 파라미터에 영향을 미친다. 그 결과, 제대로 권선 단락 고장을 정밀하게 검출하는 것이 어렵다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 그들이 동시에 발생했을 때 권선 단락 고장만을 검출하는 것이 어렵고, 오 검출할 가능성을 가지고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 전동기 가동 중에 있어 온라인으로 얻은 전압 및 전류 정보로부터, 부하 토크 변동, 전원 불평형, 접촉 불량 고장의 영향을 받지 않고 전동기의 고정자 권선의 단락 고장만을 검출하는 것을 목적으로 한 전동기의 진단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전동기의 진단 장치는, 전동기에 접속되는 전원의 주회로에 흐르는 전류로부터 전동기의 전류를 검출하는 전류 검출 회로와, 전원의 주회로의 전압으로부터 전동기의 전압을 검출하는 전압 검출 회로와, 전류 검출 회로 및 전압 검출 회로의 출력을 입력하고, 전동기의 권선 단락 이상을 판정하는 논리 연산부와, 논리 연산부가 전동기의 이상을 검출했을 때 이상인 것을 표시하는 표시부와, 논리 연산부가 전동기의 이상을 검출했을 때 이상인 것을 외부에 알리는 외부 출력부를 구비하고, 논리 연산부는, 전동기의 전압 및 전류 해석에 의한 역상 전류, 역상 전압, 정상 전류, 및 역상 어드미턴스로부터 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도 전원 불평형을 구별하여 권선 단락을 판정하고 검출을 행하도록 한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 전동기의 진단 장치는 전동기에 접속되는 전원의 주회로에 흐르는 전류로부터 전동기의 전류를 검출하는 전류 검출 회로와, 전류 검출 회로의 출력을 입력하여 전동기의 권선 단락 이상을 판정하는 논리 연산부와, 논리 연산부가 전동기의 이상을 검출했을 때 이상인 것을 표시하는 표시부와, 논리 연산부가 전동기의 이상을 검출했을 때 이상인 것을 외부에 알리는 외부 출력부를 구비하고, 논리 연산부는 전동기의 전압 및 전류 해석에 의한 역상 전류, 정상 전류로부터, 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도 전원 불평형을 구별하여 권선 단락을 판정하고 검출을 행하도록 한 것이다.
본 발명에 의하면, 역상 어드미턴스 특성, 역상 전류-정상 전류 특성, 전압 불평형률을 산출하여, 가동 중에 부하 토크 변동을 수반하는 전동기에서 권선 단락과 전압 불평형이 동시에 일어나는 경우에도, 오검출하지 않고 권선 단락만을 검출할 수 있다. 전압 불평형의 요인인 전원 불평형과 전원 라인의 접촉 불량 고장 중 어느 쪽에 대해서도 오검출하지 않는 등의 종래에는 없던 현저한 효과를 달성하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 나타내는 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 진단 대상인 권선 단락 고장을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치의 논리 연산부의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 정상 전류와 역상 어드미턴스의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 역상 전류와 정상 전류의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 고장 케이스마다의 평가치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 권선 단락 고장 검출 알고리즘을 설명하기 위한 플로우도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 권선 단락 고장 검출 알고리즘을 설명하기 위한 플로우도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전동기의 진단 장치를 나타내는 회로 구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전동기의 진단 장치의 논리 연산부의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 4에 따른 권선 단락 고장 검출 알고리즘을 설명하기 위한 플로우도이다.
실시 형태 1.
이하, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 나타내는 구성 회로도로, 주로 폐쇄 배전반인 컨트롤 센터에서 사용되는 것이다.
도 1에서 전력 계통으로부터 끌어 들여진 전원의 주회로(1)에는, 배선용 차단기(2), 전자 접촉기(3), 주회로(1)의 부하 전류를 검출하는 계기용 변성기(4), 주회로(1)의 전압을 검출하는 계기용 변압기(5)가 설치되고, 추가로 부하인 전동기(6)가 접속되어 전동기(6)에 의해 기계 설비(7)가 운전 구동된다.
전동기의 진단 장치(100)는 계기용 변압기(5)에 접속된 전압 검출 회로(8)와, 계기용 변성기(4)에 접속된 전류 검출 회로(9)와, 논리 연산 회로(논리 연산부)(10)와, 기억 회로(11)와, 설정 회로(12)를 구비하고 있다.
전압 검출 회로(8)는 전동기에 접속되는 전원의 주회로(1)의 선간 전압을 검출하고, 전동기의 상전압이나 크기 등 소정의 신호로 변환하여 전동기의 전압을 검출하고, 논리 연산 회로(10)와 기억 회로(11)에 출력한다. 전류 검출 회로(9)는 전동기에 접속되는 전원의 주회로(1)의 부하 전류를 검출하고, 전동기의 상전류나 크기 등 소정의 신호로 변환하여 전동기의 전류를 검출하고, 논리 연산 회로(10) 및 기억 회로(11)에 출력한다.
논리 연산 회로(10)는 전압 검출 회로(8) 및 전류 검출 회로(9)의 출력을 입력하여 전동기의 전압 및 전류의 해석에 의한 역상 전류, 역상 전압, 정상 전류, 역상 어드미턴스 등을 산출하고, 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도 전원 불평형이나 접촉 불량을 구별하여 권선 단락을 판정하여 검출한다.
설정 회로(12)는 기억 회로(11)에 접속되고, 세트 키를 가지고, 그 세트 키를 누르는(예를 들어 길게 누르는) 것에 의해 초기의 정상 상태의 데이터를 기억 회로(11)에 기억 유지시킨다. 세트 키를 해제할 때까지의 데이터를 기억시킬 수 있다.
표시 회로(표시부)(13)는 논리 연산 회로(10)에 접속되어 부하 전류나 논리 연산 회로(10)가 전동기(6)의 이상을 검출했을 때 이상 상태, 경고 등을 표시한다. 구동 회로(14)는 논리 연산 회로(10)에 접속되어 계기용 변성기(4)로부터의 전류 검출 신호의 연산에 의한 출력에 의해 전자 접촉기(3)를 개폐한다. 외부 출력 회로(외부 출력부)(15)는 논리 연산 회로(10)로부터의 이상 상태나 경고 등을 외부에 출력한다.
이번에 진단하는 권선 단락 고장의 이미지를 도 2에 나타낸다. 전동기(6)의 고정자 권선은 같은 층 단락 및 층간 단락 모두 발생할 가능성이 있다. 그리고 단락 권수를 Nf라 하면 전체 권수 N과의 비로 단락률 μ=Nf/N로 나타냄으로써 일반화된다.
본 발명에서는 동작 개시 전에 전동기(6)의 정격 정보를 입력할 필요가 없다.
도 3은 전동기(6)의 고정자 권선의 단락 검출 판정을 실시하는 논리 연산 회로(10)의 내부 구성도를 나타내고, 논리 연산 회로(10)는 전류 전압 변환부(21), 초기 해석부(24), 해석부(27), 판정부(31)로 구성되어 있다.
전류 전압 변환부(21)는 역상 전류·역상 전압 산출부(22) 및 정상 전류·정상 전압 산출부(23)로 구성되고, 전압 검출 회로(8) 및 전류 검출 회로(9)로 검출한 삼상의 전압 및 전류로부터 대칭 좌표 변환 처리를 통해 식 (1)~식 (4)의 계산식에 의해, 역상 전류 Isn 및 역상 전압 Vsn과 정상 전류 Isp 및 정상 전압 Vsp으로 변환한다.
(수 1)
Figure pct00001
단,
Figure pct00002
여기서, Isp：정상 전류, Isn：역상 전류, Iu：U상 전류, Iｖ：V상 전류, Iw：W상 전류, Vsp：정상 전압, Vsn：역상 전압, Vu：U상 전압, Vｖ：V상 전압, Vw：W상 전압이다. 정상 전압 및 역상 전압은 상전압으로부터 구하는 방법 외에 선간 전압으로부터 구하는 방법이어도 된다.
초기 해석부(24)는 정상 상태의 역상 어드미턴스 특성 해석부(25)와 역상 전류-정상 전류 특성 해석부(26)로 구성된다.
역상 어드미턴스 특성 해석부(25)는 권선 단락을 판정하기 전에 정상시의 역상 어드미턴스치 Yn을 기억시킨다. 역상 어드미턴스 Yn은 슬립(slip)에 의해 변화한다. 즉, 부하 토크의 크기에 따라 값이 다르다. 부하 토크에 의존하지 않는 판정 방법을 확립하기 위해 정상시의 정상 전류치에 대한 역어드미턴스 특성을 기억시킨다. 기억시키는 타이밍은 전동기 가동시가 바람직하다. 왜냐하면 무부하시부터 유부하시에 이르는 역상 어드미턴스의 데이터를 취득할 수 있기 때문에 있다.
도 4는 정상 전류 Isp의 변화에 의한 역상 어드미턴스 Yn의 특성 그래프이다. 무부하 전류시의 역상 어드미턴스치 Y41은 작고, 유부하시의 역상 어드미턴스치 Y42는 커진다. 처리 메모리량을 삭감하기 위해, 기억시키는 데이터는 적은 것이 바람직하고, 따라서 데이터를 취득할 수 없는 부분의 역상 어드미턴스에 대해서는, 예를 들면 근사 곡선 처리로 보완하여 값을 결정한다. 역상 어드미턴스 Yn은 부하 토크 변동에 따라서 값이 달라, 적어도 통상 운전시에 예상되는 토크 범위 내의 역상 어드미턴스치를 기억시킬 필요가 있다.
역상 전류-정상 전류 특성 해석부(26)는 접촉 불량 판정을 행하기 위해 실시된다. 여기서 접촉 불량이란, 예를 들면 전동기(6)와 전원 케이블(주회로(1))을 접속하기 위한 나사 체결부나, 그 외의 나사가 있는 부분이나 케이블의 열화 등이 상정된다.
권선 단락 판정의 평가로서 이용하는 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량을 정상시의 데이터를 기초로 최소 제곱법 등의 통계 처리로부터 임계값을 결정한다. 이 때, 정상 전류 Isp가 변화하지 않으면 증가량을 계산할 수 없다. 일반적으로 부하 설비는 항상 토크가 발생하고 있는 상태이기 때문에 문제가 없다고 생각할 수 있다. 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가치에 따라 권선 단락 판정 방법이 바뀐다. 접촉 불량으로 저항 성분이 존재하면 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가치가 커진다.
도 5는 정상 전류 Isp와 역상 전류 Isn의 특성 그래프이다. 접촉 불량이 없는 경우의 특성 I51은 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량이 작고, 그 기울기는 작다. 한편, 접촉 저항이 있는 경우의 특성 I52 및 특성 I53은 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량은 커지고, 그 기울기는 커진다. 접촉 저항은 특성 I53이 특성 I52 보다 크다. 접촉 불량 판정을 행하기 위한 임계치 δ2를 정상시의 결과(예를 들면 특성 I51)를 기초로 미리 결정한다.
해석부(27)는 평가치의 해석부(28)와 역상 전류-정상 전류 해석부(29)와 전압 불평형률 해석부(30)로 구성되어, 판정부(31)에서 판정되는 권선 단락 판정부(32), 접촉 불량 판정부(33), 전압 불평형 판정부(34)를 위한 분석이 이루어진다.
평가치의 해석부(28)는 평가치 A=｜Isn-Yn*Vsn｜의 값을 산출한다.
평가치 A의 계산에 대하여 설명한다. 전압 검출 회로(8)와 전류 검출 회로(9)로부터 전류(Iu, Iｖ, Iw) 전압(Vuｖ, Vｖw, Vwu)이 갱신된다. 권선 단락은 코일 소선간의 단락 현상으로, 권선 단락이 발생하면 3상 고정자 전류는 비대칭이 되기 때문에, 역상 성분에 의해 검출할 수 있다. 3상 유도 전압기의 고정자 권선의 일부가 권선 단락한 경우의 단락률을 μ(=Nf/N. 각 상의 권수 N 중 Nf턴분이 단락)라고 하면, μ≪1을 가정하여 정상 전압 Vsp와 역상 전압 Vsn, 정상 전류 Isp와 역상 전류 Isn의 사이에 다음의 관계식이 유도된다.
(수 2)
Figure pct00003
여기서, Yp, Yn, Ypn：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 성분 Ypn은 권선 단락의 지표로 할 수 있지만, 실제 필드에서 비대각 성분 Ypn을 산출하는 것은 용이하지 않다. 여기에서는 역상 전류 Isn과 역상 전압 Vsn의 양쪽 모두를 모니터하는 방법을 채용한다. 권선 단락이 발생하지 않을 때(μ=0)는 어드미턴스 Y의 비대각 성분 Ypn은 제로이므로,
Isn=Yn·Vsn…(8)
이다. 권선 단락이 발생하면,
Isn=Yn·Vsn＋Ypn·Vsp…(9)
이고, Isn이 변화한다. Isn과 Vsn의 양쪽 모두를 모니터함으로써,
평가치 A=｜Isn－Yn·Vsn｜…(10)
을 지표로 하면, 권선 단락 발생과 전원 전압의 불평형 발생(Vsn의 변화)을 구별할 수 있다고 생각할 수 있다. 도입 초기는 권선 단락 미발생으로 초기화(Yn을 계산)한 후, 식(10)의 평가치 A를 감시함으로써 권선 단락을 판정한다.
도 6은 고장 케이스 마다의 평가치 A의 관계를 나타낸 도면이다. 정상시의 평가치 A61이나 전압 불평형시의 평가치 A62는 평가치 A가 작고, 단락 고장이 발생했을 때의 평가치 A63, A64는 커진다. 따라서, 평가치 A62와 평가치 A63의 사이에 평가치 A의 임계치 δ1을 설정함으로써, 전압 불평형과 구별하여 권선 단락 고장을 검출 가능해진다.
역상 어드미턴스 Yn은 역상 어드미턴스 특성 해석부(25)에서 산출된 데이터를 이용한다. 그리고 평가치 해석부(28)에 의한 평가치 해석 시에 각 정상 전류의 역상 어드미턴스치를 대입함으로써 평가치를 해석할 수 있다.
역상 전류-정상 전류 해석부(29)는 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량을 해석한다. 판정을 실시하기 전에, 역상 전류-정상 전류 특성 해석부(26)로 해석한 정상시의 역상 전류-정상 전류 특성의 증가량을 기억하여, 통계 처리에 의해 임계치 δ2를 결정해 둔다. 그리고 역상 전류-정상 전류 해석부(29)는 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량을 해석하고, 그 증가량이 임계치 δ2보다 큰지 작은지에 따라 전동기(6)의 권선 단락과 접촉 불량을 판별할 수 있도록 한다.
전압 불평형률 해석부(30)는 각 상의 상전압 혹은 선간 전압으로부터 전압 불평형률을 산출한다.
전압 불평형률 Vunbal은, 예를 들어 선간 전압으로부터 산출하는 경우에는 다음의 식으로 구한다.
전압 불평형률=((각 선간 전압과 평균 전압의 최대차이)/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
판정부(31)에서는 해석부(27)로 계산된 각 해석 결과와 임계치 δ1, δ2 등을 비교함으로써, 권선 단락 판정부(32)에서 권선 단락의 판정을 실시하고, 접촉 불량 판정부(33)에서 접촉 불량의 판정을 실시하고, 전압 불평형 판정부(34)에서 전압 불평형의 판정을 한다. 판정 결과는 도 1에 나타난 표시 회로(13), 구동 회로(14), 외부 출력 회로(15)로 보낸다.
표시 회로(13)는 전동기(6)의 권선 단락이나 접촉 불량 등의 이상을 검출했을 때 이상 상태, 경고 등을 표시한다. 구동 회로(14)는 전동기(6)의 이상을 검출했을 때 전자 접촉기(3)를 개폐한다. 외부 출력 회로(외부 출력부)(15)는 상기한 전동기(6)의 이상 상태나 경고 등을 외부에 출력한다.
다음으로, 전동기의 진단 장치에서의 진단 처리를 도 7의 순서도에 따라 설명한다. 스텝 S1은 전동기의 전압(선간 전압 또는 상전압) V와 전류(상전류) I를 취득하고, 스텝 S2에서 역상 전류 Isn, 역상 전압 Vsn, 정상 전류 Isp, 전압 불평형률 Vunbal, 전원 전압 Vs를 계산한다. 스텝 S3은 첫 회 판정을 실시하고, 첫 회였을 때(Yes) 스텝 S4로 진행하여 전원 전압 Vs를 기억한다. 또한, 스텝 S2의 전원 전압 Vs의 계산 및 스텝 S4의 전원 전압 Vs의 기억은 생략해도 괜찮다.
스텝 S5는 역상 전류-역상 전압 특성으로부터 역상 어드미턴스 Yn을 계산하고, 역상 어드미턴스 Yn의 정상 전류 특성을 기억한다. 스텝 S6는 역상 전류-정상 전류 특성으로부터 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량 ΔIsn/ΔIsp를 계산하고 증가량의 임계치 δ2를 설정한다. 그 후 START로 돌아간다.
스텝 S3에서 첫 회가 아닌 경우(No), 스텝 S7로 진행하여 전압 불평형률 Vunbal을 임계치 5%와 비교한다. 이 임계치 5%는 이 값에 한정되는 것이 아니고, 전압 불평형이 생겼다고 생각되는 소정의 값으로 설정할 수 있다. 스텝 S7에서 전압 불평형률 Vunbal이 임계치 5%이상 인 경우(No), 전압 불평형이라고 표시한다.
한편, 전압 불평형률 Vunbal이 임계치 5% 미만이었을 경우(Yes), 스텝 S8로 진행한다. 스텝 S8은 평가치 A=｜Isn-Yn*Vsn｜를 임계치 δ1과 비교한다. 평가치 A가 임계치 δ1 이상이었을 경우(Yes), 스텝 S9로 진행하여 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량 ΔIsn/ΔIsp를 임계치 δ2와 비교한다. 스텝 S9에서 역상 전류 ΔIsn/정상 전류 ΔIsp가 임계치 δ2 미만인 경우(Yes), 권선 단락으로 판정하고, 역상 전류 ΔIsn/정상 전류 ΔIsp가 임계치 δ2 이상이었을 경우(No), 접촉 불량으로 판정한다.
스텝 S8에서 평가치 A가 임계치 δ1 미만이었을 경우(No), 스텝 S10으로 진행하여, 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량 ΔIsn/ΔIsp를 임계치 δ2와 비교한다. 스텝 S10에서 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량이 임계치 δ2 미만인 경우(Yes), 정상으로 판정한다. 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량 ΔIsn/ΔIsp가 임계치 δ2 이상이었을 경우(No), 스텝 S11로 진행한다. 스텝 S11은 평가치 A의 정상 전류 Isp에 대한 특성을 계산하고, 정상 전류 Isp를 0A에 근사하여 절편을 구하고(복수의 계측 플롯으로부터 최소 제곱법으로 절편을 구하고), 그 값을 임계치 δ3과 비교한다. 이 임계치 δ3은 임계치 δ1보다 약간 작은 값이다. 스텝 S11에서 평가치 A가 임계치 δ3이상이었을 경우(Yes), 권선 단락으로 판정하고, 임계치 δ3 미만이었을 경우(No), 접촉 불량으로 판정한다.
이상과 같이, 실시 형태 1의 발명은 전동기의 전압 및 전류의 해석에 의한 역상 전류, 역상 전압, 정상 전류, 역상 어드미턴스의 요소로 전동기의 이상 상태를 판정하고 있기 때문에, 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도 전원 불평형을 구별하여 권선 단락을 판정하여 검출을 행할 수 있다. 또한, 전원 라인의 접촉 불량시에도 전동기의 권선 단락을 판정하는 것이 가능하다.
실시 형태 2.
다음으로, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 실시 형태 2에서 진단 처리의 순서도를 나타내며, 스텝 S1에서 스텝 S7까지는 실시 형태 1과 동일하므로 설명을 생략한다.
도 8에서 스텝 S8은 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량을 임계치 δ2와 비교한다. 스텝 S8에서 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량이 임계치 δ2 미만이었을 경우(Yes), 스텝 S9로 진행한다.
스텝 S9는 평가치 A=｜Isn-Yn*Vsn｜를 임계치 δ1과 비교한다. 평가치 A가 임계치 δ1 이상이었을 경우(Yes), 권선 단락으로 판정하고, 평가치 A가 임계치 δ1 미만이었을 경우(No), 정상으로 판정한다.
스텝 S8에서 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량이 임계치 δ2 이상이었을 경우(No), 스텝 S10으로 진행한다. 스텝 S10은 평가치 A의 정상 전류 Isp에 대한 특성을 계산하고, 정상 전류 Isp를 0A에 근사하여 절편을 구하고(복수의 계측 플롯으로부터 최소 제곱법으로 절편을 구하고), 그 값을 임계치 δ3과 비교한다. 그 값이 임계치 δ3 이상이었을 경우(Yes), 권선 단락으로 판정하고, 임계치 δ3 미만이었을 경우(No), 접촉 불량으로 판정한다.
이상과 같이, 실시 형태 2의 발명은 실시 형태 1과 같이 전동기의 전압 및 전류의 해석에 의한 역상 전류, 역상 전압, 정상 전류, 역상 어드미턴스의 요소로 전동기의 이상 상태를 판정하는 것이지만, 판정 방법을 실시 형태 1에서 변경하더라도 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도 권선 단락을 판정하여 검출을 행할 수 있다. 또한, 전원 라인의 접촉 불량시에도 전동기의 권선 단락을 판정하는 것이 가능하다.
실시 형태 3.
다음으로, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 전동기의 진단 장치에 대해 설명한다.
실시 형태 1, 2에서는 개개의 전동기(6)에 대하여 하나씩 논리 연산부(10)를 구비하고 있었지만, 실시 형태 3에서는 복수의 전동기를 하나의 논리 연산부(10)로 전압 및 전류 신호를 해석하여 이상 판정하도록 한 것이다.
실시 형태 1의 단점으로서 첫 회의 정상치 기억시에 만일 이미 결함이 있는 전동기였을 경우에, 첫 회에 이상치를 기억시켜 버린다. 이에, 복수 대의 전동기의 정보를 일괄 처리함으로써, 예를 들어 같은 전동기의 경우에는 첫 회의 판정으로 정상인지 이상인지를 판정 가능해진다.
실시 형태 4.
다음으로, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전동기의 진단 장치를 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한다.
실시 형태 1에서는 전동기의 전류와 전압을 이용한 진단 판정이었다. 실시 형태 4에서는 전동기의 전류만으로 권선 단락을 판정하는 방법으로 한 것이다. 도 9는 본 발명의 실시 형태 4에서 전동기의 진단 장치를 나타내는 구성 회로도로서, 도 1의 구성으로부터 계기용 변압기(5)와 전압 검출 회로(8)를 없앤 것이다. 도 9에서 도 1과 동일하거나 상당 부분의 구성에는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 10은 전동기(6)의 고정자 권선의 단락 검출 판정을 실시하는 논리 연산 회로(10)의 내부 구성도를 나타내며, 도 3과 동일하거나 상당하는 부분에는 같은 부호를 붙이고 있다.
도 10에서 논리 연산 회로(10)는 전류 변환부(21a), 초기 해석부(24), 해석부(27), 판정부(31)로 구성되어 있다.
전류 변환부(21a)는 역상 전류 산출부(22a)와 정상 전류 산출부(23a)를 구비하고, 대칭 좌표 변환 처리에 따라 식 (1), (2)의 계산식에 의해, 역상 전류 Isn 및 정상 전류 Isp로 변환한다. 초기 해석부(24)는 역상 전류-정상 전류 특성 해석을 수행하는 역상 전류-정상 전류 특성 해석부(26)를 구비하고, 접촉 불량 판정을 실시한다. 접촉 불량으로 저항 성분이 존재하면, 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가치가 커진다. 접촉 불량 판정을 행하기 위한 임계치 δ2를 실시 형태 1과 같은 방법으로 미리 결정한다.
해석부(27)는 역상 전류-정상 전류 해석부(29)를 구비하고, 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류치 Isn의 증가량을 해석한다. 판정부(31)는 권선 단락 판정부(32)와 접촉 불량 판정부(33)를 구비하고, 역상 전류-정상 전류 해석부(29)에 의한 해석 결과와 역상 전류치로부터 각각 권선 단락과 접촉 불량의 판정 실시한다.
도 11은 실시 형태 4에서 진단 처리의 순서도를 나타낸다. 도 11에서, 스텝 S1은 전류 I를 취득하고, 스텝 S2에서 역상 전류 Isn, 정상 전류 Isp를 계산한다. 스텝 S3은 첫 회 판정을 실시하여, 첫 회였을 때(Yes) 스텝 S4로 진행하고, 역상 전류-정상 전류 특성에 따라 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량을 계산함과 동시에, 임계치 δ2를 결정한다. 그 후 START로 돌아간다.
스텝 S1~스텝 S3을 거치고, 스텝 S3가 첫 회 판정이 아닌 경우(No)에는, 스텝 S5로 진행하여, 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량을 임계치 δ2와 비교한다.
정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량이 임계치 δ2 이상이었을 경우(No)에, 접촉 불량으로 판정한다. 정상 전류 Isp에 대한 역상 전류 Isn의 증가량이 임계치 δ2 미만이었을 경우(Yes)에, 스텝 S6로 진행하여, 역상 전류 Isn의 값을 임계치 δ4와 비교한다. 또한, 임계치 δ4는 실제 시험 등에서 소정치로 결정한다. 스텝 S6에서 역상 전류 Isn이 임계치 δ4 이상이었을 경우(Yes) 권선 단락으로 판정하고, 임계치 δ4 미만이었을 경우(No)에는 정상으로 판정한다.
이상과 같이, 실시 형태 4의 발명은 실시 형태 1 및 2와 같이 전압과 전류에 의한 검출과 비교하면 검출 정밀도는 떨어지지만, 전류만으로 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도 권선 단락을 판정하여 검출을 행할 수 있다. 또한, 전원 라인의 접촉 불량 시에도 전동기의 권선 단락을 판정하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 기술했지만, 본 발명은 실시 형태로 한정되는 것이 아니라 여러 가지의 설계 변경을 할 수 있으며, 그 발명의 범위 내에서 각 실시 형태를 자유롭게 조합하거나 각 실시 형태를 적절히 변형 또는 생략할 수 있다.
1：주회로, 2：배선용 차단기, 3：전자 접촉기, 4：계기용 변성기, 5：계기용 변압기, 6：전동기, 7：기계 설비, 8：전압 검출 회로, 9：전류 검출 회로, 10：논리 연산 회로, 11：기억 회로, 12：설정 회로, 13：표시 회로, 14：구동 회로, 15：외부 출력 회로, 21：전류 전압 변환부, 21 a：전류 변환부, 22：역상 전류·전압 산출부, 22 a：역상 전류 산출부, 23：정상 전류·전압 산출부, 23 a：정상 전류 산출부, 24：초기 해석부, 25：역상 어드미턴스 특성 해석부, 26：역상 전류-정상 전류 특성 해석부, 27：해석부, 28：평가치 해석부, 29：역상 전류-정상 전류 특성 해석부, 30：전압 불평형률 해석부, 31：판정부, 32：권선 단락 판정부, 33：접촉 불량 판정부, 34：전압 불평형 판정부, 100：전동기의 진단 장치.

Claims (9)

  1. 전동기에 접속되는 전원의 주회로에 흐르는 전류로부터 상기 전동기의 전류를 검출하는 전류 검출 회로와,
    상기 전원의 주회로의 전압으로부터 상기 전동기의 전압을 검출하는 전압 검출 회로와,
    상기 전류 검출 회로 및 상기 전압 검출 회로의 출력을 입력하고, 상기 전동기의 권선 단락 이상을 판정하는 논리 연산부와,
    상기 논리 연산부가 전동기의 이상을 검출했을 때 이상인 것을 표시하는 표시부와,
    상기 논리 연산부가 전동기의 이상을 검출했을 때 이상인 것을 외부에 알리는 외부 출력부를 구비하고,
    상기 논리 연산부는, 상기 전동기의 전압 및 전류의 해석에 의한 역상 전류, 역상 전압, 정상 전류, 역상 어드미턴스로부터, 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도, 전원 불평형을 구별하여 권선 단락을 판정하여 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 논리 연산부는, 역상 전류와 역상 전압과 역상 어드미턴스로부터 구한 평가치의 평가치 해석부, 역상 전류와 정상 전류의 증가량의 해석부, 및 전원의 전압 불평형률의 해석부를 구비하고,
    상기 전동기의 권선 단락과 상기 전원의 전압 불평형과 접촉 불량을 구별하여 판정하는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 논리 연산부는, 권선 단락의 판정을 실시하기 전에 정상 시의 역상 어드미턴스의 정상 전류 특성을 기억하고, 상기 평가치 해석부에 의한 평가치 해석 시에 각 정상 전류에 있어서의 역상 어드미턴스치를 대입하는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 논리 연산부의 평가치 해석부는, 평가치 A=｜역상 전류-역상 어드미턴스*역상 전압｜을 산출하여, 이 평가치 A가 소정의 임계치 δ1을 넘었을 때 상기 전동기의 권선 단락이라고 판정하도록 한 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 논리 연산부의 역상 전류와 정상 전류의 증가량의 해석부는, 판정을 실시하기 전에 정상 시의 역상 전류-정상 전류 특성의 증가량을 기억하고, 통계 처리에 의해 임계치 δ2를 결정하여, 정상 전류에 대한 역상 전류의 증가량이 상기 임계치 δ2보다 큰 지 또는 작은 지에 따라 상기 전동기의 권선 단락과 접촉 불량을 판별하도록 한 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 논리 연산부의 전압 불평형률 해석부는, 전원의 전압 불평형률이 소정의 값보다 클 때 전압 불평형이라고 판정하도록 한 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 논리 연산부는, 복수 대의 상기 전동기의 이상 판정을 집약하여 수행하여, 상기 전동기의 이상 판정을 하는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
  8. 전동기에 접속되는 전원의 주회로에 흐르는 전류로부터 상기 전동기의 전류를 검출하는 전류 검출 회로와,
    상기 전류 검출 회로의 출력을 입력하고, 상기 전동기의 권선 단락 이상을 판정하는 논리 연산부와,
    상기 논리 연산부가 전동기의 이상을 검출했을 때 이상인 것을 표시하는 표시부와,
    상기 논리 연산부가 전동기의 이상을 검출했을 때 이상인 것을 외부에 알리는 외부 출력부를 구비하고,
    상기 논리 연산부는, 상기 전동기의 전류 해석에 의한 역상 전류, 정상 전류로부터, 전동기 가동 중에 부하 토크가 변동할 때에도, 전원 불평형을 구별하여 권선 단락을 판정하여 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 논리 연산부는, 역상 전류와 정상 전류의 증가량 해석부를 구비하고, 판정을 실시하기 전에 정상시의 역상 전류-정상 전류 특성의 증가량을 기억하고, 통계 처리에 의해 임계치 δ2를 결정하여 정상 전류에 대한 역상 전류의 증가량이 상기 임계치 δ2보다 큰 지 또는 작은 지에 따라 상기 전동기의 권선 단락과 접촉 불량을 판별하도록 한 것을 특징으로 하는 전동기의 진단 장치.
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