KR20170105221A - 전동기의 이상 경보 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 전동기 각각의 용량 또는 형태와 같은 프로파일에 무관하게 적용 가능한 전동기의 이상을 감시하고 경보할 수 있고, 구동 전류의 평균치가 유지되거나 점진적으로 감소하는 전동기에 특히 적합한 전동기의 이상 경보 장치 및 방법을 제공한다.
본원의 제1 발명에 따른 전동기 이상 경보 장치는, 전동기에 흐르는 동작 전류를 검출하는 CT; 소정 시간 동안 검출된 상기 동작 전류를 평균하여 평균 전류를 계산하는 계산부; 상기 평균 전류와 소정 기준 전류를 비교하는 비교부; 상기 평균 전류와 상기 기준 전류를 저장하는 저장부; 상기 비교부의 비교 결과, 상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 크면 경보하는 경보부; 및 상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 큰 횟수가 소정 횟수에 도달하면 상기 전동기의 입력측에 배치되는 계전기의 동작을 차단하기 위한 계전제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

전동기의 이상 경보 장치 및 방법{MOTOR FAULT ALARMING APPARATUS AND ITS METHOD}

본 발명은 전동기의 이상을 검출하여 경보하는 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 전동기의 베어링에 이상이 검출되면 경보하고 경보 횟수가 소정치를 초과하면 전동기에 공급되는 전원을 차단하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 전동기의 진동을 감시하여 전동기의 비정상 상태 또는 고장을 탐지하는 방법은 산업계에서 널리 사용되고 있으나, 대규모 시스템 전체에 적용하기에는 많은 투자가 필요할 뿐만 아니라 센서에 유입되는 기계적인 진동과 잡음을 구별하여 전동기의 상태를 판별하여야 하므로 유경험의 기술자가 판독하여야 한다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 제시된 종래기술의 전동기 비정상상태 감시시스템은, 등록특허 10-0225470호에 개시된다.

등록특허 10-0225470호에 개시된 전동기 비정상상태 감시시스템은 다음과 같은 논리를 사용하여 비정상상태를 판별한다.

- 수집된 고조파 신호를 아날로그/디지탈 변환한 후, 50Hz 내지 200Hz 사이의 대역 통과 디지털 필터를 사용하여 최적 구간의 주파수 신호를 추출하고 주파수 및 진폭을 ASCII 부호로 데이터화한다.

- 감시 대상 전동기의 매 보수 및 점검기간 중 전문가에 의한 점검을 마친 후 초기 데이터 취득을 하게 되며, 이 데이터를 이용하여 데이터 베이스를 스스로 작성하며 일정기간의 값이 저장된 후부터 본격적인 감시를 시작한다.

- 매 스캐닝 주기동안 취득된 부호화된 데이터를 데이터베이스에 저장된 초기값과 비교하여 비정상여부를 판별하게 되며 비정상상태라고 판별되면 즉시 진단 알고리즘을 사용하여 사전에 설정된 특정주파수와 특이주파수와의 비교를 통해 고장개소 및 고장정도를 판단하고 그 결과를 출력한다.

그런데 상기 종래기술에 따르면, 유도전동기의 용량과 형태에 따라 비정상상태시 발생하는 기계, 전기 및 자기진동에 따른 특이 주파수가 변화하므로 완벽한 비정상상태 감시를 위해서는 유도전동기의 용량별, 형태별로 모의시험을 실시하여 각각의 유도전동기마다 비정상상태에 따른 특이 주파수성분의 최대진폭을 구해야 하는 불편함이 있다.

등록특허 10-0225470 전력공급선의 신호분석을 통한 전동기 비정상상태 감시시스템 등록특허 10-1432786 모터의 고장진단방법 및 그 시스템 일본공개특허 특개2013-66987 이상 판정 장치, 구동 장치 및 로봇 장치

본 발명에 따르면, 전동기 각각의 용량 또는 형태와 같은 프로파일에 무관하게 적용 가능한 전동기의 이상을 감시하고 경보할 수 있는 전동기의 이상 경보 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따르면, 구동 전류의 평균치가 유지되거나 점진적으로 감소하는 전동기에 특히 적합한 전동기의 이상 경보 장치 및 방법을 제공한다.

본원의 제1 발명에 따른 전동기 이상 경보 장치는, 전동기에 흐르는 동작 전류를 검출하는 CT; 소정 시간 동안 검출된 상기 동작 전류를 평균하여 평균 전류를 계산하는 계산부; 상기 평균 전류와 소정 기준 전류를 비교하는 비교부; 상기 평균 전류와 상기 기준 전류를 저장하는 저장부; 상기 비교부의 비교 결과, 상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 크면 경보하는 경보부; 및 상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 큰 횟수가 소정 횟수에 도달하면 상기 전동기의 입력측에 배치되는 계전기의 동작을 차단하기 위한 계전제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 기준 전류는 상기 평균 전류의 소정 배수를 곱한 값이다.

또한, 상기 계산부는 상기 평균 전류를 주기적으로 계산하고, 상기 기준 전류는 주기적으로 갱신된다.

또한, 상기 소정 횟수는 적어도 1회 이상이다.

또한, 본원의 제2 발명에 따른 전동기 이상 경보 방법은, 전동기에 흐르는 동작 전류를 검출하는 검출 단계; 소정 시간 동안 검출된 상기 동작 전류를 평균하여 평균 전류를 계산하는 계산 단계; 상기 평균 전류와 소정 기준 전류를 비교하는 비교 단계; 상기 평균 전류와 상기 기준 전류를 저장하는 저장 단계; 상기 비교 단계의 비교 결과, 상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 크면 경보하는 경보 단계; 및 상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 큰 횟수가 소정 횟수에 도달하면 상기 전동기의 입력측에 배치되는 계전기의 동작을 차단하기 위한 계전제어신호를 출력하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 계산 단계는 상기 평균 전류를 주기적으로 계산하고, 상기 기준 전류는 주기적으로 갱신된다.

본 발명의 전동기의 이상 경보 장치 및 방법에 따르면, 전동기 각각의 용량 또는 형태와 같은 프로파일에 무관하게 적용 가능한 전동기의 이상을 감시하고 경보할 수 있고, 구동 전류의 평균치가 유지되거나 점진적으로 감소하는 전동기에 특히 적합하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 이상 경보 장치의 전체 회로도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 이상 경보를 위한 처리 흐름도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 이상 경보를 위한 감시 전류 검출 판정 패턴, 및
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 구동 전류 타이밍도이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 이상 경보 장치의 전체 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 이상 경보를 위한 처리 흐름도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 전동기 이상 경보 장치는 상용 교류 전원(110), 상용 교류 전원을 직류로 정류하는 컨버터(115), 컨버터(115)로부터 출력되는 직류 전압을 필터링하는 LC 필터(120), 필터링된 직류 전압을 소정의 주파수를 가진 PWM 신호를 이용하여 소정의 교류 전압으로 변환하는 인버터(125), 인버터(125)로부터 출력되는 소정의 교류 전압에 따라 구동되는 유도전동기(165)를 포함한다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 이상 경보 장치는, 인버터(125)로부터 출력되는 동작 전류를 검출하는 CT(130), 계산부(135), 비교부(140), 저장부(145), 디스플레이부(150), 및 설정부(155)를 포함한다.

CT(130)는 전동기에 흐르는 동작 전류를 검출한다(S210).

계산부(135)는 검출된 동작 전류를 소정 시간(예: 3초) 동안 평균하여 평균 전류(Iave)를 계산한다(S220).

비교부(140)는 평균 전류(Iave)와 기준 전류(Iref)를 비교한다(S230). 여기서, 기준 전류(Iref)는 평균 전류(Iave)의 소정 배수(예: A = 1.0 ~ 1.5)를 곱한 값일 수 있고, 소정 배수(A)는 설정부(155)를 통해 설정 가능하다.

저장부(145)는 평균 전류(Iave)와 기준 전류(Iref)를 저장한다.

비교부(140)의 비교 결과, 평균 전류(Iave)가 기준 전류(Iref)보다 작으면, 평균 전류(Iave)에 소정 배수를 곱한 값을 기준 전류(Iref)로 갱신하여 저장부(145)에 저장한다(S260).

비교부(140)의 비교 결과, 평균 전류(Iave)가 기준 전류(Iref)보다 크면, 그 횟수를 저장부(145)에 저장하고, 경보부(미도시)를 통해 경보한다(S250).

제어부(148)는 그 횟수가 연속하여 3회라고 판단되면(S240), 계전제어신호를 출력하고, 계전기(160)는 계전제어신호에 제어되어 계전기(160)의 동작을 차단한다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 평균 전류(Iave)가 기준 전류(Iref)보다 큰 횟수가 3회에 이르면 계전기의 동작을 차단하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 설정부(155)를 통해 설정할 수 있는 그 횟수는 현장 상황에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 1회만으로도 계전기의 동작을 차단시킬 수 있고, 5회에 이른 경우에 계전기의 동작을 차단시킬 수도 있다.

디스플레이부(150)는 동작 전류, 평균 전류(Iave), 및 기준 전류(Iref)를 디스플레이한다.

도시되지는 않았지만, 초기 평균 전류(Iave)를 초기 기준 전류(Iref)로 설정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 이상 경보를 위한 감시 전류 검출 판정 패턴이다.

7번째 주기 및 8번째 주기의 평균 전류(Iave)가 각각 기준 전류(Iref)보다 크기 때문에 8번째 주기 및 9번째 주기의 시작점에서 경보한다. 그러나, 9번째 주기의 평균 전류(Iave)가 기준 전류(Iref)보다 작기 때문에 경보가 해제된다. 이후, 10 내지 12번째 주기의 평균 전류(Iave)가 연속적으로 각각의 기준 전류(Iref)보다 크기 때문에 3회 연속 경보함과 아울러, 제어부(148)는 계전기의 동작을 차단시키기 위한 계전제어신호를 출력한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전동기 구동 전류 타이밍도로서, 직전 주기 동안 평균 전류(Iave)가 기준 전류(Iref)보다 큰 24초와, 30초 그리고 42초에서 각각 경보하고, 계전제어신호를 출력한다.

본 발명의 일실시예에 따른 전동기 이상 경보 장치는 제철소의 열연 설비에 적용되는 전동기의 이상 검출에 사용될 수 있다. 예컨대, 제철소의 열연 설비는 용광로에서 쇳물이 흘러나오는 시작단계에서는 흘러나오는 쇳물의 양이 많아 철판의 두께가 두껍기 때문에 전동기에 큰 동작 전류가 흐르다가, 쇳물의 양이 줄게 되면 철판의 두께가 얇아져 전동기에 흐르는 동작 전류가 작아지게 된다.

이와 같이 구동 초기에는 동작 전류가 크지만 시간이 경과함에 따라 동작 전류가 줄어드는 산업 현장에 사용되는 전동기에는 고정된 과전류 설정값을 적용하는 것은 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 실제 동작 전류는 점진적으로 감소하는데, 고정된 과전류 설정값은 전동기의 베어링이 마모되어 이상이 발생한 경우에 대비한 것이 아니라, 전동기의 열특성을 초과하지 않은 레벨로 설정되기 때문이다.

따라서, 구동 초기에는 동작 전류가 크지만 시간이 경과함에 따라 동작 전류가 줄어드는 산업 현장에서는 본 발명에서와 같이 기준 전류(과전류 설정값)를 적응적으로 조절하는 것이 유용하다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 상용전원
115: 컨버터
120: LC 필터
125: 인버터
130: CT
135: 계산부
140: 비교부
145: 저장부
150: 디스플레이부
155: 설정부
160: 계전기
165: 유도전동기

Claims (7)

1. 전동기에 흐르는 동작 전류를 검출하는 CT;
   소정 시간 동안 검출된 상기 동작 전류를 평균하여 평균 전류를 계산하는 계산부;
   상기 평균 전류와 소정 기준 전류를 비교하는 비교부;
   상기 평균 전류와 상기 기준 전류를 저장하는 저장부;
   상기 비교부의 비교 결과, 상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 크면 경보하는 경보부; 및
   상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 큰 횟수가 소정 횟수에 도달하면 상기 전동기의 입력측에 배치되는 계전기의 동작을 차단하기 위한 계전제어신호를 출력하는 제어부
   를 포함하는 전동기 이상 경보 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기준 전류는 상기 평균 전류의 소정 배수를 곱한 값인 전동기 이상 경보 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 계산부는 상기 평균 전류를 주기적으로 계산하고, 상기 기준 전류는 주기적으로 갱신되는 전동기 이상 경보 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 소정 횟수는 적어도 1회 이상인 전동기 이상 경보 장치.
   
5. 전동기에 흐르는 동작 전류를 검출하는 검출 단계;
   소정 시간 동안 검출된 상기 동작 전류를 평균하여 평균 전류를 계산하는 계산 단계;
   상기 평균 전류와 소정 기준 전류를 비교하는 비교 단계;
   상기 평균 전류와 상기 기준 전류를 저장하는 저장 단계;
   상기 비교 단계의 비교 결과, 상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 크면 경보하는 경보 단계; 및
   상기 평균 전류가 상기 기준 전류보다 큰 횟수가 소정 횟수에 도달하면 상기 전동기의 입력측에 배치되는 계전기의 동작을 차단하기 위한 계전제어신호를 출력하는 단계
   를 포함하는 전동기 이상 경보 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 계산 단계는 상기 평균 전류를 주기적으로 계산하고, 상기 기준 전류는 주기적으로 갱신되는 전동기 이상 경보 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 소정 횟수는 적어도 1회 이상인 전동기 이상 경보 방법.

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