KR20220166319A - 전동기의 진단 장치 - Google Patents

전동기의 진단 장치 Download PDF

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도시히코 미야우치
마코토 가네마루
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

전동기(5)의 전류를 검출하는 전류 검출 회로(7)와, 검출된 전류를 연산 처리하여 전동기의 이상을 검출하는 연산 처리부(10)와, 기억부(11)를 구비한 전동기의 진단 장치(100)로서, 연산 처리부(10)는 전류의 실효값을 산출하는 실효값 산출부(21)를 가지고, 미리 전류 FFT 해석에 의해 측대파로부터 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출하고, 그 때의 전류 실효값과 관련지어 기억부(11)에 기억시킴과 아울러, 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값에 대해서 설정한 임계값을 미리 기억부(11)에 기억해 두고, 전동기(5)의 진단시에 검출된 전류에 기초한 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 미리 기억부(11)에 기억된 전류 실효값마다의 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값 및 임계값과 비교함으로써 전동기의 이상 판정을 행한다.

Description

전동기의 진단 장치
본원은 전동기의 진단 장치에 관한 것이다.
종래, 유도 전동기의 부하 전류를 측정하여 주파수 해석을 행하고, 운전 주파수의 양측에 발생하는 측파대에 주목하여, 단주기의 상하 방향의 파형의 외란과, 장주기의 상하 방향의 파형의 진동인 언듈레이션(undulation)의 상태에 기초하여, 유도 전동기 및 유도 전동기에 의해서 구동되는 기기의 이상을 진단하는 설비의 이상 진단 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).
종래의 설비의 이상 진단 방법에 있어서는, 유도 전동기의 부하 토크 변동이 발생했을 때, 전원 주파수(운전 주파수)의 근방 양측의 스펙트럼 강도가 증가하여, 전원 주파수의 양측에 피크 모양으로 발생하는 측대파의 진동 강도보다도 커져, 측대파를 검출하는 것이 곤란하다고 하는 과제가 있었다.
이것에 대해, 출원인은 부하 토크가 변동하는 전동기에 있어서도, 부하 변동하지 않는 기간을 검출함으로써, 전동기의 이상의 유무를 진단할 수 있는 전동기의 진단 장치에 관해서 출원하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2).
특허 문헌 1: 일본 특허 제4782218호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허 제6190841호 공보
그렇지만, 최근에는 추가적인 전동기의 이상 진단의 고정밀화가 기대되고 있다. 그러기 위해서는 부하 변동 발생시에 부하 변동이 발생하지 않을 때와 동일한 정도로의 검출 정밀도가 요구되고 있다.
본원은 상기의 과제를 해결하기 위한 기술을 개시하는 것으로, 부하의 변동을 받지 않고 전동기의 이상 발생의 판정을 행하는 것이 가능한 전동기의 진단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 의한 전동기의 진단 장치는, 전동기의 전류를 검출하는 전류 검출 회로와, 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류를 연산 처리하여 상기 전동기의 이상을 검출하는 연산 처리부와, 상기 연산 처리부의 연산 결과를 기억하는 기억부를 구비한 전동기의 진단 장치로서, 상기 연산 처리부는 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류의 실효값을 산출하는 전류 실효값 산출부와, 산출된 상기 전류 실효값이 안정 상태인지 판정하는 상태 판정부와, 검출된 상기 전류를 FFT 해석하여 측대파로부터 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출하는 해석부와, 상기 전동기에 이상이 발생했는지 판정하는 이상 판정부를 가지고, 상기 해석부는 추출된 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값 및 그 때의 전류 실효값을 미리 상기 기억부에 기억함과 아울러, 상기 전동기의 정상 범위를 설정하는 임계값을 추출된 상기 특정 주파수대의 피크값에 대해 설정하고, 상기 임계값을 미리 상기 기억부에 기억하고, 상기 이상 판정부는 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류를 FFT 해석하여 얻어진 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을, 미리 상기 기억부에 기억된 전류 실효값마다의 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값 및 미리 상기 기억부에 기억된 임계값과 비교하여, 상기 전동기의 이상 발생의 유무를 판정하는 것이다.
본 개시의 전동기의 진단 장치에 의하면, 부하의 변동을 받지 않고 전동기의 이상 발생의 판정을 행할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치의 개략 구성 및 설치 상황을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치의 연산 처리부의 구성을 나타내는 도면으로, 전류 해석을 이용한 학습시의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치의 연산 처리부의 구성을 나타내는 도면으로, 전류 해석을 이용한 진단시의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 이용하여 진단을 행하는 절차를 나타내는 순서도이다.
도 4b는 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 이용하여 진단을 행하는 절차를 나타내는 순서도이다.
도 5는 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치의 개략 구성 및 설치 상황을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치의 연산 처리부의 구성을 나타내는 도면으로, 전류 전압 해석의 학습시의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치의 연산 처리부의 구성을 나타내는 도면으로, 전류 전압 해석의 진단시의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 이용하여 진단을 행하는 절차를 나타내는 순서도이다.
도 9b는 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 이용하여 진단을 행하는 절차를 나타내는 순서도이다.
도 10은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 실시 형태에 따른 전동기의 진단 장치의 하드웨어 구성도이다.
이하, 본 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내는 것으로 한다.
실시 형태 1.
이하, 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치의 개략 구성을 및 설치 상황을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치는, 주로 폐쇄 배전반인 컨트롤 센터에서 사용되는 것이다. 도면에 있어서, 전력 계통으로부터 인입된 주회로(1)에는, 배선용 차단기(2), 전자 접촉기(3), 주회로(1)의 부하 전류를 검출하는 계기용 변성기(4) 등이 마련되어 있다. 주회로(1)에는, 부하인 예를 들면 삼상 유도 전동기 등의 전동기(5)가 접속되고, 전동기(5)에 의해 기계 설비(6)가 운전 구동된다. 전동기의 진단 장치(100)는 계기용 변성기(4)에 접속되어, 주회로(1)의 부하 전류를 검출하여 소정의 신호로 변환하는 전류 검출 회로(7), 전류 검출 회로(7)의 출력을 기초로 소정의 연산을 행하는 연산 처리부(10) 등을 구비한다.
기억부(11)는 설정 회로(12) 및 연산 처리부(10)에 접속되어, 연산 처리부(10)와 데이터의 교환을 행한다.
설정 회로(12)는 전원 주파수, 전동기의 정격 출력, 정격 전압, 정격 전류, 극수, 정격 회전 주파수 등을 설정하는 회로이며, 이들 정보를 기억부(11)에 격납한다.
표시부(13)는 연산 처리부(10)에 접속되어, 부하 전류 등의 검출된 물리량 및 연산 처리부(10)가 전동기(5)의 이상을 검출했을 때 이상 상태, 경고 등을 표시한다.
구동 회로(14)는 연산 처리부(10)에 접속되어, 계기용 변성기(4)에 의해 검출된 전류를 기초로 연산 처리부(10)의 출력에 기초하여, 전자 접촉기(3)를 개폐하는 제어 신호를 출력한다.
외부 출력부(15)는 연산 처리부(10)로부터의 출력에 따라, 이상 상태 및 경보를 외부에 출력한다.
외부의 감시 장치(200)는 PC(퍼스널 컴퓨터) 등으로 구성되고, 1개 혹은 복수의 전동기의 진단 장치(100)에 접속되어 있으며, 연산 처리부(10)의 출력을 통신 회로(16)를 통해서 적절히 수신함과 아울러, 전동기의 진단 장치(100)의 동작 상황을 감시한다. 이 외부의 감시 장치(200)와 전동기의 진단 장치(100)의 통신 회로(16)의 접속은, 케이블을 이용해도 되고, 무선에 의한 것이어도 된다. 복수의 전동기의 진단 장치(100)와의 사이에 네트워크를 구성하여 인터넷을 통한 접속이어도 된다.
다음에, 연산 처리부(10)의 구성에 대해 설명한다. 도 2 및 도 3은 연산 처리부(10)의 구성을 나타내는 도면으로, 도 2는 전류 해석을 이용한 학습시의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 전류 해석을 이용한 진단시의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3에 있어서, 연산 처리부(10)는 전류 변환부(20), 상태 판정부(30), 해석부(40), 이상 판정부(50)를 구비하고, 전류 및 특정 주파수가 격납된 전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60), 임계값이 격납된 임계값 기억 장치(61)를 가지는 기억부(11)와 제휴하여 동작한다.
우선, 전류 해석을 이용한 학습시의 신호의 흐름에 대해 도 2를 이용하여 설명한다.
전류 변환부(20)에 있어서, 전류 검출 회로(7)에서 변환된 소정의 전류 신호가 입력되어 실효값 산출부(21)에서 전류 실효값을 산출한다. 산출된 전류 실행값은, 상태 판정부(30)의 안정 상태 판정부(31)에서, 안정 상태인지 여부가 판정된다. 여기서 안정 상태란 어느 일정 시간, 전류 실효값이 일정한 것을 설명한다. 또, 일정 시간은 미리 정해진 시간이다.
전류 실효값이 안정 상태라고 판정되면, 기억부(11)의 전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60)에 그 전류 실효값이 기억됨과 아울러, 해석부(40)의 주파수 해석부(41)에서 전류의 FFT(Fast Fourier Transform) 해석이 행해진다. FFT 해석 결과는 평균화 해석부(42)에서 평균화 처리가 행해진다. 이 평균화 처리에 의해, 노이즈를 저감시킬 수 있다.
측대파 해석부(43)에 있어서, 평균화 처리가 행해진 신호로부터 전원 주파수 근방의 측대파가 추출된다.
다음에, 특정 주파수대 검출부(44)에 있어서, 기계계(machine-related) 이상 기인의 특정 주파수대가 검출된다. 검출되는 기계계 이상 기인의 특정 주파수대는, 예를 들면 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대(회전 주파수대), 회전자 바(rotor bar) 이상 기인의 특정 주파수대, 벨트 회전 주파수 기인의 특정 주파수대 등이다.
그리고, 특정 주파수대의 신호 강도와 그 신호 강도가 산출되었을 때의 전류 실효값이, 기억부(11)의 전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60)에 기억된다. 여기에서는, 전류 실효값마다 특정 주파수대의 신호 강도가 기억된다. 즉, 전류 실효값마다 정상 범위를 결정할 수 있다.
전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60)에 기억된 전류 실효값마다의 특정 주파수대의 신호 강도를 이용하여, 정상 범위 해석부(45)에 있어서, 전류 실효값마다 정상 범위의 분포를 계산한다. 여기에서는, 예를 들면 통계 처리에 의해 표준 편차σ를 계산하고, 3σ을 임계값으로서 결정한다. 정상 범위 해석부(45)에 있어서 정상 범위로 하는 임계값은 기억부(11)의 임계값 기억 장치(61)에 기억된다.
임계값은 3σ로 한정하지 않고, 전류값마다 통계 처리에 의해 임계값을 결정할 수 있다. 또는, 어느 전류값을 기준으로 하여, 그것에 보정 계수를 가함으로써, 임계값으로 할 수도 있다. 예를 들면, 정격 전류일 때의 특정 주파수대의 신호 강도를 기준으로 하여, 정격 전류 이외의 전류시의 특정 주파수대의 신호 강도에 보정을 가한다. 후술하는 진단시에 있어서, 정격 전류일 때에는, 이 기억된 임계값을 그대로 사용하지만, 정격 전류 이외일 때에는, 기억된 임계값에 보정을 가한 값을 임계값으로 설정한다. 정상 범위 해석부(45)에 있어서 정상 범위로 하는 임계값은 기억부(11)의 임계값 기억 장치(61)에 기억된다.
다음에, 전류 해석을 이용한 진단시의 신호의 흐름에 대해서 도 3을 이용하여 설명한다.
학습시와 마찬가지로, 전류 변환부(20)에서는, 전류 검출 회로(7)에서 변환된 소정의 전류 신호가 입력되어 실효값 산출부(21)에서 전류 실효값을 산출한다. 산출된 전류 실행값은, 상태 판정부(30)의 안정 상태 판정부(31)에서, 안정 상태인지 여부가 판정된다.
전류 실효값이 안정 상태라고 판정되면, 해석부(40)의 주파수 해석부(41)에서 전류 FFT 해석이 행해진다. FFT 해석 결과는 평균화 해석부(42)에서 평균화 처리가 행해진다.
측대파 해석부(43)에 있어서, 평균화 처리가 행해진 신호로부터 전원 주파수 근방의 측대파가 추출된다.
다음에, 특정 주파수대 검출부(44)에 있어서, 기계계 이상 기인의 특정 주파수대가 검출된다. 검출되는 기계계 이상 기인의 특정 주파수대는, 예를 들면 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대(회전 주파수대), 회전자 바 이상 기인의 특정 주파수대, 벨트 회전 주파수 기인의 특정 주파수대 등이다.
특정 주파수대 검출부(44)에서 검출된 특정 주파수대는 이상 판정부(50)에 입력된다. 이상 판정부(51)에는, 특정 주파수대 검출부(44)에서 검출된 특정 주파수대, 전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60)에 기억된 전류 실효값마다의 특정 주파수대의 신호 강도, 임계값 기억 장치에 기억된 임계값의 데이터가 입력된다. 이상 판정부(51)에서는, 특정 주파수대 검출부(44)에서 검출된 특정 주파수대의 신호 강도와 전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60)에 기억된 전류 실효값마다의 특정 주파수대의 신호 강도를 비교하여, 검출된 특정 주파수대가 기계계 이상에 기인하는 특정 주파수대인지 여부를 판정함과 아울러, 전류 실효값마다의 임계값을 이용하여 정상 범위인지 여부, 즉 이상 발생의 유무를 판정한다. 판정 결과는 이상 판정부(50)로부터 출력된다.
도 4a 및 도 4b는 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치를 이용하여 진단을 행하는 절차를 나타내는 순서도이다. 여기에서는, 특정 주파수대로서 회전 주파수대를 검출하는 것을 예로 설명한다. 실시 형태 1에 따른 전동기의 진단 장치는 소정의 학습 기간을 거쳐 진단 가능한 진단 기간으로 이행한다.
우선, 학습 기간부터 설명한다.
스텝 S101에 있어서, 전류 파형을 취득한다. 구체적으로는, 계기용 변성기(4)에 접속된 전류 검출 회로(7)에서 주회로(1)의 부하 전류를 검출하여, 소정의 신호로 변환한다.
스텝 S102에 있어서, 실효값 산출부(21)에서 전류 실효값을 산출한다.
스텝 S103에 있어서, 안정 상태 판정부(31)에서 전류 실효값이 안정 상태인지 여부를 판정한다. 안정 상태가 아닌 경우(스텝 S103에서 No), 스텝 S101로 돌아간다. 안정 상태인 경우(스텝 S103에서 Yes), 스텝 S104로 진행하여, 산출된 전류 실효값을 전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60)에 기억한다.
다음에, 스텝 S105에 있어서 주파수 해석부(41)에서 전류 FFT 해석을 실행하고, 해석한 전류 FFT의 결과를 스텝 S106에 있어서 평균화 해석부(42)에서 평균화 처리한다. 이 평균화 처리에 의해 노이즈를 저감시킬 수 있다.
스텝 S107에 있어서, 측대파 해석부(43)에서 평균화 처리된 전류 FFT의 결과로부터 측대파를 추출한다. 스텝 S108에 있어서, 특정 주파수대 검출부(44)에서 추출된 측대파 중에서 회전 주파수대의 피크를 추출하고, 추출된 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값을 스텝 S109에 있어서 전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60)에 기억한다. 전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60)에는, 전류 실효값과 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값이 관계지어져 기억되어 있게 된다(스텝 S110).
이상 스텝 S110까지가, 학습 기간의 플로우이다. 학습 기간 중에는, 스텝 S101에서부터 스텝 S110을 반복한다(스텝 S111에서 No). 복수 회 반복하고 학습 기간을 종료하면(스텝 S111에서 Yes), 진단 기간이 된다.
진단 기간에서는, 우선 스텝 S112에 있어서, 전류 파형을 취득한다. 학습 기간과 마찬가지로, 계기용 변성기(4)에 접속된 전류 검출 회로(7)에서 주회로(1)의 부하 전류를 검출하여, 소정의 신호로 변환한다.
스텝 S113에 있어서, 실효값 산출부(21)에서 전류 실효값을 산출한다.
스텝 S114에 있어서, 안정 상태 판정부(31)에서 전류 실효값이 안정 상태인지 여부가 판정한다. 전류 실효값이 안정 상태가 아닌 경우에는, 스텝 S112로 돌아가, 전류 파형을 취득한다(스텝 S112에서 No). 전류 실효값이 안정 상태인 경우에는, 스텝 S115로 진행하여, 주파수 해석부(41)에서 전류 FFT 해석을 실행한다.
다음에, 스텝 S116에 있어서, 평균화 해석부(42)에서 전류 FFT의 해석 결과를 평균화 처리한다. 이 평균화 처리에 의해 노이즈를 저감시킬 수 있다.
스텝 S117에 있어서, 측대파 해석부(43)에서 평균화 처리된 전류 FFT의 해석 결과로부터 측대파를 추출한다.
스텝 S118에 있어서, 특정 주파수대 검출부(44)에서 추출된 측대파 중에서 회전 주파수대의 피크를 추출한다.
스텝 S119에 있어서, 이상 판정부(51)에서는 추출된 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값과 전류 및 특정 주파수대 기억 장치(60)에 기억되어 있는 전류 실효값에 관계지어진 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값을 비교하여, 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대인지 여부를 판정한다. 또한, 임계값 기억 장치(61)에 기억되어 있는 임계값 데이터를 기초로, 정상 범위 내인지 여부, 즉 이상 발생의 유무를 판정한다(스텝 S120).
스텝 S120에서 이상 발생으로 판정되었을 경우에는, 이상 판정부(50) 내에 구비하는 경보기(도시하지 않음) 혹은, 연산 처리부(10)의 결과 출력을 받아, 외부 출력부(15) 및 표시부(13)를 이용하여 경보를 출력한다(스텝 S121). 또, 경보 출력은 연산 처리부(10)의 결과 출력으로서 통신 회로(16)를 통해서 감시 장치(200)에 통지하도록 해도 된다.
도 5는 본 실시 형태 1에 의한 효과를 설명하기 위한 도면으로, 부하 변동시의 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값의 변화를 나타내고 있다. 전류 부하율이 a%에 있어서는, 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값은 측대파의 피크보다도 작지만, 전류 부하율이 b%에 있어서는, 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값은 측대파의 피크보다도 크다. 그 때문에, 측대파를 검출하는 것이 곤란했지만, 본 실시 형태에 있어서는, 전류 실효값마다 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 미리 학습하여 기억시켜 두므로, 부하의 변동이 생겨도 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출할 수 있다. 또, 부하의 변동이 생겨도 전류 실효값마다 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출할 수 있기 때문에, 부하의 변동이 생겨도 전류 FFT의 해석에 의해 측대파의 검출도 할 수 있게 된다.
전류 부하율이 a%, b%인 예에 대해 나타냈지만, 전류 부하율의 학습은 일정 구간, 예를 들면 0에서부터 5% 미만, 5% 이상 10% 미만, ···의 5% 구간마다로 해도 된다.
상술에서는, 기계계 이상 기인의 특정 주파수대로서, 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출하여 이상 검출하는 예를 나타냈지만, 회전자 바 이상 기인의 특정 주파수대, 벨트 회전 주파수 기인의 특정 주파수대 등 다른 특정 주파수대의 신호 강도로부터 신호 강도의 피크값을 추출하여, 이상 검출함으로써, 이상 원인을 탐색하는 것도 가능해진다.
이상과 같이 실시 형태 1에 의하면, 전류 실효값마다 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 미리 학습하여 기억시켜 두므로, 부하의 변동이 생겨도 고정밀하게 이상의 검지가 가능해진다. 부하의 변동이 생기면 전류 실효값도 변동하지만, 본 실시 형태에서는 전류 실효값마다 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 가지고, 그 정상 범위의 임계값을 함께 기억시키고 있으므로, 부하 변동의 영향을 받지 않고 이상 발생의 판정을 행할 수 있다.
실시 형태 2.
이하, 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.
도 6은 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치의 개략 구성 및 설치 상황을 나타내는 도면이다. 실시 형태 1과 마찬가지로, 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치는, 주로 폐쇄 배전반인 컨트롤 센터에서 사용되는 것이다. 도 6에 있어서, 실시 형태 1의 도 1과 상이한 것은, 주회로(1)에 주회로(1)의 전압을 검출하는 계기용 변압기(8)가 더 마련되고, 계기용 변압기(8)에 접속된 전압 검출 회로(9)가 주회로(1)의 전압을 검출하고 소정의 신호로 변환하여, 연산 처리부(10)에 출력하는 것이다. 그 외의 구성은 실시 형태 1과 같다.
다음에, 연산 처리부(10)의 구성에 대해 설명한다.
도 7 및 도 8은 연산 처리부(10)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 7은 전류 전압 해석을 이용한 학습시의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 전류 전압 해석을 이용한 진단시의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8에 있어서, 연산 처리부(10)는 토크 변환부(22), 상태 판정부(30), 해석부(40), 이상 판정부(50)를 구비하고, 토크 및 특정 주파수가 격납된 토크 및 특정 주파수대 기억 장치(62), 임계값이 격납된 임계값 기억 장치(61)를 가지는 기억부(11)와 제휴하여 동작한다.
우선, 전류 전압 해석을 이용한 학습시의 신호의 흐름에 대해 도 7을 이용하여 설명한다.
토크 변환부(22)에 있어서, 전류 검출 회로(7)에서 변환된 소정의 전류 신호 및 전압 검출 회로(9)에서 변환된 소정의 전압 신호가 입력되고, 토크 산출부(23)에서 토크를 산출한다. 산출된 토크값은 상태 판정부(30)의 안정 상태 판정부(32)에서, 안정 상태인지 여부가 판정된다. 여기서, 안정 상태란 어느 일정 시간, 토크값이 일정한 것을 말한다. 또, 일정 시간은 미리 정해진 시간이다.
토크값이 안정 상태라고 판정되면, 기억부(11)의 토크 및 특정 주파수대 기억 장치(62)에 그 토크값이 기억됨과 아울러, 해석부(40)의 주파수 해석부(41)에서 전류의 FFT 해석이 행해진다. FFT 해석 결과는 평균화 해석부(42)에서 평균화 처리가 행해진다. 이 평균화 처리에 의해, 노이즈를 저감시킬 수 있다.
측대파 해석부(43)에 있어서, 평균화 처리가 행해진 신호로부터 전원 주파수 근방의 측대파가 추출된다.
다음에, 특정 주파수대 검출부(44)에 있어서, 기계계 이상 기인의 특정 주파수대가 검출된다. 검출되는 기계계 이상 기인의 특정 주파수대는, 예를 들면 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대(회전 주파수대), 회전자 바 이상 기인의 특정 주파수대, 벨트 회전 주파수 기인의 특정 주파수대 등이다.
그리고, 특정 주파수대의 신호 강도와 그 신호 강도가 검출되었을 때의 토크 효값이, 기억부(11)의 토크 및 특정 주파수대 기억 장치(62)에 기억된다. 여기에서는, 토크값마다 특정 주파수대의 신호 강도가 기억된다. 즉, 토크값마다 정상 범위를 결정할 수 있다.
토크 및 특정 주파수대 기억 장치(62)에 기억된 토크마다의 특정 주파수대의 신호 강도를 이용하여, 정상 범위 해석부(45)에 있어서, 토크마다 정상 범위의 분포를 계산한다. 여기에서는, 예를 들면 통계 처리에 의해 표준 편차 σ를 계산하고, 3σ을 임계값으로서 결정한다. 정상 범위 해석부(45)에 있어서 정상 범위로 하는 임계값은 기억부(11)의 임계값 기억 장치(61)에 기억된다.
임계값은 3σ로 한정하지 않고, 토크값마다 통계 처리에 의해 임계값을 결정할 수 있다. 또는, 어느 토크값을 기준으로 하여, 그것에 보정 계수를 가함으로써, 임계값으로 할 수도 있다. 예를 들면, 정격 토크시의 특정 주파수대의 신호 강도를 기준으로 하고, 정격 토크 이외의 토크시의 특정 주파수대의 신호 강도에 보정을 가한다. 후술하는 진단시에 있어서, 정격 토크시에는, 이 기억된 임계값을 그대로 사용하지만, 정격 토크 이외일 때에는, 기억된 임계값에 보정을 가한 값을 임계값으로 설정한다. 정상 범위 해석부(45)에 있어서 정상 범위로 하는 임계값은 기억부(11)의 임계값 기억 장치(61)에 기억된다.
다음에, 전류 전압 해석을 이용한 진단시의 신호의 흐름에 대해 도 8을 이용하여 설명한다.
학습시와 마찬가지로, 토크 변환부(22)에 있어서, 전류 검출 회로(7)에서 변환된 소정의 전류 신호 및 전압 검출 회로(9)에서 변환된 소정의 전압 신호가 입력되어, 토크 산출부(23)에서 토크를 산출한다. 산출된 토크값은 상태 판정부(30)의 안정 상태 판정부(32)에서, 안정 상태인지 여부가 판정된다.
토크값이 안정 상태라고 판정되면, 해석부(40)의 주파수 해석부(41)에서 전류의 FFT 해석이 행해진다. FFT 해석 결과는 평균화 해석부(42)에서 평균화 처리가 행해진다.
측대파 해석부(43)에 있어서, 평균화 처리가 행해진 신호로부터 전원 주파수 근방의 측대파가 추출된다.
다음에, 특정 주파수대 검출부(44)에 있어서, 기계계 이상 기인의 특정 주파수대가 검출된다. 검출되는 기계계 이상 기인의 특정 주파수대는, 예를 들면 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대(회전 주파수대), 회전자 바 이상 기인의 특정 주파수대, 벨트 회전 주파수 기인의 특정 주파수대 등이다.
특정 주파수대 검출부(44)에서 검출된 특정 주파수대는 이상 판정부(50)에 입력된다. 이상 판정부(51)에는, 특정 주파수대 검출부(44)에서 검출된 특정 주파수대, 토크 및 특정 주파수대 기억 장치(62)에 기억된 토크값마다의 특정 주파수대의 신호 강도, 임계값 기억 장치에 기억된 임계값의 데이터가 입력된다. 이들 데이터를 이용하여, 이상 판정부(51)에서는 토크값마다의 임계값을 이용하여 기계계 이상 기인의 특정 주파수대인지 고정밀하게 비교함으로써, 기계계 이상의 발생 유무를 판정할 수 있다. 판정 결과는 이상 판정부(50)로부터 출력된다.
도 9a 및 도 9b는, 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치를 이용하여 진단을 행하는 절차를 나타내는 순서도이다. 여기에서는, 특정 주파수대로서 회전 주파수대를 검출하는 것을 예로 설명한다. 실시 형태 2에 따른 전동기의 진단 장치는 소정의 학습 기간을 거쳐 진단 가능한 진단 기간으로 이행한다.
우선, 학습 기간부터 설명한다.
스텝 S121에 있어서, 전류 파형 및 전압 파형을 취득한다. 구체적으로는, 계기용 변성기(4)에 접속된 전류 검출 회로(7)에서 주회로(1)의 부하 전류를 검출하여 소정의 신호로 변환하고, 계기용 변압기(8)에 접속된 전압 검출 회로(9)가 주회로(1)의 전압을 검출하여 소정의 신호로 변환한다.
스텝 S122에 있어서, 토크 산출부(23)에서 토크를 산출한다.
스텝 S123에 있어서, 안정 상태 판정부(32)에서 토크값이 안정 상태인지 여부를 판정한다. 안정 상태가 아닌 경우(스텝 S123에서 No), 스텝 S121로 돌아간다. 안정 상태인 경우(스텝 S123에서 Yes), 스텝 S124로 진행하여, 산출된 토크값을 토크 및 특정 주파수대 기억 장치(62)에 기억한다.
다음에, 실시 형태 1과 마찬가지로 스텝 S105에 있어서 주파수 해석부(41)에서 전류 FFT 해석을 실행하고, 해석한 전류 FFT의 결과를 스텝 S106에 있어서 평균화 해석부(42)에서 평균화 처리한다. 이 평균화 처리에 의해 노이즈를 저감시킬 수 있다.
스텝 S107에 있어서, 측대파 해석부(43)에서 평균화 처리된 전류 FFT의 결과로부터 측대파를 추출한다. 스텝 S108에 있어서, 특정 주파수대 검출부(44)에서 추출된 측대파 중에서 회전 주파수대의 피크를 추출하고, 추출된 회전 주파수대의 피크값을 스텝 S125에 있어서 토크 및 특정 주파수대 기억 장치(62)에 기억한다. 토크 및 특정 주파수대 기억 장치(62)에는, 토크값과 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값이 관계지어져 기억되어 있게 된다(스텝 S126).
이상 스텝 S126까지가, 학습 기간의 플로우이다. 학습 기간 중에는, 스텝 S121로부터 스텝 S126을 반복한다(스텝 S111에서 No). 복수 회 반복하고 학습 기간을 종료하면(스텝 S111에서 Yes), 진단 기간이 된다.
진단 기간에서는, 우선 스텝 S127에 있어서, 전류 파형 및 전압 파형을 취득한다. 학습 기간과 마찬가지로, 계기용 변성기(4)에 접속된 전류 검출 회로(7)에서 주회로(1)의 부하 전류를 검출하여 소정의 신호로 변환하고, 계기용 변압기(8)에 접속된 전압 검출 회로(9)가 주회로(1)의 전압을 검출하여 소정의 신호로 변환한다.
스텝 S128에 있어서, 토크 산출부(23)에서 토크를 산출한다.
스텝 S129에 있어서, 안정 상태 판정부(32)에서 토크값이 안정 상태인지 여부를 판정한다. 토크값이 안정 상태가 아닌 경우에는, 스텝 S127로 돌아가, 전류 파형 및 전압 파형을 취득한다(스텝 S129에서 No). 토크값이 안정 상태인 경우에는, 스텝 S115로 진행하여, 주파수 해석부(41)에서 전류 FFT 해석을 실행한다.
다음에, 스텝 S116에 있어서, 평균화 해석부(42)에서 전류 FFT의 해석 결과를 평균화 처리한다. 이 평균화 처리에 의해 노이즈를 저감시킬 수 있다.
스텝 S117에 있어서, 측대파 해석부(43)에서 평균화 처리된 전류 FFT의 해석 결과로부터 측대파를 추출한다.
스텝 S118에 있어서, 특정 주파수대 검출부(44)에서 추출된 측대파 중에서 회전 주파수대의 피크를 추출한다.
스텝 S119에 있어서, 이상 판정부(51)에서 추출된 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값과 토크 및 특정 주파수대 기억 장치(62)에 기억되어 있는 토크값에 관계지어진 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값을 비교하여, 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대인지 여부를 판정한다. 또한, 임계값 기억 장치(61)에 기억되어 있는 임계값 데이터를 기초로, 정상 범위 내인지 여부, 즉 이상 발생의 유무를 판정한다(스텝 S120).
스텝 S120에서 이상 발생으로 판정되었을 경우에는, 이상 판정부(50) 내에 구비하는 경보기(도시하지 않음) 혹은, 연산 처리부(10)의 결과 출력을 받아, 외부 출력부(15) 및 표시부(13)를 이용하여 경보를 출력한다(스텝 S121). 또, 경보 출력은 연산 처리부(10)의 결과 출력으로서 통신 회로(16)를 통해서 감시 장치(200)에 통지하도록 해도 된다.
도 10은 본 실시 형태 2에 의한 효과를 설명하기 위한 도면으로, 부하 변동시의 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값의 변화를 나타내고 있다. 토크값이 a에 있어서는, 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값은 측대파의 피크보다도 작지만, 토크값이 b에 있어서는, 회전 주파수에 기인하는 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값은 측대파의 피크보다도 크다. 그 때문에, 측대파를 검출하는 것이 곤란했지만, 본 실시 형태에 있어서는, 토크값마다 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 미리 학습하여 기억시켜 두므로, 부하의 변동이 생겨도 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출할 수 있다. 또, 부하의 변동이 생겨도 토크값마다 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출할 수 있기 때문에, 부하의 변동이 생겨도 전류 FFT의 해석에 의해 측대파의 검출도 할 수 있게 된다.
토크값이 a, b인 예에 대해 나타냈지만, 토크값의 학습은 일정 구간, 예를 들면 토크 비율(=토크값/정격 토크값×100)을 0에서부터 5% 미만, 5% 이상 10% 미만, ···의 5% 구간마다로 해도 된다.
상술에서는, 기계계 이상 기인의 특정 주파수대로서, 회전 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출하여 이상 검출하는 예를 나타냈지만, 회전자 바 이상 기인의 특정 주파수대, 벨트 회전 주파수 기인의 특정 주파수대 등 다른 특정 주파수대의 신호 강도로부터 신호 강도의 피크값을 추출하여, 이상 검출함으로써, 이상 원인을 탐색하는 것도 가능해진다.
이상과 같이 실시 형태 2에 의하면, 토크값마다 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 미리 학습하여 기억시켜 두므로, 부하의 변동이 생겨도 고정밀하게 이상의 검지가 가능해진다. 부하의 변동이 생기면 토크값도 변동하지만, 본 실시 형태에서는 토크값마다 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 가지고, 그 정상 범위의 임계값을 함께 기억시키고 있으므로, 부하의 변동을 받지 않고 이상 발생의 판정을 행할 수 있다.
＜실시 형태 2의 변형예＞
또한, 실시 형태 2에서는, 전류 검출 회로(7)에서 검출된 주회로(1)의 부하 전류와 전압 검출 회로(9)에서 검출된 주회로(1)의 전압을 기초로 토크를 산출하여, 이상 판정에 이용했지만, 토크값으로부터 전동기(5)의 부하율을 산출하고, 부하율에 대응시킨 특정 주파수대의 데이터를 학습시킴으로써, 이상 판정을 행하도록 해도 된다.
또, 실시 형태 2에서 산출된 토크값을 이용하여, 토크의 이상 검출을 행하고, 토크에 기인하는 전동기의 이상 판정을 행하는 것도 가능하다. 이하에, 토크 이상 검출에 대해 설명한다.
토크 Te는 전동기(5)의 고정자 전류와 쇄교 자속을 이용하여 다음의 식 (1)과 같이 나타내진다.
[수 1]
Figure pct00001
또, 쇄교 자속은 다음의 식 (2), (3)으로부터 구할 수 있다.
[수 2]
Figure pct00002
토크 산출부(23)에서 구해진 토크값과 식 (1)에서 구해진 토크 Te를 비교함으로써, 토크 이상의 검출을 행할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태 1, 2에 있어서 전동기의 진단 장치(100)는, 하드웨어의 일례를 도 11에 나타내는 것처럼, 프로세서(110)와 기억 장치(120)로 구성된다. 기억 장치는 도시하고 있지 않지만, 랜덤 액세스 메모리 등의 휘발성 기억 장치와, 플래쉬 메모리 등의 불휘발성의 보조 기억 장치를 구비한다. 또, 플래쉬 메모리 대신에 하드 디스크의 보조 기억 장치를 구비해도 된다. 프로세서(110)는 기억 장치(120)로부터 입력된 프로그램을 실행한다. 이 경우, 보조 기억 장치로부터 휘발성 기억 장치를 통해서 프로세서(110)에 프로그램이 입력된다. 또, 프로세서(110)는 연산 결과 등의 데이터를 기억 장치(120)의 휘발성 기억 장치에 출력해도 되고, 휘발성 기억 장치를 통해서 보조 기억 장치에 데이터를 저장해도 된다.
본 개시는 다양한 예시적인 실시 형태 및 실시예가 기재되어 있지만, 1개, 또는 복수의 실시 형태에 기재된 다양한 특징, 양태, 및 기능은 특정 실시 형태의 적용에 한정되는 것이 아니라, 단독으로 또는 다양한 조합으로 실시 형태에 적용 가능하다.
따라서, 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본원 명세서에 개시되는 기술의 범위 내에 있어서 상정된다. 예를 들면, 적어도 1개의 구성 요소를 변형하는 경우, 추가하는 경우 또는 생략하는 경우, 더 나아가서는, 적어도 1개의 구성 요소를 추출하여, 다른 실시 형태의 구성 요소와 조합하는 경우가 포함되는 것으로 한다.
1：주회로 2：배선용 차단기
3：전자 접촉기 4：계기용 변성기
5：전동기 6：기계 설비
7：전류 검출 회로 8：계기용 변압기
9：전압 검출 회로 10：연산 처리부
11：기억부 12：설정 회로
13：표시부 14：구동 회로
15：외부 출력부 16：통신 회로
200：감시 장치 20：전류 변환부
21：실효값 산출부 22：토크 변환부
23：토크 산출부 30：상태 판정부
31, 32：안정 상태 판정부 40：해석부
41：주파수 해석부 42：평균화 해석부
43：측대파 해석부 44：특정 주파수대 검출부
45：정상 범위 해석부 50：이상 판정부
51：이상 판정부
60：전류 및 특정 주파수대 기억 장치
61：임계값 기억 장치
62：토크 및 특정 주파수대 기억 장치
100：전동기의 진단 장치

Claims (5)

  1. 전동기의 전류를 검출하는 전류 검출 회로와, 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류를 연산 처리하여 상기 전동기의 이상을 검출하는 연산 처리부와, 상기 연산 처리부의 연산 결과를 기억하는 기억부를 구비한 전동기의 진단 장치로서,
    상기 연산 처리부는, 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류의 실효값을 산출하는 전류 실효값 산출부와, 산출된 상기 전류 실효값이 안정 상태인지 판정하는 상태 판정부와, 검출된 상기 전류를 FFT 해석하여 측대파로부터 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출하는 해석부와, 상기 전동기에 이상이 발생했는지 판정하는 이상 판정부를 가지고,
    상기 해석부는, 추출된 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값 및 그 때의 전류 실효값을 미리 상기 기억부에 기억함과 아울러, 상기 전동기의 정상 범위를 설정하는 임계값을 추출된 상기 특정 주파수대의 피크값에 대해 설정하고, 상기 임계값을 미리 상기 기억부에 기억하며,
    상기 이상 판정부는, 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류를 FFT 해석하여 얻어진 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을, 미리 상기 기억부에 기억된 전류 실효값마다의 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값 및 미리 상기 기억부에 기억된 임계값과 비교하여, 상기 전동기의 이상 발생의 유무를 판정하는, 전동기의 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산 처리부는, 상기 상태 판정부에서 안정 상태라고 판단된 전류 실효값을 복수 회 취득하고, 상기 해석부에 의해 추출된 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값 및 그 때의 전류 실효값, 상기 임계값을 복수 상기 기억부에 기억시킨 후, 상기 전동기의 진단을 행하도록 한 전동기의 진단 장치.
  3. 전동기의 전류를 검출하는 전류 검출 회로 및 전압을 검출하는 전압 회로와, 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류 및 상기 전압 회로에서 검출된 전압을 연산 처리하여 상기 전동기의 이상을 검출하는 연산 처리부와, 상기 연산 처리부의 연산 결과를 격납하는 기억부를 구비한 전동기의 진단 장치로서,
    상기 연산 처리부는, 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류 및 상기 전압 회로에서 검출된 전압으로부터 토크값을 산출하는 토크 산출부와, 산출된 상기 토크값이 안정 상태인지 판정하는 상태 판정부와, 상기 검출된 전류를 FFT 해석하여 측대파로부터 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을 추출하는 해석부와, 상기 전동기에 이상이 발생했는지 판정하는 이상 판정부를 가지고,
    상기 해석부는, 추출된 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값과 그 때의 토크값을 미리 상기 기억부에 기억함과 아울러, 상기 전동기의 정상 범위를 설정하는 임계값을 추출된 상기 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값에 대해 설정하고, 상기 임계값을 미리 상기 기억부에 기억하며,
    상기 이상 판정부는, 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류를 FFT 해석하여 얻어진 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을, 미리 상기 기억부에 기억된 토크값마다의 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값 및 미리 상기 기억부에 기억된 임계값과 비교하여, 상기 전동기의 이상 발생의 유무를 판정하는, 전동기의 진단 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연산 처리부는, 상기 상태 판정부에서 안정 상태라고 판단된 토크값을 복수 회 취득하고, 상기 해석부에 의해 추출된 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값 및 그 때의 토크값, 상기 임계값을 복수 상기 기억부에 기억시킨 후, 상기 전동기의 진단을 행하도록 한 전동기의 진단 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 토크 산출부에서 산출된 토크값으로부터 상기 전동기의 부하율을 산출하고,
    상기 해석부는, 추출된 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값과 그 때의 부하율을 미리 상기 기억부에 기억함과 아울러, 상기 전동기의 정상 범위를 설정하는 임계값을 추출된 상기 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값에 대해 설정하고, 상기 임계값을 미리 상기 기억부에 기억하며,
    상기 이상 판정부는, 상기 전류 검출 회로에서 검출된 전류를 FFT 해석하여 얻어진 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값을, 미리 상기 기억부에 기억된 부하율마다의 특정 주파수대의 신호 강도의 피크값 및 미리 상기 기억부에 기억된 임계값과 비교하여, 상기 전동기의 이상 발생의 유무를 판정하는, 전동기의 진단 장치.
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