KR20230054455A

KR20230054455A - 기계 상태 모니터링 방법 및 기계 상태 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR20230054455A
Application number: KR1020237010024A
Authority: KR
Inventors: 위르겐 체트너
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2021-08-13
Publication date: 2023-04-24
Also published as: US20230243876A1; EP4154027C0; WO2022043101A1; EP4154027A1; EP3961230A1; EP4154027B1; CN115989418A

Abstract

본 발명은 전기 기계(2)의 상태 모니터링 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 예를 들어 전류 진폭(I(f,t))의 스펙트로그램(100, 101)에서 정의된 주파수 범위((f1, f2), (f3, f4)) 내에서 주파수 위치(f_L, f'_L)가, 이 주파수 위치 (f_L, f'_L)에서 전류 진폭(I(f,t))이 최대가 되도록 그리고 전류 벡터와 전압 벡터 사이의 위상 관계(P_UI(f,t))) 또는 두 전류 벡터 사이의 위상 관계(P_αβ(f,t))가 미리 결정된 간격 내에 놓이도록, 결정되며, 결정된 주파수 위치(f_L, f'_L)는 전기 기계(2)의 상태에 대해 특징적이다.

Description

기계 상태 모니터링 방법 및 기계 상태 모니터링 시스템

본 발명은 전기 기계의 상태를 모니터링하기 위한 방법, 바람직하게는 컴퓨터 구현 방법 및 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 방법을 실행하기 위한 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 코드에 관한 것이다.

전기 기계의 모니터링에서는 한 가지 가능한 상태 모니터링(CM) 도구로서 이른바 전류 신호 분석(Motor Current Signature Analysis, MCSA)이 사용되며, 종래 기술에 잘 공지되어 있다(참조문헌: D. Miljkovic "Brief Review of Motor Current Signature Analysis". CrSNDT Journal. 5. 14-26. (2015); H. W. Penrose, "Practical Motor Current Signature Analysis: Analysis: Taking the Mystery Out of MCSA Taking the Mystery Out of MCSA", ALL-TEST Pro" (2003); C. Kar and A. R. Mohanty, "Monitoring gear vibrations through motor current signature analysis and wavelet transform", Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 20, Issue 1, January 2006, pp. 158-187).

MCSA에서는 예를 들어, 전기 기계의 결함 상태 및/또는 작동 상태를 주파수 범위 내에서 감지하거나 정량화하기 위해 FFT(Fourier Transformation)가 적용된다. 종래의 MCSA는 준정상 상태(quasi-stationary)의 경우, 즉, 명목상 정속(nominally constant speed)의 경우에 적용된다. MCSA의 한 확장형은, 프로세스를 시간 분해 방식으로(in a time-resolved manner) 분석하기 위해 단시간 FFT 또는 웨이블릿(wavelet)을 이용한 분석이다.

상태 모니터링을 수행하기 위해 MCSA의 보완으로 전압의 스펙트럼 성분(MVSA)이 사용될 수 있다(참조문헌: Kumar, K. (2011). "A Review of Voltage and Current Signature Diagnosis in Industrial Drives"); International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS). 1. 10.11591/ijpeds.v1i1.64).

이 접근법으로, 3상 모터의 경우 구동 기술의 3가지 전기 위상(R, S, T)이 검출된다. 측정 수단은 전류(I) 외에 위상의 전압(U)도 측정한다. 측정은 높은 샘플링 주파수로, 그리고 그에 따라 가능한 한 시간 동기적으로 수행된다.

MCSA의 한 가지 과제는 비동기 기계(ASM)의 슬립을 최대한 정확하게 결정하는 것이다. 요컨대 부하 조건이 약간이라도 변하면 ASM은 속도를 조정하여 대응한다. 슬립을 정확하게 결정하는 한 가지 방법은 이른바 PSH(Principal Slot Harmonics)의 주파수를 결정하는 것이다. 이를 위해, 각각의 모터에서 검출된 전류의 하나 이상의 전기적 위상(R,S,T)에서 회전자 봉 수(R), 극쌍 수(p) 및 슬립(s)의 함수(f_PSH = func(R,p,s))인 PSH 주파수(f_PSH)가 평가될 수 있다. 여기서 한 가지 문제는 전력 공급 그리드 주파수(f0)(일반적으로 50Hz 또는 60Hz) 외부의 진폭이 공급 전류의 진폭(A(f0))에 비해 매우 작은 것으로(<1e-2*A(f0)) 표현된다는 점이다. PSH의 주파수 범위에서 검출된 전류 진폭은 매우 작아질 수 있으며, 평가에 필요한 시간 분해능에 따라 슬립 감지를 위해 결정될 진폭 범위 내에 있을 수 있는 노이즈 및 간섭의 영향을 받는다. 따라서 PSH를 사용한 동적 슬립 감지는 간섭에 민감하므로 너무 부정확하다. 간섭은 특히 전력 공급 그리드 내의 여타 부하의 그리드 전압 성분일 수 있다.

그러나 상술한 단점은 PSH에서의 주파수 결정에만 관련된 것은 아니다. 오히려, 편차 또는 결함을 알려주고 상태 모니터링 진단을 가능케 해야 하는 모든 MCSA 주파수 결정에서 유사한 문제가 존재한다. 전류 스펙트럼에서의 MCSA의 선행 기술에서는 회전자 봉 파손, 편심, 베어링 고장, 결합된 기계의 영향과 같은 결함뿐만 아니라 기계의 부하 상태조차도 상기 결함 상태 또는 작동 상태에 할당 가능한 기지의 주파수에서 검출되어야 한다.

예를 들어, 공극의 편심과 같은 특정 결함 상태 또는 작동 상태에 대해 특징적인 주파수에서 진폭이 발견되거나 결정되는 경우, 이는 전기 기계의 앞서 언급한 특정 결함 상태 또는 작동 상태에 기인한다.

MCSA는 신호의 SNR(signal noise ratio)을 개선하기 위해 일정한 비(constant ratios)의 가정 및 장시간(일반적인 측정 시간은 약 30초임)에 걸친 평균을 사용한다. 이 경우, 측정 시간에 걸친 평균 슬립만 결정될 수 있거나, 손상 주파수에서의 관련 진폭의 평균값들로부터 결함 진폭만 결정될 수 있다.

따라서 본 발명의 과제는, 전기 기계에 대한 상태 모니터링 방법 및 상태 모니터링 시스템을 추가로 개선하고 동적 주파수 위치 또는 주파수선(frequency line)의 감지 및 예를 들어 동적 슬립 감지를 가능하게 하는 것으로 볼 수 있다.

상기 과제는 도입부에 언급한 방법으로 본 발명에 따라, 예를 들어 전류 진폭의 (측정을 통해 가정된) 스펙트로그램에서 정의된 주파수 범위 내에서 주파수 위치 또는 주파수선은, 상기 주파수 위치 또는 주파수선에서 전류 진폭이 최대가 되도록 그리고 전류 벡터와 전압 벡터 사이의 위상 관계 또는 두 전류 벡터 사이의 위상 관계가 미리 결정된 간격 내에 놓이도록, 결정됨으로써(또는 (최대 전류 진폭에서) 위상 필터에 의해 위상 관계가 결정됨) 해결되며, 상기 결정된 주파수 위치 또는 주파수선은 전기 기계 상태에 대해 특징적이다.

달리 말하면, 주파수선을 결정할 때 전류 진폭 및 전류와 전압 벡터 사이 또는 두 전류 벡터 사이(주파수에 따라 다름)의 위상 관계가 결정되며, 상기 주파수에서의 전류 진폭이 최대인지 그리고 (동시에) (상기 주파수에서) 전류 벡터와 전압 벡터 사이의 위상 관계 또는 두 전류 벡터 사이의 위상 관계가 미리 결정된 간격 내에 놓이는지가 검사된다. 이 두 가지 조건이 충족되는 것으로 확인되면, 즉, 전류 진폭이 최대이고 전류와 전압 벡터 사이 또는 두 전류 벡터 사이의 위상 관계가 미리 결정된 간격 내에 있는 경우, 두 조건이 긍정인 것으로 확인된 주파수가 결정될 주파수선 또는 주파수 위치의 주파수로 지정된다.

상기 간격은, 주파수 위치(관심 주파수선 = "메인 선")가 바람직하게는 잘 정의된(well-defined) 제1(절대) 위상 위치(예: 60 내지 80°)를 갖는 한편, 간섭선, 예를 들어 측파대 선은 그와 상이한 위상 위치(예: 0 내지 20°)를 갖는 방식으로 미리 결정된다. 따라서 상기 간격은 메인 선(들)과 간섭선들을 구별하기 위해 미리 결정된다. 따라서 "미리 결정된"이라는 말은 메인 선(들)과 간섭선들의 위상 구별 가능성과 관련된다. 달리 말하면, (메인 선 주변의 주파수 대역에서) "미리 결정된" (위상) 간격은 간섭선의 위상 위치와의 구별 가능성이 구현되도록, 바람직하게는 증대되도록, 특히 최대화되도록 선택되어야 한다.

주파수 범위 내에 전기 기계 상태에 대해 특징적인 적어도 하나의 주파수선이 놓여 있거나 놓일 수 있는 방식으로 주파수 범위를 정의하는 것이 유용할 수 있다(주파수선의 가능한 위치는 예를 들어 MCSA 방법을 사용하여 수행됨). 이를 통해, 전기 기계 상태에 대해 특징적인 주파수선에 주파수 범위가 할당될 수 있다.

요약하면, 본 발명에서는, 예를 들어 전류 진폭의 (측정을 통해 가정된) 스펙트로그램에서 정의된 주파수 범위 내에서 주파수 위치 또는 주파수선이 전류 진폭에 따라 그리고 전류 벡터와 전압 벡터 사이의 위상 관계 또는 두 전류 벡터 사이의 위상 관계에 따라 결정된다. 이 경우, 전류 진폭은 최대화되고 위상 관계는 미리 결정된 간격 내에 놓이게 된다. 결정된 주파수 위치 또는 주파수선은 전기 기계 상태에 대해 특징적이다.

이미 설명한 바와 같이, 결정된 주파수 위치 또는 주파수선이 전기 기계의 (특정) 상태에 할당됨에 따라 상기 (특정) 기계 상태에 대해 추론할 수 있게 한다.

일 실시예에서 바람직하게, 복수의 서로 다른, 바람직하게는 중첩되지 않는 미리 결정된 주파수 범위 내에서 각각 하나의 주파수 위치가 결정될 수 있으며, 상이한 주파수 위치 또는 주파수 선은 전기 기계의 상이한 상태에 대해 특징적이다.

일 실시예에서는, 전기 기계가 3상 기계이고 기계의 상태는 결함 상태이거나 작동 상태인 것이 유리할 수 있다.

일 실시예에서, 3상 기계는 비동기 기계이고 주파수 범위는 0과 최대 슬립(breakdown slip) 사이의 슬립 범위, 특히 약 5%와 약 10% 사이의 슬립 범위(5 내지 30KW 비동기 기계의 일반적인 슬립 값)에 의해 결정되는 것이 바람직할 수 있다.

일 실시예에서 바람직하게, 3상 기계는 동기 기계이고 상태는 결함 상태일 수 있다. 이 경우에는 슬립이 없으므로 ASM에서와 같이 부하 평가는 수행되지 않지만 결함 주파수 평가가 수행된다.

일 실시예에서, 위상 관계는 α 전류 벡터와 β 전류 벡터 사이의 위상 관계인 것이 바람직할 수 있다. α,β 전류 벡터는 각각 Clarke 변환 또는 α,β 변환으로부터 도출되는 전류 벡터이다. 이 변환은 통상의 기술자에게 익숙하며, 축(U, V, W, ...)을 갖는 3상 기계에서와 같은 다상 변수를 축(α, β)을 갖는 더 간단한 2축 좌표계로 변환하는 데 사용된다.

일 실시예에서, 미리 결정된 간격은 약 40°와 약 90° 사이, 바람직하게는 약 40°와 약 60° 사이 또는 약 70°와 약 90° 사이, 특히 약 80°와 약 90°의 간격일 수 있다.

일 실시예에서, 위상 관계는 어드미턴스 또는 임피던스로부터, 또는 이에 기초하여, 또는 이를 사용하여 결정될 수 있다.

일 실시예에서 바람직하게는, 전류 진폭이 예를 들어 약 0.1초와 10초 사이, 예를 들어 약 1초 내지 10초 사이, 바람직하게는 약 1초 내지 5초 사이, 특히 1초인 미리 결정된 측정 시간으로 측정될 수 있다.

스펙트로그램을 생성하기 위해, 위에 기술한 대로, 전류 및/또는 전압에 대한 짧은 측정 시간을 선택할 수 있다. 이는 바람직하며, 동적인 작동 상태 평가 및/또는 결함 상태 평가를 가능케 한다. 이 경우, 측정 시간은 약 30초인 일반적인 MCSA의 측정 시간보다 더 짧다.

상기 과제는 또한 도입부에서 언급한 시스템에 의해 본 발명에 따라, 상기 시스템이 컴퓨터 유닛을 포함하고, 이 컴퓨터 유닛이 컴퓨터 프로그램 코드를 가지며, 이 컴퓨터 프로그램 코드는 프로그램 코드가 컴퓨터 유닛에 의해 실행될 때 상기 컴퓨터 유닛이 전술한 방법을 실행하게 하는 명령을 포함함으로써 해결된다.

일 실시예에서, 시스템은 추가로 3상 기계, 특히 동기식 또는 비동기식 기계의 전류 및/또는 전압을 측정하기 위한 측정 유닛을 갖는 것이 유용할 수 있다.

본 발명에 따른 상태 모니터링 방법 및 상태 모니터링 시스템은, 최대 진폭을 갖는 미리 결정된 주파수 범위 내에서 주파수 위치를 더 확실하고 더 정확하게 결정할 수 있게 한다. 이로부터 예를 들어 슬립이 더 확실하게 결정될 수 있고, 그리고/또는 고장을 더 신뢰성 있게 배제할 수 있다. 이는 예를 들어 하중 변화, 1초 간격의 슬립 정보 등의 동적 측정을 가능케 한다.

본 발명은 하기에서 도면에 예시된 실시예를 참고로 더 상세히 설명된다.

도 1은 전기 기계의 상태 모니터링을 위한 컴퓨터 구현 방법의 흐름도이다.
도 2는 스펙트로그램의 일 섹션이다.
도 3은 전류 벡터와 전압 벡터 사이의 위상 관계도이다.
도 4는 도 3의 위상 관계를 고려해서 그리고 고려하지 않고 결정된 위상 위치들을 나타낸 도면이다.
도 5는 α 전류 벡터와 β 전류 벡터 사이의 위상 관계도이다.
도 6은 도 5의 위상 관계를 고려해서 그리고 고려하지 않고 결정된 위상 위치들을 나타낸 도면이다.
도 7은 비동기 모터용 상태 모니터링 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1은 전기 기계의 상태 모니터링을 위한 컴퓨터 구현 방법의 흐름도를 도시하며, 여기서 컴퓨터 구현 방법은 본 발명에 따른 방법에 상응한다.

방법 단계(S1)에서, (측정된 전류값에 기초하여) 전류 진폭의 스펙트로그램(I(f,t))이 생성될 수 있다. 스펙트로그램(100)의 한 예시적인 섹션(약 410Hz와 450Hz 사이의 주파수)이 도 2에 도시되어 있다. 이 섹션은 정의된 주파수 범위(f1, f2), 여기서는 약 410Hz(f1)와 약 450Hz(f2) 사이의 주파수 범위를 보여준다. 3상 기계의 경우, 특히 비동기 기계의 경우 정의된 주파수 범위(f1, f2)는, 예컨대 회전자 봉 파손 주파수와 같이 이전에는 종래 기술에 따른 전류 신호 분석 방법(Motor Current Signature Analysis, MCSA)으로 결정되었던 공지된 손상 주파수 중 하나를 포함할 수 있다.

방법 단계(S2)에서, 예를 들어 전류 벡터와 (이전에 측정된) 전압 벡터(I와 U) 사이의 위상 관계(각도 단위)가 계산된다. 약 350Hz(f1')와 약 450Hz(f2) 사이의 주파수 범위(f1',f2) 내에서 스펙트로그램(100)에 대해 전류 벡터와 전압 벡터 사이의 계산된 위상각(P_UI(f,t))을 도 3에서 볼 수 있다. 위상 관계(P_UI(f,t))는 예를 들어 어드미턴스 또는 임피던스로부터, 또는 이에 기초하여, 또는 이를 사용하여 결정될 수 있다.

스펙트로그램(100) 및/또는 위상 관계를 생성하는 데 이용되는 전류- 및/또는 전압 측정은 미리 결정된 측정 시간으로 수행될 수 있다. 측정당 약 0.1초 내지 10초, 특히 1초의 측정 시간을 갖는 전류- 및/또는 전압 측정이 특히 바람직하다. 이는 동적인 작동 상태 평가 및/또는 결함 상태 평가를 가능케 한다. 이 경우, 측정 시간은, 측정 시간이 약 30초인 일반 전류 신호 분석(MCSA)의 측정 시간보다 더 짧다.

방법 단계(S3)에서는, 정의된 주파수 범위(f1, f2)(스펙트로그램 100 또는 101 참조) 내에서, 주파수 위치(f_L)에서 전류 진폭(I(f,t))이 최대가 되도록 그리고 위상 관계(P_UI(f,t))가 미리 결정된 간격 내에 놓이도록, 주파수 위치(f_L)가 결정된다.

주파수 위치(f_L)는 예를 들어 3상 비동기 기계의 PSH(Principal Slot Harmonics)에 상응할 수 있으며, 이 경우 주파수(f_PSH(7n))는 예를 들어 약 427Hz이다.

PSH 주파수는 회전자 봉 수(R), 극쌍 수(p) 및 슬립(s)의 함수이다(f_PSH = func(R,p,s)). 이제 PSH 주파수가 더 정확하게/더 신뢰성 있게 결정되면, 예를 들어 슬립도 더 정확하게/더 신뢰성 있게 결정될 수 있다.

특히 3상 기계 주파수 범위(f1, f2)는 0과 최대 슬립 사이의 슬립 범위, 특히 약 5%와 약 10% 사이의 슬립 범위에 의해 지정될 수 있다(슬립 범위는 주파수 범위로 환산될 수 있음). 약 5%와 약 10% 사이의 슬립 범위는 약 5KW와 약 30KW 사이의 정격출력을 갖는 비동기 기계에서 일반적인 슬립 값을 포함한다.

달리 말하면, 전류 진폭(I(f,t))을 결정할 때, 예를 들어 전력 공급 그리드 내 다른 부하의 그리드 전압 성분으로 인한 간섭/노이즈의 결과로 발생할 수 있는 교란 전류 신호 진폭과 실제로 검출된 전류를 구별하여 상기 교란 전류 신호 진폭을 배제하기 위해, 위상 필터가 적용된다.

미리 결정된 간격은 예를 들어 약 40°와 약 90° 사이의 각도를 포함할 수 있다. 여기에 도시된, 전류 벡터와 전압 벡터 사이의 위상 관계(P_UI)가 결정되는 방법의 예시(도 2 내지 도 4)에서, 위상 필터는 약 70°와 약 90° 사이, 예를 들어 약 80°와 약 90° 사이의 각도에 대해 설정될 수 있다. 상기 간격은 일반적으로, 이 간격에 포함된 각도가 실제로 검출된 전류 벡터와 전압 벡터 사이에 가능하거나 물리적으로 의미가 있는 위상을 기술하도록 선택되어야 한다.

검출된 전류 진폭과 대략 동일한 크기인 전술한 교란 전류 신호 진폭의 경우, 도 3에 도시된 위상 영상의 위상 관계는 약 20° 내지 30°의 범위 내에 놓임으로써, 교란 전류 신호 진폭이 위상 필터에 의해 필터링된다.

결정된 주파수 위치(f_L)는 전기 기계의 상태에 대해 특징적인 것이거나, 결정된 주파수 위치(f_L)는 전기 기계의 (특정) 상태에 할당된다.

결정된 주파수 위치(f_L)를 기반으로 기계의 상태가 결정된 후, 그에 상응하게 기계가 제어될 수 있다. 예를 들어, 회전자 봉 파손으로 인해 기계 상태가 위험한 것으로 인식되면, 기계가 정지될 수 있다. 기계의 상태가 여전히 용인 가능하지만 위험 상태가 임박한 것으로 인식되면, 예를 들어 상응하는 경고 메시지가 출력될 수 있다.

예를 들어, 3상 기계의 경우 주파수 위치(f_L)는 다음의 결함 상태 중 하나에 할당될 수 있다: 공극 편심, 회전자 봉 파손(비동기 기계의 경우), 베어링 파손/결함, 고정자 권선 결함.

또한, 주파수 위치(f_L)에 3상 기계의 부하 상태가 할당될 수 있다.

도 4는 결정된 주파수 위치(f_L)가 기입된 스펙트로그램(101)을 도시한다. 도 4는 간섭 주파수에 의해 영향을 받는 허용 슬립 범위, 예를 들어 0과 최대 슬립 사이, 바람직하게는 5%와 10% 사이에서 종래의 평가(103)(파선)에 비해 개선된 슬립 감지(102)(십자 표시)를 도시한다. 이러한 개선은 주파수 위치를 결정할 때 전술한 위상 정보를 추가함으로써 달성된다.

도 5는 전술한 방법 단계(S2) 중에 계산될 수 있는 또 다른 가능한 위상 관계(P_αβ(f,t))를 도시한다. 도 5에 도시된 위상각(P_αβ(f,t))은, Clarke 변환을 이용하여 3상 기계의 3개의 상전류(I_U, I_V, I_W)로부터 구할 수 있는 2개의 상전류(I_α와 I_β) 사이의 위상각이다.

위상 관계(P_αβ(f,t))는 예를 들어 약 1140Hz(f3)와 약 1151Hz(f4) 사이의 주파수 범위(f3, f4) 내에서 계산될 수 있다.

주파수 위치(f'_L)는 PSH(7n)에 상응한다. (위상 필터의) 미리 결정된 간격은 예를 들어 약 40°와 약 60° 사이의 각도를 포함한다.

도 6은 결정된 주파수 위치(f'_L)를 도시한다. 나아가 도 6에서는, 예를 들어 기존 측파대(106) 또는 전압 변화에 기인하는 간섭 주파수에 의해 영향을 받는 허용 슬립 범위 내에서의 종래의 평가(105)(파선)와 비교 도시된, 결정된 주파수 위치(f'_L)에 기초하여 결정된 슬립(104)(십자 표시)이 확인된다.

또한, 도 6에서는 결정된 주파수 위치(f'_L)가 부하 상태(L1, L2, L3)에 대한 정보도 제공하고 이를 매우 정확하게 만들 수 있는 점이 확인된다.

전술한 방법은 서로 다른, 바람직하게는 겹치지 않는 복수의 미리 결정된 주파수 범위 내에서 수행될 수 있다. 이 경우, 각각의 주파수 범위 내에서 각각 하나의 주파수 위치가 결정될 수 있으며, 상이한 주파수 위치 또는 주파수 선은 전기 기계의 상이한 상태에 대해 특징적일 수 있다.

도 5와 도 6을 함께 보면 미리 결정된 간격이 어떻게 정확한 주파수 위치를 선택하는 데 사용되는지도 알 수 있다. 상태를 기술하기 위한 주파수 위치(관심 주파수선 = "메인 선")(그의 대략적인 위치는 예를 들어 종래의 MCSA 평가에 기반하여 결정될 수 있음)는 잘 정의된 절대 위상 위치(도 5에서 예를 들어 60 - 80°, 어두운 영역)를 갖는 한편, 간섭선, 예를 들어 측파대 선(도 6에서 명확히 볼 수 있음)은 그와 상이한 위상 위치(도 5에서 0 - 20°, 밝은 영역)를 갖는다.

이로써, "미리 결정된" 위상 간격은 메인 선 주변의 주파수 대역에서, 간섭선의 위상 위치와의 구별 가능성이 구현되도록, 바람직하게는 증대되도록, 특히 최대화되도록 선택될 수 있다.

(위상) 필터는 예를 들어 "Y(f,t) = X(f,t)*위상 필터(f,t)"가 되도록 구현될 수 있으며, P(f,t)가 미리 결정된 간격 바깥에 놓이면, 위상 필터(f,t) = 0이고, 미리 결정된 간격 안에 놓이면 위상 필터(f,t) = 1이다. 이를 통해 진폭의 간섭이 필터링될 수 있고, 이 경우, 방정식 Y(f,t)=X(f,t)는 메인 선의 위상 위치가 있는 곳에 계속 유지된다.

도 7은 예를 들어 3상(U, V, W) 비동기 기계(2)로서 구성된 전기 기계의 상태 모니터링을 위한 시스템(1)을 도시한다. 시스템(1)은 3상 비동기 기계(2)에서의 전류 및/또는 전압을 측정하기 위한 측정 유닛(3) 및 컴퓨터 유닛(4)을 포함한다. 컴퓨터 유닛(4)은 컴퓨터 프로그램(40)을 갖는다. 컴퓨터 프로그램(40)은 컴퓨터 유닛(4)의 컴퓨터 판독 가능한 휘발성 또는 비휘발성 매체에 존재할 수 있다.

컴퓨터 프로그램(40)은 2개의 모듈(41, 42)을 포함할 수 있으며, 제1 모듈(41)은 제1 모듈(41)이 컴퓨터 유닛(4)에 의해 실행될 때 이 컴퓨터 유닛이 예를 들어 푸리에 변환 또는 웨이블릿 변환을 이용하여 기지의 손상 주파수에 대해 스펙트럼 진폭을 평가하게 하는 명령을 포함할 수 있다. 제2 모듈(42)은, 제2 모듈(42)이 컴퓨터 유닛(4)에 의해 실행될 때 이 컴퓨터 유닛이 전술한 방법 단계(S1 내지 S3)에 따라 주파수 위치(f_L, f'_L)를 결정하게 하고, 바람직하게는 비동기 기계(2)의 슬립 및/또는 부하 상태를 결정하게 하는 명령을 포함할 수 있다.

모듈(41, 42) 각각은 컴퓨터 프로그램으로서도 구성될 수 있다. 이 경우, 컴퓨터 프로그램(42)에 상응하는 스펙트로그램(100)을 제공하는 것이 유리할 수 있다.

본 발명이 실시예에 의해 더 상세하게 예시되고 기술되었더라도, 본 발명은 개시된 실시예에 의해 제한되지 않는다. 하기 청구 범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 통상의 기술자에 의해 상기 실시예의 변형이 유도될 수 있다. 특히 방법과 관련하여 기술한 특징들은 시스템에서도 사용하거나 시스템을 완성할 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

Claims

전기 기계(2)의 상태 모니터링을 위한 컴퓨터 구현 방법이며,
정의된 주파수 범위((f1, f2), (f3, f4)) 내에서 주파수 위치(f_L, f'_L)는, 이 주파수 위치 (f_L, f'_L)에서 전류 진폭(I)이 최대가 되도록 그리고 전류 벡터와 전압 벡터 사이의 위상 관계(P_UI) 또는 두 전류 벡터 사이의 위상 관계(P_αβ)가 미리 결정된 간격 내에 놓이도록, 결정되며, 결정된 주파수 위치(f_L, f'_L)는 전기 기계(2)의 상태에 대해 특징적인, 기계 상태 모니터링 방법.
제1항에 있어서, 서로 다른, 바람직하게는 겹치지 않는 복수의 미리 결정된 주파수 범위 내에서 각각 하나의 주파수 위치가 결정되며, 상이한 주파수 위치는 전기 기계의 상이한 상태에 대해 특징적인, 기계 상태 모니터링 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 전기 기계는 3상 기계이고 기계의 상태는 결함 상태이거나 작동 상태인, 기계 상태 모니터링 방법.
제3항에 있어서, 3상 기계는 비동기 기계(2)이고, 주파수 범위는 0과 최대 슬립(breakdown slip) 사이의 슬립 범위, 특히 약 5%와 약 10% 사이의 슬립 범위에 의해 결정되는, 기계 상태 모니터링 방법.
제3항에 있어서, 3상 기계는 동기 기계이고 상태는 결함 상태인, 기계 상태 모니터링 방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 관계는 α 전류 벡터와 β 전류 벡터 사이의 위상 관계(P_αβ)인, 기계 상태 모니터링 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 미리 결정된 간격은 약 40°와 약 90° 사이, 특히 40°와 60° 사이 또는 70°와 90° 사이의 간격인, 기계 상태 모니터링 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 관계(P_UI, P_αβ)는 어드미턴스 또는 임피던스를 사용하여 결정되는, 기계 상태 모니터링 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 진폭은 예를 들어 약 0.1초와 10초 사이, 예를 들어 약 1초 내지 10초 사이, 바람직하게는 약 1초 내지 5초 사이, 특히 1초인 미리 결정된 측정 시간으로 측정되는, 기계 상태 모니터링 방법.
명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 코드이며, 상기 명령은 상기 프로그램 코드(42)가 컴퓨터(4)에 의해 실행될 때 이 컴퓨터가 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하게 하는, 컴퓨터 프로그램 코드.
전기 기계의 상태를 모니터링하기 위한 시스템이며, 이 시스템(1)은 컴퓨터 유닛(4)을 포함하고, 이 컴퓨터 유닛(4)은 제10항에 따른 컴퓨터 프로그램 코드(42)를 갖는, 기계 상태 모니터링 시스템.
제11항에 있어서, 시스템(1)은 추가로 3상 기계의 전류 및/또는 전압을 측정하기 위한 측정 유닛(3)을 갖는, 기계 상태 모니터링 시스템.
제10항에 따른 컴퓨터 프로그램 코드를 전송하는 데이터 캐리어 신호.