TWI776388B - 旋轉機器的診斷裝置、診斷方法及診斷程式 - Google Patents

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Abstract

旋轉機器的診斷裝置，係具備：有效值獲取部，其構成為從包含馬達或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形獲取前述電流之有效值；第1指標獲取部，其構成為獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標；異常判斷部，其構成為根據包含前述第1指標的異常指標與臨界值之比較對前述旋轉機器的異常進行判斷。

Description

旋轉機器的診斷裝置、診斷方法及診斷程式
本揭示關於旋轉機器的診斷裝置、診斷方法及診斷程式。 本申請主張2020年7月31日申請的特願2020-130197號之優先權並將該內容援用在說明書中。
提案有根據旋轉機器的旋轉時測量的電流值來檢測旋轉機器的異常。
例如專利文獻1揭示，根據旋轉機器的旋轉時測定的電流對包含旋轉機器的機器進行診斷的診斷裝置。在該診斷裝置中，係針對從測定的電流獲取的電流有效值之分布狀態與從旋轉機器正常時測定的電流獲取的電流有效值之分布狀態進行比較，來檢測機器之異常。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]專利第6619908號公報
[發明欲解決的課題]
專利文獻1揭示的診斷裝置中，係使用係使用旋轉機器正常時的電流有效值之分布狀態進行診斷，因此在旋轉機器的診斷時，需要事先進行正常時的電流測量。因此在電流之初次測量時無法進行旋轉機器的診斷。
有鑑於上述事情，本發明的至少一實施形態，目的在於提供從電流之初次測量時起可以適當地進行旋轉機器之診斷的旋轉機器的診斷裝置、診斷方法及診斷程式。 [用以解決課題的手段]
本發明的至少一實施形態的旋轉機器的診斷裝置，係具備： 有效值獲取部，其構成為從包含馬達或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形獲取前述電流之有效值； 第1指標獲取部，其構成為獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標；及 異常判斷部，其構成為根據包含前述第1指標的異常指標與臨界值之比較對前述旋轉機器的異常進行判斷。
此外，本發明的至少一實施形態的旋轉機器的診斷方法，係具備： 從包含馬達或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形獲取前述電流之有效值的步驟； 獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標的步驟；及 根據包含前述第1指標的異常指標與臨界值之比較對前述旋轉機器的異常進行判斷的步驟。
此外，本發明的至少一實施形態的旋轉機器的診斷程式， 係使電腦執行以下的順序： 從包含馬達或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形獲取前述電流之有效值的順序； 獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標的順序；及 根據包含前述第1指標的異常指標與臨界值之比較對前述旋轉機器的異常進行判斷的順序。 [發明效果]
根據本發明的至少一實施形態，提供能夠從電流之初次測量時起適當地進行旋轉機器之診斷的旋轉機器的診斷裝置、診斷方法及診斷程式。
以下，參照圖面對本發明的一些實施形態進行說明。但是，作為實施形態記載或圖面中表示的構成元件的尺寸、材質、形狀、及其之相對的配置等，並非用來限定本發明的範圍者，僅是單純的說明例。 (診斷裝置的構成)
圖1係一實施形態的診斷裝置所適用的旋轉機器的概略圖。圖2係一實施形態的診斷裝置之概略圖。一些實施形態的診斷裝置，係對包含馬達或發電機的旋轉機器進行診斷的診斷裝置。
在一些實施形態中，診斷對象之旋轉機器係包含馬達。圖1所示的旋轉機器1，係包含馬達的旋轉機器的一例，且包含：壓縮流體的壓縮機2；驅動壓縮機2的馬達4。壓縮機2係經由馬達4之輸出軸3連接到馬達4。馬達4接受電力供給而被驅動。
馬達4亦可以構成為藉由交流電力進行驅動。在圖1所示的例的實施形態中，來自直流電源6(蓄電池等)之直流電力經由逆變器8轉換為交流電力並供給至馬達4。在另一實施形態中，來自交流電源之交流電力被供給至馬達4亦可。
在一些實施形態中，診斷對象之旋轉機器係包含發電機。這樣的旋轉機器可以包含例如構成為藉由流體驅動的渦輪；及構成為被該渦輪驅動的發電機。發電機構成為可以生成交流電力。
診斷裝置20構成為根據在旋轉機器1之旋轉時由電流測量部10測量到的電流，對旋轉機器1進行診斷。
電流測量部10構成為對供給至包含於旋轉機器1的馬達(例如圖1之馬達4)的電流，或從包含於旋轉機器1的發電機輸出的電流進行測量。電流測量部10構成為對包含於旋轉機器1的馬達或發電機之繞線電流進行測量亦可。
診斷裝置20構成為從電流測量部10接收表示電流測量值的信號。診斷裝置20構成為按照規定之每個取樣週期接收表示來自電流測量部10之電流測量值的信號亦可。此外，診斷裝置20構成為對從電流測量部10接收到的信號進行處理，對旋轉機器1之異常之有無進行判斷。診斷裝置20的診斷結果可以顯示在顯示部40(顯示器等，參照圖2)。
又，作為診斷裝置20的異常判斷之對象的旋轉機器1之異常，係能夠給電流測量部10的電流測量值帶來影響的旋轉機器1之異常。這樣的異常之例，例如可以舉出旋轉機器1中的對準失誤(錯位)、氣蝕、皮帶鬆動、接地故障等。
如圖2所示，一實施形態的診斷裝置20，係包含：電流波形獲取部22；有效值獲取部24；第1指標獲取部26；第2指標獲取部28；異常判斷部30；分割波形獲取部32；濾波器34；及濾波器設定部36。
診斷裝置20包含具備處理器(CPU等)、記憶裝置(記憶體零件，RAM等)，補助記憶部及介面等的計算機。診斷裝置20經由介面從電流測量部10接收顯示電流測量值的信號。處理器構成為對如上所述接收到的信號進行處理。此外，處理器構成為對展開在記憶裝置中的程式進行處理。藉此，來實現上述各功能部(電流波形獲取部22等)之功能。
診斷裝置20中之處理內容係作為程式被安裝而由處理器執行。程式可以記憶在補助記憶部。在程式執行時，彼等之程式被展開在記憶裝置中。處理器從記憶裝置讀出程式，並執行包含於程式中的指令。
電流波形獲取部22構成為，根據從電流測量部10接收到的信號來獲取表示測量電流值之時間變化的電流波形110(參照圖4)。
有效值獲取部24構成為，從電流波形獲取部22獲取的電流波形獲取電流之有效值。又，有效值獲取部24亦可以構成為，針對後述的分割波形獲取部32所獲取的多個分割波形的每一個獲取電流之有效值。
第1指標獲取部26構成為獲取第1指標，該第1指標用於表示由有效值獲取部24獲取的電流之有效值之分布之變化。第2指標獲取部28構成為獲取第2指標，該第2指標用於表示由有效值獲取部24獲取的電流之有效值相對於理論值之乖離。
異常判斷部30，係根據包含上述第1指標及/或第2指標的異常指標與臨界值之比較，對旋轉機器1之異常進行判斷(亦即判斷旋轉機器1有無異常)。
分割波形獲取部32構成為，按照每個預定數量的脈衝來分割由電流波形獲取部22獲取的電流波形110並獲取多個分割波形112(參照圖4)。於此，按照每個預定數量的脈衝分割電流波形而獲得的分割波形112，係從電流波形110中分別切出出現在該電流波形110中的包含預定數量的組合的峰(peak)與谷(trough)之對(峰谷對)的部分(亦即大約預定數量週期部分之波形)者。例如脈衝數1之分割波形112，係從電流波形獲取部22所獲取的電流波形110中分別切出出現在該電流波形中的包含1組峰谷對的部分(亦即大約1週期部分之波形)而獲得的分割波形(參照圖4)。
濾波器34係為了從電流測量部10接收到的信號減低雜訊成分(高頻成分)之濾波器。濾波器設定部36構成為可以變更濾波器34之時間常數等之設定。 (旋轉機器的診斷的流程)
以下，更具體說明一實施形態的旋轉機器的診斷之流程。又，以下說明使用上述診斷裝置20執行一實施形態的旋轉機器的診斷方法的情況，但是在一些實施形態中，亦可以使用其他裝置執行旋轉機器的診斷方法。
圖3係表示一實施形態的旋轉機器的診斷方法的流程圖。如圖3所示，在一實施形態中，首先，使用電流測量部10在旋轉機器1之旋轉時測量電流(S2)。步驟S2中測量的電流可以是供給至馬達的電流、或從發電機輸出的電流。
接著，電流波形獲取部22根據從電流測量部10接收到的信號(表示電流測量值的信號)來獲取表示測量電流值之時間變化的電流波形110(S4)。於此，圖4係表示由一實施形態的電流波形獲取部22(診斷裝置20)獲取的電流波形110之一例的曲線圖。如圖4所示，在步驟S4中獲取的電流波形110為交流電流之波形，其中峰P(peak、正峰值)與谷T(trough、負峰值)交替出現。
接著，由分割波形獲取部32按照每個預定數量的脈衝來分割步驟S4中所獲取的電流波形110，並獲取多個分割波形112(S6)。在步驟S6中，可以針對每一個脈衝分割電流波形110而獲取多個分割波形112(1個脈衝數之分割波形，參照圖4)。在步驟S6中，針對電流波形110，可以藉由在與旋轉機器1之旋轉數有關的每個期間，或與交流電流之週期有關的每個期間，從電流波形110中切出包含於該期間的部分而獲取多個分割波形112。或如後述，根據所把握的零交叉點從電流波形110中分割該電流波形110而獲取多個分割波形112。
在以下之說明中，在步驟S6中說明針對每一個脈衝分割電流波形110而獲取多個分割波形112的情況。又，以下之說明可以適用在針對2個脈衝以上之每個脈衝數量分割電流波形110而獲取分割波形的情況。
接著，針對在步驟S6中獲取的多個分割波形112的每個波形，藉由有效值獲取部24來獲取電流之有效值(S8)。於此，每個分割波形112的電流之有效值Irms 可以根據每個分割波形112的電流測量值I之平方平均(時間平均值)之平方根(均方根(Root mean square))計算出。又，針對預定的每個取樣週期獲取電流測量值的情況下，假設使用每個分割波形112中包含的多個測量點中的電流值It 、及每個分割波形112的開始點至結束點之時間長度T時，分割波形112的電流之有效值Irms 可以用以下的公式(A)表現。
Figure 02_image001
在步驟S8中，可以針對多個分割波形112的每個波形，藉由將分割波形112的電流值除以該分割波形112的振幅A而獲取正規化分割波形(峰值(振幅)為1之分割波形)，並針對該正規化分割波形算出有效值Irms 。
接著，由第1指標獲取部26獲取第1指標J1 (S10)，該第1指標J1 係表示在步驟S8中獲取的多個有效值Irms (亦即多個分割波形112的每一個的有效值Irms )之分布之變化。
接著，異常判斷部30根據在步驟S10中獲取的第1指標J1 來獲取異常指標JAB (S12)。異常指標JAB 係表示旋轉機器1之異常度的指標。接著，異常判斷部30對異常指標JAB 與臨界值進行比較(S14)，當異常指標JAB 為臨界值以上時判斷旋轉機器1有異常(S16)。另一方面，當異常指標JAB 小於臨界值時判斷旋轉機器1無異常(S18)。步驟S16、S18中之判斷結果可以顯示於顯示部40(S20)。
於此，圖5~圖7分別表示旋轉機器1正常時及異常時各別的電流之有效值之概率分布之一例的曲線圖。又，該概率分布係根據分割電流波形獲取的多個分割波形的每一個之有效值而獲取者。在圖5~圖7之曲線中，橫軸表示有效值，縱軸表示概率。圖5~圖7中，曲線100係表示旋轉機器1正常時(未產生異常時)的電流有效值之概率分布，曲線102係表示旋轉機器1中產生異常時之電流有效值之概率分布。虛線104係表示電流之有效值之理論值(正弦波之有效值)Ie 。
根據本發明人之見解，當包含馬達(例如圖1之馬達4)或發電機的旋轉機器1中產生了異常時，在所測量的電流波形110中會產生干擾，從電流波形110獲取的有效值之分布之變化會有變大的情況。例如圖5及圖7所示的例子中，相比旋轉機器1正常時的電流有效值之概率分布之曲線100，旋轉機器1異常時的電流有效值之概率分布之曲線102會朝橫軸方向大幅擴大。亦即，和正常時比較，當旋轉機器1產生異常時從電流波形獲取的有效值之分布之變化會變大
針對這一點，根據上述實施形態，藉由包含第1指標J1 的異常指標JAB 與臨界值之比較可以對旋轉機器1之異常進行判斷，該第1指標J1 係表示測量到的電流之有效值之分布之變化者。因此在旋轉機器1之診斷時，不必要事先對旋轉機器1正常時的電流進行測量。因此，從電流之初次測量時起即可適當地進行旋轉機器1之診斷。
在一實施形態中，在上述步驟S12中，異常判斷部30係獲取包含第1指標J1 (例如多個有效值Irms 之標準偏差σ)的異常指標JAB ，該第1指標J1 係表示多個有效值Irms 之分布之變化者。異常指標JAB 例如可以是多個有效值Irms 之標準偏差σ、或該標準偏差σ之整數倍(例如2σ、3σ等)。
該情況下，在步驟S14中，作為與異常指標JAB 比較的臨界值，可以是根據多個分割波形112的振幅A而確定的臨界值。該臨界值可以根據多個分割波形112的振幅A之平均Amean 、或上述正規化分割波形之振幅A0 (=1)來確定，例如可以是上述振幅A之平均Amean 或振幅A0 之k倍(其中k＞0)之值。
更具體而言，例如，將異常指標JAB 設為電流有效值之2σ(標準偏差σ之2倍)，將臨界值設為0.03×A(或0.03×Amean 、或0.03×A0 )，藉由判斷該異常指標JAB 是否為臨界值以上，來進行步驟S14中之旋轉機器1之異常判斷。
如上所述，當旋轉機器1中產生了異常時，在所測量的電流波形110中會產生干擾，從電流波形110獲取的有效值之分布之變化會有變大的情況。該情況下，旋轉機器1異常時的電流有效值之標準偏差σ，相比旋轉機器1正常時的電流有效值之標準偏差σ會變大(參照圖5及圖7)。又，在圖5~圖7中示出旋轉機器1異常時的電流有效值之標準偏差σ之2倍的大小(2σ)。
針對這一點，根據上述實施形態，根據針對電流有效值之標準偏差σ或其整數倍之值與臨界值進行比較，可以簡單且適當地檢測旋轉機器1之異常。
此外，在步驟S14中使用基於電流波形之振幅而確定的臨界值的情況下，根據該臨界值，可以簡單且適當地檢測旋轉機器的異常。
在一實施形態中，在步驟S10中，除了由第1指標獲取部26獲取上述第1指標J1 以外，亦可以由第2指標獲取部28獲取第2指標J2 。第2指標J2 係表示在步驟S8中獲取的多個有效值Irms 之平均值Irms_mean 與分割波形112的有效值之理論值Ie 之間的乖離的指標。於此，在進行了上述正規化處理的情況下，分割波形112的有效值之理論值Ie 是正規化分割波形之振幅A0 (=1)之正弦波之有效值(亦即A0 ×2-1/2 )。第2指標J2 可以是多個有效值Irms 之平均值Irms_mean 與分割波形112的有效值之理論值Ie 之間的差(Irms_mean -Ie )、或其之絕對值(|Irms_mean -Ie |)。
此外，在步驟S12中，亦可以獲取包含上述第1指標J1 及第2指標J2 的異常指標JAB 。異常指標JAB ，例如可以是第1指標J1 與第2指標J2 的線性和(a×J1 +b×J2 ；其中，a＞0且b＞0)。更具體而言，異常指標JAB ，可以是分割波形112的有效值與理論值Ie 的差之絕對值(|Irms_mean -Ie |)與電流有效值之2σ(標準偏差σ之2倍)之和B(參照圖6及圖7)。接著，在步驟S14~S18中，可以根據這樣獲得的異常指標JAB 與臨界值之比較對旋轉機器1之異常進行判斷。
根據本發明人之見解，當包含馬達(例如圖1之馬達4)或發電機的旋轉機器中產生了異常時，從所測量的電流波形中獲取的有效值之平均值會有變動。例如在圖6及圖7所示的例子中，旋轉機器1異常時的電流有效值(參照曲線102)之平均值Irms_mean 相比旋轉機器1正常時的電流有效值(曲線100)之平均值會變小。
於此，特別是在圖6所示的例子中，在旋轉機器1正常時(參照曲線100)與異常時(參照曲線102)中，在表示有效值之概率分布的曲線上大致具有同一形狀，從電流波形110獲取的有效值之分布之變化(標準偏差σ等)不大。因此使用僅基於表示有效值之分布之變化的第1指標J1 的異常指標JAB 的情況下，有可能無法適當地進行旋轉機器1之異常判斷。
上述實施形態中針對此點，除了上述第1指標J1 以外，亦根據從電流波形獲取的有效值之平均值相對於理論值的解離關係的第2指標J2 對旋轉機器1之異常進行判斷。因此，例如圖6所示的例子這樣地，旋轉機器1產生異常時有效值之分布之變化不大的情況下，亦可以檢測旋轉機器1之異常。因此，能夠更確實地檢測旋轉機器1之異常。
在一些實施形態中，在步驟S6中，分割波形獲取部32可以針對在步驟S4中獲取的電流波形110在多個零交叉點ZP(例如圖4中之ZP0 ~ZP3 )處進行分割並獲取多個分割波形112。於此，零交叉點ZP係指，在電流波形110中，電流通過零且電流之符號朝同一方向(由負向正、或由正向負)變化之點。又，圖4中之零交叉點ZP0 ~ZP3 係電流通過零且電流之符號由負變化為正之點。
圖4所示的電流波形110的情況下，例如可以獲取相鄰的一對零交叉點間(例如ZP0 與ZP1 之間，ZP1 與ZP2 之間等)之部分來作為分割波形112。
對電流波形110進行分割時，雖可以考慮針對每個預定之頻率(與旋轉機器的旋轉數相關的頻率等)進行分割，但是該情況下，取決於測量機器之取樣間隔等，每一週期之取樣數有可能不穩定。上述實施形態中考慮到此點，而在上述零交叉點處對電流波形110進行分割。藉此，可以獲得始點(零交叉點)和終點(亦即零交叉點)中的電流值為零之多個分割波形112。因此，針對這樣獲得的多個分割波形112的每個波形，在步驟S8中可以適當地獲取有效值。
圖8係表示在步驟S4中獲取的電流波形110之一例的圖形。在一實施形態中，如圖8所示在步驟S4中獲取的電流波形110，係以連結按照預定之取樣週期Ts獲取的電流的測量值之曲線表示。在一實施形態中，在步驟S6中，分割波形獲取部32可以藉由符號不同的二個測量值(例如圖8中的測量點PA 、PB 的測量值)之線性插值(Linear interpolation)來界定零交叉點ZP。
在圖8所示的例中，從測量電流之符號為正的測量點PA 的測量時刻ta 至測量電流之符號為負的測量點PB 的測量時刻tb 為止之期間電流值通過零，但是在該期間不包含電流測量值成為零的測量點。該情況下，存在於測量點PA 與PB 之間的零交叉點ZP之時刻tz ，可以根據測量點PA 之時刻ta 及測量電流值Ia 、以及測量點PB 之時刻tb 及測量電流值Ib ，藉由線性插值進行界定。
如上所述，針對每個預定的取樣週期可以獲取離散的測量值來作為電流的測量值。針對這一點，在上述實施形態中，可以藉由針對預定之取樣週期Ts獲取的多個電流測量值之中符號不同的二個測量值(例如PA 與PB )之線性插值來界定零交叉點ZP。因此，即使在離散的多個電流測量值之中不包含電流值為零的測量點的情況下，亦可以適當地進行電流波形110之分割並獲取分割波形112。
在一些實施形態中，在步驟S4中，電流波形獲取部22可以使用濾波器34，從電流測量部10接收到的信號(表示電流測量值的信號)中減低雜訊成分(高頻成分)來獲取電流波形110。在一實施形態中，在步驟S6中，分割波形獲取部32可以從根據濾波器34中處理後的信號獲得的電流波形110來界定零交叉點ZP。
在從包含雜訊的信號獲得的電流波形中，由於雜訊引起的波形干擾，除了原本之(亦即無雜訊的情況下之)零交叉點ZP以外，亦有可能隨機出現電流值成為零的點。上述實施形態中針對此點，係根據經由濾波器34已減低了雜訊成分的信號來界定零交叉點ZP，因此根據這樣界定的零交叉點ZP，能夠更適當地分割電流波形110而獲得分割波形112。
圖9係說明一實施形態的診斷裝置及診斷方法中獲取分割波形的順序的流程圖。
如圖9所示，在一實施形態中，係使用濾波器34從表示步驟S2中測量到的電流測量值的信號減低雜訊而獲取電流波形110(S102、圖3之S4)。接著，界定所獲得的電流波形110中的多個零交叉點ZP(S104)。如上所述，在步驟S104中亦可以使用線性插值之方法。
接著，獲取多個零交叉點ZP之各個零交叉點間所包含的電流測量點數(取樣數)(S106)。此外，獲取各個零交叉點間所包含的電流測量點數之最大值及最小值(S108)。
接著，判斷在步驟S108中獲得的最大值與最小值的差是否在容許範圍內(S110)。上述差在容許範圍外的情況下(S110中為‘否’)，濾波器設定部36增加濾波器34之時間常數(S112)，回至步驟S102。接著，使用設定了新的時間常數的濾波器34重複進行步驟S102~S108。
另一方面，在步驟S110中判斷上述差在容許範圍內的情況下(S110中為‘是’)，根據在最近的步驟S102及S104中獲取的電流波形110及零交叉點ZP來獲取多個分割波形(S114、圖3之S6)。
於此，圖10及圖11中示出在步驟S108中獲得的最大值與最小值的差落在容許範圍外的情況下(步驟S108中為‘否’)之電流波形110之一例的曲線圖。又，圖11係圖10中所示的部分A之擴大圖。
在圖10及圖11所示的電流波形中包含大量雜訊，由於雜訊引起的波形干擾，在原本之零交叉點(按照與旋轉機器1之旋轉數對應的週期應該出現的零交叉點)以外，亦隨機包含多個電流值成為零的點。例如圖11所示，在比較窄的時間範圍之間(曲線圖中之橫軸4.5~5.5之範圍)包含零交叉點zp1~zp4。又，該部分A(參照圖10)之期間，原本的話(基於旋轉機器1之旋轉數的話)是包含一個電流值由負變化為正之點(零交叉點)的期間。假設根據彼等零交叉點zp1~zp4來分割電流波形時，所獲取的分割波形成為週期為隨機的多個波形(例如圖11所示的波形1~波形5等)，而無法獲得適當的分割波形。
在這樣的情況下，零交叉點間之時間長度(圖11中的波形1~波形5之時間長度)之變化較大。因此，包含於各個零交叉點間的電流測量點數(取樣數)之變化亦較大，該取樣數之最大值與最小值的差變大。於此，以使包含於各個零交叉點間的電流測量點數(取樣數)之最大值與最小值的差收斂在容許範圍內的方式，來變更濾波器34之時間常數(步驟S110~S112)，即可縮小包含於各個零交叉點間的電流測量點數(取樣數)之變化。
於此，圖12及圖13係表示步驟S108中獲得的最大值與最小值的差在容許範圍內時的電流波形110之一例的曲線圖。又，圖13為圖12中所示的部分A之擴大圖。比較圖10與圖12、或圖11與圖13可以理解，相比圖10及圖11，圖12及圖13中的電流波形110中的雜訊減少，並且部分A中僅包含1點的零交叉點ZP。亦即表示藉由適當地增加濾波器34之時間常數，可以從電流波形110中僅抽出原本之零交叉點ZP(按照與旋轉機器1之旋轉數對應的週期出現的零交叉點)。藉由根據適當地抽出的多個零交叉點ZP來分割電流波形，可以適當地獲得分割波形。
如上所述，包含雜訊的信號的情況下，除了原本之零交叉點ZP以外亦會隨機出現電流值為零的點。因此在根據這樣明顯的零交叉點zp獲得的多個分割波形中，在始點至終點之長度(分割波形之週期)及取樣數上會有較大的變化。
上述實施形態中針對此點，係藉由濾波器設定部36以多個分割波形(或電流波形110中的一對零交叉點間)所包含的電流的測量值之取樣數之最大值與最小值的差收斂在容許範圍內的方式來增加濾波器34之時間常數。因此，從經由濾波器34之處理獲得的信號可以減少根據零交叉點ZP獲得的多個分割波形112中包含的電流測量值之取樣數之變化(差異)。因此，能夠更適當地分割電流波形110而獲得分割波形。
在一實施形態中，濾波器設定部36可以構成為，重複增加恆定量的時間常數直至多個分割波形(或電流波形110中的一對零交叉點間)所包含的電流的測量值之取樣數的差落在容許範圍內。亦即在一實施形態中，在步驟S112中，可以僅增加恆定量的濾波器34之時間常數。該情況下，濾波器34之時間常數將與步驟S102~S110中的循環數呈比例地增加。
根據上述實施形態，由於重複增加恆定量的時間常數直至多個分割波形(或電流波形中的一對零交叉點間)所包含的電流的測量值之取樣數之最大值與最小值的差落在容許範圍內，因此，從藉由濾波器34中之處理獲得的信號可以確實減少基於零交叉點ZP而獲得的多個分割波形112中包含的電流測量值之取樣數之變化。因此，能夠更適當地分割電流波形110而獲得分割波形112。
上述各實施形態記載的內容，例如可以如下把握。
(1)本發明的至少一實施形態的旋轉機器(1)之診斷裝置(20)，係具備： 有效值獲取部(22)，其構成為從包含馬達(4)或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形(110)獲取前述電流之有效值； 第1指標獲取部(26)，其構成為獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標(J1 )；及 異常判斷部(30)，其構成為根據包含前述第1指標的異常指標(JAB )與臨界值之比較而對前述旋轉機器的異常進行判斷。
根據發明人之見解，當在包含馬達或發電機的旋轉機器中產生了異常時，測量的電流波形中會出現干擾，從電流波形獲取的有效值之變化會有變大的情況。針對這一點，根據上述(1)的構成，根據包含用於表示測量到的電流之有效值之分布之變化的第1指標的異常指標與臨界值之比較可以對旋轉機器的異常進行判斷。因此在旋轉機器的診斷時，不必要事先測量旋轉機器正常時的電流。因此，從電流之初次測量時起可以適當地進行旋轉機器的診斷。
(2)在一些實施形態中，在上述(1)的構成中， 前述臨界值，係根據前述電流波形之振幅而確定的臨界值。
根據上述(2)的構成，由於由於使用根據電流波形之振幅而確定的臨界值，因此根據該臨界值可以簡單且適當地檢測旋轉機器的異常。
(3)在一些實施形態中，在上述(1)或(2)的構成中， 前述第1指標獲取部構成為，獲取前述有效值之標準偏差作為前述第1指標， 前述異常判斷部構成為，當作為前述異常指標之前述第1指標為前述臨界值以上時，判斷述旋轉機器有異常。
根據上述(3)的構成，根據電流有效值之標準偏差與臨界值之比較，可以簡單且適當地檢測旋轉機器的異常。
(4)在一些實施形態中，在上述(1)或(2)的構成中， 前述旋轉機器的診斷裝置，係具備： 第2指標獲取部(28)，其構成為獲取第2指標(J2 )，該第2指標(J2 )係用來表示前述有效值之平均值與理論值之間的乖離， 前述異常判斷部構成為， 根據包含前述第1指標及前述第2指標的前述異常指標與前述臨界值之比較而對前述旋轉機器的異常進行判斷。
根據本發明人之見解，當包含馬達或發電機的旋轉機器中產生了異常時，從所測量的電流波形中獲取的有效值之平均值會有變動。針對這一點，根據上述(4)的構成，除了上述第1指標以外，亦根據表示從電流波形中獲得的有效值之平均值相對於理論值的乖離狀態的第2指標對旋轉機器的異常進行判斷，因此即使在旋轉機器的異常產生時有效值之變化不大的情況下，亦可以檢測旋轉機器的異常。因此，能夠更確實地檢測旋轉機器的異常。
(5)在一些實施形態中，在上述(1)至(4)之任一構成中， 前述旋轉機器的診斷裝置，係具備： 分割波形獲取部(32)，其構成為從前述電流波形獲取預定脈衝數之分割波形(112)， 前述有效值獲取部構成為，針對前述分割波形的每一個獲取前述電流之有效值。
根據上述(5)的構成，由於是從電流測量獲得的電流波形獲取預定脈衝數之分割波形，因此，針對這樣獲得的多個分割波形的每一個來獲取有效值，藉此，可以適當地獲取表示有效值之分布之變化的第1指標。因此，使用這樣獲得的第1指標，可以適當地判斷旋轉機器的異常。
(6)在一些實施形態中，在上述(5)的構成中， 前述分割波形獲取部構成為，在前述電流波形之中，前述電流通過零且前述電流之符號朝同一方向變化之多個零交叉點(ZP)處分割前述電流波形並獲取多個前述分割波形。
在對電流波形進行分割時，可以考慮針對每個預定之頻率(與旋轉機器的旋轉數相關的頻率等)進行分割，但是該情況下，由於測量機器之取樣間隔等，導致每一週期之取樣數有可能不穩定。 針對這一點，根據上述(6)的構成，係在電流波形中電流通過零且電流之符號朝同一方向(由負向正或由正向負)變化之零交叉點處對電流波形進行分割。藉此，可以獲得始點和終點中的電流值成為零之多個分割波形，針對這樣獲得的多個分割波形的每一個可以適當地獲取有效值。
(7)在一些實施形態中，在上述(6)的構成中， 前述電流波形係由連結按照預定之取樣週期獲取的前述電流的測量值的曲線來表示， 前述分割波形獲取部構成為，藉由前述符號不同的二個前述測量值之線性插值對前述零交叉點進行界定。
電流的測量值可以針對每個預定的取樣週期來獲取離散的測量值。而根據上述(7)的構成，由於是藉由針對預定之取樣週期所獲取的多個電流測量值之中符號不同的二個測量值之線性插值來對零交叉點進行界定，因此即使在離散的多個電流測量值之中不包含電流值為零的測量點的情況下，也能夠適當地對電流波形實施分割而獲得分割波形。
(8)在一些實施形態中，在上述(7)的構成中， 旋轉機器的診斷裝置，係具備： 濾波器(34)，其構成為從表示前述電流的信號中減低雜訊成分， 前述分割波形獲取部構成為，根據由前述濾波器處理後的信號對前述零交叉點進行界定。
在包含雜訊的信號中，由於雜訊引起的波形干擾，除了原本之(亦即無雜訊的情況下之)零交叉點以外，亦有可能隨機出現電流值為零的點。針對這一點，根據上述(8)的構成，由於是根據經由濾波器已減低了雜訊成分的信號對零交叉點進行界定，因此根據這樣界定的零交叉點，能夠更適當地分割電流波形並獲得分割波形。
(9)在一些實施形態中，在上述(8)的構成中， 前述旋轉機器的診斷裝置，係具備： 濾波器設定部(36)，其構成為以使多個前述分割波形中分別包含的前述電流的測量值之取樣數之最大值與最小值的差收斂在容許範圍內的方式，增加前述濾波器之時間常數。
如上所述，在包含雜訊的信號的情況下，除了原本之零交叉點以外亦有可能隨機出現電流值為零的點。因此在根據這樣明顯的零交叉點獲得的多個分割波形中，在始點至終點之長度(分割波形之週期)及取樣數上會有較大的變化。針對這一點，根據上述(9)的構成，由於是以使多個分割波形中包含的電流的測量值之取樣數之最大值與最小值的差收斂在容許範圍內的方式來增加濾波器之時間常數，因此根據經由濾波器之處理獲得的信號，可以減少根據零交叉點獲得的多個分割波形中包含的電流測量值之取樣數之變化。因此，能夠更適當地分割電流波形並獲得分割波形。
(10)在一些實施形態中，上述(9)的構成中， 前述濾波器設定部構成為，重複增加恆定量的前述時間常數直至前述差落在前述容許範圍內。
根據上述(10)的構成，由於是重複增加恆定量的時間常數直至多個分割波形中包含的電流的測量值之取樣數之最大值與最小值的差落在容許範圍內，因此根據經由濾波器之處理獲得的信號，可以確實減少根據零交叉點獲得的多個分割波形中包含的電流測量值之取樣數之變化。因此，能夠更適當地分割電流波形並獲得分割波形。
(11)本發明的一實施形態的旋轉機器的診斷方法，係具備： 從包含馬達或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形獲取前述電流之有效值的步驟(S8)； 獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標的步驟(S10)；及 根據包含前述第1指標的異常指標與臨界值之比較對前述旋轉機器的異常進行判斷的步驟(S14~S18)。
根據上述(11)之方法，藉由包含用於表示測量到的電流之有效值之分布之變化的第1指標的異常指標與臨界值之比較，可以對旋轉機器的異常進行判斷。因此在旋轉機器的診斷時，不必要事先測量旋轉機器正常時的電流。因此，從電流之初次測量時起可以適當地進行旋轉機器的診斷。
(12)本發明的一實施形態的旋轉機器的診斷程式， 係使電腦執行以下的順序： 從包含馬達或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形獲取前述電流之有效值的順序； 獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標的順序；及 根據包含前述第1指標的異常指標與臨界值之比較對前述旋轉機器的異常進行判斷的順序。
根據上述(12)之程式，藉由包含用於表示測量到的電流之有效值之分布之變化的第1指標的異常指標與臨界值之比較，可以對旋轉機器的異常進行判斷。因此在旋轉機器的診斷時，不必要事先測量旋轉機器正常時的電流。因此，從電流之初次測量時起可以適當地進行旋轉機器的診斷。
以上，對本發明的實施形態進行說明，但本發明不限定於上述實施形態，本發明亦包含在上述實施形態添加變形的形態或適當地組合彼等形態的形態。
本說明書中，在表示相對的或絕對的配置的表現例如「在某一方向上」、「沿著某一方向」、「平行」、「正交」、「中心」、「同心」或者「同軸」等時，嚴格地講不僅表示這樣的配置，也應表示相對位移的狀態，其公差或角度和距離應達到可以實現相同功能的程度。 例如在表示事物相等的諸如「相同」、「相等」及「均質」等之狀態的表現時，嚴格地講不僅表示相等的狀態，還應表示存在公差或能夠獲得相同功能之程度的差異的狀態。 此外，本說明書中，在表示四角形狀或圓筒形狀等之形狀的表現時，不僅表示幾何學上嚴格意義上的四角形狀或圓筒形狀等之形狀，亦表示在能夠獲得同一效果的範圍內包含凹凸部或倒角部等的形狀。 此外，本說明書中，「具備」、「包含」、或「具有」一個構成要素的表現時，並非排除其他構成要素之存在的排他式表現。
1:旋轉機器 2:壓縮機 3:輸出軸 4:馬達 5:波形 6:直流電源 8:逆變器 10:電流測量部 20:診斷裝置 22:電流波形獲取部 24:有效值獲取部 26:第1指標獲取部 28:第2指標獲取部 30:異常判斷部 32:分割波形獲取部 34:濾波器 36:濾波器設定部 40:顯示部 100:正常時之有效值之概率分布 102:異常時之有效值之概率分布 104:有效值之理論值 110:電流波形 112:分割波形 P:峰 T:谷 ZP:零交叉點
[圖1]一實施形態的診斷裝置所適用的旋轉機器的概略圖。 [圖2]一實施形態的診斷裝置之概略圖。 [圖3]一實施形態的旋轉機器的診斷方法的流程圖。 [圖4]表示藉由一實施形態的診斷裝置獲取的電流波形之一例的曲線圖。 [圖5]表示旋轉機器正常時及異常時各別的電流之有效值之概率分布之一例的曲線圖。 [圖6]表示旋轉機器正常時及異常時各別的電流之有效值之概率分布之一例的曲線圖。 [圖7]表示旋轉機器正常時及異常時各別的電流之有效值之概率分布之一例的曲線圖。 [圖8]表示藉由一實施形態的診斷裝置獲取的電流波形之一例的曲線圖。 [圖9]說明在一實施形態的診斷方法中獲取分割波形的順序的流程圖。 [圖10]表示藉由一實施形態的診斷裝置獲取的電流波形之一例的曲線圖。 [圖11]表示藉由一實施形態的診斷裝置獲取的電流波形之一例的曲線圖。 [圖12]表示藉由一實施形態的診斷裝置獲取的電流波形之一例的曲線圖。 [圖13]表示藉由一實施形態的診斷裝置獲取的電流波形之一例的曲線圖。

Claims (11)

  1. 一種旋轉機器的診斷裝置，係具備：有效值獲取部，其構成為從包含馬達或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形獲取前述電流之有效值；第1指標獲取部，其構成為獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標；及異常判斷部，其構成為根據包含前述第1指標的異常指標與臨界值之比較對前述旋轉機器的異常進行判斷；還具備：第2指標獲取部，其構成為獲取表示前述有效值之平均值與理論值之乖離的第2指標，前述異常判斷部構成為，根據包含前述第1指標及前述第2指標的前述異常指標與前述臨界值之比較而對前述旋轉機器的異常進行判斷。
  2. 如請求項1之旋轉機器的診斷裝置，其中前述臨界值，係根據前述電流波形之振幅而確定的臨界值。
  3. 如請求項1或2之旋轉機器的診斷裝置，其中前述第1指標獲取部構成為，獲取前述有效值之標準偏差作為前述第1指標，前述異常判斷部構成為，當作為前述異常指標之前述第1指標為前述臨界值以上時，判斷述旋轉機器有異常。
  4. 如請求項1或2之旋轉機器的診斷裝置， 其中還具備：分割波形獲取部，其構成為從前述電流波形獲取預定脈衝數之分割波形，前述有效值獲取部構成為，針對前述分割波形的每一個獲取前述電流之有效值。
  5. 如請求項4之旋轉機器的診斷裝置，其中前述分割波形獲取部構成為，在前述電流波形之中，前述電流通過零且前述電流之符號朝同一方向變化的多個零交叉點處分割前述電流波形並獲取多個前述分割波形。
  6. 如請求項5之旋轉機器的診斷裝置，其中前述電流波形係由連結按照預定之取樣週期獲取的前述電流的測量值的曲線來表示，前述分割波形獲取部構成為，藉由前述符號不同的二個前述測量值之線性插值對前述零交叉點進行界定。
  7. 如請求項6之旋轉機器的診斷裝置，其中還具備：濾波器，其構成為從表示前述電流的信號中減低雜訊成分，前述分割波形獲取部構成為，根據經由前述濾波器處理後的信號對前述零交叉點進行界定。
  8. 如請求項7之旋轉機器的診斷裝置，其中還具備：濾波器設定部，其構成為以使多個前述分割波形中分別包含的前述電流的測量值之取樣數之最大值與最小值的差收斂在容許範圍內的方式，增加前述濾波器之時間常數。
  9. 如請求項8之旋轉機器的診斷裝置，其中前述濾波器設定部構成為，重複增加恆定量的前述時間常數直至前述差落在前述容許範圍內。
  10. 一種旋轉機器的診斷方法，係具備：從包含馬達或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形獲取前述電流之有效值的有效值獲取步驟；獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標的第1指標獲取步驟；及根據包含前述第1指標的異常指標與臨界值之比較對前述旋轉機器的異常進行判斷的異常判斷步驟；還具備：獲取表示前述有效值之平均值與理論值之乖離的第2指標的第2指標獲取步驟，前述異常判斷步驟，是根據包含前述第1指標及前述第2指標的前述異常指標與前述臨界值之比較而對前述旋轉機器的異常進行判斷。
  11. 一種記錄有旋轉機器的診斷程式之電腦可讀取的記錄媒體，該旋轉機器的診斷程式係使電腦執行以下的順序：從包含馬達或發電機的旋轉機器的旋轉時測量到的電流之電流波形獲取前述電流之有效值的有效值獲取順序；獲取用於表示前述有效值之分布之變化的第1指標的第1指標獲取順序；根據包含前述第1指標的異常指標與臨界值之比較對 前述旋轉機器的異常進行判斷的異常判斷順序；及獲取表示前述有效值之平均值與理論值之乖離的第2指標的第2指標獲取順序，在前述異常判斷順序中，是根據包含前述第1指標及前述第2指標的前述異常指標與前述臨界值之比較而對前述旋轉機器的異常進行判斷。
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