JP2007014151A - Apparatus for diagnosing electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動機の異常を診断する電動機診断(システム)装置に、関する。 The present invention relates to an electric motor diagnosis (system) device for diagnosing abnormality of an electric motor.
従来、電動機の異常を診断する方法として、三相交流電源より電力の供給を受け運転中の誘導電動機において、この誘導電動機の各相の入力電流及びこの入力電流に含まれる特定の高調波成分の少なくとも一方を検出する信号抽出手段と、この信号抽出手段からの出力信号を変換処理する信号処理手段と、を備え、この信号処理手段により処理された出力が前記誘導電動機の入力電流の不平衡率、及び前記高調波成分の少なくとも一方の特性値であり、この特性値と予め定めた判定基準値との比較により、誘導電動機の異常原因並びに場所を特定可能とした、異常診断方法が、提案されている(例えば特許文献1参照)
上記した従来の電動機の異常診断方法では、実際の電動機の設置場所では、環境が種々雑多であり、例えば入力電流あるいは出力に含まれる高調波成分は、次数が高いと十分な抽出ができず、また抽出されても、それが電動機からのものか、周囲ノイズなのか、十分に判別できず、結果として、精度の良い異常診断ができない、という問題があった。 In the conventional motor abnormality diagnosis method described above, the environment is various in the actual motor installation location.For example, the harmonic component contained in the input current or output cannot be sufficiently extracted if the order is high, Further, even if extracted, it cannot be sufficiently determined whether it is from an electric motor or ambient noise, and as a result, there is a problem that an accurate abnormality diagnosis cannot be performed.
この、発明は、上記問題点に着目してなされたものであって、従来よりも、簡単な構成で、精度良く異常診断が可能な、電動機診断装置を、提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide an electric motor diagnosis apparatus capable of performing an abnormality diagnosis with a simpler configuration and higher accuracy than in the past.
この発明の電動機診断装置は、 多相電動機の各相電流を検出する複数の相電流検出器と、これらの相電流検出器で検出される相電流間の電流比率が所定値以上であるか否かの判定に基づいて、レイアーショートの有無を判定する第1の診断手段と、この多相電動機の軸受部に設ける振動センサと、この振動センサで検出される信号の振動スペクトラムの次数分布を求める手段と、前記振動スペクトラムの所定の周波数におけるレベル成分が所定値以上であるか否かに基づいて軸受け損傷の有無を判定する第2の診断手段とを、備えている。 The motor diagnostic device of the present invention includes a plurality of phase current detectors that detect each phase current of a multiphase motor, and whether or not the current ratio between the phase currents detected by these phase current detectors is equal to or greater than a predetermined value. Based on the determination, the first diagnostic means for determining the presence or absence of the layer short, the vibration sensor provided in the bearing portion of the multiphase motor, and the order distribution of the vibration spectrum of the signal detected by the vibration sensor are obtained. And second diagnostic means for determining the presence or absence of bearing damage based on whether a level component at a predetermined frequency of the vibration spectrum is equal to or greater than a predetermined value.
この発明で使用する振動センサは、例えば、軸受部に、一方端を当接若しくは近接させるピックアップ棒と、このピックアップ棒の他方端に設ける振動板と、この振動板の振動音伝える音響室と、音響室の音声を電気信号に変換するマイクロホンと、からなるものを使用する。 The vibration sensor used in the present invention includes, for example, a pickup rod whose one end abuts or approaches the bearing portion, a vibration plate provided at the other end of the pickup rod, an acoustic chamber for transmitting vibration sound of the vibration plate, A microphone composed of a microphone that converts sound in the acoustic room into an electrical signal is used.
この発明の、電動機診断装置において、さらに、前記電動機内若しくは近傍に温度センサを設け、この温度センサで検出される温度値、あるいは温度上昇度合いと、所定値とを比較することにより、電動機の加熱判定を行う第3の診断手段を備えることが出来る。 In the electric motor diagnosis apparatus of the present invention, a temperature sensor is further provided in or near the electric motor, and the temperature value detected by the temperature sensor or the degree of temperature rise is compared with a predetermined value, thereby heating the electric motor. Third diagnostic means for making a determination can be provided.
この発明によれば、第1の診断手段により、電動機で最もポピュラーな異常であるレイアーショートを判定できるばかりか、振動センサにより電動機の軸受けに発生する振動信号を検出し、その信号の振動スペクトラムを検出し、その高調波部分の含む度合いを求めて、軸受けの磨耗を確実に判定できる。さらに、温度センサによって、総合的な原因で生じる過熱状況をも、判定できる。 According to the present invention, the first diagnostic means can not only determine the layer short-circuit, which is the most popular abnormality in the motor, but also detects the vibration signal generated in the bearing of the motor by the vibration sensor, and calculates the vibration spectrum of the signal. By detecting the degree of inclusion of the harmonic part, the wear of the bearing can be reliably determined. Furthermore, the temperature sensor can also determine overheating conditions caused by a comprehensive cause.
又、振動センサに、軸受部に、一方端を当接させるピックアップ棒と、このピックアップ棒の他方端に設ける振動板と、この振動板の振動音を伝える音響室と、音響室の音声を電気信号に変換するマイクロホンと、からなるものを使用すれば、電動機外部の振動ノイズは、振動センサの振動板に伝わらず、電動機の軸受けからの振動のみを検出する。そのため、外部ノイズと分離して電動機内及び軸受けからの振動の検出で、電動機のみの異常を検出できる。 In addition, a pickup rod whose one end is brought into contact with the bearing to the vibration sensor, a vibration plate provided at the other end of the pickup rod, an acoustic chamber for transmitting the vibration sound of the vibration plate, and the sound of the acoustic chamber are electrically If a microphone composed of a signal and a microphone is used, vibration noise outside the motor is not transmitted to the vibration sensor diaphragm, but only vibration from the motor bearing is detected. Therefore, it is possible to detect an abnormality only in the motor by detecting vibrations in the motor and from the bearing separately from external noise.
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図1は、この発明の一実施形態に係る電動機診断(システム)装置の概略構成を示すブロック図である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electric motor diagnosis (system) apparatus according to an embodiment of the present invention.
この実施形態電動機診断装置は、診断データの取り込み、および診断処理を実行するCPU1と、被診断電動機の3相の各電流を検出するR相電流検出器2R、S相電流検出器2S、T相電流検出器2Tと、これら相電流検出器2R,2S,2Tの信号をディジタル信号に、それぞれ変換してCPU1に入力するA/D変換器5R,5S,5Tと、被診断電動機30の軸受部30AのX軸の振動成分を検出する振動センサ3X、同軸受部のY軸の振動成分を検出する振動センサ3Yと、これら振動センサ3X,3Yの検出信号をディジタル信号に変換してCPU1に入力するA/D変換器5X,5Yと、被診断電動機30の内部、あるいは近傍に設けられる温度センサ4と、この温度センサ4の出力をディジタル信号に、変換してCPU1に入力するA/D変換器5と、電流スペクトラム記憶部6と、振動スペクトラム記憶部7と、表示部8と、を備えている。
This embodiment of the motor diagnostic device includes a
相電流検出器2R,2S,2T、振動センサ3X,3Y及び温度センサ4は、被診断電動機30内に設けている。また、CPU1,A/D変換器5,5R、・・・、5Y、電流スペクトラム記憶部6、振動スペクトラム記憶部7、及び表示部8は、診断装置本体20を構成している。
The phase
振動センサ3X(3Y)は、例えば図3に示すものを使用する。この、振動センサ3Xは、下部ケース10Aと上部ケース10Bからなるケース10と、下部ケース10Aから外部方向に突出状に設けられ、先端が、診断時に電動機30の軸受部30Aに当接されるピックアップ棒11と、このピックアップ棒11の根元端がケース10内で接続される振動板12と、この振動板12の振動をケース10内で伝えるための音響室13と、この音響室13を伝えられた振動板12からの振動を電気信号に変換するマイクロホン14と、このマイクロホン14を診断装置本体20に接続するためのコード線15とを、備えている。
For example, the vibration sensor 3X (3Y) shown in FIG. 3 is used. The vibration sensor 3X is provided with a
この振動センサ3Xは、軸受部30Aに当接されると、軸受部30Aの振動がピックアップ棒11から、振動板12に伝えられ、音響室13を経てマイクロホン14に伝えられ、軸受部30Aの振動を診断装置本体20に取り込むことが出来る。一方、振動センサ3Xの周囲で振動が生じていても、振動板12は、振動しないので、診断装置本体20に取り込まれない。
When the vibration sensor 3X is brought into contact with the bearing portion 30A, the vibration of the bearing portion 30A is transmitted from the pickup rod 11 to the
この実施形態電動機診断装置では、R相電流検出器2R、S相電流検出器2S、T相電流検出器2Tで検出された各相電流を取り込み、電流スペクトラム記憶部6に記憶する。この各相電流のR―S、S−T,T−R間の各相間の電流比率を、CPU1で算出し、その相間電流比率が、予め設定される値より大きいと、レイアーショート有りと判定する機能を有している。
In the electric motor diagnosis apparatus according to this embodiment, each phase current detected by the R-phase
また、この実施形態電動機診断装置では、振動センサ3X,3Yで、検出された軸受部のX軸方向の振動信号,X軸に直交するY軸方向の振動信号を取り込み、基本波から高次の周波数成分を、振動スペクトラム記憶部7に記憶する、この振動スペクトラム6の所定次数以上の高次波成分が予め設定された値より、大きいと軸受け損傷有りと判定する機能を有している。
In the motor diagnostic apparatus of this embodiment, the vibration sensors 3X and 3Y capture the detected vibration signal in the X-axis direction of the bearing portion and the vibration signal in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis, The frequency component is stored in the vibration
また、この実施形態電動機診断装置では、温度センサ4の検出信号を、CPU1に取り込み、この検出温度を予め設定する基準値と、あるいは、検出温度の動作時間の経過に応じた温度上昇度合いを、予め設定した基準温度上昇度合いと比較することにより、電動機30の異常過熱を判定する機能を備えている。
Further, in this embodiment of the motor diagnostic device, the detection signal of the
次に、図2に示すフロー図を参照して、この実施形態電動機診断装置の診断処理動作を説明する。この、診断処理ルーチンに入ると、まず、ステップST1において、相電流検出器2R,2S,2Tにより、被診断電動機30のR相、S相、T相の各電流を検出し、CPU1に取り込む。各相電流は、電流スペクトラム記憶部6に記憶する。次にステップST2へ移行する。
Next, referring to the flowchart shown in FIG. 2, the diagnosis processing operation of the motor diagnosis apparatus of this embodiment will be described. When this diagnostic processing routine is entered, first, in step ST1, the phase
ステップST2においては、相間電流比率を算出する。ここでは、検出した各相電流を基に,R相―S相、S相−T相、T相―R相間の各電流比率を算出する。続いて、ステップST3へ移行する。ステップST3においては、表示部8に、算出した各相間電流比率を表示する。次にステップST4へ移行する。
In step ST2, an interphase current ratio is calculated. Here, each current ratio between the R phase-S phase, the S phase-T phase, and the T phase-R phase is calculated based on the detected phase currents. Subsequently, the process proceeds to step ST3. In step ST3, the calculated inter-phase current ratio is displayed on the
ステップST4においては、上記算出したR相―S相、S相−T相、T相―R相間の各相関電流比率と、予めCPU1の内部メモリに記憶してある基準値K1(例えばK1=3%)と比較する。比較の結果、各相関電流比率が何れも基準値K1よりも大きくない場合は、レイヤーショート等の異常が無いとの判断で、ステップST5へ移行する。一方、各相関電流比率の1つでも基準値K1より大きいものがあると、ステップST10へ移行する。ステップST10においては、表示部8に、レイアーショートが判定された旨の表示を行い、オペ-レータに異常発生の警告を行う。次にステップST5へ移行する。
In step ST4, the calculated correlation current ratios between the R phase-S phase, S phase-T phase, T phase-R phase, and a reference value K1 (for example, K1 = 3) stored in the internal memory of the
ステップST5においては、振動センサ3Xと、振動センサ3Yで、被診断電動機30の軸受部30Aで発生している振動のX成分,Y成分を検出し、CPU1に取り込む。次に、ステップST6へ移行する。ステップST6においては、振動センサSX,3Yからの信号より振動スペクトラムを作成し、振動スペクトラム記憶部7に記憶する。この、振動スペクトラムの一例を図4の(a)に示す。図4の(a)は、検出した振動の基本波成分のレベルを100%で示し、横軸に、基本波から、2次,3次、・・・と高次に向けての次数(周波数)を示し、各周波数におけるレベルを基本波を100とする%割合で示している。続いて、ステップST7へ移行する。
In step ST5, the vibration sensor 3X and the vibration sensor 3Y detect the X component and the Y component of the vibration generated in the bearing portion 30A of the
ステップST7においては、所定周波数(例えば10次の周波数)以上の周波数の成分(レベル)値が基準値K2より大きいか否かを判定する。被診断電動機30の軸受部30Aに磨耗が無く、正常状態であれば、振動スペクトラムは、図4の(a)に例示するように、10次以上の周波数におけるレベル成分は、ほとんどなく、基準値K2よりはるかに、小さい。したがって、この場合は、判定NOでステップST8へ移行する。しかし、軸受部30Aの磨耗が大きい場合は、正常時と比較して振動音異常であり、この場合の振動スペクトラムは、図4の(b)に例示するように、10次以上の周波数のレベル成分がかなり大きく含まれる。これら高次波の周波数のレベル成分が基準値K2より大きい場合は、軸受部30Aに異常が発生しているものと判断し、ステップST11へ移行する。
In step ST7, it is determined whether or not a component (level) value of a frequency equal to or higher than a predetermined frequency (for example, a 10th-order frequency) is greater than a reference value K2. If the bearing 30A of the
ステップST11においては、表示部8に、軸受け損傷が判定された旨の表示を行う。次に、ステップST8へ移行する。ステップST8においては、温度センサ4により被診断電動機30の内部(あるいは近傍)の温度を検出し、CPU1の内部メモリに検出温度を記憶する。そして、ステップST9においては、検出温度と予め記憶してある基準温度K3とを比較する。検出温度が基準温度K3以下であれば異常無しとして、処理を終了する。一方、検出温度が基準温度K3より高い場合は、ステップST12へ、移行する。
In step ST11, the
ステップST12においては、表示部8に、過熱異常が判定された旨の表示を行う。
これにより、オペレータに過熱異常の警告がなされることになる。この、過熱以上の判定は、レイアーショートの判定、軸受け損傷の判定、あるいは、その他の異常と合わせてなされることがあり、上記他の判定の状況と合わせて、異常発生対し早期の対応をとることが出来る。
In step ST12, the
As a result, the operator is warned of overheating abnormality. This overheating determination may be made in conjunction with a layer short determination, a bearing damage determination, or other abnormality, and an early response to the occurrence of the abnormality is taken together with the above other determination conditions. I can do it.
なお、上記実施形態では、過熱判定を、検出温度と基準温度との比較で行っているが、これに代えて電動機の動作開始の温度が動作の経過と共に、どのように変化するか温度上昇度合いを検出し、予め正常時の温度変化を基準温度上昇度合いとして記憶しておき、検出温度の温度上昇度合いを、基準温度上昇度合いと比較して、過熱判定を、行うようにしても良い。 In the above embodiment, the overheat determination is performed by comparing the detected temperature with the reference temperature. Instead, how the temperature at the start of operation of the motor changes as the operation progresses is a temperature rise degree. May be stored in advance as a reference temperature rise degree, and the temperature rise degree of the detected temperature may be compared with the reference temperature rise degree to determine overheating.
また、上記実施形態において、レイアーショート判定、軸受け損傷判定、過熱判定は、順次シリアルに判定処理を実行しているが、これらの処理を同時並行処理で実行してもよいし、あるいは所定の間隔をおいて、または、必要に応じ独立に進行処理してもよい。 Further, in the above embodiment, the layer short determination, the bearing damage determination, and the overheat determination are sequentially performed in serial determination processing. However, these processing may be performed by simultaneous parallel processing or at predetermined intervals. Or may be independently processed as necessary.
1 CPU
2R R相電流検出器
2S S相電流検出器
2T T相電流検出器
3X,3Y 振動センサ
4 温度センサ
5 A/D変換器
5R、5S、5T A/D変換器
5X,5Y A/D変換器
6 電流スペクトラム記憶部
7 振動スペクトラム記憶部
8 表示部
20 診断装置本体
30 被診断電動機
30A 軸受部
1 CPU
2R R phase current detector 2S S phase current detector 2T T phase current detector 3X,
Claims (3)
これらの相電流検出器で検出される相電流間の電流比率が所定値以上であるか否かの判定に基づいて、レイアーショートの有無を判定する第1の診断手段と、
この多相電動機の軸受け部に設ける振動センサと、
この振動センサで検出される信号の振動スペクトラムの次数分布を求める手段と、
前記振動スペクトラムの所定の周波数におけるレベル成分が所定値以上であるか否かに基づいて軸受け損傷の有無を判定する第2の診断手段とを、備えることを特徴とする電動機診断装置。 A plurality of phase current detectors for detecting each phase current of the multiphase motor;
A first diagnostic means for determining the presence or absence of a layer short circuit based on the determination as to whether or not the current ratio between the phase currents detected by these phase current detectors is greater than or equal to a predetermined value;
A vibration sensor provided in the bearing portion of the multiphase motor;
Means for obtaining the order distribution of the vibration spectrum of the signal detected by the vibration sensor;
An electric motor diagnosis apparatus comprising: a second diagnosis unit that determines whether or not a bearing is damaged based on whether or not a level component at a predetermined frequency of the vibration spectrum is a predetermined value or more.
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- 2005-07-01 JP JP2005193300A patent/JP2007014151A/en active Pending
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