JP2017184569A - Method for determining characteristic feature quantity of three-phase induction motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系の稼働時の状態を、三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析から得られる劣化パラメータを用いて診断する際に、劣化パラメータの算出に必要な三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法に関する。 When diagnosing the operating state of a rotating machine system using a three-phase induction motor as a drive source using the deterioration parameter obtained from the analysis of the current signal during operation of the three-phase induction motor, The present invention relates to a method for determining a characteristic feature of a three-phase induction motor necessary for calculation.
従来、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系の状態診断は、回転機械系から発生する振動の時間領域と周波数(振動数)領域の双方でそれぞれ定義される劣化パラメータに注目することにより行なわれている。しかし、遠隔地に存在する回転機械系や、近づくことができない場所に設置された回転機械系の状態診断では、回転機械系の振動を直接計測することができない。そこで、三相誘導電動機の稼働時電流信号を周波数解析して得られる電流スペクトル(スペクトルパターン)から劣化パラメータを決定し、劣化パラメータの変化に注目することにより、回転機械系の状態診断を行っている(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, state diagnosis of a rotary machine system using a three-phase induction motor as a drive source is based on focusing on deterioration parameters defined in both the time domain and frequency (frequency) domain of vibration generated from the rotary machine system. It is done. However, in the state diagnosis of a rotating machine system existing in a remote place or a rotating machine system installed in an inaccessible place, vibrations of the rotating machine system cannot be directly measured. Therefore, the deterioration parameter is determined from the current spectrum (spectrum pattern) obtained by frequency analysis of the operating current signal of the three-phase induction motor, and the state of the rotating machine system is diagnosed by paying attention to the change of the deterioration parameter. (For example, refer nonpatent literature 1).
例えば、極数pの三相誘導電動機の稼働時電流信号の周波数解析から得られる電流スペクトルには、図4に示すように、電源周波数fline(商用電源の周波数)のスペクトルの両側(電源周波数flineのスペクトルを中心として低周波数側と高周波数側)に、ポール通過周波数fppに起因する側帯波が存在することが知られている。そこで、ポール通過周波数fppに起因する側帯波の大きさ(電流パワー値、ピーク高さ、以下同じ)Ipoleに対する電源周波数flineのスペクトルの大きさIlineの相対比Iline/Ipoleを劣化パラメータとして、劣化パラメータの変化から三相誘導電動機の回転子バーに損傷が生じているか否かを判定している。 For example, the current spectrum obtained from the frequency analysis of the operating current signal of the three-phase induction motor having the number of poles p has both sides of the spectrum of the power supply frequency f line (commercial power supply frequency) as shown in FIG. It is known that sidebands caused by the pole passing frequency f pp exist on the low frequency side and the high frequency side centering on the f line spectrum. Therefore, the relative ratio I line / I pole of the spectrum size I line of the power source frequency f line with respect to the magnitude of the sideband wave (current power value, peak height, the same applies hereinafter) I pole caused by the pole passing frequency f pp As the deterioration parameter, it is determined whether or not the rotor bar of the three-phase induction motor is damaged from the change of the deterioration parameter.
ここで、ポール通過周波数fpp、三相誘導電動機の回転子の実回転周波数fr(以後、実回転周波数frとは回転子の実回転周波数frをいう)、三相誘導電動機の同期回転周波数fx、及び三相誘導電動機の極数pの間にはfpp=(fx−fr)pの関係が成立する。また、極数pは三相誘導電動機の仕様で決まり、同期回転周波数fxは、電源周波数fline(商用電源の周波数)と極数pを用いて求めることができる。このため、三相誘導電動機の実回転周波数frを測定することができれば、電流スペクトル中のポール通過周波数fppに起因する側帯波が特定でき、側帯波の正確な大きさが判明して正確な劣化パラメータを求めることができる。しかしながら、三相誘導電動機の実回転周波数frが不明の場合は、推定値(例えば、以前に測定した値や仕様書に記載の値)を用いることになって、正確な劣化パラメータを求めることができず、回転機械系の状態を正しく診断できないという問題が生じる。 Here, the pole pass frequency f pp, three-phase induction motor of the actual rotational frequency f r of the rotor (hereinafter, the actual rotational frequency f r refers to the actual rotational frequency f r of the rotor), the three-phase induction motor synchronization rotation frequency f x, and between the pole p of the three-phase induction motor f pp = (f x -f r ) relationship p is established. Further, determined by the specification of the number of poles p is three-phase induction motor, synchronous rotation frequency f x can be determined using the power frequency f line (commercial power frequency) and the number of poles p. Therefore, if it is possible to measure the actual rotational frequency f r of the three-phase induction motor, can isolate sidebands due to pole passing frequency f pp in current spectrum, precisely it has been found correct size sidebands Can be obtained. However, if the actual rotational frequency f r of the three-phase induction motor is unknown, estimates (e.g., a value according to the value and specifications previously measured) supposed to use, obtaining an accurate deterioration parameter This causes a problem that the state of the rotating machine system cannot be correctly diagnosed.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系の状態を、三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析から得られる劣化パラメータを用いて診断する際に、劣化パラメータの算出に必要な三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and diagnoses the state of a rotary machine system using a three-phase induction motor as a drive source by using deterioration parameters obtained from analysis of current signals during operation of the three-phase induction motor. In this case, an object of the present invention is to provide a method for determining a characteristic feature amount of a three-phase induction motor necessary for calculating a deterioration parameter.
前記目的に沿う本発明に係る三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系の稼働時の状態を診断する際に必要な三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の周波数解析を行う第1工程と、
前記周波数解析から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数スペクトルの側帯波であって、電源周波数flineと前記三相誘導電動機の同期回転周波数fXとの差の値を下限周波数、該下限周波数に0.01〜4Hzの範囲で設定される周波数値を加えた値を上限周波数とする周波数領域Aに存在する最大高さのピークを求めて側帯波SAとし、前記電源周波数flineに前記同期回転周波数fXを加えた値を上限周波数、該上限周波数から0.01〜4Hzの範囲で設定される周波数値を引いた値を下限周波数とする周波数領域Bに存在する最大高さのピークを求めて側帯波SBとする第2工程と、
前記側帯波SA、SBのいずれか一方のピーク位置周波数と前記電源周波数flineの差の絶対値を前記三相誘導電動機の実回転周波数frとする第3工程とを有し、
前記実回転周波数frを第1の固有特徴量とする。
The method for determining the characteristic feature amount of the three-phase induction motor according to the present invention that meets the above-described object is a three-phase induction motor that is necessary for diagnosing the operating state of a rotary machine system that uses a three-phase induction motor as a drive source. A method for determining a characteristic feature of
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a frequency analysis of the operating current signal;
Of the current spectrum obtained from the frequency analysis, a sideband of the power frequency spectrum of the three-phase induction motor, and a value of a difference between the power frequency f line and the synchronous rotation frequency f X of the three-phase induction motor the lower limit frequency, seeking the peak of maximum height the value obtained by adding the frequency value set in the range of 0.01~4Hz the lower limit frequency present in the frequency area a to the upper limit frequency and sidebands S a, In frequency region B, the value obtained by adding the synchronous rotation frequency f X to the power supply frequency f line is the upper limit frequency, and the value obtained by subtracting the frequency value set in the range of 0.01 to 4 Hz from the upper limit frequency is the lower limit frequency. a second step of the sidebands S B seeking the peak of maximum height that is present,
The sideband S A, and a third step of the actual rotational frequency f r of the absolute value the three-phase induction motor of the difference either between one peak position frequency the power supply frequency f line of S B,
The actual rotation frequency fr is set as a first characteristic feature.
本発明に係る三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法においては、回転機械系の稼働時の状態を診断する際に測定する稼働時電流信号から三相誘導電動機の実回転周波数frを決定して三相誘導電動機の第1の固有特徴量とするので、決定された実回転周波数frは診断時の三相誘導電動機の回転状態を正確に反映している。このため、実回転周波数frを用いて回転機械系の稼働時の状態を判定する劣化パラメータを構成すると、劣化パラメータを用いて三相誘導電動機の状態を正確に評価することができ、回転機械系の状態診断の精度向上を図ることが可能になる。
そして、三相誘導電動機の実回転周波数frは、回転機械系の機械的構造と関連する側帯波の生成に関与するため、回転機械系の機械的構造を反映した劣化パラメータを正確に得ることが可能になる。
In the method of determining the specific characteristics of the three-phase induction motor according to the present invention, the actual rotational frequency f r of the three-phase induction motor from operating when the current signal to be measured when diagnosing the condition during operation of the rotating machine system since the decision to the three-phase first specific feature of the induction motor, the actual rotational frequency f r which is determined accurately reflect the state of rotation of the three-phase induction motor at the time of diagnosis. For this reason, if the deterioration parameter for determining the operating state of the rotating machine system is configured using the actual rotational frequency fr , the state of the three-phase induction motor can be accurately evaluated using the deterioration parameter, and the rotating machine It is possible to improve the accuracy of system status diagnosis.
The actual rotational frequency f r of the three-phase induction motor, in order to participate in the generation of sideband associated with the mechanical structure of the rotary mechanical system, to obtain a degradation parameter that reflects the mechanical structure of the rotary mechanical system accurately Is possible.
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の一実施の形態に係る三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系の稼働時の状態を、三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析から得られる劣化パラメータを用いて診断する際に、劣化パラメータの算出に必要な三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法である。以下、詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
The method for determining the characteristic features of a three-phase induction motor according to an embodiment of the present invention is based on the operating state of a rotating machine system using a three-phase induction motor as a drive source. This is a method for determining the characteristic feature of the three-phase induction motor necessary for calculating the deterioration parameter when making a diagnosis using the deterioration parameter obtained from the signal analysis. Details will be described below.
三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法は、三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、稼働時電流信号の周波数解析を行ない、得られた電流スペクトルの値を対数変換する第1工程と、図1に示すように、対数変換された電流スペクトルの中から、三相誘導電動機の電源周波数スペクトルSLの側帯波であって、電源周波数flineと三相誘導電動機の同期回転周波数fXとの差の値を下限周波数、下限周波数に0.01〜4Hzの範囲で設定される周波数値、例えば2Hzを加えた値を上限周波数とする周波数領域Aに存在する最大高さのピークを求めて側帯波SAとし、電源周波数flineに同期回転周波数fXを加えた値を上限周波数、上限周波数から0.01〜4Hzの範囲で設定される周波数値、例えば2Hzを引いた値を下限周波数とする周波数領域Bに存在する最大高さのピークを求めて側帯波SBとする第2工程と、側帯波SA、SBのいずれか一方、例えば、側帯波SA、SBの中でピーク高さの高い方(電流パワー値の大きな方)のピーク位置周波数と電源周波数flineの差の絶対値を三相誘導電動機の実回転周波数frとする第3工程とを有し、実回転周波数frを三相誘導電動機の第1の固有特徴量とする。 The method of determining the characteristic feature of the three-phase induction motor is a first method of measuring the current signal during operation of the three-phase induction motor, performing frequency analysis of the current signal during operation, and logarithmically converting the obtained current spectrum value. process and, as shown in FIG. 1, from the current spectrum to logarithmic transformation, a sideband wave of the power frequency spectrum S L of the three-phase induction motor, synchronous rotation frequency of the power supply frequency f line and the three-phase induction motor value the lower limit frequency of the difference between f X, the frequency value to be set in the range of 0.01~4Hz the lower limit frequency, for example, the maximum height of the peaks present in the frequency area a which the value obtained by adding 2Hz upper limit frequency was a sideband S a seeking, pull power frequency f line in synchronized rotation frequency f X values of the upper limit frequency plus the frequency value set in the range of 0.01~4Hz from the upper limit frequency, for example, a 2Hz A second step of the sidebands S B seeking the peak of maximum height values present in the frequency domain B to the lower limit frequency, sideband S A, either one of the S B, for example, side band S A the third step of the actual rotational frequency f r of the absolute value of the difference between the peak position frequency and supply frequency f line of higher peak height (the larger the current power value) three-phase induction motor in the S B And the actual rotational frequency fr is the first characteristic feature of the three-phase induction motor.
第1工程では、図2に示すように、回転機械系10の電気盤11内の三相誘導電動機12の電動機配線13の中の任意の1相の配線に対して、例えば、非接触のクランプ式電流センサ14を用いてアナログ信号である稼働時電流信号を検出する。なお、電気盤11と回転機械系10が近接している場合は、三相誘導電動機12に接続される電源ケーブル15の中の任意の1相のケーブルに対して、非接触のクランプ式電流センサを用いて稼働時電流信号を検出することもできる。クランプ式電流センサ14で検出した稼働時電流信号をA/D変換器16に入力してデジタル信号に変換し、伝送路17を介して高速フーリエ変換(周波数解析の一例)を行う周波数解析器18に入力する。これによって、稼働時電流信号の電流スペクトルが得られる。
In the first step, as shown in FIG. 2, for example, a non-contact clamp is applied to any one-phase wiring in the
図2に示すように、第2工程は、周波数解析器18から出力される稼働時電流信号の電流スペクトルのスペクトルデータ(周波数と電流パワー値(ピーク高さ)の関係を示すデータ)を第1のデータ処理手段19に入力して、第1のデータ処理手段19により行われる。
第2工程では、先ず、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数スペクトルSLを求める。ここで、電源周波数flineは、三相誘導電動機12に電力を供給する商用電源周波数(東日本では50Hz、西日本では60Hz)となるので、電流スペクトルのスペクトルデータの中から、周波数の値が商用電源周波数に一致するスペクトルデータを求め、得られたスペクトルデータが有する電流パワー値を電源周波数スペクトルSLの電流パワー値とする(以上、処理1)。
As shown in FIG. 2, in the second step, the spectrum data (data indicating the relationship between the frequency and the current power value (peak height)) of the current spectrum of the operating current signal output from the
In the second step, first, from the current spectrum, obtaining a power frequency spectrum S L of the three-
次いで、三相誘導電動機12の同期回転周波数fXは、三相誘導電動機12の極数がpの場合、fX=2fline/pと算出されるので、電流スペクトルの中で、電源周波数flineと三相誘導電動機12の同期回転周波数fXとの差の値fline−fX、即ち、fline−2fline/pを下限周波数、下限周波数に2Hzを加えた値、即ち、fline−2fline/p+2を上限周波数とする周波数領域Aに存在するスペクトルデータの中から、電流パワー値が最大(最大高さのピーク、以下同じ)となるスペクトルデータを抽出する。そして、抽出したスペクトルデータの有する周波数と電流パワー値をそれぞれ側帯波SAの周波数と電流パワー値とする(以上、処理2)。
また、電流スペクトルの中で、電源周波数flineに同期回転周波数fXを加えた値fline+fX、即ち、fline+2fline/pを上限周波数、上限周波数から2Hzを引いた値、即ち、fline+2fline/p−2を下限周波数とする周波数領域Bに存在するスペクトルデータの中から、電流パワー値が最大となるスペクトルデータを抽出する。そして、抽出したスペクトルデータの有する周波数と電流パワー値をそれぞれ側帯波SBの周波数と電流パワー値とする(以上、処理3)。
なお、第1のデータ処理手段19は、例えば、パーソナルコンピュータに、処理1〜3を実行するプログラムを搭載させることにより構成できる。ここで、商用電源周波数、三相誘導電動機12の極数pの値は予め第1のデータ処理手段19に入力しておく。
Then, the synchronized rotation frequency f X of the three-
Further, in the current spectrum, a value f line + f X obtained by adding the synchronous rotation frequency f X to the power supply frequency f line , that is, f line + 2f line / p is an upper limit frequency, and a value obtained by subtracting 2 Hz from the upper limit frequency, that is, Spectral data having the maximum current power value is extracted from the spectral data existing in the frequency region B having a lower limit frequency of f line + 2f line / p−2. Then, the extracted frequency and current power value possessed by the spectral data, respectively the frequency and the current power value of the sideband S B (or more, the process 3).
Note that the first data processing means 19 can be configured, for example, by mounting a program for executing the
図2に示すように、第3工程は、第1のデータ処理手段19から出力される側帯波SAのデータ(側帯波SAの電流パワー値と電流パワー値に対応する周波数fA)と側帯波SBのデータ(側帯波SBの電流パワー値と電流パワー値に対応する周波数fB)を第2のデータ処理手段20に入力して第2のデータ処理手段20により行われる。
第3工程では、側帯波SAの電流パワー値と側帯波SBの電流パワー値を比較して、電流パワー値の大きな側帯波を特定し、特定した側帯波のピーク位置周波数fSmaxを求める。そして、ピーク位置周波数fSmaxと電源周波数flineの差の絶対値|fSmax−fline|を三相誘導電動機12の実回転周波数frとする。例えば、側帯波SAの電流パワー値が側帯波SBの電流パワー値より大きな場合はfr=fline−fA、側帯波SBの電流パワー値が側帯波SAの電流パワー値より大きな場合はfr=fB−flineとする。なお、求めた実回転周波数frは第2のデータ処理手段20より出力される。(処理4)。
ここで、第2のデータ処理手段20は、例えば、パーソナルコンピュータに、処理4を実行するプログラムを搭載させることにより構成できる。
As shown in FIG. 2, in the third step, the data of the sideband wave S A output from the first data processing means 19 (the current power value of the sideband wave S A and the frequency f A corresponding to the current power value) and performed by sidebands S B of the data the second data processing means 20 is input to the second data processing means 20 (sidebands S B of the current power value and current frequency f B corresponding to the power value).
In the third step, the current power value of the sideband wave S A and the current power value of the sideband wave S B are compared to identify a sideband wave having a large current power value, and the peak position frequency f Smax of the identified sideband wave is obtained. . Then, the absolute value of the difference between the peak position frequency f Smax and the power frequency f line | and the three-phase induction actual rotational frequency f r of the
Here, the 2nd data processing means 20 can be comprised by mounting the program which performs the
本実施の形態に係る三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法は、同期回転周波数fXと実回転周波数frとの差をすべり周波数fsとする第4工程と、電流スペクトルの中から、電源周波数スペクトルの側帯波であって、すべり周波数fsと三相誘導電動機12の極数pの積として定義されるポール通過周波数fppに起因して低周波数側及び高周波数側にそれぞれ存在する側帯波SPA(ピーク周波数位置fPA)、側帯波SPB(ピーク周波数位置fPB)を求める第5工程と、側帯波SPAと側帯波SAの間に存在する最大高さのピークを求めて側帯波SLAとし、側帯波SPBと側帯波SBの間に存在する最大高さのピークを求めて側帯波SLBとする第6工程と、側帯波SLA、SLBのいずれか一方、例えば、側帯波SLA、SLBの中でピーク高さの高い方のピーク位置周波数と電源周波数flineの差の絶対値を三相誘導電動機12の回転子バーすべり周波数frsとする第7工程と、回転子バーすべり周波数frsをすべり周波数fsで除して三相誘導電動機12の回転子バー本数hとする第8工程とを更に有し、回転子バー本数hを三相誘導電動機12の第2の固有特徴量とする。
Method for determining specific characteristics of the three-phase induction motor according to the present embodiment, a fourth step of the difference of the slip frequency f s of the synchronous rotary frequency f X and the actual rotational frequency f r, in the current spectrum from a side band of the power frequency spectrum, the slip frequency f s and the three-
図2に示すように、第4工程〜第8工程は、第1工程で得られる(周波数解析器18から出力される)稼働時電流信号の電流スペクトルのスペクトルデータと、第2工程で得られる(第1のデータ処理手段19から取得する)側帯波SLA、SLBのデータ及び三相誘導電動機12の同期回転周波数fXと、第3工程で得られる(第2のデータ処理手段20から取得する)実回転周波数frを第3のデータ処理手段21に入力して第3のデータ処理手段21により行われる。
As shown in FIG. 2, the fourth to eighth steps are obtained in the first step and obtained in the second step, and the spectrum data of the current spectrum of the operating current signal (output from the frequency analyzer 18). The data of the sidebands S LA and S LB (obtained from the first data processing means 19) and the synchronous rotation frequency f X of the three-
第4工程では、第1、第2のデータ処理手段19、20からそれぞれ取得する同期回転周波数fXと実回転周波数frから差fX−frを求めて、すべり周波数fsとする(処理5)。
第5工程では、図3に示すように、すべり周波数fsと三相誘導電動機12の極数pの積として定義されるポール通過周波数fppに起因して、即ち、三相誘導電動機12の電源周波数flineの電流スペクトルピークを中心とし、ポール通過周波数fpp分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波SPA(ピーク周波数位置fPA)、側帯波SPB(ピーク周波数位置fPB)を求め、第6工程では、側帯波SPAと側帯波SAの間に存在する最大高さのピークを求めて(即ち、側帯波SPAと側帯波SAの間に存在するスペクトルデータの中から、電流パワー値が最大となるスペクトルデータを抽出して)、抽出したスペクトルデータの有する周波数と電流パワー値をそれぞれ側帯波SLAのピーク周波数fLAと電流パワー値とし、側帯波SPBと側帯波SBの間に存在する最大高さのピークを求めて(即ち、側帯波SPBと側帯波SBの間に存在するスペクトルデータの中から、電流パワー値が最大となるスペクトルデータを抽出して)、抽出したスペクトルデータの有する周波数と電流パワー値をそれぞれ側帯波SLBのピーク周波数fLBと電流パワー値とする(以上、処理6)。
In the fourth step, first, by obtaining a difference f X -f r from the synchronized rotation frequency f X and the actual rotational frequency f r to get from each of the second data processing means 19 and 20, the slip frequency f s ( Process 5).
In the fifth step, as shown in FIG. 3, due to the pole passing frequency f pp defined as the product of the slip frequency f s and the number of poles p of the three-
第7工程では、側帯波SLA、SLBのいずれか一方、例えば、側帯波SLAの電流パワー値と側帯波SLBの電流パワー値を比較して、電流パワー値の大きな側帯波を特定し、特定した側帯波のピーク位置周波数を求める。そして、求めたピーク位置周波数と電源周波数flineの差の絶対値を三相誘導電動機12の回転子バーすべり周波数frsとする。例えば、側帯波SLAの電流パワー値が側帯波SLBの電流パワー値より大きな場合はfrs=fline−fLA、側帯波SLBの電流パワー値が側帯波SLAの電流パワー値より大きな場合はfrs=fLB−flineとする(処理7)。第8工程では、第7工程で得られた回転子バーすべり周波数frsを、第4工程で得られたすべり周波数fs(=fX−fr)で除した値を求め、求めた値に最も近い整数値を三相誘導電動機12の回転子バー本数hとする(処理8)。
ここで、第3のデータ処理手段21は、例えば、パーソナルコンピュータに、処理5〜8を実行するプログラムを搭載させることにより構成できる。
In the seventh step, whereas one sideband S LA, the S LB, for example, by comparing the current power value of the current power value and sideband S LB sidebands S LA, specifying a large sideband current power value Then, the peak position frequency of the specified sideband is obtained. Then, the absolute value of the difference between the obtained peak position frequency and the power supply frequency f line is set as the rotor bar slip frequency frs of the three-
Here, the 3rd data processing means 21 can be comprised by mounting the program which performs the process 5-8 on a personal computer, for example.
以上説明したように、三相誘導電動機12の稼働時電流信号の周波数解析を行って得られた電流スペクトルに対して、本発明の三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法を適用することにより、三相誘導電動機12の実回転周波数frを決定して、三相誘導電動機12の第1の固有特徴量とすることができる。その結果、実回転周波数fr、三相誘導電動機12の同期回転周波数fX、及び三相誘導電動機12の極数pを用いてポール通過周波数fpp(=(fX−fr)p)を求めることができ、電流スペクトルの中からポール通過周波数fppの側帯波を特定することができる。これにより、ポール通過周波数fppの側帯波の正確な大きさ(電流パワー値)20logIpole(ここで、Ipoleは、三相誘導電動機12の稼働時電流信号を高速フーリエ変換して得られるポール通過周波数fppに起因する側帯波の電流パワー値)が分かり、例えば、ポール通過周波数fppの側帯波の大きさ20logIpoleと電源周波数flineのスペクトルの大きさ20logIline(ここで、Ilineは、三相誘導電動機12の稼働時電流信号を高速フーリエ変換して得られる電源周波数の電流スペクトルの電流パワー値)を用いて構成される20logIline−20logIpole、即ち、20log(Iline/Ipole)を劣化パラメータとすることで、劣化パラメータの変化から三相誘導電動機12の回転子バーに損傷が生じているか否かを精度よく診断することができる。
As described above, the method for determining the characteristic features of the three-phase induction motor of the present invention is applied to the current spectrum obtained by performing frequency analysis of the current signal during operation of the three-
また、三相誘導電動機12の稼働時電流信号の電流スペクトルに対して、本発明の三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法を適用することにより、三相誘導電動機12の回転子バーの本数hを決定して、三相誘導電動機12の第2の固有特徴量とすることができる。その結果、回転子バーの本数h、実回転周波数fr、及び三相誘導電動機12の同期回転周波数fXを用いて、回転子バーすべり周波数frs(=(fX−fr)h)を求めることができ、電流スペクトルの中から、電源周波数スペクトルの側帯波であって、回転子バーすべり周波数frsに起因する側帯波を特定することができる。これにより、回転子バーすべり周波数frsに起因する側帯波の正確な大きさ20logIrs(Irsは、三相誘導電動機12の稼働時電流信号を高速フーリエ変換して得られる回転子バーすべり周波数frsに起因する側帯波の電流パワー値)が分かり、例えば、回転子バーすべり周波数frsに起因する側帯波の大きさ20logIrsと電源周波数flineのスペクトルの大きさIlineを用いて構成される20logIline−20logIrs、即ち、20log(Iline/Irs)を劣化パラメータとすることで、劣化パラメータの変化から三相誘導電動機12の負荷トルクに変化が生じているか否かを精度よく診断することができる。
Further, by applying the method for determining the characteristic feature of the three-phase induction motor of the present invention to the current spectrum of the current signal of the three-
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、電流スペクトルの電源周波数スペクトルの電源周波数flineを、三相誘導電動機に交流電力を供給する電源の基本周波数としたが、電源周波数スペクトルの電源周波数flineを高調波周波数とすることもできる。これにより、回転機械系の機械的構造と関連する側帯波の周波数が電源の基本周波数を超える場合であっても、側帯波を検知することができ、回転機械系の機械的構造に関連する劣化パラメータを正確に評価することが可能になる。
なお、三相誘導電動機に交流電力を供給する電源がインバータ電源であっても本発明は適用できる。
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above-described embodiment, and the matters described in the scope of claims. Other embodiments and modifications conceivable within the scope are also included.
Further, the present invention also includes a combination of components included in the present embodiment and other embodiments and modifications.
For example, the power supply frequency f line of the power spectrum of the current spectrum is set to the fundamental frequency of the power supply that supplies AC power to the three-phase induction motor, but the power supply frequency f line of the power supply frequency spectrum can also be set to the harmonic frequency. . As a result, even if the frequency of the sideband wave related to the mechanical structure of the rotating machine system exceeds the fundamental frequency of the power supply, the sideband wave can be detected and the deterioration related to the mechanical structure of the rotating machine system. It becomes possible to accurately evaluate the parameters.
Note that the present invention can be applied even if the power source for supplying AC power to the three-phase induction motor is an inverter power source.
10:回転機械系、11:電気盤、12:三相誘導電動機、13:電動機配線、14:クランプ式電流センサ、15:電源ケーブル、16:A/D変換器、17:伝送路、18:周波数解析器、19:第1のデータ処理手段、20:第2のデータ処理手段、21:第3のデータ処理手段 10: Rotating mechanical system, 11: Electric board, 12: Three-phase induction motor, 13: Motor wiring, 14: Clamp-type current sensor, 15: Power cable, 16: A / D converter, 17: Transmission path, 18: Frequency analyzer, 19: first data processing means, 20: second data processing means, 21: third data processing means
前記目的に沿う本発明に係る三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系の稼働時の状態を診断する際に必要な三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の周波数解析を行う第1工程と、
前記周波数解析から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数スペクトルの側帯波であって、電源周波数flineと前記三相誘導電動機の同期回転周波数fXとの差の値を下限周波数、該下限周波数に0.01〜4Hzの範囲で設定される周波数値を加えた値を上限周波数とする周波数領域A内に存在する最大高さのピークを求めて側帯波SAとし、前記電源周波数flineに前記同期回転周波数fXを加えた値を上限周波数、該上限周波数から0.01〜4Hzの範囲で設定される周波数値を引いた値を下限周波数とする周波数領域B内に存在する最大高さのピークを求めて側帯波SBとする第2工程と、
前記側帯波SA、SBのいずれか一方のピーク位置周波数と前記電源周波数flineの差の絶対値を前記三相誘導電動機の実回転周波数frとする第3工程とを有し、
前記実回転周波数frを第1の固有特徴量とする。
The method for determining the characteristic feature amount of the three-phase induction motor according to the present invention that meets the above-described object is a three-phase induction motor that is necessary for diagnosing the operating state of a rotary machine system that uses a three-phase induction motor as a drive source. A method for determining a characteristic feature of
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a frequency analysis of the operating current signal;
Of the current spectrum obtained from the frequency analysis, a sideband of the power frequency spectrum of the three-phase induction motor, and a value of a difference between the power frequency f line and the synchronous rotation frequency f X of the three-phase induction motor the lower limit frequency, seeking the peak of maximum height the value obtained by adding the frequency value set in the range of 0.01~4Hz the lower limit frequency present in the frequency area a to the upper limit frequency and sidebands S a A frequency region B having a value obtained by adding the synchronous rotation frequency f X to the power supply frequency f line as an upper limit frequency, and a value obtained by subtracting a frequency value set in a range of 0.01 to 4 Hz from the upper limit frequency as a lower limit frequency. a second step of the sidebands S B seeking the peak of maximum height that exists within,
The sideband S A, and a third step of the actual rotational frequency f r of the absolute value the three-phase induction motor of the difference either between one peak position frequency the power supply frequency f line of S B,
The actual rotation frequency fr is set as a first characteristic feature.
Claims (2)
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の周波数解析を行う第1工程と、
前記周波数解析から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数スペクトルの側帯波であって、電源周波数flineと前記三相誘導電動機の同期回転周波数fXとの差の値を下限周波数、該下限周波数に0.01〜4Hzの範囲で設定される周波数値を加えた値を上限周波数とする周波数領域Aに存在する最大高さのピークを求めて側帯波SAとし、前記電源周波数flineに前記同期回転周波数fXを加えた値を上限周波数、該上限周波数から0.01〜4Hzの範囲で設定される周波数値を引いた値を下限周波数とする周波数領域Bに存在する最大高さのピークを求めて側帯波SBとする第2工程と、
前記側帯波SA、SBのいずれか一方のピーク位置周波数と前記電源周波数flineの差の絶対値を前記三相誘導電動機の実回転周波数frとする第3工程とを有し、
前記実回転周波数frを第1の固有特徴量とすることを特徴とする三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法。 A method for determining the characteristic features of a three-phase induction motor necessary for diagnosing the operating state of a rotating machine system using a three-phase induction motor as a drive source,
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a frequency analysis of the operating current signal;
Of the current spectrum obtained from the frequency analysis, a sideband of the power frequency spectrum of the three-phase induction motor, and a value of a difference between the power frequency f line and the synchronous rotation frequency f X of the three-phase induction motor the lower limit frequency, seeking the peak of maximum height the value obtained by adding the frequency value set in the range of 0.01~4Hz the lower limit frequency present in the frequency area a to the upper limit frequency and sidebands S a, In frequency region B, the value obtained by adding the synchronous rotation frequency f X to the power supply frequency f line is the upper limit frequency, and the value obtained by subtracting the frequency value set in the range of 0.01 to 4 Hz from the upper limit frequency is the lower limit frequency. a second step of the sidebands S B seeking the peak of maximum height that is present,
The sideband S A, and a third step of the actual rotational frequency f r of the absolute value the three-phase induction motor of the difference either between one peak position frequency the power supply frequency f line of S B,
A method for determining a characteristic feature of a three-phase induction motor, wherein the actual rotational frequency fr is a first characteristic feature.
前記電流スペクトルの中から、前記電源周波数スペクトルの側帯波であって、前記すべり周波数fsと前記三相誘導電動機の極数pの積として定義されるポール通過周波数fppに起因して低周波数側及び高周波数側にそれぞれ存在する側帯波SPA、SPBを求める第5工程と、
前記側帯波SPAと前記側帯波SAの間に存在する最大高さのピークを求めて側帯波SLAとし、前記側帯波SPBと前記側帯波SBの間に存在する最大高さのピークを求めて側帯波SLBとする第6工程と、
前記側帯波SLA、SLBのいずれか一方のピーク位置周波数と前記電源周波数flineの差の絶対値を前記三相誘導電動機の回転子バーすべり周波数frsとする第7工程と、
前記回転子バーすべり周波数frsを前記すべり周波数fsで除して前記三相誘導電動機の回転子バー本数とする第8工程とを更に有し、
前記回転子バー本数を第2の固有特徴量とすることを特徴とする三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法。 A method of determining the specific characteristics of the three-phase induction motor according to claim 1, a fourth step of the difference of the slip frequency f s of the synchronous rotary frequency f X wherein the actual rotational frequency f r,
Of the current spectrum, a sideband of the power supply frequency spectrum, which is a low frequency due to a pole passing frequency f pp defined as a product of the slip frequency f s and the number of poles p of the three-phase induction motor A fifth step for obtaining sidebands S PA and S PB existing on the side and the high frequency side,
The sideband S seeking the peak of maximum height that exists between the PA and the sidebands S A and sidebands S LA, the maximum height that exists between the sidebands S PB said sidebands S B a sixth step of the sidebands S LB seeking peak,
A seventh step in which the absolute value of the difference between the peak position frequency of either one of the sidebands S LA and S LB and the power supply frequency f line is set as the rotor bar slip frequency f rs of the three-phase induction motor;
Further comprising an eighth step of the rotor bar slip frequency f rs by dividing the slip frequency f s and the rotor bar number of the three-phase induction motor,
A method for determining a characteristic feature of a three-phase induction motor, wherein the number of rotor bars is set as a second characteristic feature.
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