JP5721581B2 - Winding diagnosis system for rotating machines - Google Patents

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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Description

本発明は、電動機もしくは発電機などの回転機の巻線診断システムに関するものである。  The present invention relates to a winding diagnosis system for a rotating machine such as an electric motor or a generator.

従来、巻線の良否を診断する手法としては、巻線の両端にインパルス電圧を印加して、そのとき巻線両端で観測される電圧波形が巻線正常時と異常時とで変わることに着目し、ある時間区間でそれらの波形のずれた部分の面積値を求めて良否判定を行うものが提案されている(非特許文献1参照)。  Conventionally, as a method of diagnosing the quality of a winding, we applied an impulse voltage to both ends of the winding and noticed that the voltage waveform observed at both ends of the winding changes depending on whether the winding is normal or abnormal In addition, there has been proposed a method in which pass / fail judgment is performed by obtaining the area values of the portions where the waveforms are shifted in a certain time interval (see Non-Patent Document 1).

株式会社電子制御国際 インパルス巻線試験機DXW−01,05 取扱説明書  Electronic Control International Co., Ltd. Impulse Winding Tester DXW-01,05 Instruction Manual

上記非特許文献1に開示されている手法(以下、従来手法と呼ぶ)は、巻線そのものの良否判定は可能であるが、固定子に回転子が取り付けられた状態の完成体としての電動機に対しては、その固定子巻線の良否を正しく判定をすることはできないものであった。
これは固定子巻線の状態に変化が見られない場合であっても、回転子の位置が変わることで電動機の内部特性が変化し、その結果として、インパルス電圧を印加した時に固定子巻線の両端で観測される電圧波形も変化するためである。
つまり、従来手法を用いて電動機の固定子巻線の良否を診断する場合には、電動機から回転子を取り外して固定子巻線のみの状態にする必要があるという問題点があった。
Although the method disclosed in Non-Patent Document 1 (hereinafter referred to as the conventional method) can determine the quality of the winding itself, it can be applied to a motor as a complete body with a rotor attached to a stator. On the other hand, the quality of the stator winding cannot be judged correctly.
This is because even if there is no change in the state of the stator winding, the internal characteristics of the motor change as the rotor position changes, and as a result, when the impulse voltage is applied, the stator winding This is because the voltage waveform observed at both ends of this also changes.
That is, when diagnosing the quality of the stator winding of the electric motor using the conventional method, there is a problem that it is necessary to remove the rotor from the electric motor so that only the stator winding is in a state.

本発明は、回転機から回転子を取り外すことなく、回転子が取り付けられた状態の回転機の固定子巻線の良否を診断できる回転機の巻線診断システムの提供を目的とし、この目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の回転機の巻線診断システムは、
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、その乗算値であるLCとRCを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を2次元分布したときに得られる直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、そのとき得られる乗算値であるLCとRCを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを要旨とする。
An object of the present invention is to provide a winding diagnosis system for a rotating machine capable of diagnosing the quality of a stator winding of a rotating machine with the rotor attached without removing the rotor from the rotating machine. The following measures were taken to achieve at least part.
The winding diagnosis system for a rotating machine according to the present invention includes:
An impulse voltage generating circuit for applying an impulse voltage having a predetermined characteristic to a stator winding of a rotating machine such as an electric motor or a generator;
Voltage measuring means for measuring a voltage at both ends of the stator winding when an impulse voltage of the predetermined characteristic is applied to the stator winding of the rotating machine;
Prepare multiple normal rotating machines of the same model number, and apply the impulse voltage to the stator windings between the phases for each position in the state where multiple rotor positions are created in each rotating machine. applied to, from the voltage waveform observed at that time, the impulse voltage generating circuit, the equivalent circuit constant of the circuit composed of the stator windings of the rotating machine characteristics of its changes due to the position of the rotor When the resistance is R, the inductance is L, and the capacitance is C, the multiplication values LC and RC are calculated as feature values, and the values of a plurality of feature values obtained at that time are obtained when two-dimensionally distributed. A diagnostic information storage unit for obtaining and storing the inclination and intercept of the straight line obtained;
At the time of diagnosis, in the rotating machine of the same model number as the rotating machine, the same impulse voltage as the impulse voltage is applied, and from the voltage waveform observed at that time, the characteristics vary depending on the position of the impulse voltage generating circuit and the rotor. Assuming that the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit composed of the changing stator winding of the rotating machine is R, the inductance is L, and the capacitance is C, LC and RC which are multiplication values obtained at that time are used as feature quantities. , A means for calculating the distance between the feature point and the straight line stored in the diagnostic information storage unit, and diagnosing the quality of the stator winding based on the value;
The main point is that

本発明の回転機の巻線診断システムでは、回転子が取り付けられた状態の電動機もしくは発電機などの回転機において、その回転子を取り外すなどの解体作業を必要とせず、固定子巻線の良否を診断することができ、保守・メンテナンス時の作業効率が格段に上がる。  According to the winding diagnosis system for a rotating machine of the present invention, in a rotating machine such as an electric motor or a generator with a rotor attached, disassembly work such as removing the rotor is not required, and the quality of the stator winding is determined. Can be diagnosed, and the work efficiency during maintenance can be significantly improved.

また、本発明の別の回転機の巻線診断システムは、
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で異常がある回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、その乗算値であるLCとRCを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を2次元分布したときに得られる直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、そのとき得られる乗算値であるLCとRCを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを要旨とする。
こうすれば、回転子を取り外すなどの解体作業を必要とせず、固定子巻線の良否を診断することができる。
In addition, another rotating machine winding diagnosis system of the present invention is:
An impulse voltage generating circuit for applying an impulse voltage having a predetermined characteristic to a stator winding of a rotating machine such as an electric motor or a generator;
Voltage measuring means for measuring a voltage at both ends of the stator winding when an impulse voltage of the predetermined characteristic is applied to the stator winding of the rotating machine;
Stator windings between the phases are prepared for each state of the rotor with the same model number and a plurality of rotating machines with abnormalities, and each rotor has a plurality of rotor positions. is applied to, from the time the voltage waveform observed, the equivalent circuit constant of the circuit constituted with the impulse voltage generator, the stator winding of the rotary machine characteristics of its changes due to the position of the rotor When the resistance is R, the inductance is L, and the capacitance is C, the multiplication values LC and RC are calculated as feature quantities, and the values of the plurality of feature quantities obtained at that time are two-dimensionally distributed. A diagnostic information storage unit for obtaining and storing the slope and intercept of the obtained straight line;
At the time of diagnosis, in the rotating machine of the same model number as the rotating machine, the same impulse voltage as the impulse voltage is applied, and from the voltage waveform observed at that time, the characteristics vary depending on the position of the impulse voltage generating circuit and the rotor. Assuming that the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit composed of the changing stator winding of the rotating machine is R, the inductance is L, and the capacitance is C, LC and RC which are multiplication values obtained at that time are used as feature quantities. , A means for calculating the distance between the feature point and the straight line stored in the diagnostic information storage unit, and diagnosing the quality of the stator winding based on the value;
The main point is that
In this way, it is possible to diagnose the quality of the stator winding without requiring disassembly work such as removing the rotor.

また、本発明の別の回転機の巻線診断システムは、
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機と異常がある回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、その乗算値であるLCとRCを特徴量として算出して、正常な回転機と異常がある回転機のそれぞれから得られる複数個の特徴量の値を2次元分布したときに、正常な回転機と異常がある回転機から得られるそれぞれの直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、そのとき得られる乗算値であるLCとRCを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている正常な回転機と異常がある回転機から得られるそれぞれの直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを要旨とする。
こうすれば、回転子を取り外すなどの解体作業を必要とせず、固定子巻線の良否を診断することができる。
In addition, another rotating machine winding diagnosis system of the present invention is:
An impulse voltage generating circuit for applying an impulse voltage having a predetermined characteristic to a stator winding of a rotating machine such as an electric motor or a generator;
Voltage measuring means for measuring a voltage at both ends of the stator winding when an impulse voltage of the predetermined characteristic is applied to the stator winding of the rotating machine;
Prepare multiple normal rotating machines and abnormal rotating machines with the same model number, and the impulse voltage between each phase in the state where each rotor produces multiple rotor positions. is applied to the stator winding consists of the time the voltage waveform observed, and the impulse voltage generator, the stator winding of the rotary machine characteristics of its changes due to the position of the rotor When the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit is R, the inductance is L, and the capacitance is C, the multiplication values LC and RC are calculated as feature amounts, and each of the normal rotating machine and the abnormal rotating machine is calculated. A diagnostic information storage unit for obtaining and storing slopes and intercepts of respective straight lines obtained from a normal rotating machine and a rotating machine having an abnormality when two-dimensional distribution of a plurality of obtained feature value values;
At the time of diagnosis, in the rotating machine of the same model number as the rotating machine, the same impulse voltage as the impulse voltage is applied, and from the voltage waveform observed at that time, the characteristics vary depending on the position of the impulse voltage generating circuit and the rotor. Assuming that the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit composed of the changing stator winding of the rotating machine is R, the inductance is L, and the capacitance is C, LC and RC which are multiplication values obtained at that time are used as feature quantities. , a point of this feature amount, calculates a distance between each of the straight lines obtained from the diagnostic information storage normal rotating machine stored in the unit and rotary machines is abnormal, the stator winding based on the value Diagnostic means for diagnosing the quality of the line;
The main point is that
In this way, it is possible to diagnose the quality of the stator winding without requiring disassembly work such as removing the rotor.

また、本発明の別の回転機の巻線診断システムは、
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、その乗算値であるLCとRCを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を2次元分布したときに得られる直線の傾きを求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、そのとき得られる乗算値であるLCとRCを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線の傾きを用いてその直線の切片を算出して、その切片の値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを要旨とする。
こうすれば、回転子を取り外すなどの解体作業を必要とせず、固定子巻線の良否を診断することができる。
In addition, another rotating machine winding diagnosis system of the present invention is:
An impulse voltage generating circuit for applying an impulse voltage having a predetermined characteristic to a stator winding of a rotating machine such as an electric motor or a generator;
Voltage measuring means for measuring a voltage at both ends of the stator winding when an impulse voltage of the predetermined characteristic is applied to the stator winding of the rotating machine;
Prepare multiple normal rotating machines of the same model number, and apply the impulse voltage to the stator windings between the phases for each position in the state where multiple rotor positions are created in each rotating machine. applied to, from the voltage waveform observed at that time, the impulse voltage generating circuit, the equivalent circuit constant of the circuit composed of the stator windings of the rotating machine characteristics of its changes due to the position of the rotor When the resistance is R, the inductance is L, and the capacitance is C, the multiplication values LC and RC are calculated as feature values, and the values of a plurality of feature values obtained at that time are obtained when two-dimensionally distributed. A diagnostic information storage unit for obtaining and storing the inclination of the straight line obtained;
At the time of diagnosis, in the rotating machine of the same model number as the rotating machine, the same impulse voltage as the impulse voltage is applied, and from the voltage waveform observed at that time, the characteristics vary depending on the position of the impulse voltage generating circuit and the rotor. Assuming that the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit composed of the changing stator winding of the rotating machine is R, the inductance is L, and the capacitance is C, LC and RC which are multiplication values obtained at that time are used as feature quantities. , diagnosis and point of the feature amount, using the slope of the line stored in the diagnostic information storage unit calculates the intercept of the straight line, to diagnose the quality of the stator winding based on the value of the intercept Means,
The main point is that
In this way, it is possible to diagnose the quality of the stator winding without requiring disassembly work such as removing the rotor.

また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、前記LCおよびRCを求める際に用いる電圧としては、電圧値が最小となる時やゼロクロス時といった特徴的な時刻をサンプリング開始として、一周期あたり10点以上の電圧値をサンプリングするとともに、LCおよびRCを求めるために使用する電圧値の時間区間を電圧波形の半周期以上とすることもできる。
こうすれば、正確なLCおよびRCを求めることができる。
Further, in the winding diagnosis system for a rotating machine according to the present invention, as the voltage used when obtaining the LC and RC, sampling is performed at a characteristic time such as when the voltage value is minimum or zero crossing, and per cycle. While sampling 10 or more voltage values, the time interval of the voltage value used for obtaining LC and RC can be set to be not less than a half period of the voltage waveform.
In this way, accurate LC and RC can be obtained.

また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、前記診断情報記憶部において、正常状態の回転機からLCとRCが分布する直線の傾きと切片を求める場合に、LCとRCの値がおおよそ最大、最小となる点を2つだけ求め、その2点を通る直線がLCとRCが分布する直線とみなして直線の傾きや切片を求め記憶しておくものとすることもできる。
こうすれば、LCとRCが分布する直線の傾きや切片を容易に算出できる。
Further, in the winding diagnosis system for a rotating machine according to the present invention, when the slope and intercept of a straight line in which LC and RC are distributed are obtained from the rotating machine in a normal state in the diagnostic information storage unit, the values of LC and RC are approximately It is also possible to obtain only the maximum and minimum points, regard the straight line passing through the two points as a straight line in which LC and RC are distributed, and obtain and store the slope and intercept of the straight line.
In this way, it is possible to easily calculate the slope and intercept of the straight line in which LC and RC are distributed.

また、回転子の位置を複数通り作り出す手段として、別の回転位置制御用電動機を備え、該回転位置制御用電動機と前記回転機の回転子とをベルトやギアでつなぎ、コンピュータで前記回転位置制御用電動機の回転位置を制御できるように構成することもできる。
こうすれば、前記回転機の回転子の位置を、容易かつ正確に複数通り作り出すことができる。
In addition, as a means for creating a plurality of rotor positions, another rotational position control motor is provided, the rotational position control motor and the rotor of the rotating machine are connected by a belt or gear, and the rotational position control is performed by a computer. It can also comprise so that the rotation position of the motor for electric vehicles can be controlled.
If it carries out like this, the position of the rotor of the said rotary machine can be produced in multiple ways easily and correctly.

また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、
前記インパルス電圧発生回路は、直流電圧とコンデンサとスイッチを備えて構成され、前記直流電圧は100V以下の低電圧を用いることもできる。
こうすれば、直流電圧を低圧化することで、コンデンサを耐圧の低い部品に変更することができ、インパルス電圧発生回路を小型化かつ安価に仕上げることが可能となる。また、巻線診断の際に低圧のインパルス電圧を使用することで、巻線診断作業を行う者の感電の危険性を減らすことができる。さらに、巻線に印加するインパルス電圧自身により、診断対象とする巻線の絶縁を破壊する心配がない。
Moreover, in the winding diagnosis system for a rotating machine of the present invention,
The impulse voltage generation circuit includes a DC voltage, a capacitor, and a switch, and the DC voltage may be a low voltage of 100V or less.
In this way, by reducing the DC voltage, the capacitor can be changed to a component with a low withstand voltage, and the impulse voltage generating circuit can be made smaller and less expensive. Further, by using a low-voltage impulse voltage at the time of winding diagnosis, it is possible to reduce the risk of electric shock of the person who performs the winding diagnosis work. Furthermore, there is no fear of damaging the insulation of the winding to be diagnosed by the impulse voltage itself applied to the winding.

また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、
前記スイッチとして、FETやCMOS、サイリスタなどの高速スイッチング可能な半導体を用いることもできる。
こうすれば、スイッチとして半導体を用いることで、高速な切り替えが可能となり、機械式スイッチを用いた場合に見られるように、スイッチの接点が切り替わった際に、微細で非常に早い機械的振動によって電気信号が断続を繰り返すチャタリングといった問題も取り除くことができる。
Moreover, in the winding diagnosis system for a rotating machine of the present invention,
As the switch, a semiconductor capable of high-speed switching such as FET, CMOS, or thyristor can be used.
In this way, a semiconductor can be used as a switch to enable high-speed switching, and as seen when a mechanical switch is used, when the switch contact is switched, it is caused by fine and very fast mechanical vibration. Problems such as chattering with repeated electrical signals can also be eliminated.

また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、前記回転機が、自動車や電車のような移動体に搭載されている電動機もしくは発電機であり、該電動機もしくは発電機が一時停止している状態、もしくはその移動体を始動させるためにエンジンをかける時や電源投入時において、前記回転機の固定子巻線の良否を診断するものとすることもできる。
こうすれば、自動車や電車のような移動体に搭載されている電動機もしくは発電機を解体することなく、その固定子巻線の良否を診断することができる。
In the winding diagnosis system for a rotating machine according to the present invention, the rotating machine is an electric motor or a generator mounted on a moving body such as an automobile or a train, and the electric motor or the generator is temporarily stopped. It is also possible to diagnose whether the stator winding of the rotating machine is good or bad when the engine is started or the power is turned on to start the moving body.
In this way, it is possible to diagnose the quality of the stator winding without disassembling the electric motor or generator mounted on a moving body such as an automobile or a train.

回転機の巻線診断システムの構成を示したブロック系統図である。  It is the block system figure which showed the structure of the winding diagnosis system of a rotary machine. 固定子巻線に対してインパルス電圧を印加した場合の固定子巻線の両端に観測される電圧波形図である。  It is a voltage waveform diagram observed at both ends of the stator winding when an impulse voltage is applied to the stator winding. 正常な固定子巻線のU−V間の電圧波形から得られたLCとRCの分布図である。  It is LC and RC distribution map obtained from the voltage waveform between U-V of a normal stator winding. 正常な固定子巻線のV−W間の電圧波形から得られたLCとRCの分布図である。  It is LC and RC distribution map obtained from the voltage waveform between V-W of a normal stator winding. 正常な固定子巻線のW−U間の電圧波形から得られたLCとRCの分布図である。  It is distribution map of LC and RC obtained from the voltage waveform between W-U of a normal stator winding. 1ターン短絡時の固定子巻線のU−V間とV−W間の電圧波形から得られたLCとRCの分布図である。  It is LC and RC distribution map obtained from the voltage waveform between U-V and V-W of the stator winding | winding at the time of one-turn short circuit. 任意の回転子の位置に対する診断結果(U−V間)(固定子巻線は正常)図である。  It is a diagnostic result (between U and V) for an arbitrary rotor position (stator winding is normal). 任意の回転子の位置に対する診断結果(V−W間)(固定子巻線は正常)図である。  It is a diagnostic result (between V-W) with respect to the position of an arbitrary rotor (stator winding is normal). 任意の回転子の位置に対する診断結果(W−U間)(固定子巻線は正常)図である。  It is a diagnostic result (between W-U) with respect to the position of an arbitrary rotor (stator winding is normal). 任意の回転子の位置に対する診断結果(U−V間)(固定子巻線のW相に1ターン短絡あり)図である。  It is a diagnostic result (between U-V) with respect to the position of an arbitrary rotor (there is one turn short circuit in the W phase of the stator winding). 任意の回転子の位置に対する診断結果(V−W間)(固定子巻線のW相に1ターン短絡あり)図である。  It is a diagnostic result (between V-W) with respect to the position of an arbitrary rotor (there is one turn short circuit in the W phase of the stator winding). 任意の回転子の位置に対する診断結果(W−U間)(固定子巻線のW相に1ターン短絡あり)図である。  It is a diagnostic result (between W-U) with respect to the position of an arbitrary rotor (1 turn short-circuited in the W phase of the stator winding). 正常な固定子巻線の電圧波形から得られたLCとRCの分布から求めた直線の図である。  It is the figure of the straight line calculated | required from distribution of LC and RC obtained from the voltage waveform of a normal stator winding. D点と直線との距離dのイメージ図である。  It is an image figure of distance d of D point and a straight line. 回転位置の決め方の例を示す配置構成図である。  It is an arrangement block diagram which shows the example of how to determine a rotation position. LCおよびRCを求めるための電圧のサンプリング図である。  It is a sampling diagram of the voltage for calculating | requiring LC and RC. 正常時と異常時から得られた直線を用いた診断例の図である。  It is a figure of the example of a diagnosis using the straight line obtained from the normal time and the time of abnormality. 異常時から得られた直線を用いた診断例の図である。  It is a figure of the example of a diagnosis using the straight line obtained from the time of abnormality.

まず先に、本発明の理論を説明する。
回転子が取り付けられた回転機において、その固定子の巻線に対してインパルス電圧発生回路からインパルス電圧を印加した場合、その巻線の両端では図2のような減衰振動波形が観測される。この巻線両端の電圧をv(n)(ただしnはサンプリング数)とする。この電圧値v(n)を一定の時間間隔でサンプリングして計測する。
図2では、サンプリングする電圧値v(n)のイメージを●印で示している。
First, the theory of the present invention will be described.
In the rotating machine to which the rotor is attached, when an impulse voltage is applied to the winding of the stator from the impulse voltage generation circuit, a damped oscillation waveform as shown in FIG. 2 is observed at both ends of the winding. The voltage across this winding is assumed to be v (n) (where n is the number of samplings). This voltage value v (n) is sampled and measured at regular time intervals.
In FIG. 2, the image of the voltage value v (n) to be sampled is indicated by ●.

回転機は回転子の位置によりその内部特性が変化するが、この回転子が取り付けられた状態での固定子巻線とインパルス電圧発生回路から構成される回路の等価回路定数のレジスタンスをR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとし、この固定子巻線とインパルス電圧発生回路から構成される回路をRLCの直列回路と見なすと、この固定子巻線とインパルス電圧発生回路から構成される回路の各等価回路定数の乗算値LCおよびRCは、擬似逆行列を用いて(1)式のように求めることができる。

Figure 0005721581
ここで
Figure 0005721581
である。また(1)式においてTは転置行列を表す。The internal characteristics of the rotator vary depending on the position of the rotor, and the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit composed of the stator winding and the impulse voltage generation circuit with the rotor attached is R, inductance Is L and capacitance is C, and a circuit composed of the stator winding and the impulse voltage generation circuit is regarded as an RLC series circuit, each equivalent of the circuit composed of the stator winding and the impulse voltage generation circuit. The circuit constant multiplication values LC and RC can be obtained as shown in Equation (1) using a pseudo inverse matrix.
Figure 0005721581
here
Figure 0005721581
It is. In Equation (1), T represents a transposed matrix.

なお、LCおよびRCを求める際に用いる電圧としては、電圧値が最小となる時や、ゼロクロス時といった特徴的な時刻をサンプリング開始の基準とする。また、LCおよびRCを求める際には、ある時間区間の電圧値が必要となるが、この時間区間を電圧波形の半周期以上とする。また一周期あたり、10点以上の電圧値を用いる。
図16では、電圧値が最小となるときの時刻をサンプリング開始として、一周期あたり10点の電圧値をサンプリングする。そして、LCおよびRCを求めるために使用する電圧値の時間区間として二周期分を用いた例を示している。
Note that, as a voltage used when obtaining LC and RC, a characteristic time such as a minimum voltage value or zero crossing is used as a reference for starting sampling. Further, when obtaining LC and RC, a voltage value in a certain time interval is required, and this time interval is set to be equal to or more than a half cycle of the voltage waveform. Further, a voltage value of 10 points or more is used per cycle.
In FIG. 16, sampling is started at the time when the voltage value is minimum, and 10 voltage values are sampled per cycle. Then, an example is shown in which two periods are used as the time interval of the voltage value used for obtaining LC and RC.

この回路の各等価回路定数の乗算値LCおよびRCを特徴量と見なして、これらの値を用いて回転子が取り付けられた状態の回転機内部の固定子巻線の診断を行う方法について説明する。
ここでは、回転機として三相交流電動機を用いて説明する。
まず、固定子巻線が正常な電動機について考える。
この電動機の回転子が任意の位置で停止した状態において、ある相間(例えばU−V間)の固定子巻線にインパルス電圧を印加して、そのときの巻線両端の電圧を観測する。その電圧波形に対して、(1)式によりLCとRCを求める。
A method of diagnosing the stator winding in the rotating machine with the rotor attached using the values LC and RC of the equivalent circuit constants of this circuit as feature quantities will be described. .
Here, a description will be given using a three-phase AC motor as a rotating machine.
First, consider an electric motor with a normal stator winding.
In a state where the rotor of the electric motor is stopped at an arbitrary position, an impulse voltage is applied to a stator winding between certain phases (for example, between U and V), and a voltage at both ends of the winding at that time is observed. For the voltage waveform, LC and RC are obtained by equation (1).

次に、この電動機において回転子を回転させて適当な位置で停止させた状態に対して、上記と同じインパルス電圧を印加して、そのときの電圧波形を観測し、LCおよびRCを算出する。
これを複数通りの回転子の位置に対して実行し、その都度、LCおよびRCを算出する。
さらに、残りの相間(V−W間とW−U間)に対しても同様に行う。
Next, the same impulse voltage as described above is applied to the state where the rotor is rotated and stopped at an appropriate position in this electric motor, the voltage waveform at that time is observed, and LC and RC are calculated.
This is performed for a plurality of rotor positions, and LC and RC are calculated each time.
Further, the same process is performed for the remaining phases (between V-W and W-U).

このときの結果を図3〜図5にそれぞれ示す。
ここでは回転子の位置を160通り設定し、それぞれの位置に対してLCおよびRCを算出している。
回転子の位置により観測される電圧波形は様々であるため、それによって(1)式で求められるLCとRC値も様々な値を取るが、横軸にLC、縦軸にRCとして2次元プロットすると、それらの点は全体的にはある直線上に分布することが分かる。そして、この直線の傾きと切片は、各相間U−V間、V−W間、W−U間でほぼ一致していることが分かる。
また、同じ型番で別の電動機を用いて同様に試験した場合であっても、その直線の傾きと切片はほぼ同じになる。
The results at this time are shown in FIGS.
Here, 160 positions of the rotor are set, and LC and RC are calculated for each position.
Since the voltage waveform observed depending on the rotor position varies, the LC and RC values obtained by equation (1) also take various values, but the horizontal axis is LC and the vertical axis is RC as a two-dimensional plot. Then, it turns out that those points are distributed on a certain straight line as a whole. And it turns out that the inclination and intercept of this straight line are substantially the same between each phase U-V, between V-W, and between W-U.
Further, even when the same model is used and another motor is used for the same test, the slope and intercept of the straight line are almost the same.

一方、上記と同じ型番の電動機において、その固定子巻線のW相に1ターン分の短絡が発生したものを準備して、上記と同様の試験を実施する。
そのとき各相間の巻線から得られたLCとRCの値の分布を図6に示す。
ここでも回転子の位置を160通り設定し、それぞれの位置に対してLCおよびRCを算出している。ここでは煩雑になるのを避けるために、U−V間とV−W間のみの分布を示す。
U−V間の巻線は正常であるため、その直線は、固定子巻線が正常時に得られる直線とほぼ一致するが、短絡相を含むV−W間では、直線の傾きはほぼ一致しているが、切片が明らかに異なることが分かる。また、W−U間はV−W間の分布とほぼ同じ領域にかたまる傾向にある。この現象を用いて巻線の良否診断を行う。
On the other hand, in the electric motor of the same model number as described above, a one in which a short circuit of one turn has occurred in the W phase of the stator winding is prepared, and the same test as described above is performed.
FIG. 6 shows the distribution of LC and RC values obtained from the windings between the phases at that time.
Again, 160 positions of the rotor are set, and LC and RC are calculated for each position. Here, in order to avoid complication, only the distribution between U-V and V-W is shown.
Since the winding between U and V is normal, the straight line is almost the same as the straight line obtained when the stator winding is normal, but the slope of the straight line is almost the same between V and W including the short circuit phase. However, it can be seen that the sections are clearly different. Further, the area between W and U tends to be gathered in almost the same region as the distribution between V and W. Using this phenomenon, the quality of the winding is diagnosed.

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、回転機の巻線診断システム1の構成を示したブロック系統図である。
図1に示すように、端子T1,T2には、例えば電動機の固定子巻線を診断対象とする診断対象巻線2Aと、診断対象巻線2Aを診断する場合に必要な診断情報を求めるときに用いられる試験用巻線2Bが接続される。なお、診断対象巻線2Aと試験用巻線2Bは同特性に製作されている。
さらに図1では、診断対象巻線2Aと試験用巻線2Bは「巻線」として表現されているが、回転子が付いた状態での電動機の固定子巻線を意味する。
また、端子T1,T2に接続された診断対象巻線2Aまたは試験用巻線2Bに対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路3が設けられている。インパルス電圧発生回路3は、主に直流電圧EとコンデンサC1、スイッチSから成る。
Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
FIG. 1 is a block system diagram showing the configuration of a winding diagnosis system 1 for a rotating machine.
As shown in FIG. 1, for example, a diagnosis target winding 2A whose diagnosis target is a stator winding of an electric motor and diagnosis information necessary for diagnosing the diagnosis target winding 2A are obtained at terminals T1 and T2. The test winding 2B used in the above is connected. The diagnosis target winding 2A and the test winding 2B are manufactured to have the same characteristics.
Further, in FIG. 1, the diagnosis target winding 2 </ b> A and the test winding 2 </ b> B are expressed as “windings”, but mean the stator windings of the motor with the rotor attached.
Further, an impulse voltage generation circuit 3 is provided for applying an impulse voltage having a predetermined characteristic to the diagnosis object winding 2A or the test winding 2B connected to the terminals T1 and T2. The impulse voltage generation circuit 3 mainly includes a DC voltage E, a capacitor C1, and a switch S.

最初に、スイッチSを1にしておくことで、コンデンサC1を直流電圧Eで充電する。そして、スイッチSを1から2に切り替えることで、コンデンサC1に蓄えられた電荷を放電させ、急峻な電圧を巻線に印加する仕組みとなっている。
直流電圧Eの電圧としては、100V以下の低電圧を用いる。直流電圧Eを低圧化することで、コンデンサC1を耐圧の低い部品に変更することができるなど、結果的にインパルス電圧発生回路3の全体を小型化かつ安価に仕上げることが可能となる。また、巻線診断の際に低圧のインパルス電圧を使用することで、巻線診断作業を行う者の感電の危険性を減らすことができる。さらに、巻線に印加するインパルス電圧自身により、診断対象とする巻線の絶縁を破壊する心配がないといったいくつかの利点が出てくる。
First, the switch S is set to 1 to charge the capacitor C1 with the DC voltage E. By switching the switch S from 1 to 2, the charge stored in the capacitor C1 is discharged and a steep voltage is applied to the winding.
As the voltage of the DC voltage E, a low voltage of 100 V or less is used. By reducing the DC voltage E, the capacitor C1 can be changed to a component having a low withstand voltage. As a result, the entire impulse voltage generating circuit 3 can be made smaller and inexpensive. Further, by using a low-voltage impulse voltage at the time of winding diagnosis, it is possible to reduce the risk of electric shock of the person who performs the winding diagnosis work. In addition, the impulse voltage itself applied to the winding has several advantages such that there is no risk of breaking the insulation of the winding to be diagnosed.

今回の実施の形態では、巻線両端で観測される電圧のピーク値が50Vとなるような低圧の直流電圧Eを使用する。
スイッチSとしては、FETやCMOS、サイリスタなどの高速スイッチング可能な半導体を用いる。
スイッチSとして半導体を用いることで、高速な切り替えが可能となり、機械式スイッチを用いた場合に見られるように、スイッチの接点が切り替わった際に、微細で非常に早い機械的振動によって電気信号が断続を繰り返すチャタリングといった問題も取り除くことができる。
In the present embodiment, a low-voltage DC voltage E is used so that the peak value of the voltage observed at both ends of the winding is 50V.
As the switch S, a semiconductor capable of high-speed switching such as an FET, a CMOS, or a thyristor is used.
By using a semiconductor as the switch S, high-speed switching is possible, and when a switch contact is switched, an electrical signal is generated by fine and very fast mechanical vibration, as seen when a mechanical switch is used. Problems such as intermittent chattering can also be eliminated.

さらに、診断対象巻線2A,試験用巻線2Bにインパルス電圧発生回路3から所定特性のインパルス電圧が印加された場合に、診断対象巻線2A,試験用巻線2Bの両端の電圧を計測する電圧計測部4が設けられている。
上記電圧計測部4で計測される電圧はアナログ値であるため、そのアナログ信号をデジタル信号に変換するためのA/D変換回路5が設けられており、A/D変換回路5から出力されたデジタル信号は診断部7に出力される。
Further, when an impulse voltage having a predetermined characteristic is applied from the impulse voltage generation circuit 3 to the diagnosis target winding 2A and the test winding 2B, the voltages at both ends of the diagnosis target winding 2A and the test winding 2B are measured. A voltage measuring unit 4 is provided.
Since the voltage measured by the voltage measuring unit 4 is an analog value, an A / D conversion circuit 5 for converting the analog signal into a digital signal is provided and output from the A / D conversion circuit 5. The digital signal is output to the diagnosis unit 7.

巻線の良否診断を行う前の診断情報記憶部(メモリ6)について説明する。
ここでは同じ型番の正常な電動機(試験用巻線2B)を複数台準備して、電動機毎に回転子が様々な位置で停止している時に、端子間の固定子巻線にインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形からLCとRCを算出しておく。そして、LCとRCが分布する直線の傾きと切片を求めて記憶させておく。この傾きと切片は、最小二乗法などを用いることで、簡単に求めることができる。
また、この直線の傾きや切片を求める演算は、診断部7で実行して求めても良いが、外部のPCを用いて求めても良い。
電動機が正常時にLCとRCが分布する直線の傾きや切片は、診断時にこの直線と診断対象電動機から得られるLCとRCの点との距離を求める際のプログラム中に書き込んでおいても良い。
The diagnosis information storage unit (memory 6) before the winding quality diagnosis is described.
Here, multiple normal motors of the same model number (test winding 2B) are prepared, and an impulse voltage is applied to the stator winding between the terminals when the rotor is stopped at various positions for each motor. Then, LC and RC are calculated from the voltage waveform observed at that time. Then, the slope and intercept of the straight line in which LC and RC are distributed are obtained and stored. The slope and intercept can be easily obtained by using the least square method or the like.
The calculation for obtaining the slope and intercept of the straight line may be performed by the diagnosis unit 7 or may be obtained using an external PC.
The slope and intercept of the straight line in which LC and RC are distributed when the motor is normal may be written in a program for obtaining the distance between this straight line and the LC and RC points obtained from the motor to be diagnosed at the time of diagnosis.

次に、診断部7について説明する。
診断部7では、同じ型番で任意の位置で停止した診断対象の電動機(診断対象巻線2A)に対して、その相間(U−V間、V−W間、W−U間)にそれぞれ順番にインパルス電圧を印加して、そのときの電圧波形から得られたLCとRCの値と、上記診断情報記憶部(メモリ6)に事前に記憶させておいた直線との距離を求める。そして、この距離の値に対して閾値を設けるなどして良否を判定する。
診断部7は、上記のように診断対象巻線2Aを診断した結果を、表示部8に表示させる。これにより、診断担当者は、診断対象巻線2Aの状態を容易に認識することができる。また、診断結果を記録することができる。
Next, the diagnosis unit 7 will be described.
In the diagnosis unit 7, the diagnosis target motor (diagnosis target winding 2 </ b> A) having the same model number and stopped at an arbitrary position is sequentially arranged between the phases (between U-V, V-W, and W-U). The impulse voltage is applied to the LC, and the distance between the LC and RC values obtained from the voltage waveform at that time and the straight line stored in advance in the diagnostic information storage unit (memory 6) is obtained. Then, pass / fail is determined by setting a threshold for the distance value.
The diagnosis unit 7 causes the display unit 8 to display the result of diagnosing the diagnosis target winding 2A as described above. Thereby, the person in charge of diagnosis can easily recognize the state of the diagnosis target winding 2A. In addition, the diagnosis result can be recorded.

また、良否の判定としては、閾値設定の他に次のようなものもある。
診断対象とする電動機において、ある相間(例えば、U−V間)の固定子巻線に対してインパルス電圧を印加して、LCとRCの値を求め、その点と事前に診断情報記憶部(メモリ6)に記憶させておいた直線との距離を求める。それを残りの相間(V−W間、W−U間)に対しても順番に行う。そして、得られた3つの距離のうち、1つだけが他の2つの値と比較して明らかに小さい場合には、その小さい値の相は正常な巻線で、残りの相が短絡と診断しても良い。
In addition to the threshold setting, there are the following as the pass / fail determination.
In an electric motor to be diagnosed, an impulse voltage is applied to a stator winding between certain phases (for example, between U and V) to obtain LC and RC values. The distance from the straight line stored in the memory 6) is obtained. This is performed in turn for the remaining phases (between V-W and W-U). And if only one of the three distances obtained is clearly smaller compared to the other two values, the phase with the smaller value is a normal winding and the remaining phase is diagnosed as a short circuit. You may do it.

例えば、U−V間から得られた特徴量と直線との距離が約0.1で、V−W間、W−U間から得られた特徴量と直線との距離が約1.0であったとすると、その場合は、U−V間は健全相となり、V−W間とW−U間のどちらにも含まれる相、すなわちW相が短絡、もしくは何らかの異常があると判定することができる。
また、正常状態の電動機からLCとRCが分布する直線の傾きと切片を求めておく場合には、LCとRCの値がおおよそ最大、最小となる点を2つだけ求め、その2点を通る直線がLCとRCが分布する直線とみなしても良い。
For example, the distance between the feature value obtained from U-V and the straight line is about 0.1, and the distance between the feature value obtained from V-W and between W-U is about 1.0. In that case, it can be determined that in this case, the phase between U and V is a healthy phase, and the phase included in both V and W, that is, the W phase is short-circuited, or there is some abnormality. it can.
In addition, when obtaining the slope and intercept of a straight line in which LC and RC are distributed from a motor in a normal state, obtain only two points where the values of LC and RC are approximately maximum and minimum, and pass through the two points. The straight line may be regarded as a straight line in which LC and RC are distributed.

実施例について、実際の試験結果を用いて詳しく説明する。
今回の試験には、三相誘導電動機(定格出力2.2kW、定格電流200V、定格電流8.6A、4極)の固定子巻線を試料として用いる。この誘導電動機の固定子のスロットは36個、巻線はダブル・スター結線である、1スロットあたり45本のコイルが挿入されている。
Examples will be described in detail using actual test results.
In this test, a stator winding of a three-phase induction motor (rated output 2.2 kW, rated current 200 V, rated current 8.6 A, 4 poles) is used as a sample. The induction motor has 36 stator slots and windings of double star connection, and 45 coils are inserted per slot.

この電動機において、回転子を複数回、任意の位置にした状態で、それぞれの位置の状態に対して、相間の固定子巻線にインパルス電圧を印加したときに得られるLCとRCの直線の傾きと切片を最小二乗法により求めると、傾きが0.79、切片が−1.79と求まる。
つまり、LCをx軸、RCをy軸にとると、

Figure 0005721581
と表わすことができる。
ここで(2)式はU−V、V−W、W−U間のLCおよびRCの分布から求めた直線であり、その直線を図13に点線で示す。
また、(2)式では、直線の式を簡単にするために、LCの値を10倍、RCの値を10倍して計算している。In this electric motor, the inclination of the straight line of LC and RC obtained when an impulse voltage is applied to the stator windings between the phases with the rotor set to an arbitrary position a plurality of times for each position. And the intercept by the least square method, the slope is 0.79 and the intercept is -1.79.
In other words, if LC is x-axis and RC is y-axis,
Figure 0005721581
Can be expressed as
Here, equation (2) is a straight line obtained from the distribution of LC and RC between UV, VW, and WU, and the straight line is shown by a dotted line in FIG.
Further, in the equation (2), in order to simplify the linear equation, the LC value is calculated by 10 9 times and the RC value by 10 5 times.

次に、診断を行う。
いま、診断対象とする電動機のある相間の固定子巻線から得られたLCとRCの2次元

Figure 0005721581
公式
Figure 0005721581
で求められる。
Figure 0005721581
できる。
Figure 0005721581
10倍、10倍する。
また、D点と(2)式との距離dのイメージ図を図14に示す。Next, diagnosis is performed.
The two-dimensional LC and RC obtained from the stator winding between the phases of the motor to be diagnosed
Figure 0005721581
official
Figure 0005721581
Is required.
Figure 0005721581
it can.
Figure 0005721581
10 9 times and 10 5 times.
Further, FIG. 14 shows an image diagram of the distance d between the point D and the equation (2).

診断結果について具体的なデータを用いて説明する。
上記と同じ型番で正常な電動機を準備して、これを診断対象の電動機とする。この電動機において、回転子が任意の位置で停止した状態で、ある相間(例えば、U−V間)の固定子巻線に同特性のインパルス電圧を印加し、そのとき観測される電圧波形からLCとRCの値を求める。そして、この点と(2)式で表わされる直線との距離を算出する。残りの相間(例えば、V−W間、W−U間)に対しても同様にインパルス電圧を印加し、そのとき得られるLCとRCの値を求め、その点と(2)式で表わされる直線との距離を求める。
The diagnosis result will be described using specific data.
Prepare a normal motor with the same model number as above and use it as the motor to be diagnosed. In this electric motor, with the rotor stopped at an arbitrary position, an impulse voltage having the same characteristic is applied to a stator winding between certain phases (for example, between U and V), and LC voltage is calculated from the voltage waveform observed at that time. And calculate the value of RC. Then, the distance between this point and the straight line represented by equation (2) is calculated. Similarly, impulse voltages are applied to the remaining phases (for example, between V-W and W-U), and the LC and RC values obtained at that time are obtained. Find the distance to the straight line.

今回は、回転子を様々な位置で停止した状態を160回以上再現し、それぞれの回転子の位置に対して、各端子間から得られるLCとRCの点と(2)式で表わされる直線との距離を求める試験を行う。  This time, the state in which the rotor was stopped at various positions was reproduced 160 times or more, and the LC and RC points obtained between the terminals and the straight line represented by the equation (2) for each rotor position. Test to find the distance to.

U−V間、V−W間、W−U間の巻線に対する結果をそれぞれ図7〜図9に示す。
各図とも横軸は試験回数、縦軸は(2)式の直線との距離を表す。
この結果から分かるように、各相間の巻線から得られる特徴量の点と直線との距離は、回転子の停止位置によらず、どの相間の巻線も同じような値であり、さらにゼロに近いことが分かる。
The results for windings between U-V, V-W, and W-U are shown in FIGS.
In each figure, the horizontal axis represents the number of tests, and the vertical axis represents the distance from the straight line of equation (2).
As can be seen from this result, the distance between the feature point obtained from the windings between the phases and the straight line is the same value for the windings between the phases, regardless of the stop position of the rotor, and zero. It is understood that it is close to.

次に、同じ型番の電動機の固定子巻線のW相に1ターン短絡が発生していたものを準備して、これを診断対象電動機として、上記と同じことを行う。
そのときの各相間の巻線に対する結果をそれぞれ図10〜図12に示す。
健全相であるU−V間の巻線に対して得られるLCとRCの点と直線の距離は、回転子がどの位置で停止していても、ほぼゼロに近い。その一方で、短絡相を含むV−W間や、W−U間の巻線に対して各試験時に得られるLCとRCの点の距離は、U−V間の値よりも明らかに大きくなることが分かる。そこで、閾値の値を、例えば0.3と設定し、距離が0.3未満なら正常、0.3以上だと短絡等の異常とすることで、巻線の良否を判定することができる。また、V−W間とW−U間の距離は、ほぼ同じ値となる。このことから、V−W間とW−U間のどちらにも含まれる相のW相に短絡などの異常が発生したと判定することができる。
Next, the one having a one-turn short circuit in the W phase of the stator winding of the motor of the same model is prepared, and the same as above is performed using this as the diagnosis target motor.
The result with respect to the winding between each phase at that time is shown in FIGS.
The distance between the LC and RC points and the straight line obtained for the winding between U and V, which is a healthy phase, is almost zero regardless of the position where the rotor is stopped. On the other hand, the distance between LC and RC points obtained at the time of each test with respect to the winding between V-W including the short-circuited phase and between W-U is clearly larger than the value between U-V. I understand that. Therefore, the quality of the winding can be determined by setting the threshold value to, for example, 0.3, and setting the normal value if the distance is less than 0.3, and setting the abnormal value such as a short circuit if the distance is 0.3 or more. Moreover, the distance between V-W and W-U becomes substantially the same value. From this, it can be determined that an abnormality such as a short circuit has occurred in the W phase of the phase included between V-W and W-U.

これまでの実施の形態では、特徴量分布から得られる直線と診断対象巻線から得られる特徴量の点との距離を計算して求めるものであった。この変形例として、次のような判定手法でも良い。
これまでの実施の形態では、直線として傾きと切片を同時に求めておいた。ここでは直線の傾きだけを事前に求めておき、診断情報記憶部に記憶させておく。
ここでは、図13を用いて求めた傾きの値を用いて説明する。いま、特徴量分布から得られる直線の切片をbとすると、

Figure 0005721581
と表わすことができる。
Figure 0005721581
値を(4)式の(x,y)に代入することで、切片bの値が得られる。このbの値に対して閾値を設けることで、巻線の良否を診断しても良い。In the embodiments so far, the distance between the straight line obtained from the feature quantity distribution and the feature quantity point obtained from the diagnosis target winding has been calculated. As a modified example, the following determination method may be used.
In the embodiments so far, the inclination and the intercept are obtained simultaneously as a straight line. Here, only the inclination of the straight line is obtained in advance and stored in the diagnostic information storage unit.
Here, description will be made using the value of the slope obtained with reference to FIG. Now, let b be the intercept of the straight line obtained from the feature quantity distribution.
Figure 0005721581
Can be expressed as
Figure 0005721581
By substituting the value into (x, y) in equation (4), the value of intercept b is obtained. By providing a threshold value for the value of b, the quality of the winding may be diagnosed.

具体的なデータを用いて説明する。
診断対象巻線が正常なときの回転子の位置を5通りに設定したときの切片bの値と、診断対象巻線に短絡が生じているときの回転子の位置を5通りに設定したときの切片bの値とを表1に示す。
このように巻線正常時と異常時とでは、切片の値が異なる。この切片bの値に対して閾値を、例えば−1.2と設け、切片が−1.2未満だと正常、−1.2以上だと短絡等の異常とすることで、巻線の良否判定を行うことができる。
This will be described using specific data.
When the value of the intercept b when the rotor position when the diagnosis target winding is normal is set in five ways, and when the rotor position when the diagnosis target winding is short-circuited is set as five ways Table 1 shows the values of intercept b.
Thus, the value of the intercept differs between when the winding is normal and when it is abnormal. The threshold value is set to, for example, -1.2 with respect to the value of the intercept b. When the intercept is less than -1.2, it is normal, and when the intercept is -1.2 or more, an abnormality such as a short circuit is obtained. Judgment can be made.

Figure 0005721581
Figure 0005721581

これまでに説明した実施の形態では、巻線正常時に得られる特徴量分布の直線と、診断時に得られるD点との距離を求めて、その距離の値に基づいて巻線の良否判定を行う実施例を示した。つまり、試験用巻線2Bとして、正常な巻線を用いた。
別の実施例として、試験用巻線2Bとして正常な巻線だけでなく、異常のある巻線も用いる例を述べる。
In the embodiments described so far, the distance between the straight line of the characteristic amount distribution obtained when the winding is normal and the point D obtained at the time of diagnosis is obtained, and the quality of the winding is determined based on the distance value. Examples were shown. That is, a normal winding was used as the test winding 2B.
As another embodiment, an example will be described in which not only a normal winding but also an abnormal winding is used as the test winding 2B.

図17に示すように、巻線正常時に得られる特徴量分布の直線(直線1)と同様に、短絡等の異常時に得られる特微量分布の直線(直線2)も予め求めておく。そして、診断時に診断対象とする巻線から得られる特徴量の点(D点)と、上記正常時の直線1と短絡時の直線2とのそれぞれの距離dと距離dを求め、距離が近い方の直線の状態を診断対象巻線の状態と判定することもできる。
図17の例では、距離dの方が距離dよりも近いので、この診断巻線は正常であると判定する。
As shown in FIG. 17, a straight line of a trace amount distribution (straight line 2) obtained in the event of an abnormality such as a short circuit is obtained in advance, similarly to a straight line of characteristic amount distribution (straight line 1) obtained when the winding is normal. Then, a distance d 1 and a distance d 2 between the point (D point) of the characteristic amount obtained from the winding to be diagnosed at the time of diagnosis and the straight line 1 at normal time and the straight line 2 at short circuit are obtained, and the distance It is also possible to determine the straight line state closer to the state of the winding to be diagnosed.
In the example of FIG. 17, the direction of the distance d 1 is closer than the distance d 2, this diagnostic winding is determined to be normal.

試験用巻線2Bとして、異常のある巻線を用いる別の実施例について説明する。
異常のある巻線を用いて、図18に示すように、短絡等の異常時に得られる特徴量分布の直線(直線2)を予め求めておく。そして、診断時に診断対象とする巻線から得られる特徴量の点(D点)と、上記直線2との距離を求め、その値に基づいて巻線の良否判定を行うこともできる。
Another embodiment in which an abnormal winding is used as the test winding 2B will be described.
As shown in FIG. 18, a characteristic distribution straight line (straight line 2) obtained in the event of an abnormality such as a short circuit is obtained in advance using an abnormal winding. Further, the distance between the feature point (D point) obtained from the winding to be diagnosed at the time of diagnosis and the straight line 2 can be obtained, and the quality of the winding can be determined based on the distance.

なお、自動車や電車のような移動体に搭載されている電動機もしくは発電機に対して、その電動機もしくは発電機が一時停止している状態、もしくはその移動体を始動させるためにエンジンをかける時や電源投入時において、本発明の回転機の巻線診断システムを用いることで、電動機や発電機の巻線の良否を診断することができる。  When an electric motor or generator is mounted on a moving body such as an automobile or train, the motor or generator is temporarily stopped, or when the engine is started to start the moving body or When turning on the power, the use of the winding diagnosis system for a rotating machine according to the present invention can diagnose the quality of the winding of the motor or the generator.

また、前記回転機(試験用巻線2B)において、様々な回転子の位置を作り出して直線の傾きや切片を求める際に、例えば図15に配置構成図で示すように、別電動機9を準備して(ここでは便宜上、回転位置制御用電動機と呼ぶ)、この回転位置制御用電動機9と前記回転機(試験用巻線2B)の回転子をベルトやギアでつなぐ。そして回転位置制御用電動機9の回転位置をコンピュータ10で制御することで、前記回転機(試験用巻線2B)の回転子の様々な回転位置を作り出しても良い。
こうすることで、前記回転機(試験用巻線2B)の回転子のあらゆる回転位置を正確に作り出すことができるようになる。
Further, in the rotating machine (test winding 2B), when the various rotor positions are created and the inclination and intercept of the straight line are obtained, for example, as shown in the layout diagram of FIG. 15, another electric motor 9 is prepared. (Hereinafter referred to as a rotational position control motor for convenience), the rotational position control motor 9 and the rotor of the rotating machine (test winding 2B) are connected by a belt or a gear. Various rotational positions of the rotor of the rotating machine (test winding 2 </ b> B) may be created by controlling the rotational position of the rotational position control motor 9 with the computer 10.
By doing so, any rotational position of the rotor of the rotating machine (test winding 2B) can be created accurately.

1 回転機の巻線診断システム
2A 診断対象巻線
2B 試験用巻線
3 インパルス電圧発生回路
4 電圧計測部
5 A/D変換回路
6 診断情報記憶部(メモリ)
7 診断部
8 表示部
9 回転位置制御用電動機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation machine winding diagnostic system 2A Diagnosis target winding 2B Test winding 3 Impulse voltage generation circuit 4 Voltage measurement unit 5 A / D conversion circuit 6 Diagnostic information storage unit (memory)
7 Diagnosis unit 8 Display unit 9 Motor for rotational position control

Claims (10)

電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、その乗算値であるLCとRCを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を2次元分布したときに得られる直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、そのとき得られる乗算値であるLCとRCを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の巻線診断システム。
An impulse voltage generating circuit for applying an impulse voltage having a predetermined characteristic to a stator winding of a rotating machine such as an electric motor or a generator;
Voltage measuring means for measuring a voltage at both ends of the stator winding when an impulse voltage of the predetermined characteristic is applied to the stator winding of the rotating machine;
Prepare multiple normal rotating machines of the same model number, and apply the impulse voltage to the stator windings between the phases for each position in the state where multiple rotor positions are created in each rotating machine. applied to, from the voltage waveform observed at that time, the impulse voltage generating circuit, the equivalent circuit constant of the circuit composed of the stator windings of said rotary machine characteristics of its changes due to the position of the rotor When the resistance is R, the inductance is L, and the capacitance is C, the multiplication values LC and RC are calculated as feature values, and the values of a plurality of feature values obtained at that time are obtained when two-dimensionally distributed. A diagnostic information storage unit for obtaining and storing the inclination and intercept of the straight line obtained;
At the time of diagnosis, in the rotating machine of the same model number as the rotating machine, the same impulse voltage as the impulse voltage is applied, and from the voltage waveform observed at that time, the characteristics vary depending on the position of the impulse voltage generating circuit and the rotor. Assuming that the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit composed of the changing stator winding of the rotating machine is R, the inductance is L, and the capacitance is C, LC and RC which are multiplication values obtained at that time are used as feature quantities. , A means for calculating the distance between the feature point and the straight line stored in the diagnostic information storage unit, and diagnosing the quality of the stator winding based on the value;
A winding diagnosis system for a rotating machine, comprising:
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で異常がある回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、その乗算値であるLCとRCを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を2次元分布したときに得られる直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、そのとき得られる乗算値であるLCとRCを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の巻線診断システム。
An impulse voltage generating circuit for applying an impulse voltage having a predetermined characteristic to a stator winding of a rotating machine such as an electric motor or a generator;
Voltage measuring means for measuring a voltage at both ends of the stator winding when an impulse voltage of the predetermined characteristic is applied to the stator winding of the rotating machine;
Stator windings between the phases are prepared for each state of the rotor with the same model number and a plurality of rotating machines with abnormalities, and each rotor has a plurality of rotor positions. is applied to, from the time the voltage waveform observed, the equivalent circuit constant of the circuit constituted with the impulse voltage generator, the stator winding of the rotary machine characteristics of its changes due to the position of the rotor When the resistance is R, the inductance is L, and the capacitance is C, the multiplication values LC and RC are calculated as feature quantities, and the values of the plurality of feature quantities obtained at that time are two-dimensionally distributed. A diagnostic information storage unit for obtaining and storing the slope and intercept of the obtained straight line;
At the time of diagnosis, in the rotating machine of the same model number as the rotating machine, the same impulse voltage as the impulse voltage is applied, and from the voltage waveform observed at that time, the characteristics vary depending on the position of the impulse voltage generating circuit and the rotor. Assuming that the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit composed of the changing stator winding of the rotating machine is R, the inductance is L, and the capacitance is C, LC and RC which are multiplication values obtained at that time are used as feature quantities. , A means for calculating the distance between the feature point and the straight line stored in the diagnostic information storage unit, and diagnosing the quality of the stator winding based on the value;
A winding diagnosis system for a rotating machine, comprising:
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機と異常がある回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、その乗算値であるLCとRCを特徴量として算出して、正常な回転機と異常がある回転機のそれぞれから得られる複数個の特徴量の値を2次元分布したときに、正常な回転機と異常がある回転機から得られるそれぞれの直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、そのとき得られる乗算値であるLCとRCを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている正常な回転機と異常がある回転機から得られるそれぞれの直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の巻線診断システム。
An impulse voltage generating circuit for applying an impulse voltage having a predetermined characteristic to a stator winding of a rotating machine such as an electric motor or a generator;
Voltage measuring means for measuring a voltage at both ends of the stator winding when an impulse voltage of the predetermined characteristic is applied to the stator winding of the rotating machine;
Prepare multiple normal rotating machines and abnormal rotating machines with the same model number, and the impulse voltage between each phase in the state where each rotor produces multiple rotor positions. is applied to the stator winding consists of the time the voltage waveform observed, and the impulse voltage generator, the stator winding of the rotary machine characteristics of its changes due to the position of the rotor When the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit is R, the inductance is L, and the capacitance is C, the multiplication values LC and RC are calculated as feature amounts, and each of the normal rotating machine and the abnormal rotating machine is calculated. A diagnostic information storage unit for obtaining and storing slopes and intercepts of respective straight lines obtained from a normal rotating machine and a rotating machine having an abnormality when two-dimensional distribution of a plurality of obtained feature value values;
At the time of diagnosis, in the rotating machine of the same model number as the rotating machine, the same impulse voltage as the impulse voltage is applied, and from the voltage waveform observed at that time, the characteristics vary depending on the position of the impulse voltage generating circuit and the rotor. Assuming that the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit composed of the changing stator winding of the rotating machine is R, the inductance is L, and the capacitance is C, LC and RC which are multiplication values obtained at that time are used as feature quantities. , a point of this feature amount, calculates a distance between each of the straight lines obtained from the diagnostic information storage normal rotating machine stored in the unit and rotary machines is abnormal, the stator winding based on the value Diagnostic means for diagnosing the quality of the line;
A winding diagnosis system for a rotating machine, comprising:
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、その乗算値であるLCとRCを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を2次元分布したときに得られる直線の傾きを求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をR、インダクタンスをL、キャパシタンスをCとしたとき、そのとき得られる乗算値であるLCとRCを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線の傾きを用いてその直線の切片を算出して、その切片の値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の巻線診断システム。
An impulse voltage generating circuit for applying an impulse voltage having a predetermined characteristic to a stator winding of a rotating machine such as an electric motor or a generator;
Voltage measuring means for measuring a voltage at both ends of the stator winding when an impulse voltage of the predetermined characteristic is applied to the stator winding of the rotating machine;
Prepare multiple normal rotating machines of the same model number, and apply the impulse voltage to the stator windings between the phases for each position in the state where multiple rotor positions are created in each rotating machine. applied to, from the voltage waveform observed at that time, the impulse voltage generating circuit, the equivalent circuit constant of the circuit composed of the stator windings of the rotating machine characteristics of its changes due to the position of the rotor When the resistance is R, the inductance is L, and the capacitance is C, the multiplication values LC and RC are calculated as feature values, and the values of a plurality of feature values obtained at that time are obtained when two-dimensionally distributed. A diagnostic information storage unit for obtaining and storing the inclination of the straight line obtained;
At the time of diagnosis, in the rotating machine of the same model number as the rotating machine, the same impulse voltage as the impulse voltage is applied, and from the voltage waveform observed at that time, the characteristics vary depending on the position of the impulse voltage generating circuit and the rotor. Assuming that the resistance of the equivalent circuit constant of the circuit composed of the changing stator winding of the rotating machine is R, the inductance is L, and the capacitance is C, LC and RC which are multiplication values obtained at that time are used as feature quantities. , diagnosis and point of the feature amount, using the slope of the line stored in the diagnostic information storage unit calculates the intercept of the straight line, to diagnose the quality of the stator winding based on the value of the intercept Means,
A winding diagnosis system for a rotating machine, comprising:
前記LCおよびRCを求める際に用いる電圧としては、電圧値が最小となる時やゼロクロス時といった特徴的な時刻をサンプリング開始として、一周期あたり10点以上の電圧値をサンプリングするとともに、LCおよびRCを求めるために使用する電圧値の時間区間を電圧波形の半周期以上とする
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
As the voltages used for obtaining the LC and RC, sampling is performed at a characteristic time such as when the voltage value is minimum or at zero crossing, and sampling is performed at 10 or more voltage values per cycle. 5. The winding diagnosis system for a rotating machine according to claim 1, wherein a time interval of a voltage value used for obtaining the value is equal to or more than a half cycle of the voltage waveform.
前記診断情報記憶部において、回転機からLCとRCが分布する直線の傾きと切片を求めておく場合に、LCとRCの値がおおよそ最大、最小となる点を2つだけ求め、その2点を通る直線がLCとRCが分布する直線とみなして直線の傾きや切片を求め記憶しておく
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
When the slope and intercept of the straight line in which LC and RC are distributed are determined from the rotating machine in the diagnostic information storage unit, only two points where the values of LC and RC are approximately maximum and minimum are determined. The winding diagnosis system for a rotating machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the straight line passing through is regarded as a straight line in which LC and RC are distributed, and the inclination and intercept of the straight line are obtained and stored.
回転子の位置を複数通り作り出す手段として、別の回転位置制御用電動機を備え、該回転位置制御用電動機と前記回転機の回転子とをベルトやギアでつなぎ、コンピュータで前記回転位置制御用電動機の回転位置を制御できるように構成した
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
As a means for creating a plurality of positions of the rotor, another motor for controlling the rotational position is provided, the motor for controlling the rotational position and the rotor of the rotating machine are connected by a belt or a gear, and the motor for controlling the rotational position by a computer 5. The winding diagnosis system for a rotating machine according to claim 1, wherein the rotation position of the rotating machine can be controlled.
前記インパルス電圧発生回路は、直流電圧とコンデンサとスイッチを備えて構成され、前記直流電圧は100V以下の低電圧を用いる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
5. The rotating machine according to claim 1, wherein the impulse voltage generation circuit includes a DC voltage, a capacitor, and a switch, and the DC voltage uses a low voltage of 100 V or less. Winding diagnostic system.
前記スイッチとして、FETやCMOS、サイリスタなどの高速スイッチング可能な半導体を用いることを特徴とする請求項に記載の回転機の巻線診断システム。9. The rotating machine winding diagnosis system according to claim 8 , wherein a semiconductor capable of high-speed switching, such as an FET, a CMOS, or a thyristor, is used as the switch. 前記回転機が、自動車や電車のような移動体に搭載されている電動機もしくは発電機であり、該電動機もしくは発電機が一時停止している状態、もしくはその移動体を始動させるためにエンジンをかける時や電源投入時において、前記回転機の固定子巻線の良否を診断する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
The rotating machine is an electric motor or a generator mounted on a moving body such as an automobile or a train, and the motor or generator is temporarily stopped, or an engine is started to start the moving body. The rotating machine winding diagnosis system according to any one of claims 1 to 9 , wherein whether or not the stator winding of the rotating machine is good or bad is diagnosed at the time of turning on or turning on the power.
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