JP6936759B2 - 診断装置、駆動システム、診断方法及びプログラム - Google Patents
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Description
以下、第1の実施形態に係る三相モータの診断装置、及び、これを備える駆動システム9について、図1〜図11を参照しながら説明する。
図1は、第1の実施形態に係る診断装置等の全体構成を示す図である。
図1に示すように、駆動システム9は、電源P、三相モータMT(三相誘導電動機)及び診断装置1を備えてなる。
診断装置1は、電源Pから供給される三相交流電力に基づいて駆動する三相モータMTの異常検知を行う。駆動システム9は、例えば、発電プラント、化学プラント、ごみ処理施設等に適用される。例えば、発電プラントにおいては、電源Pは発電機であり、三相モータMTは発電プラント内に配設された補機(冷却ファンやポンプ等)を駆動する誘導電動機である。
図2は、第1の実施形態に係る診断装置の機能構成を示す図である。
図2に示すように、診断装置1は、CPU10と、表示部11と、操作部12と、メモリ13と、ストレージ14とを備えている。
表示部11は、液晶ディスプレイモニタ等の出力機器であって、駆動システム9の監視者に向けて情報を出力する。
操作部12は、マウス、キーボード、タッチセンサ等の入力機器であって、駆動システム9の監視者の操作を受け付ける。
メモリ13は、いわゆる主記憶装置であって、CPU10がプログラムに従った動作を行うための記憶領域である。
ストレージ14は、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の補助記憶装置である。
異常検知部101は、各相のモータ電流の計測値に基づいて、三相モータMTについての「欠相」の発生、「地絡」の発生、及び、「レイヤショート」の発生のそれぞれを検知する。「欠相」、「地絡」及び「レイヤショート」は、それぞれ、三相モータMTの固定子側に特に発生する異常状態である。ここで、「欠相」とは、三相交流電力の各相(U相、V相、W相)を送電するいずれかの送電線が断線する、又は、断線に近い状態となる異常状態を指す。また、「地絡」とは、三相交流電力の各相(U相、V相、W相)を送電するいずれかの送電線が接地点と短絡する、又は、短絡に近い状態となる異常状態を指す。また、「レイヤショート」とは、三相モータMTの固定子に配される巻線の少なくとも一部がショートする異常状態を指す。
異常程度推定部102は、異常検知部101によって「欠相」の発生が検知された場合には当該欠相の程度を推定する。また、異常程度推定部102は、異常検知部101によって「地絡」の発生が検知された場合には当該地絡の程度を推定する。また、異常程度推定部102は、「レイヤショート」の発生が検知された場合には当該レイヤショートの程度を推定する。
図3は、第1の実施形態に係るCPUの処理フローを示す第1図である。
図3に示す処理フローは、駆動システム9の運転中において繰り返し実行される。
まず、CPU10のモータ電流取得部100は、電流センサCを介して、三相各相のモータ電流(U相モータ電流iu、V相モータ電流iv及びW相モータ電流iw)の計測値を取得する(ステップS00)。モータ電流取得部100は、モータ電流を、例えば、数ミリ秒単位のサンプリング周期で取得し、メモリ13等に逐次蓄えていく。
以下、それぞれの診断処理について、詳しく説明する。
図4は、第1の実施形態に係るCPUの処理フローを示す第2図である。
図5、図6は、それぞれ、第1の実施形態に係るCPUによる診断処理を説明するための第1図、第2図である。
以下、図4〜図6を参照しながら、欠相についての診断処理(図3のステップS10)について詳しく説明する。
なお、判定閾値ithは、三相モータMTの負荷の大きさから想定されるモータ電流に対し、測定誤差よりも大きい有意な差を有する値として予め規定される。
異常程度推定部102は、判定閾値ith以下となって計測されたU相モータ電流の実効値iurmsを関数F1に当てはめることで直列抵抗成分Rmの大きさを推定する。
他方、直列抵抗成分Rmが欠相許容判定閾値Rto1を上回っていた場合、異常程度推定部102は、直列抵抗成分Rmが許容範囲外であると判定する(ステップS14:NO)。この場合、異常程度推定部102は、「欠相あり(許容範囲外)」との表記、及び、欠相の発生による抵抗の増加率Rm/R0を、監視者に向けて出力する(ステップS16)。
図7は、第1の実施形態に係るCPUの処理フローを示す第3図である。
図8、図9は、それぞれ、第1の実施形態に係るCPUによる診断処理を説明するための第3図、第4図である。
以下、図7〜図9を参照しながら、地絡についての診断処理(図3のステップS20)について詳しく説明する。
異常程度推定部102は、ステップS23で算出したピーク値Pfmを関数F2に当てはめることで地絡経路の抵抗成分Rnの大きさを推定する。
他方、地絡経路の抵抗成分Rnが地絡許容判定閾値Rto2を下回っていた場合、異常程度推定部102は、地絡経路の抵抗成分Rnが許容範囲外であると判定する(ステップS25:NO)。この場合、異常程度推定部102は、「地絡あり(許容範囲外)」との表記、及び、地絡経路の抵抗成分Rnを、監視者に向けて出力する(ステップS27)。
図10は、第1の実施形態に係るCPUの処理フローを示す第4図である。
図11は、第1の実施形態に係るCPUによる診断処理を説明するための第5図である。
以下、図10〜図11を参照しながら、レイヤショートについての診断処理(図3のステップS30)について詳しく説明する。
異常程度推定部102は、異常程度推定部102は、式(3)の各係数k11〜k77、m11〜m77を変更しながら、ステップS00で取得されたU相モータ電流iu、V相モータ電流iv及びW相モータ電流iwの計測値と同一の電流波形を得られる各係数k11〜k77、m11〜m77の組み合わせを特定する。異常程度推定部102は、特定した各係数k11〜k77、m11〜m77の組み合わせからU相の巻線LUで発生したレイヤショートの割合を推定することができる。
他方、レイヤショートの割合がレイヤショート許容判定閾値を上回っていた場合、異常程度推定部102は、レイヤショートの割合が許容範囲外であると判定する(ステップS34:NO)。この場合、異常程度推定部102は、「レイヤショートあり(許容範囲外)」との表記、及び、レイヤショートの割合を、監視者に向けて出力する(ステップS36)。
V相の巻線LVにレイヤショートが発生した三相モータMTの各相に印加される電圧と、当該三相モータMTの各相に流れる電流との関係を示す電圧方程式は、式(3)右辺1項目の7×7の行列要素のうち、7行目の4〜6列目における各行列要素「Mcosθa×k74」、「Mcosθb×k75」、「Mcosθc×k76」を、それぞれ、「Mcosθc×k74」、「Mcosθa×k75」、「Mcosθb×k76」に変更し、4〜6行目の7列目における各行列要素「Mcosθa×k47」、「Mcosθb×k57」、「Mcosθc×k67」を、それぞれ、「Mcosθc×k47」、「Mcosθa×k57」、「Mcosθb×k67」に変更することで得られる。
また、W相の巻線LWにレイヤショートが発生した三相モータMTの各相に印加される電圧と、当該三相モータMTの各相に流れる電流との関係を示す電圧方程式は、式(3)右辺1項目の7×7の行列要素のうち、7行目の4〜6列目における各行列要素「Mcosθa×k74」、「Mcosθb×k75」、「Mcosθc×k76」を、それぞれ、「Mcosθb×k74」、「Mcosθc×k75」、「Mcosθa×k76」に変更し、4〜6行目の7列目における各行列要素「Mcosθa×k47」、「Mcosθb×k57」、「Mcosθc×k67」を、それぞれ、「Mcosθb×k47」、「Mcosθc×k57」、「Mcosθa×k67」に変更することで得られる。
以上のとおり、第1の実施形態に係る診断装置1は、三相各相のモータ電流の計測値に基づいて、少なくとも、三相モータMTについての欠相の発生、地絡の発生、及び、レイヤショートの発生のそれぞれを検知する。そして、診断装置1は、欠相の発生が検知された場合には当該欠相の程度を推定し、地絡の発生が検知された場合には当該地絡の程度を推定し、レイヤショートの発生が検知された場合には当該レイヤショートの程度を推定する。
このようにすることで、発生した異常状態の判別と、その深刻度までを評価することができる。これにより、駆動システム9の設備保有者は、当該駆動システム9で何らかの異常が検知されたとしても、異常の深刻度が比較的小さい場合はコストの観点から運転を継続する、などといった柔軟な対応を取ることができる。また、複数の定期点検の結果を用いることで、症状の進行度合いを把握することができるので、適切なメンテナンス計画を立てることができる。
10 CPU
100 モータ電流取得部
101 異常検知部
102 異常程度推定部
11 表示部
12 操作部
13 メモリ
14 ストレージ
P 電源
MT 三相モータ
C 電流センサ
Claims (8)
- 三相モータの異常を検知する診断装置であって、
各相のモータ電流の計測値を取得するモータ電流取得部と、
前記各相のモータ電流の計測値に基づいて、前記三相モータについての欠相の発生を検知する異常検知部と、
前記欠相の発生が検知された場合には当該欠相の程度を推定する異常程度推定部と、
を備え、
前記異常程度推定部は、前記欠相の発生が検知された場合には、当該欠相の程度として、前記三相モータの一つの巻線に対する直列抵抗成分の大きさを推定する、
診断装置。 - 三相モータの異常を検知する診断装置であって、
各相のモータ電流の計測値を取得するモータ電流取得部と、
前記各相のモータ電流の計測値に基づいて、前記三相モータについてのレイヤショートの発生を検知する異常検知部と、
前記レイヤショートの発生が検知された場合には当該レイヤショートの程度を推定する異常程度推定部と、
を備え、
前記異常程度推定部は、前記レイヤショートの発生が検知された場合には、当該レイヤショートの程度として、前記三相モータの一つの巻線に発生したレイヤショートの割合を推定する、
診断装置。 - 前記異常検知部は、更に、前記各相のモータ電流の計測値に基づいて地絡の発生を検知し、
前記異常程度推定部は、前記地絡の発生が検知された場合には、当該地絡の程度として、前記三相モータの一つの巻線に対する地絡経路の抵抗成分の大きさを推定する
請求項1または請求項2に記載の診断装置。 - 請求項1から請求項3の何れか一項に記載の診断装置と、
前記三相モータと、
当該三相モータに三相交流電力を供給する電源と、
を備える駆動システム。 - 三相モータの異常を検知する方法であって、
各相のモータ電流の計測値を取得するステップと、
前記各相のモータ電流の計測値に基づいて、前記三相モータについての欠相の発生を検知するステップと、
前記欠相の発生が検知された場合には当該欠相の程度を推定するステップと、
を備え、
前記欠相の程度を推定するステップでは、前記欠相の発生が検知された場合には、当該欠相の程度として、前記三相モータの一つの巻線に対する直列抵抗成分の大きさを推定する、
診断方法。 - 三相モータの異常を検知可能な診断装置のコンピュータに、
各相のモータ電流の計測値を取得するステップと、
前記各相のモータ電流の計測値に基づいて、前記三相モータについての欠相の発生を検知するステップと、
前記欠相の発生が検知された場合には当該欠相の程度を推定するステップと、
を実行させ、
前記欠相の程度を推定するステップでは、前記欠相の発生が検知された場合には、当該欠相の程度として、前記三相モータの一つの巻線に対する直列抵抗成分の大きさを推定する、
プログラム。 - 三相モータの異常を検知する方法であって、
各相のモータ電流の計測値を取得するステップと、
前記各相のモータ電流の計測値に基づいて、レイヤショートの発生を検知するステップと、
前記レイヤショートの発生が検知された場合には当該レイヤショートの程度を推定するステップと、
を備え、
前記レイヤショートの程度を推定するステップでは、前記レイヤショートの発生が検知された場合には、当該レイヤショートの程度として、前記三相モータの一つの巻線に発生したレイヤショートの割合を推定する、
診断方法。 - 三相モータの異常を検知可能な診断装置のコンピュータに、
各相のモータ電流の計測値を取得するステップと、
前記各相のモータ電流の計測値に基づいて、レイヤショートの発生を検知するステップと、
前記レイヤショートの発生が検知された場合には当該レイヤショートの程度を推定するステップと、
を実行させ、
前記レイヤショートの程度を推定するステップでは、前記レイヤショートの発生が検知された場合には、当該レイヤショートの程度として、前記三相モータの一つの巻線に発生したレイヤショートの割合を推定する、
プログラム。
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