KR100810979B1 - A method for detecting defects of induction motors - Google Patents

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KR100810979B1
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김영일
김재평
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대림대학 산학협력단
(주)케이디티
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Abstract

A method for detecting defects of induction motors is provided to obtain data for detecting the defects by connecting voltage and current clamps to a potential transformer and a current transformer in a control room separated from a motor when driving the motor. A method for detecting defects of induction motors includes the steps of: storing time signal data by sampling a current or voltage signal of each phase of the plural induction motors; determining a defect by calculating a root-mean-square value of the current or voltage from the time signal data, storing a maximum and a minimum of the current or voltage per predetermined time, and comparing the values with a predetermined reference value; determining a defect by obtaining average current or voltage from the time signal data, calculating a deviation, storing the maximum and minimum of the current or voltage per predetermined time, and comparing the values with a predetermined reference value; determining a defect by calculating a peak factor of the current or voltage from the time signal data, storing the maximum and minimum of the peak factor per predetermined time, obtaining an average peak factor and a deviation from the peak factor of each phase, and comparing the values with a predetermined reference value; determining a defect by obtaining an impedance, an average impedance, and an impedance deviation from the time signal data, storing the maximum and minimum of the impedance per predetermined time, and comparing the values with a predetermined reference value; and determining a defect by obtaining a power factor from the time signal data, storing the maximum and minimum of the power factor per predetermined time, and comparing the values with a predetermined reference value.

Description

유도전동기의 결함 검출 방법{A method for detecting defects of induction motors}A method for detecting defects of induction motors

도 1은 전류 또는 전압의 실효값을 통한 결함 여부 판별 방법을 나타내는 흐름도.1 is a flowchart illustrating a method of determining whether a defect is determined through an effective value of a current or a voltage.

도 2는 전류 또는 전압의 평균값을 통한 결함 여부 판별 방법을 나타내는 흐름도.2 is a flowchart illustrating a method of determining whether a defect is determined through an average value of current or voltage.

도 3은 파고율을 통한 결함 여부 판별 방법을 나타내는 흐름도.3 is a flowchart illustrating a method of determining whether a defect is detected through a crest factor.

도 4는 임피던스를 통한 결함 여부 판별 방법을 나타내는 흐름도.4 is a flowchart illustrating a method of determining whether a defect is caused by impedance.

도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 유도전동기의 결함 검출과 관련한 정보 입력 및 결과 표시 화면.5 to 10 are information input and result display screen related to the detection of the defect of the induction motor according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 유도전동기에 공급되는 전류 변화량을 측정하여 유도전동기의 전기적, 기계적 결함을 검출할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting electrical and mechanical defects of an induction motor by measuring the amount of change in current supplied to the induction motor.

많은 산업체에서 기계의 결함을 조기에 발견하기 위해 수십 년부터 발전소, 제지공장 등에서 기계 상태의 모니터링을 실시하고 있다. 기계 상태 모니터링 변수 로는 진동, 축 전류, 축 전압, 회전자 전류, 부분 방전, 속도 변동, 온도, 누설자속, 고정자전류 측정 분석 등의 방법이 있다. 이러한 방법들이 전동기에 적용되어 결함을 검출하고 있으나 전동기의 전기적 결함, 기계적 결함과 같이 현재의 모니터링 기법으로는 검출하지 못하는 결함도 존재한다. 따라서 전동기에서 빈번히 나타나는 결함들, 즉 공극 변동과 정렬 불량, 커플링 문제, 베어링 결함, 회전자 봉 결함과 고정자 권선의 선간 단락 등과 같은 결함을 전동기로부터 쉽게 검출할 수 있는 새로운 온라인 모니터링 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.Many industries have been monitoring the condition of machinery in power plants and paper mills for decades in order to detect machine defects early. Machine condition monitoring parameters include vibration, shaft current, shaft voltage, rotor current, partial discharge, speed variation, temperature, leakage flux and stator current measurement analysis. Although these methods are applied to the motor to detect defects, there are also defects that cannot be detected by current monitoring techniques such as electric and mechanical defects of the motor. Therefore, the development of a new on-line monitoring system that makes it easy to detect defects that occur frequently in motors, such as air gap fluctuations, misalignment, coupling problems, bearing defects, rotor rod defects, and stator winding short circuits. There is an urgent need.

본 발명은 상기한 요구에 부합하는 전동기의 결함 분석 방법으로서, 전류 측정을 이용하여 전동기의 결함을 검출할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for detecting a defect of an electric motor by using a current measurement as a method for analyzing a defect of an electric motor meeting the above requirements.

이러한 방법의 원리는 전동기 내부에 결함이 있는 경우 마찰력의 변화 즉 토크의 변화가 생기고, 이것이 공급전류를 변화시키게 되므로 공급전류의 미세 변화를 측정하여 전동기 내부결함을 분석하는 것이다.The principle of this method is that if there is a defect in the motor, a change in frictional force, that is, a change in torque, and this causes a change in the supply current.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도전동기의 결함 검출 방법은,Defect detection method of the induction motor according to the present invention for achieving the above object,

다수개의 유도 전동기의 각 상의 전류 또는 전압 신호를 샘플링 하여 시간 신호 데이터를 저장하는 단계; 상기 시간 신호 데이터로부터 전류 또는 전압의 실효값을 계산하고 소정 시간마다 전류 또는 전압의 최대값과 최소값을 저장한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계; 상기 시간 신호 데이터로부터 평균 전류 또는 전압을 구하고 편차를 계산하고 소정 시간마다 전류 또는 전압의 최대값과 최소값을 저장한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계; 상기 시간 신호 데이터로부터 전류 또는 전압의 파고율을 계산하고 소정 시간마다 파고율의 최대값과 최소값을 저장하고 각 상의 파고율로부터 평균 파고율과 편차를 구한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계; 상기 시간 신호 데이터로부터 임피던스, 평균 임피던스, 임피던스 편차를 구하고 소정 시간마다 임피던스의 최대값과 최소값을 저장한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계; 및 상기 시간 신호 데이터로부터 역률을 구하고 소정 시간마다 역률의 최대값과 최소값을 저장한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계; 를 포함하여 구성된다.Sampling current or voltage signals of each phase of the plurality of induction motors and storing time signal data; Calculating an effective value of the current or voltage from the time signal data, storing a maximum value and a minimum value of the current or voltage every predetermined time, and then comparing the values with a preset reference value to determine whether there is a defect; Obtaining an average current or voltage from the time signal data, calculating a deviation, storing a maximum value and a minimum value of the current or voltage every predetermined time, and comparing the values with a preset reference value to determine whether there is a defect; Calculate the crest factor of the current or voltage from the time signal data, store the maximum and minimum values of the crest factor every predetermined time, calculate the average crest factor and the deviation from the crest factor of each phase, and compare these values with a preset reference value to determine whether there is a defect. Determining; Determining impedance, average impedance, and impedance deviation from the time signal data, storing the maximum and minimum values of the impedance every predetermined time, and comparing the values with a preset reference value to determine whether there is a defect; Obtaining a power factor from the time signal data, storing a maximum value and a minimum value of the power factor at every predetermined time, and comparing the values with a preset reference value to determine whether there is a defect; It is configured to include.

또한 상기 시간 신호 데이터를 5000[Hz] 이하의 주파수로 주파수 변환하여 전원 하모닉 왜율, 비 전원 하모닉 왜율, 짝수 하모닉, 홀수 하모닉, 영상 하모닉, 양 시퀀스 및 부 시퀀스 하모닉을 계산하고 회전주파수로 나누어 신호 왜율, 정적 편심 및 동적 편심, 베어링 결함, 부하 결함 여부를 판별하는 단계; 및 상기 시간 신호 데이터를 200[Hz] 이하의 주파수로 주파수 변환하여 회전수를 계산하고 회전자 봉의 결함 여부를 판별하는 단계; 를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, by converting the time signal data to a frequency of 5000 [Hz] or less, power harmonic distortion, non-power harmonic distortion, even harmonics, odd harmonics, video harmonics, both sequence and subsequence harmonics are calculated, and divided by the rotation frequency to obtain signal distortion. Determining whether static eccentricity and dynamic eccentricity, bearing defects, load defects are present; And frequency converting the time signal data into a frequency of 200 [Hz] or less to calculate a rotation speed and determine whether the rotor rod is defective. It is preferably configured to further include.

이러한 유도전동기의 결함 검출 방법 모듈은 모터 제어반에 탑재될 수 있다.The defect detection method module of the induction motor may be mounted in the motor control panel.

이하 본 발명에 따른 유도전동기의 결함 검출 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a defect detection method of the induction motor according to the present invention will be described in detail.

먼저, 다수개의 유도전동기 입력 채널에서 전류 및 전압신호가 샘플링되고 A/D변환기를 거쳐 시간신호 데이터가 저장된다.First, current and voltage signals are sampled in a plurality of induction motor input channels and time signal data is stored through an A / D converter.

본 발명의 첫번째 프로세스에 의한 결함 검출 방법은, 1초 동안 시간신호 데이터를 저장한 후 전류 및 전압, 파고율(CF: crest factor), 전력, 역률(PF: power factor), 임피던스 등을 계산하여 결함 여부를 판별하는 것이다. 각 계산 값에 따른 결함 검출 방법은 다음과 같다.Defect detection method according to the first process of the present invention, after storing the time signal data for 1 second, calculates the current and voltage, crest factor (CF), power, power factor (PF), impedance, etc. It is to determine whether or not. The defect detection method according to each calculated value is as follows.

도 1은 전류 또는 전압의 실효값을 통한 결함 여부 판별 방법을 나타내는 흐름도로서, 1초 동안의 시간신호 샘플로부터 실효값(RMS)을 계산하고, 60초 마다 전류의 최대와 최소값을 저장한 후, 최소와 최대값을 설정된 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하고 해당하는 결함을 화면에 표시한다.1 is a flowchart illustrating a method of determining whether a defect is determined by an effective value of a current or a voltage. The RMS value is calculated from a sample of a time signal for 1 second, and the maximum and minimum values of current are stored every 60 seconds. The minimum and maximum values are compared with the set reference value to determine whether there is a defect, and the corresponding defect is displayed on the screen.

도 2는 전류 또는 전압의 평균값을 통한 결함 여부 판별 방법을 나타내는 흐름도이다. 우선 a, b, c 상의 전류가 모두 측정되었는지 점검한다. 한 상이라도 측정 되지 않았으면 평균전류를 구할 수 없다는 것을 화면에 표시한다. 모든 상에 대하여 측정되었으면 평균을 구하고 설정된 시간마다 최대값과 최소값을 저장하고

Figure 112006091211408-pat00001
로 편차를 구한다. 상기 최대값, 최소값, 편차를 설정된 최저, 경고, 위험 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하고 해당하는 결함을 화면에 표시한다. 전압 편차가 설정된 위험 또는 경고 레벨을 초과하면 전동기 회전 역방향으로 힘이 작용하며, 진동발생, 고정자 자속 불평형, 절연파괴가 발생하며, 전동기 효율이 감소한다. 또한 온도가 상승한 것이므로 온도 점검 주 기를 단축하여야 한다. 이러한 메시지가 결함 내역과 함께 화면에 표시되도록 한다.2 is a flowchart illustrating a method of determining a defect based on an average value of current or voltage. First check that all currents on a, b and c are measured. If no phase is measured, the average current cannot be obtained. Once measured for all phases, average and store the maximum and minimum values at each set time.
Figure 112006091211408-pat00001
Find the deviation with. The maximum value, the minimum value, and the deviation are compared with the set minimum, warning, and danger reference values to determine whether there is a defect, and the corresponding defect is displayed on the screen. If the voltage deviation exceeds the set danger or warning level, force acts in the reverse direction of motor rotation, vibration, stator flux unbalance, insulation breakdown and motor efficiency decrease. In addition, the temperature increase has to be shortened. This message is displayed on the screen along with the defect details.

도 3은 파고율을 통한 결함 여부 판별 방법을 나타내는 흐름도이다. 1초에 해당하는 N개의 샘플로부터 실효값을 계산한 것과 샘플 내에서 가장 큰 +피크 및 가장 작은 -피크 중 절대값이 큰 값을 찾아내어 파고율

Figure 112006091211408-pat00002
을 계산한다. 매 분마다 최소, 최대의 파고율 값을 저장하고 설정된 위험 및 경고 기준값과 비교하여 결함을 진단한다. 그리고 각 상의 계산된 파고율 값으로부터 평균 파고율 값을 구하고 설정된 위험 및 경고 기준값과 비교한다. 각 상의 파고율 값으로부터 파고율 편차를 구하고 설정된 위험 및 경고 기준값과 비교하여 화면에 표시한다. 전류와 전압의 파고율 값이 설정된 최소 기준값보다 작은 경우 파형에 클립 현상이 발생한 것으로 판단한다. 전압 파고율 값이 설정된 위험 또는 경고 기준값을 초과하는 경우 전원에 서지와 충격파를 점검 후 작동하고, 고정자 코일을 점검하고, 교정 후 작동하여야 한다. 전류와 전압의 파고율 편차가 설정된 위험 또는 경고 기준값을 초과하는 경우 상 전류 또는 상 전압 변동에 원인이 있으며 부하 재분배를 고려하여야 한다. 이러한 메시지가 결함 내역과 함께 화면에 표시되도록 한다.3 is a flowchart illustrating a method of determining whether a defect is detected through a crest factor. The crest factor is calculated by calculating the effective value from N samples corresponding to 1 second and finding the largest absolute value among the largest + and smallest -peaks in the sample.
Figure 112006091211408-pat00002
Calculate Every minute, the minimum and maximum crest factor values are stored and the faults are diagnosed by comparing them with established risk and warning thresholds. The average crest factor value is then calculated from the calculated crest factor values of each phase and compared with the set risk and warning reference values. The crest factor deviation is calculated from the crest factor value of each phase and displayed on the screen in comparison with the set risk and warning reference values. If the crest factor values of current and voltage are smaller than the set minimum reference value, it is determined that a clip phenomenon occurs in the waveform. If the voltage crest factor exceeds the established hazard or warning thresholds, the power supply shall be operated after checking for surges and shock waves, the stator coils, and after calibration. If the crest factor deviations of current and voltage exceed the established hazard or warning thresholds, this may be due to phase current or phase voltage variation and load redistribution should be considered. This message is displayed on the screen along with the defect details.

도 4는 임피던스를 통한 결함 여부 판별 방법을 나타내는 흐름도이다. 우선 각 상의 전압과 전류를 읽어온다. 이 때 각 상의 전류 및 전압이 모두 측정되었는지 점검하여 한 상이라도 측정 되지 않았으면 임피던스를 계산할 수 없다는 것을 화면에 표시한다. 모든 상에 대하여 측정되었으면 임피던스를 계산하고, 평균 임피 던스

Figure 112006091211408-pat00003
를 구한다. 다음으로 임피던스 편차를 구하여 설정된 위험 및 경고 기준값과 비교하여 결함을 판별하여 화면에 표시한다. 측정된 임피던스가 위험 또는 경고 기준값을 초과한 경우 상 전류 또는 상 전압 변동이 원인으로서 고정자 코일 선간 단락을 점검하고 부하 재분배를 고려한다. 이러한 메시지가 결함 내역과 함께 화면에 표시되도록 한다.4 is a flowchart illustrating a method of determining whether a defect occurs through impedance. First, read the voltage and current of each phase. At this time, check if the current and voltage of each phase are measured and if it is not measured, display that the impedance cannot be calculated. Once measured for all phases, calculate the impedance and average impedance
Figure 112006091211408-pat00003
Obtain Next, the impedance deviation is calculated and compared with the set danger and warning reference values to determine the defect and display it on the screen. If the measured impedance exceeds the hazardous or warning thresholds, check the short-circuit between the stator coil lines as a result of phase current or phase voltage variations and consider load redistribution. This message is displayed on the screen along with the defect details.

역률을 통한 결함 여부 판별 방법도 임피던스를 통한 방법과 유사하며, 계산한 역률 값을 설정된 기준값과 비교하여 결함을 판별하여 화면에 표시한다. 측정된 역률이 위험 또는 경고 기준값을 초과한 경우 상 전류 또는 상 전압 변동이 원인으로서 부하 재분배를 고려한다. 이러한 메시지가 결함 내역과 함께 화면에 표시되도록 한다.Determination of defects through power factor is similar to the method through impedance. The defect is determined and displayed on the screen by comparing the calculated power factor value with the set reference value. If the measured power factor exceeds the hazardous or warning threshold, consider load redistribution as the cause of phase current or phase voltage variations. This message is displayed on the screen along with the defect details.

본 발명의 두번째 프로세스에 의한 결함 검출 방법은, 주파수 영역의 신호 처리로서 10[kHz]로 샘플링된 데이터를 8K 개 수집하여 주파수로 변환하여 0~5000[Hz]의 4K 개의 주파수 영역 데이터(스펙트럼)를 얻은 후, 이 스펙트럼의 주파수에서 창 함수에 따른 주파수를 보정하여 전원 하모닉 왜율(PHD: power harmonic distortion), 비 전원 하모닉 왜율(NPHD: non power harmonic distortion), 하모닉 분석(짝수 하모닉, 홀수 하모닉, 제로 하모닉, 양 시퀀스 및 부 시퀀스 하모닉), 회전주파수 하모닉을 계산하고, 회전주파수로 나누어 신호 왜율, 정적 편심 및 동적 편심 검출, 베어링 결함검출, 부하결함 등을 검출하는 것이다.In the defect detection method according to the second process of the present invention, 4K frequency domain data (spectrum) of 0 to 5000 [Hz] is collected by collecting 8K data sampled at 10 [kHz] and converting the frequency into frequency as signal processing in the frequency domain. And then correct the frequency according to the window function at the frequencies of this spectrum to determine power harmonic distortion (PHD), non power harmonic distortion (NPHD), harmonic analysis (even harmonic, odd harmonic, Zero harmonic, both sequence and sub-sequence harmonics), rotation frequency harmonics are calculated and divided by rotation frequency to detect signal distortion, static eccentricity and dynamic eccentricity detection, bearing defect detection, and load defects.

본 발명의 세번째 프로세스에 의한 결함 검출 방법은, 주파수 영역의 신호 처리로서 10[kHz]로 샘플링된 데이터를 1/25 다운 샘플링하여 8K 개 수집한 뒤 주파수로 변환하여 0~200[Hz]의 4K 개의 주파수 영역 스펙트럼을 얻은 후, 이 스펙트럼의 주파수에서 창 함수에 따른 주파수를 보정하여 정확한 회전수를 계산하고 회전자 봉 결함을 검출하는 것이다.The defect detection method according to the third process of the present invention is a frequency domain signal processing that collects 1/25 downsampled data at 10 [kHz] by collecting 8K data and converts the frequency into 4K of 0 to 200 [Hz]. After obtaining two frequency domain spectra, we correct the frequency according to the window function at the frequencies of these spectra to calculate the correct number of revolutions and detect the rotor rod defects.

측정되고 계산된 모든 데이터는 저장되고, 결함 검출 결과는 화면에 표시되며, 결함 검출 결과에 따라 하드웨어를 설정하고 센서 교정을 수행한다.All measured and calculated data are stored, the defect detection results are displayed on the screen, and hardware is set up and sensor calibration is performed according to the defect detection results.

도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 유도전동기의 결함 검출과 관련한 정보 입력 및 결과 표시 화면으로서, 모터사양, 설정, 전체측정값, 개별측정값, 진단, 스펙트럼, 시간의 순서로 탭이 설정되어 있다.5 to 10 are information input and result display screens related to defect detection of an induction motor according to an exemplary embodiment of the present invention. Is set.

도 5는 모터사양 탭을 선택했을 때 나타나는 화면으로서, 각 모터별로 모터명, 제조회사, 모델명 등의 사양을 입력하거나 수정하는데 사용한다.5 is a screen that appears when the motor specification tab is selected, and is used to input or modify specifications such as a motor name, a manufacturer, a model name, and the like for each motor.

도 6은 설정 탭을 선택했을 때 나타나는 화면으로서, 각 모터별로 전류, 전압, 파고율, 전력 등의 값을 검색, 수정하거나 저장하는데 사용한다.FIG. 6 is a screen displayed when the setting tab is selected, and is used to retrieve, modify, or store values such as current, voltage, crest factor, and power for each motor.

도 7은 전체측정값 탭을 선택했을 때 나타나는 화면으로서, 여러 개의 모터의 각종 측정값을 한 화면에 나타낸다.7 is a screen that appears when the entire measurement value tab is selected, and shows various measurement values of several motors on one screen.

도 8은 개별측정값 탭을 선택했을 때 나타나는 화면으로서, 각 모터별로 사양, 각종 측정값, 항목별 측정값의 시간에 따른 변화 등을 상세히 나타낸다.FIG. 8 is a screen displayed when the individual measurement tab is selected, and details of specifications, various measurement values, and time-dependent change of measurement values for each motor are shown in detail.

도 9는 진단 탭을 선택했을 때 나타나는 화면으로서, 각 모터별로 측정값이 설정값을 초과한 경우 그 일시, 초과한 항목, 경고값, 위험값, 고장원인 등을 나타 낸다.FIG. 9 is a screen displayed when the diagnostic tab is selected. When the measured value exceeds the set value for each motor, the date and time, the exceeded item, the warning value, the danger value, and the cause of failure are displayed.

도 10은 스펙트럼 탭을 선택했을 때 나타나는 화면으로서, 스펙트럼 분석 결과를 나타낸다.10 is a screen appearing when the spectral tap is selected and shows the results of spectral analysis.

본 실시예에서는 결함 검출을 위한 기준으로 회전자 결함지수, 전류와 전압의 시간신호 분석, 전압과 전류의 스펙트럼 분석, 정격전압과 입력전압과의 차이 분석 등이 사용될 수 있다. 각 항목별 결함 검출 기준, 증상 및 그에 따른 조치 방법에 관하여 설명한다.In this embodiment, the rotor defect index, time signal analysis of current and voltage, spectrum analysis of voltage and current, and difference analysis between rated voltage and input voltage may be used as a criterion for defect detection. Describes the criteria for detecting defects, the symptoms, and the countermeasures for each item.

1. 회전자 결함지수1. Rotor Defect Index

회전자봉 건전상태의 계산에 관련된 결함 심각도를 표 1과 같이 7단계로 나누어 표시하도록 하였다.The defect severity related to the calculation of the rotor bar sound state was divided into seven stages as shown in Table 1.

Figure 112006091211408-pat00004
Figure 112006091211408-pat00004

측대파의 2, 3차 하모닉의 크기가 서로 10[%] 내에 있는 경우, 회전자에 클랙이 발생하고 있는지 확인한다. 슬립 하모닉이 3개 이상 존재하는 경우 심하게 스트레스를 받고 있는 부품으로부터 회전과 관련된 주파수 성분을 나타내는 것으로서 팽팽한 벨트, 마모된 기어, 감속기 등의 결함을 확인한다.If the second and third harmonics of the sidebands are within 10 [%] of each other, check for cracks in the rotor. If three or more slip harmonics are present, this indicates a frequency component related to rotation from the heavily stressed component and identifies defects such as tight belts, worn gears, and reducers.

2. 전류와 전압의 시간신호 분석2. Time signal analysis of current and voltage

임피던스 변동은 전류와 전압의 위상에 큰 편차를 나타내므로 부하 재분배를 고려해야 한다. 임피던스 편차가 10[%] 이상인 경우는 고정자 코일 선간 단락을 확인한다.Impedance fluctuations cause large deviations in the current and voltage phases, so load redistribution should be considered. If the impedance deviation is more than 10 [%], check the short circuit between stator coil lines.

전류편차가 2[%] 미만인 경우, 전류 변동은 허용 수준이므로 계속 운전 가능한 것으로 판단한다. 전류편차가 2~3[%]인 경우, 온도 상승을 모니터하고 편차를 감소시킬 수 있는 방법을 고려한다. 전류 편차가 3~5[%]인 경우, 운전을 제한하고 온도상승을 자주 모니터하고 편차를 감소시킬 수 있는 방법을 모색한다. 전류 편차가 5~10[%]인 경우, 계속 운전하는 것은 전동기에 심각한 온도 상승을 일으키고 결국에는 고장의 원인이 되므로 원인이 밝혀지고 수리되기 전까지 운전을 정지한다. 전류 편차가 10[%]이상인 경우, 고정자 자계에 불평형을 초래하여, 과도한 열 발생, 기계적 불평형, 진동과 높은 정적 및 동적 편심 등을 일으키며 고정자 코일 자체가 진동하기 쉬워 절연을 파괴하고 철심을 단락 시키는 원인이 된다. 따라서 계속하여 운전하는 것은 곧 고장에 이르게 되므로 운전을 즉시 정지한다. 파고율이 1.35미만인 경우, 파형에 클립이 발생했음을 추측하여 계속 운전하기 전에 원인을 밝히고 교정한다. 파고율이 1.45이상인 경우, 파형에 서지 또는 충격파가 발생했음을 추측하여 전원에 품질이상 원인을 밝히고 교정한 후 계속 운전에 들어간다. 그리고 서지 또는 충격 파형을 관측한다. 파고율이 1.35~1.45인 경우, 파형이 대체적으로 정현파이다.If the current deviation is less than 2 [%], it is determined that the current fluctuation can be continued since the current fluctuation is allowed. If the current deviation is 2 to 3 [%], consider ways to monitor the temperature rise and reduce the deviation. If the current deviation is 3 to 5 [%], limit the operation, monitor the temperature rise frequently, and look for ways to reduce the deviation. If the current deviation is 5 ~ 10 [%], continuous operation will cause severe temperature rise in the motor and eventually cause failure, so stop operation until the cause is found and repaired. If the current deviation is more than 10 [%], it causes an unbalance in the stator magnetic field, causing excessive heat generation, mechanical unbalance, vibration and high static and dynamic eccentricity, and the stator coil itself is easy to vibrate to destroy insulation and short the iron core. Cause. Therefore, continuous operation will soon lead to failure, so stop operation immediately. If the crest factor is less than 1.35, assume that a clip has occurred in the waveform and identify and correct the cause before continuing operation. If the crest factor is 1.45 or more, it is assumed that a surge or shock wave has occurred in the waveform. Then observe the surge or shock waveform. If the crest factor is between 1.35 and 1.45, the waveform is usually sinusoidal.

상 전압이 정격보다 1.6배 이상인 경우, 상 전압에 서지가 발생했음을 나타낸다. 전압 상승 원인을 밝히고 정지시킨 후 대책을 수립하도록 한다. 상 전압이 정격보다 0.875배 이하인 경우, 상 전압의 하락이 발생했음을 나타낸다. 전압 저하 원인을 밝히고 정지시킨 후 대책을 수립하도록 한다. 상 전압이 정격보다 1.5배 이상인 경우, 상 전압에 충격파가 발생했음을 나타낸다. 전원 품질 이상 원인을 밝히고 교정 후 운전한다. 3상 전압평균이 정격보다 1.06배 이상인 경우, 3상 전압평균이 최대 허용 값을 초과했으며 서지가 존재함을 나타낸다. 전원의 이상 원인을 밝히고 교정 후 운전한다. 3상 전압평균이 정격보다 0.875배 이하인 경우, 3상 전압평균이 최소 허용 값을 초과했으며 전압하락이 존재함을 나타낸다. 원인을 밝히고 교정 후 운전한다. 파고율이 1.35미만인 경우, 파형에 클립이 발생했음을 나타낸다. 계속 운전하기 전에 원인을 밝히고 교정한다. 파고율이 1.45이상인 경우, 파형에 서지 또는 충격파가 발생했음을 나타낸다. 원인을 밝히고 교정한 후 계속 운전에 들어간다. 서지 또는 충격파형을 관측한다. 파고율이 1.35~1.45인 경우, 파형이 대체적으로 정현파라는 것을 나타낸다.If the phase voltage is 1.6 times higher than the rating, it indicates that a surge has occurred in the phase voltage. Identify the cause of the voltage rise, stop it, and take countermeasures. If the phase voltage is 0.875 times lower than the rated value, it indicates that a drop in phase voltage has occurred. Identify the cause of the voltage drop, stop it, and take countermeasures. If the phase voltage is 1.5 times or more than the rated value, it indicates that a shock wave is generated in the phase voltage. Identify the cause of power quality error and operate after calibration. If the three-phase voltage average is 1.06 times more than the rating, the three-phase voltage average exceeds the maximum allowable value and indicates that a surge exists. Identify the cause of power failure and operate after calibration. If the three-phase voltage average is 0.875 times lower than the rating, it indicates that the three-phase voltage average has exceeded the minimum permissible value and that there is a voltage drop. Identify the cause and operate after correction. A crest factor of less than 1.35 indicates that a clip has occurred in the waveform. Identify and correct the cause before continuing operation. If the crest factor is more than 1.45, it indicates that a surge or shock wave has occurred in the waveform. Identify the cause and correct it before continuing to drive. Observe the surge or shock waveform. If the crest factor is between 1.35 and 1.45, it indicates that the waveform is generally sinusoidal.

3. 전압과 전류의 스펙트럼 분석3. Spectrum Analysis of Voltage and Current

총 하모닉 왜율이 5[%] 미만인 경우, 하모닉 왜율이 허용할 만한 수준으로 판단한다. 총 하모닉 왜율 또는 홀수 하모닉 왜율이 5[%]이상인 경우, 통상 3차 혹은 5차 하모닉 성분이 크게 나타난다. 전압에서 큰 3차 하모닉은 중성선 전류가 높게 흐르며 유도된 높은 전류 불평형이 있음을 의미한다. 고정자 권선에 과도한 열을 유발하여 선간 단락의 원인이 된다. 5차 하모닉 전류가 큰 경우는 찌그러짐과 비선형 파형을 발생시키도록 60[㎐] 기본파에 더해지며, 기본적인 전동기 작동에 반대 방향으로 영향을 준다. 높은 하모닉의 영향에 의해 발생된 과도한 열은 메커니즘을 결함으로 이르게 하는 주요한 원인이 된다. 전동기 코어와 도체에 와전류 손실, 전동기 토크 출력에 저하효과, 전동기 전류가 설계값 이상으로 흐르게 되어 편심 불량의 원인이 된다. 기본파와 하모닉 전류(4차,7차,10차,등)를 갖는 정상(positive seq.) 하모닉은 전동기 작동과 똑같은 방향으로 작용하는 하모닉 성분들이다. 정상 하모닉이 5[%]이상인 경우, 권선에 열을 추가하며 전동기 속도를 증가시켜 베어링 결함의 원인이 된다. 역상(negative seq.) 하모닉(2차, 5차, 8차, 등)은 전동기 작동에 반대되고, 회전을 방해하도록 회전자에 자기력을 발생시키며, 전동기가 더 열심히 작동하도록 하여 실제 부하에 필요한 전류보다 더 큰 전류를 흐르게 한다. 역상 하모닉이 5[%]이상인 경우, 전류를 증가시켜 과도한 열로 인해 종국에는 고정자 결함의 원인이 된다. 전동기가 역상 하모닉 전류를 받는 경우 기본 전류는 하모닉에 의해 원인이 되는 부 토크를 극복하기 위해 증가되어야 한다. 이것은 전동기 내에 발생된 열을 더욱 축적한다. 과도한 열로 인한 조기결함을 방지하기 위해 전동기 부하를 줄여야 한다. 부 시퀀스 전류로 인한 기계적 충격으로 베어링 결함, 회전자 봉 손상의 원인이 된다. 영상(zero seq.) 하모닉(3차, 6차, 9차, 등)은 단순히 열을 발생시키나, 회전이나 시퀀스 작용에는 영향을 주지 않는다. 상쇄되지 않는 비선형 부하로 인해 나타난다. 영상 하모닉이 5[%]이상인 경우, 3상 델타 결선에서 이 전류는 실제 권선 내를 순환하여 열을 발생하며 전류부하를 증가시킨다. 차단기는 순환전류가 부하를 증가시켜 차단기 설정 점을 넘으면 차단이 일어날 수 있다. If the total harmonic distortion is less than 5 [%], the harmonic distortion is judged to be acceptable. When the total harmonic distortion or odd harmonic distortion is 5 [%] or more, the third or fifth harmonic component usually appears large. Larger third harmonics in voltage mean higher neutral currents and induced high current unbalance. Excessive heat in the stator windings can cause line short circuits. Large fifth harmonic currents are added to the 60 [Hz] fundamental wave to produce distortion and nonlinear waveforms, which affect the basic motor operation in the opposite direction. Excessive heat generated by the influence of high harmonics is a major cause of failure of the mechanism. The eddy current loss in the motor core and the conductor, the deterioration effect on the torque output of the motor, and the motor current flow beyond the design value, which causes the eccentricity defect. Positive seq. Harmonics with fundamental and harmonic currents (4th, 7th, 10th, etc.) are harmonic components that act in the same direction as the motor operation. If the normal harmonic is above 5 [%], heat is added to the windings and the motor speed is increased, causing bearing failure. Negative seq. Harmonics (2nd, 5th, 8th, etc.) are opposed to motor operation, generate magnetic forces on the rotor to hinder rotation, and make the motor work harder so that the current required for the actual load Allows greater current to flow If the reversed harmonic is more than 5 [%], the current is increased and excessive heat eventually causes a stator defect. If the motor receives a reversed harmonic current, the base current must be increased to overcome the negative torque caused by the harmonic. This further accumulates heat generated in the motor. The motor load must be reduced to prevent premature failure due to excessive heat. Mechanical shock from subsequence currents can cause bearing defects and rotor rod damage. Zero seq. Harmonics (3rd, 6th, 9th, etc.) simply generate heat, but do not affect rotation or sequence action. This is caused by non-linear loads that do not cancel out. If the image harmonic is more than 5 [%], in a three-phase delta connection this current circulates in the actual winding to generate heat and increase the current load. Breakers can break when the circulating current increases the load and crosses the breaker set point.

4. 정격전압과 입력전압과의 차이 분석4. Analysis of difference between rated voltage and input voltage

정격의 규정 값으로부터 전압 변동은 모든 전동기 작동 특성에 영향을 주게 되며, 약간의 변동은 미세한 영향이지만 변동이 커질수록 더 큰 영향을 주게 된다. 평균 상 전압의 변동에 따라 다음과 같은 운전 특성에 변화가 발생한다. 전압이 -15[%]~0[%]로 변동하면, -효율은 -4.5[%]~0[%]로 떨어지고, 역률은 +7.75[%]~0[%]로 변화하고, -전류는 +7[%]~0[%]로 증가하고, 회전수는 -0.2[%]~0[%]로 변화하고, 시동 토크와 최대 토크, 과부하 능력은 -30[%]~0[%]로 변화하고, 시동 전류와 온도상승은 -15[%]~0[%]로 변화한다. 전압이 0[%]~+15[%]로 변동하면, -효율은 0[%]~-2[%]로 떨어지고, 역률은 0[%]~-10[%]로 변화하고, -전류는 0[%]~+4[%]로 증가하고, 회전수는 0[%]~+0.2[%]로 변화하고, -시동 토크, 최대 토크, 과부하 능력은 0[%]~+30[%]로 증가하고, 시동 전류와 온도상승은 0[%]~+15[%]로 변화한다.From the nominal value of the rating, the voltage fluctuations affect all the motor operating characteristics, and a slight fluctuation is a minor influence, but the larger the fluctuation, the greater the influence. As the average phase voltage changes, the following operation characteristics change. When the voltage fluctuates from -15 [%] to 0 [%], the -efficiency drops to -4.5 [%]-0 [%], the power factor changes from +7.75 [%] to 0 [%], and-current Increases from +7 [%] to 0 [%], speed changes from -0.2 [%] to 0 [%], starting torque, maximum torque and overload capacity from -30 [%] to 0 [% ], And the starting current and temperature rise change from -15 [%] to 0 [%]. When the voltage fluctuates from 0 [%] to +15 [%], the -efficiency falls to 0 [%]--2 [%], the power factor changes from 0 [%] to -10 [%], and-current Is increased from 0 [%] to +4 [%], the speed is changed from 0 [%] to +0.2 [%], and the starting torque, maximum torque and overload capacity are 0 [%] ~ + 30 [ %], The starting current and temperature rise from 0 [%] to +15 [%].

본 발명은 전동기에 접근하지 않고 전동기 공급 전원에서 데이터를 계측하여 간단히 전동기 결함을 예측할 수 있는 방법으로서, 기존의 진동 측정을 통한 방법과 비교하여 현장에서 전동기에 센서를 직접 설치하는 번거로움 없이 전동기로부터 떨어진 제어실에서 전동기가 그대로 운전되고 있는 동안 계기용 변압기 및 계기용 변류기에 전압 및 전류 클램프를 접속하여 간단히 데이터를 얻어 결함을 검출할 수 있다.The present invention is a method that can easily estimate the motor defect by measuring data from the motor power supply without access to the motor, compared to the method through the conventional vibration measurement from the motor without the hassle of installing the sensor directly to the motor in the field While the motor is still running in a remote control room, voltage and current clamps can be connected to instrument transformers and instrument current transformers to easily obtain data to detect faults.

또한 운전중인 전동기의 전류를 측정하여 결함 유무를 판단할 수 있어 설비의 가동률을 극대화할 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있으며, 사전에 전동기의 결함을 예측하여 계획된 정비를 할 수 있어 설비 보수에 소요되는 인력 및 경비가 대폭 절감되는 효과를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to determine the presence or absence of defects by measuring the current of the motor in operation, which can maximize the utilization rate of the equipment and improve the productivity, and can perform the planned maintenance by predicting the defect of the motor in advance. A significant reduction in manpower and expenses can be achieved.

아울러, 전동기의 상태에 가장 민감하고 정확하게 반응할 뿐만 아니라 소프트웨어의 부가기능으로 간단하게 구현할 수 있어 모터제어반(MCC, Motor Control Center)의 온라인 결함 진단에 최적의 솔루션을 제공하게 된다.In addition, the most sensitive and accurate response to the state of the motor, as well as the simple addition of the software provides an optimal solution for online fault diagnosis of the motor control center (MCC).

Claims (3)

다수개의 유도 전동기의 각 상의 전류 또는 전압 신호를 샘플링 하여 시간 신호 데이터를 저장하는 단계;Sampling current or voltage signals of each phase of the plurality of induction motors and storing time signal data; 상기 시간 신호 데이터로부터 전류 또는 전압의 실효값을 계산하고 소정 시간마다 전류 또는 전압의 최대값과 최소값을 저장한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계;Calculating an effective value of the current or voltage from the time signal data, storing a maximum value and a minimum value of the current or voltage every predetermined time, and then comparing the values with a preset reference value to determine whether there is a defect; 상기 시간 신호 데이터로부터 평균 전류 또는 전압을 구하고 편차를 계산하고 소정 시간마다 전류 또는 전압의 최대값과 최소값을 저장한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계;Obtaining an average current or voltage from the time signal data, calculating a deviation, storing a maximum value and a minimum value of the current or voltage every predetermined time, and comparing the values with a preset reference value to determine whether there is a defect; 상기 시간 신호 데이터로부터 전류 또는 전압의 파고율을 계산하고 소정 시간마다 파고율의 최대값과 최소값을 저장하고 각 상의 파고율로부터 평균 파고율과 편차를 구한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계;Calculate the crest factor of the current or voltage from the time signal data, store the maximum and minimum values of the crest factor every predetermined time, calculate the average crest factor and the deviation from the crest factor of each phase, and compare these values with a preset reference value to determine whether there is a defect. Determining; 상기 시간 신호 데이터로부터 임피던스, 평균 임피던스, 임피던스 편차를 구하고 소정 시간마다 임피던스의 최대값과 최소값을 저장한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계; 및Determining impedance, average impedance, and impedance deviation from the time signal data, storing the maximum and minimum values of the impedance every predetermined time, and comparing the values with a preset reference value to determine whether there is a defect; And 상기 시간 신호 데이터로부터 역률을 구하고 소정 시간마다 역률의 최대값과 최소값을 저장한 후, 이 값들을 미리 설정한 기준값과 비교하여 결함 여부를 판별하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유도전동기의 결함 검출 방법. Obtaining a power factor from the time signal data, storing a maximum value and a minimum value of the power factor every predetermined time, and then comparing the values with a preset reference value to determine whether there is a defect; Defect detection method of the induction motor, characterized in that comprises a. 제 1 항에 있어서, 상기 시간 신호 데이터를 5000[Hz] 이하의 주파수로 주파수 변환하여 전원 하모닉 왜율, 비 전원 하모닉 왜율, 짝수 하모닉, 홀수 하모닉, 영상 하모닉, 양 시퀀스 및 부 시퀀스 하모닉을 계산하고 회전주파수로 나누어 신호 왜율, 정적 편심 및 동적 편심, 베어링 결함, 부하 결함 여부를 판별하는 단계; 및2. The method of claim 1, wherein the time signal data is frequency-transformed to a frequency of 5000 [Hz] or less to calculate and rotate power harmonic distortion, non-power harmonic distortion, even harmonics, odd harmonics, image harmonics, both sequence and subsequence harmonics. Dividing by frequency to determine signal distortion, static eccentricity and dynamic eccentricity, bearing defects, and load defects; And 상기 시간 신호 데이터를 200[Hz] 이하의 주파수로 주파수 변환하여 회전수를 계산하고 회전자 봉의 결함 여부를 판별하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유도전동기의 결함 검출 방법.Frequency converting the time signal data into a frequency of 200 [Hz] or less to calculate a rotation speed and determine whether the rotor rod is defective; Defect detection method of the induction motor, characterized in that comprises a. 제 1 항 또는 제 2 항에 의한 유도전동기의 결함 검출 방법 모듈을 탑재한 모터 제어반.A motor control panel equipped with a fault detection method module of an induction motor according to claim 1.
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