KR101432786B1 - Fault diagnosis method of motor and system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 모터의 운전을 온라인으로 실시간으로 감시하여 고장징후를 포착하고 고장원인을 파악하여 예방정비를 할 수 있도록 취득된 전압, 전류신호를 신호처리하여 전류스펙트럼 및 토크 스펙트럼을 생성하고 모터의 운전효율을 산출하여 모터의 기계적 및 전기적 결함을 원격 자동 진단하는 모터의 고장 진단방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다. The present invention generates a current spectrum and a torque spectrum by processing a voltage and a current signal obtained by monitoring the operation of a motor on-line in real time so as to detect a failure symptom, And to provide a fault diagnosis method and system for a motor that automatically and automatically diagnoses mechanical and electrical faults of a motor by calculating efficiency.
일반적으로 산업현장에서 모터, 특히 3상 유도전동기는 기계의 동력원으로 사용되고 고장 시에는 기계의 생산 중단에 따른 상당한 기회 손실을 발생시키는 원인이 되었다. 이러한 모터의 고장은 베어링고장, 절연 파손 등의 고정자고장, 로우터 바의 회전자고장 및 기계적 결함 등에 의하여 80%이상 발생한다. 이러한 고장 이유에 대하여 모터를 실시간으로 상태를 감시하고 고장을 진단하여 왔고 고장을 진단하는 방법이 다양한 방법으로 개발되고 실시되었다. In general, motors, especially three-phase induction motors, are used as power sources for machines in industry, and in case of failure, they cause considerable opportunity loss due to discontinuation of the machine. These motor failures occur by more than 80% due to stator failures such as bearing failure, insulation breakdown, rotor bar rotor breakdown, and mechanical failure. For these reasons, we have been monitoring and monitoring the motor in real time, diagnosing faults, and diagnosing faults in various ways.
즉, 모터의 고장을 검출하기 위하여 다양한 센서들을 사용되어 왔으며, 이러한 센서들은 고정자 전압과 전류, 에어 갭(공극), 외부 자속밀도, 회전자 위치와 속도, 출력토크, 내부 또는 외부온도, 외관 진동 등을 측정하도록 하였다. In other words, various sensors have been used to detect the failure of a motor, and these sensors have been used to detect stator voltages and currents, air gaps (voids), external magnetic flux density, rotor position and speed, output torque, Were measured.
그러므로, 센서를 이용하여 실례를 들어 열적인 진단방법, 진동진단방법, 전기진단방법이 있으나 이 방법들은 모터의 기계적인 결함을 검출하는데 우수하나 전기적인 요소의 검출을 하는데 미흡하였다. Therefore, there are thermal diagnostic methods, vibration diagnosis methods, and electrical diagnosis methods using sensors, for example. However, these methods are excellent in detecting mechanical defects of motors, but they are insufficient in detecting electrical elements.
이에 따라 근래에는 센서 없이 전압, 전류, 자속특성의 분석을 통해 모터의 고장을 조기에 진단하는 전기신호 분석방법이 이용되고 있다. Recently, an electric signal analysis method for diagnosing the failure of a motor through analysis of voltage, current, and magnetic flux characteristics without a sensor has been used.
전기신호분석방법은 모터제어부(MCC: Motor Control Center)의 전압 트랜스포머(Potential Transformer)와 전류트랜스포머(CT: Current Transformer)로부터 운전중인 모터속도를 산출한 다음 유도전동기의 슬립을 계산하여 로터 바 주파수, 베어링 주파수 등을 근거로 한다. The electric signal analysis method calculates the motor speed in operation from the voltage transformer (MCC: Motor Control Center) and the current transformer (CT: Current Transformer), calculates the slip of the induction motor, Bearing frequency and so on.
즉, 모터 전류신호분석(MCSA:Motor Current Signature Analysis)방법은 고정자, 회전자, 베어링 등의 결함에 의하여 발생하는 주파수가 전류 주파수에 변조된 성분을 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transformer)에 의해 결함주파수를 찾는 것으로, 전류신호만 취득하여 센서 없이 원격으로 모터상태를 진단하는 장점이 있으나, 기계적 결함을 진단하는데에는 정확도가 떨어진다는 단점이 있다.That is, in the motor current signature analysis (MCSA) method, a component generated by a defect of a stator, a rotor, and a bearing is modulated to a current frequency by a Fast Fourier Transform (FFT) Finding the fault frequency has the advantage of acquiring only the current signal and diagnosing the motor status remotely without the sensor, but it has a disadvantage in that it is less accurate in diagnosing mechanical faults.
종래의 대표적인 기술을 실례를 들면, 프라마톰 테크노롤지사에 허여된 미국특허 제5689194호의 오디오증폭 스피커출력을 구비한 음향 모터전류 신호분석시스템에서 모터전류를 감시하고 처리하여 다양한 부하에 대한 모터특성을 결정하는 것으로, 퍼스널 컴퓨터의 제어하에 다수의 디지털 제어되는 스위치 캐패시터 필터를 구비한 스펙트럼분석기를 사용하여 전압 및 전류를 동시에 샘플링하고 순시 모터전력과 역률의 계산을 하게 하여 모터성능을 감시하도록 한 것이다. 이를 위하여 모터의 성능을 판단하는 센서를 구비한다. 센서는 전류 변환기, 리드들과 부하저항들로 구성되고, 전류변환기는 리드에 흐르는 시간지침(bearing) 전류에 비례하는 다양한 전류신호를 제공한다. 이 리드에 다양한 전류신호는 부하저항 양단에 인가될 때 모터전류에 비례하여 저항 양단에 다양한 전압이 발생된다. 이 전압신호는 신호처리시스템에 인가되어 진폭 및 위상 복조 되고 복조신호는 신호 컨디셔너에 인가되는데 신호 컨디셔너는 모터전류 잡음분석에 적용될 수 없는 주파수와 고조파와 연관된 원하지않는 스펙트라제거하도록 설정된 주파수 차단부를 가진 다양한 필터로 구성되는데 이 필터들은 시스템이 모터슬립, 회전속도, 구동벨트속도등의 모터전류신호의 다수의 다양한 주파수 성분을 선택하고 억제하도록 한다. 그러므로 모터의 이상상태를 오디오 경고를 하거나 분석기를 이용하여 고장상태를 분석가능 하게 한다. As an example of a conventional technique, a motor current signal analyzing system having an audio amplified speaker output of US Pat. No. 5,689,194 issued to Pramatom Technolol Co., Ltd. monitors and processes the motor current to obtain motor characteristics for various loads The voltage and current are simultaneously sampled using a spectrum analyzer having a plurality of digitally controlled switch capacitor filters under the control of a personal computer, and the motor performance is monitored by causing instantaneous motor power and power factor to be calculated. To this end, a sensor for judging the performance of the motor is provided. The sensor consists of a current transducer, leads and load resistors, and the current transducer provides a variety of current signals proportional to the time of the bearing current flowing through the leads. Various current signals on this lead are applied to both ends of the load resistor to generate various voltages across the resistor proportional to the motor current. This voltage signal is applied to the signal processing system for amplitude and phase demodulation and the demodulation signal is applied to the signal conditioner, which has a frequency that can not be applied to motor current noise analysis and a variety Filters that allow the system to select and suppress a number of different frequency components of the motor current signal, such as motor slip, rotational speed, drive belt speed, and the like. Therefore, it is possible to analyze the fault state of the motor using an audio warning or analyzer.
프라마톰 테크놀로지사는 모터의 진단장치로써 모델"EMPATH system"을 출시하여 판매하고 있으며, 이 모델은 로터 바의 열화 및 품질저하, 스테이터의 전기적 및 기계적 비정상상태, 모터 속도 및 슬립, 평균 가동 전류 및 전압, 모터 토르크, 비틀림진동 및 동적 부하 및 베어링결함을 진단 하는 것으로, 모터전류전압의 스펙트럼분석을 하여 여러 가지 고장을 감시하는 것으로 위 특허의 시간대 주파수 도메인의 전류변환을 고속 퓨리에 변환의 알고리즘을 이용하고 있다. 이 알고리즘을 이용하여 모터진단은 모터전류신호의 컨디셔닝을 하도록 요구되고, 이 처리는 근평균자승(Root Means Squre:RMS) 변조로 이루어진다. 즉 진단은 전류 및 전압신호를 RMS 처리한 다양한 변조스펙트럼으로 나타내고 이 스펙트럼으로 고장진단을 하는 방법이었다. Pramatom Technologies has released the model "EMPATH system" as a diagnostic device for motors, which is characterized by degradation and deterioration of the rotor bar, electrical and mechanical abnormality of the stator, motor speed and slip, average operating current and voltage , Motor torque, torsional vibration, dynamic load and bearing defects. By monitoring the various faults by analyzing the spectrum of the motor current voltage, it is possible to use the algorithm of the fast Fourier transform for the current conversion in the time domain of the above- have. Using this algorithm, the motor diagnosis is required to condition the motor current signal, which is done by Root Means Squares (RMS) modulation. That is, the diagnosis is represented by various modulation spectra of the RMS-processed current and voltage signals, and fault diagnosis is performed with this spectrum.
또 다른 종래 실시 예로써 SKF baker사에서 동적 모터 분석기로써 모델"EPX3000" 및 "EPX4000"이 개발되어 있고 시중에서 상업적으로 구득 될 수 있다. 이들 분석기들은 모터제어센터(Motor Control Center: MCC)로부터 원격감시를 할 수 있는 것으로, 디지털 주파수 고정루프(Digital Frequency Locked Loop: DFLL)라고 하는 주파수 분해능이 높은 기법을 채용하여 전압/전류 스펙트럼, 복조 된 스펙트럼 및 고조파들의 도메인으로 주파수에 대한 전류/전압을 나타내는 포괄적 분석을 하는 우수한 진단기능을 가진다. Models "EPX3000" and "EPX4000" have been developed by SKF baker as a dynamic motor analyzer as another conventional embodiment and can be commercially obtained commercially. These analyzers can be remotely monitored from the Motor Control Center (MCC) and employ high frequency resolution techniques called Digital Frequency Locked Loop (DFLL) to provide voltage / current spectrum, demodulation And a comprehensive analysis of the current / voltage on the frequency as a domain of harmonics and spectra and harmonics.
또 다른 종래 실시 예로써 A-Tech사의 코일센서를 이용한 전압고조파의 유한 평가를 기반으로 한 유도전동기의 고장진단기술을 적용한 시스템을 판매하고 있다. 이 시스템은 로터바의 고장에 관련하여서는 전자계 모델 산출도메인을 로터에 작용하는 전자계 토르크 및 전자력을 산출하고, 자속밀도의 직각성분 즉, 모터 외부에서 자속밀도(Bx)의 시간변분과 고조파 스펙트럼 및 자속밀도(Bx)의 방사상성분의 시간변분과 고조파의 스펙트럼, 출력전압의 시간변분과 고조파의 스펙트럼, 출력전압의 RMS값의 스펙트럼들을 작성하고 정상상태 및 고장상태를 비교하여 진단하는 방법으로 되어있다. 이 시스템은 신뢰성 부분에서는 다소 미흡한 것으로 알려져 있다. As another conventional example, a system using a fault diagnosis technology of an induction motor based on a finite evaluation of a voltage harmonic using a coil sensor of A-Tech Co. is being sold. In this system, the electromagnetic field calculation domain is used to calculate the electromagnetic field torque and the electromagnetic force acting on the rotor and to calculate the right angle component of the magnetic flux density, that is, the time variation of the magnetic flux density Bx and the harmonic spectrum The method consists of generating time-varying spectral of the radial component of density (Bx), spectrum of harmonics, time-variance of output voltage, spectrum of harmonics, and RMS value of output voltage, and comparing the steady state and fault state. This system is known to be somewhat lacking in reliability.
이상과 같이 종래기술에서는 모터의 운전속도를 로터 바 통과주파수를 이용하여 계산하거나 편심 주파수 피크를 이용하여 속도를 계산하는 기술에 관한 것으로, 모터의 운전속도를 추출하기 위한 신호처리는 시간영역데이터로부터 주파수 스펙트럼을 추출하는 고속 푸리에 변환을 하거나 모터에 인가되는 전압과 전류에 의해 에어 갭 토크(Air gap torque)를 산출하고 전기적, 기계적 손실을 입력하여 모터 축의 토크를 산출 한 다음 주파수 영역에서의 토크 변화량을 산출하여 부하의 변동을 점검하여 모터의 전기적 결함뿐만 아니라 기계적 결함까지 진단할 수 있다. 그러나 이와 같은 종래기술은 전류신호 분석에 기반한 것으로 모터의 운전중에 모터의 모든 고장원인을 찾는데 미흡하므로 사전에 예측되어야 하는 고장진단에 대한 신뢰성을 떨어트리는 결과가 되었다.As described above, the related art relates to a technique for calculating the operation speed of the motor using the rotor bar passing frequency or using the eccentricity frequency peak, and the signal processing for extracting the operation speed of the motor is performed from the time domain data Speed Fourier transform for extracting a frequency spectrum or calculating an air gap torque by a voltage and a current applied to the motor, calculating a torque of the motor shaft by inputting electrical and mechanical losses, and then calculating a torque change amount And it is possible to diagnose not only electrical defects but also mechanical defects of the motor by checking the fluctuation of the load. However, this conventional technique is based on the current signal analysis, which is insufficient in finding the cause of all the failures of the motor during the operation of the motor, resulting in a reduction in the reliability of the previously diagnosed fault diagnosis.
그러므로 모터의 주요고장의 원인으로 되는 로터바 고장, 고정자고장 및 베어링고장의 기계적 결함을 열적인 방법으로 현장에서 고장진단이 이루어짐은 물론 전압, 전류, 자속 특성분석을 통해 진단하는 전류신호분석방법으로 모터고장상태를 진단하는 외에 진단의 신뢰성 및 정확도를 높이기 위하여 토크 분석 및 모터의 운전효율을 산출하여 고장판정이 이루어진다면 바람직하다. Therefore, it is the current signal analysis method which diagnoses the mechanical faults of rotor bar failure, stator failure and bearing failure which are the main cause of the motor failure through analysis of voltage, current and magnetic flux characteristics as well as fault diagnosis in the field by thermal method. It is desirable to diagnose the fault condition of the motor as well as to improve the reliability and accuracy of the diagnosis so that the fault analysis can be performed by calculating the torque analysis and the operation efficiency of the motor.
본 발명의 목적은 온라인에 기반으로 전압,전류에 대한 신호를 효과적으로 수집하고 이 취합된 신호를 서버에서 처리를 하여 전류스펙트럼과 에어 갭 토크 스펙트럼을 생성하고 모터의 운전효율을 산출하여 모터의 기계적 및 전기적 결함을 원격 자동 진단하는 모터의 고장 진단방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to effectively collect signals of voltage and current based on on-line and process the collected signals in a server to generate a current spectrum and an air gap torque spectrum and to calculate the operation efficiency of the motor, The present invention provides a fault diagnosis method and system for a motor that automatically diagnoses an electrical fault.
본 발명의 다른 목적은 모터제어센터(MCC)로부터 전압, 전류신호를 아날로그/디지털 변환하여 신호처리하여 온라인으로 데이터를 취합하여 모터 자체의 상태, 모터에 대한 인가 전원 상태, 그 모터로 구동되는 부하운전 상태를 진단분석하므로 고장진단을 하는 모터의 고장 진단방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a motor control apparatus and a motor control method of a motor control system that converts a voltage and a current signal from a motor control center (MCC) And to provide a fault diagnosis method and system of a motor for performing a fault diagnosis.
본 발명의 또 다른 목적은 모터의 운전을 온라인으로 실시간으로 감시하여 고장징후를 포착하고 고장원인을 파악하여 예방정비를 할 수 있도록 취득된 전압, 전류신호를 신호처리하여 전류스펙트럼 및 토크 스펙트럼을 생성하고 모터의 열적 신호를 처리하여 모터 운전상태의 온도스펙트럼을 생성하므로 모터의 운전상태에 대한 고장판정이 가능한 모터의 고장진단방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다. It is a further object of the present invention to generate a current spectrum and a torque spectrum by processing a voltage and current signal obtained by monitoring the operation of a motor on-line in real time to catch malfunction indications, And generates a temperature spectrum of the motor operation state by processing the thermal signal of the motor, thereby providing a malfunction diagnosis method and system for a motor capable of determining a malfunction in the operating state of the motor.
본 발명에 따른 모터의 고장진단방법은 로터바의 파손을 검출하는 로터바의 고장진단루틴, 모터의 성능을 확인시키는 진동검출루틴, 에어 갭의 동적 편심과 유사하게 에어 갭의 자속 밀도에 불균일을 주어 에어 갭 전류 및 토크의 변화로 베어링 결함을 검출하는 베어링 고장진단루틴과 모터에 대한 전체입력전력(Pin)과 순전력출력의 비를 산출하여 모터 작동효율을 근거로 모터의 고장을 진단하는 모터효율 산출루틴들로 이루어진다. The method for diagnosing a fault of a motor according to the present invention is a method for diagnosing a fault of a motor, which comprises a failure diagnosis routine for detecting a failure of the rotor bar, a vibration detection routine for confirming the performance of the motor, A motor that diagnoses the failure of the motor based on the motor operation efficiency by calculating the ratio of the total input power (Pin) to the net power output to the motor fault diagnosis routine and the bearing fault diagnosis that detects the bearing fault by changing the air gap current and torque. Efficiency calculation routines.
로터바의 고장진단루틴을 수행하도록 전류피크산출부가 A/D변환부로부터 전류/전압신호를 수신하고, 로터바 주파수를 산출하고, 전류피크산출부가 전류주파수에 따른 스펙트럼에서 전류피크치를 산출하여 산출된 전류 피크 치 신호를 작동검출부에 인가하여 전류 피크 치가 -45dB 이상인지 판단하고 이하이면 로터바 상태가 양호한 것으로 판단하며, 만일 -45dB 이상이면 그 신호를 작동 검출부에 인가하여 로터바 주파수(델타 주파수)를 산출하고 로터바 주파수 5배수의 전류피크를 점검하고, 전류 피크의 주파수가 델타주파수와 일치하는가를 판단하여 일치하지 않는다면 로터바 상태가 양호한 것으로 판단하고 만일 일치한다면 로터바(부하) 진동검출부에서 로터바의 진동을 점검하도록 진동검출루틴을 수행한다. The current peak calculating section receives the current / voltage signal from the A / D converting section to calculate the rotor bar frequency so as to perform the failure diagnosis routine of the rotor bar, and the current peak calculating section calculates the current peak value in the spectrum according to the current frequency, If the current peak value is greater than or equal to -45 dB, it is determined that the current peak value is greater than or equal to -45 dB. If the current peak value is greater than or equal to -45 dB, And determines whether the frequency of the current peak coincides with the delta frequency. If the frequency of the current peak does not match, it is determined that the rotor bar condition is good. If it is determined that the frequency of the current peak coincides with the delta frequency, A vibration detection routine is performed to check the vibration of the rotor bar.
진동 검출루틴은 고장분석부가 로터바의 회전주파수의 알고리즘에 근거하여 토크 리플을 산출하도록 하고, 토크로플이 10%이하인가를 판단하여 토크리플이 10% 이하인 경우 모터상태진단부가 로터바 상태가 양호한 것으로 판단하며, 반대로 토크리플이 10% 이상일 경우 그 이상신호를 로터바고장진단부에 출력하여 모터주파수분석부로부터 로터바의 회전주파수의 알고리즘에 근거한 정상전류와 진동 검출부로 부터 토크 리플 신호를 비교하여 기동전류를 점검하고 전류왜곡이 발생하고 있는지를 판단하며, 만일 기동전류이상이 없다면 로터바 상태가 양호한 것으로 판단하고, 반대로 전류왜곡이 있다면 모터상태진단부가 고장 알람신호 등을 발생시키거나 통지한다.In the vibration detection routine, the fault analysis unit calculates the torque ripple based on the algorithm of the rotation frequency of the rotor bar, and judges that the torque ripple is 10% or less. When the torque ripple is 10% or less, If the torque ripple is 10% or more, the abnormality signal is output to the malfunction diagnostic section. The steady current based on the algorithm of the rotation frequency of the rotor bar is compared with the torque ripple signal from the vibration detection section. And if there is no abnormality in starting current, it is determined that the rotor bar condition is good. On the contrary, if there is a current distortion, the motor condition diagnosis unit generates or reports a fault alarm signal or the like .
베어링 결함 진단 루틴은 모터의 운전중에 수행하도록 에어갭 토크 산출부가모터로 부터 검출된 전류/전압신호와 데이터베이스로부터 베어링 관련자료를 근거로 에어갭 토크를 산출하고, 데이터베이스의 베어링관련 제조사 및 베어링의 번호의 데이터를 인출하여 확인하여 외륜주파수(BPFO), 내륜주파수(BPFI)와 볼주파수(BSF)중 어느하나를 선택하여 외륜주파수(BPFO)의 1 내지 10배수의 주파수를 설정하고, 그 다음 토크주파수 분석부가 고장분석부로부터 수신한 토크스펙트럼데이터에 근거하여 토크 피크와 소정배수의 외륜주파수(BPFO)를 비교하고 서로 일치하는 주파수를 확인하고, 만일 배수의 외륜주파수에 토크피크가 일치하지 않는다면 베어링진단부가 베어링상태가 양호한 것으로 판단하며, 만일 일치 한다면 n 배수의 외륜주파수(BPFO)에 대하여 120Hz를 가감한 주파수를 산출한다. The bearing fault diagnosis routine calculates the air gap torque based on the current / voltage signal detected from the motor and the bearing data from the database, and the bearing manufacturer and bearing number of the database And selects one of the outer wheel frequency BPFO, the inner wheel frequency BPFI and the ball frequency BSF to set the frequency of 1 to 10 times the outer wheel frequency BPFO, The analysis unit compares the torque peak and a predetermined multiple of the outer wheel frequency (BPFO) based on the torque spectrum data received from the failure analysis unit, identifies the coinciding frequency, and if the torque peak does not coincide with the outer wheel frequency of the multiple, It is judged that the additional bearing condition is good, and if it is matched, 120H for n-times outer ring frequency (BPFO) z is increased or decreased.
이후 베어링진단부가 산출한 주파수를 토크 피크치와 일치하는가를 확인하고, 만일 일치하지 않는 것으로 판단한 경우 베어링의 양호한 상태를 확인한다. 만일 일치하는 경우 n 배수의 외륜주파수(BPFO)에 대하여 120Hz의 두배수 주파수를 가감한 주파수를 산출하고, 만일 n배수의 외륜주파수에 토크피크가 일치하지 않는다면 베어링진단부가 베어링상태가 양호한 것으로 판단하고, 만일 일치 한다면 n 배수의 외륜주파수(BPFO)에 대하여 120Hz의 3배수의 주파수를 가감한 주파수를 산출하고, 만일 이 주파수와도 일치하지 않는 것으로 판단한 경우 베어링의 양호한 상태를 확인하며, 만일 일치하는 경우 모터상태진단부가 베어링 고장 알람 신호를 발생시키도록 한다. Thereafter, it is checked whether the frequency calculated by the bearing diagnostics unit coincides with the torque peak value. If it is determined that the frequency does not match, the good condition of the bearing is confirmed. If a match is found, a frequency at which a double frequency of 120 Hz is added or subtracted is calculated for n times of the outer ring frequency (BPFO), and if the torque peak does not coincide with the n-times outer ring frequency, the bearing diagnostic unit judges that the bearing condition is good , If it is matched, a frequency of three times or more the frequency of 120Hz for the n-times outer ring frequency (BPFO) is calculated, and if it is judged that the frequency does not coincide with this frequency, , The motor status diagnosis section generates the bearing failure alarm signal.
모터효율산출루틴은 모터효율을 산출하여 고장진단이 가능하다. 이를 위하여 모터운전효율산출부가 에어갭 토크산출부로부터 토크스펙트럼에 근거하여 얻어지는 출력이 실제 모터 축 출력과 마찰손, 권손손, 표유부하손실을 합한 값과 같으므로 모터의 출력과 모터의 효율을 다음 식(a)으로 산출하고, The motor efficiency calculation routine calculates the motor efficiency to enable fault diagnosis. For this purpose, the output obtained from the motor operation efficiency calculation section based on the torque spectrum from the air gap torque calculation section is equal to the sum of the actual motor shaft output, frictional hand, hand loss, and stray load loss. (A), < / RTI >
여기서 Pin은 입력전력, Ploss은 각종손실, Pout는 모터축에서 발생하는 출력이다.Where Pin is the input power, Ploss is the various losses, and Pout is the output from the motor shaft.
위 식에서 전체입력전력(Pin)과 에어갭 토크를 이용한 모터축 전력출력(Pout)이 다음식(b) 및 (c)으로 산출된다. In the above equation, the total input power (Pin) and the motor shaft power output (Pout) using the air gap torque are calculated by the following equations (b) and (c).
여기서 Pin은 입력전력, Pel은 전기적입력으로 모터에 인가되는 전압이au,Where Pin is the input power, Pel is the electrical input, and the voltage applied to the motor is au,
여기서 n은 모터의 운전속도이고, Torque는 에어갭 토크이다. Where n is the operating speed of the motor and Torque is the air gap torque.
이후, 모터의 운전효율에 관련한 모터운전효율산출부의 출력이 시간영역분석부에 입력되어 시간단위 또는 일정 시간 동안의 평균운전효율을 분석하고 설정하고, 부하운전상태진단부가 평균운전효율신호를 고장분석부로부터 정상전류, 전압, 정상역률, 운전온도, 토크등의 모터운전속도에 대한 정상상태 데이터신호와 비교하여 운전상태를 진단하여 운전상태에 따른 진단신호를 모터상태진단부에 공급하여 모터의 정상 또는 비정상인가를 판단하게 하고 비정상운전시에는 이를 경고한다. Thereafter, the output of the motor operation efficiency calculation unit related to the motor operation efficiency is input to the time domain analysis unit to analyze and set the average operation efficiency over a time unit or a predetermined time, and the load operation state diagnosis unit analyzes the average operation efficiency signal And the normal state data signal of the motor operation speed such as the normal current, the voltage, the normal power factor, the operation temperature, and the torque from the inverter, and supplies the diagnostic signal corresponding to the operation state to the motor condition diagnosis unit, Or abnormality, and warns them when abnormal operation is performed.
본 발명에 따른 모터고장진단 시스템은 모터상태 또는 모터고장진단을 하고 인터넷에 연결된 서버로 전달하고, 개인 단말기에서 모터의 진단결과를 확인할 수 있으며, 다수의 모터들에 전기적으로 연결되고, 각 모터들의 전류를 개별적으로 검출하는 전류트랜스포머(CT)들로 구성되는 다수의 전류감지부, 모터들의 각 온도를 감지하는 PTC 또는 PTC-S 더미스터들로 구성되는 다수의 온도감지부와 모터들의 구동에 따른 자극의 위치를 검출하는 자극위치센서들에 연결되는 다수의 자극위치 감지부들을 구비하는 모터제어센터, 모터의 정상운전상태에 대한 데이터를 외부로부터 입력받아 사전에 저장하는 데이터베이스, 데이터베이스로부터 모터 정상 상태 데이터를 수신하여 전류/전압스펙트럼화하고 이를 알고리즘으로 수치화한 정상상태의 토크 리플 주파수신호, 회전자 구동 주파수신호 및 시간에 따른 부하알고리즘을 수치화한 부하신호를 발생시키는 고장분석부, 모터제어센터로부터 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 시스템에 전류, 전압 감지신호를 인가하는 A/D변환부, A/D변환부로부터 입력된 전류/전압에 근거하여 전류/전압의 실효 값을 산출하고 전류스펙트럼을 작성하는 동시에 전류 피크 치를 산출하는 전류 피크 산출부, 전류피크산출부로 부터 수신된 전류 피크 치를 수신하여 로터바의 주파수를 산출하며 로터바의 주파수에 대하여 5배수의 전류 피크 치를 곱하여 델타 주파수와 일치하는가를 판단하는 작동 검출부, 작동 검출부로부터 텔타 주파수신호와 고장분석부로부터의 토크리플 주파수를 비교한 비교신호를 발생시켜 모터상태진단부에 인가하여 로터바의 고장진단을 하고 고장 경보하는 진동검출부, 자극위치센서에 의하여 발생한 모터구동에 따른 속도를 나타내는 주파수신호를 수신하고 모터속도를 산출하여 산출된 신호를 주파수 분석부에 인가하는 주파수 분석부, 작동 검출부로부터 로터바 주파수신호를 모터속도신호와 비교하여 모터에 인가되는 전류/전압신호를 수신하고 수신된 인가 전류/전압신호와 고장분석부의 정상 전류/전압의 스펙트럼의 신호와 비교하여 비교신호를 모터상태진단부에 인가하므로 모터상태진단부가 로터바의 고장진단을 하고 고장 경보를 하게 한 로터바고장진단부, A/D변환부로부터 디지털 전류,전압 감지신호와 모터속도산출부로부터 모터구동에 따른 속도 주파수신호를 수신하여 토크를 산출하고 토크 스펙트럼을 발생시키는 에어갭 토크산출부, 데이터베이스로부터 베어링메이커와 베어링의 내륜, 외륜, 볼등의 정상적인 구동 주파수를 선택하고 설정주파수 외륜주파수 BPFO, 내륜주파수 BPFI 및 볼주파수(BSF)중의 어느 하나를 선택하는 베어링주파수 산출부, 베어링주파수 산출부로부터 산출된 주파수와 토크스펙트럼에서 토크피크와 일치되는가를 분석하는 토크주파수분석부, 토크주파수분석부로 부터 분석된 신호를 판단하여 베어링 고장 여부를 진단하고 진단 신호를 모터상태진단부에 인가하여 베어링 고장 여부를 판단하게 한 베어링진단부, 에어갭 토크산출부로부터 토크스펙트럼에 근거하여 모터운전효율을 산출하는 모터운전효율산출부, 모터운전효율에 관련한 데이터를 수신하여 시간단위 또는 일정시간동안의 평균운전효율을 분석하는 시간영역분석부, 부하운전상태진단부로 부터 평균운전효율신호를 고장분석부로부터 정상전류, 전압, 정상역률, 운전온도, 토크의 모터운전속도에 대한 정상상태 데이터신호와 비교하여 운전상태를 진단하고 운전상태에 따른 진단신호를 모터상태진단부에 공급하여 모터의 정상 또는 비정상인가를 판단하게 하고 비정상운전시에는 이를 경고하게 한 시간영역분석부들로 구성된다. 본 발명은 현장에서 모터의 이상상태에 대하여 즉각 대응하는 것이 가능하도록 모터에 설치되는 온도센서 서머커플러와 이 서머커플러의 양단에는 병렬접속된 방전용 저항에 의하여 유기전압의 전압차가 발생 되게 하여 소정온도 이상에서는 부(-) 전위를 발생시켜 역 전압 저지를 위한 다이오드 케소드에 인가하므로 밧데리 전원에 연결된 다이오드를 통전시켜 기준전압을 발생시켜 쉬미트 트리거로 구성되는 반전증폭기에 인가되게 하는 유기전압검출회로를 더 구비한다. The motor fault diagnosis system according to the present invention diagnoses a motor state or a motor fault and transmits the diagnosis result to a server connected to the Internet. The diagnosis result of the motor can be confirmed in a personal terminal, and is electrically connected to a plurality of motors, A plurality of current sensing units constituted by current transformers (CT) for individually detecting currents, a plurality of temperature sensing units consisting of PTC or PTC-S monitors sensing the respective temperatures of the motors, A motor control center having a plurality of magnetic pole position sensing units connected to magnetic pole position sensors for detecting a position of a magnetic pole, a database for receiving data of a normal operation state of the motor from outside and storing it in advance, The steady-state torque ripple is obtained by receiving the data and converting it into a current / voltage spectrum, A fault analysis unit for generating a load signal obtained by digitizing a wobble signal, a rotor driving frequency signal and a load algorithm according to time, an A / D converter for converting an analog signal into a digital signal from a motor control center, A current peak calculating unit for calculating an effective value of the current / voltage based on the current / voltage inputted from the A / D converting unit, calculating a current spectrum and calculating a current peak value, An operation detecting section for receiving the current peak value and calculating the frequency of the rotor bar and multiplying the frequency of the rotor bar by a current peak value of five times to determine whether the frequency is equal to the delta frequency; A comparison signal obtained by comparing frequencies is generated and applied to the motor condition diagnosis unit to diagnose the trouble of the rotor bar A frequency analysis unit for receiving a frequency signal indicating a speed of the motor driven by the magnetic pole position sensor and applying the calculated signal to the frequency analysis unit by calculating the motor speed, Voltage signal to the motor state diagnostic unit by comparing the received current / voltage signal with the signal of the spectrum of the steady current / voltage of the failure analysis unit by comparing the received current / voltage signal with the motor speed signal The motor status diagnosis part receives the digital current and voltage sense signal from the A / D conversion part and the speed frequency signal according to the motor drive from the motor speed calculation part An air gap torque calculating section for calculating a torque and generating a torque spectrum, A bearing frequency calculating unit for selecting a normal driving frequency of the inner ring, outer ring, and ball of the ring and selecting either the set frequency outer ring frequency BPFO, the inner ring frequency BPFI, and the ball frequency BSF, a frequency calculated from the bearing frequency calculating unit, A torque frequency analyzer for analyzing whether the torque is in agreement with the peak of the spectrum, a bearing for judging whether the failure of the bearing is determined by judging the signal analyzed from the torque frequency analyzer, A motor operation efficiency calculation unit for calculating a motor operation efficiency based on a torque spectrum from the air gap torque calculation unit, a diagnosis unit, and a time domain for analyzing the average operation efficiency over a time unit or a predetermined time by receiving data related to the motor operation efficiency The analysis unit, and the load operation state diagnosis unit to the failure analysis unit It compares the steady-state data signal with the steady-state data signal of normal current, voltage, normal power factor, operating temperature and torque, and supplies the diagnostic signal according to the operating condition to the motor condition diagnosis unit. And to warn the user when abnormal operation is performed. The present invention relates to a temperature sensor thermo-coupler installed in a motor so as to be capable of immediately responding to an abnormal state of a motor in a field, and a discharge resistor connected in parallel at both ends of the thermo-coupler, In the above description, since the negative potential is generated and applied to the diode cathode for blocking the reverse voltage, an organic voltage detecting circuit for generating a reference voltage by supplying a diode connected to the battery power source to the inverting amplifier constituted by a trim trigger Respectively.
본 발명은 모터의 주요고장의 원인으로 되는 로터바 고장, 고정자 고장 및 베어링 고장의 기계적 결함을 전압, 전류, 자속 특성분석을 통해 진단하는 전류신호분석방법으로 전원상태를 진단하는 외에 토크 분석 및 모터의 운전효율을 산출하여 진단의 신뢰성 및 정확도를 높이기고 현장에서 열적인 방법으로 고장판정이 이루어지도록 하고 있다. The present invention is a current signal analysis method for diagnosing mechanical faults of rotor bar failure, stator failure, and bearing failure by analysis of voltage, current, and magnetic flux characteristics, which cause major failure of the motor. To improve the reliability and accuracy of the diagnosis and to make the fault judgment in the field by the thermal method.
본 발명의 도면을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 모터의 고장진단 시스템을 상세히 보인 블록선도이고,
도 2는 본 발명에 따라 모터의 고장진단 시스템의 작동을 보인 것으로, 로터바의 고장진단루틴과 진동진단루틴을 보인 플로우챠트이며,
도 3은 본 발명에 따라 모터의 고장진단 시스템의 작동을 보인 것으로, 베어링의 결함을 감시하는 베어링고장진단 루틴을 보인 플로우챠트이다.The drawings of the present invention are as follows.
1 is a block diagram showing a fault diagnosis system of a motor according to the present invention in detail,
FIG. 2 is a flow chart showing a failure diagnosis routine and a vibration diagnosis routine of the rotor bar, showing the operation of the fault diagnosis system of the motor according to the present invention,
FIG. 3 is a flow chart showing a bearing failure diagnosis routine for monitoring defects of a bearing, showing operation of a fault diagnosis system of a motor according to the present invention.
본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 기술하면 다음과 같다. The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 원리에 따라 운전중인 모터의 기계적 전기적인 고장을 온라인으로 진단하기 위한 준비를 한다. 먼저, 작동중의 모터 운전 속도를 산출한다. In accordance with the principles of the present invention, a mechanical and electrical failure of an operating motor is prepared for on-line diagnosis. First, the motor operation speed during operation is calculated.
운전속도를 산출하는 방법으로 편심 주파수 피크를 이용하거나 로터바 통과주파수를 이용하는 것으로, 편심 주파수 피크를 이용하는 방법은 회전자의 위치에 따른 공극의 크기 변화에 의한 진폭이 결정되는 변조파가 측대역 형태의 전류 파형으로 나타나는데, 이와 같은 전류신호의 주파수의 정확한 위치는 모터의 극수와 속도의 함수이다. 즉 모터속도(rpm)는 식(1)로 나타난다. As a method of calculating the operation speed, the eccentricity frequency peak is used or the rotor bar passing frequency is used. In the method using the eccentricity frequency peak, the modulated wave whose amplitude due to the change in the size of the gap depending on the position of the rotor is determined, The exact position of the frequency of the current signal is a function of the number of poles and speed of the motor. That is, the motor speed (rpm) is expressed by Equation (1).
rpm= ffund(ffund - fsb) (1)rpm = f fund (f fund - f sb ) (1)
여기서, ffund은 기본주파수(60 Hz)이고, fsb은 측대역 주파수로써 주파수 스펙트럼 상에서 나타나는 위치이다. Where f fund is the fundamental frequency (60 Hz) and f sb is the position appearing on the frequency spectrum as the sideband frequency.
로터바 통과주파수를 이용하는 방법은 로터바 동기주파수(RBPFsynch)를 식(2)에서 구한다. In the method using the rotor bar passing frequency, the rotor bar synchronizing frequency (RBPFsynch) is obtained from the equation (2).
RBPFsynch = n x fs ± ffund (2)RBPFsynch = nxf s + f fund (2)
여기서 n은 로터바 갯수이며, fs는 동기주파수이고, ffund 는 편심으로 발생한 피크주파수 기본주파수(60Hz)이다. Where n is the number of rotor bars, f s is the synchronous frequency, and f fund is the fundamental frequency of the peak frequency (60 Hz) caused by eccentricity.
통상 동기주파수는 극수가 2이고 동기주파수가 60Hz일때 동기속도가 3600rpm이고, 극수가 4이고 동기주파수가 30Hz일때 동기속도가 1800rpm이며, 극수가 6이고 동기주파수가 20Hz일때 동기속도가 1200rpm이고, 극수가 8이고 동기주파수가 15Hz일때 동기속도가 900rpm이며, 극수가 10이고 동기주파수가 12Hz일때 동기속도가 720rpm이고, 극수가 12이고 동기주파수가 10Hz일때 동기속도가 600rpm이다. The synchronous frequency is usually 1800 rpm when the number of poles is 2, the synchronous speed is 3600 rpm when the synchronous frequency is 60 Hz, the number of poles is 4, the synchronous frequency is 30 Hz, the synchronous speed is 1200 rpm when the number of poles is 6, Is 8, the synchronous frequency is 15Hz, the synchronous speed is 900rpm, the number of poles is 10, the synchronous frequency is 12Hz, the synchronous speed is 720rpm, the number of poles is 12, and the synchronous frequency is 10Hz.
그 다음 로터바 통과 주파수[RBPF(fmech)]가 산출되는데, 식(3)에서 산출된다. Next, the rotor bar passing frequency [RBPF (f mech )] is calculated, which is calculated from equation (3).
RBPF(fmech) = (frpm ± ffund) / n (3)RBPF ( fmech ) = (f rpm ± f fund ) / n (3)
여기서, frpm은 전류스펙트럼에서 로터바 통과 동기주파수 다음의 피크 주파수이다Where f rpm is the peak frequency after the rotor bar passing synchronization frequency in the current spectrum
모터 속도 (rpm) 식 (4)에서 산출된다.Motor speed (rpm) Calculated from equation (4).
rpm = fmech x 60 (4)rpm = fmech x 60 (4)
또한 운전중인 모터의 부하 토크를 산출하는 방법으로는 모터제어센터(MCC)에서 전압트랜스포머(PT) 및 전류 트랜스포머(CT)로부터 3상 전압,전류성분을 취득하여 아날로그/디지털 변환하여 에어갭 토크를 산출한다. In order to calculate the load torque of the motor under operation, the motor control center (MCC) acquires the three-phase voltage and current components from the voltage transformer (PT) and the current transformer (CT) .
아래 그림은 유도전동기의 등가회로이고, 자화 인덕턴스 Lm가 회전자 각도 (Rotor Angle) phi의 함수로 표현된다. 이러한 모델에서는 자계 내에 있는 모든 전동기에서 검출되는 전류 신호가 유도된다 The figure below shows the equivalent circuit of the induction motor and the magnetization inductance Lm is expressed as a function of the rotor angle phi. In this model, the current signal detected in all motors in the magnetic field is derived
유도전동기의 등가회로 Equivalent circuit of induction motor
위 등가회로에서 보이는 입력된 3축의 전류 (Iabc)와 전압 (Vabc)를 2축의 dq 영역으로 변환하여 Idq와 Vdq를 산출하여 다음 식(5)및 (6)의 의하여 에어 갭 자속을 산출한다. The input three-axis current (Iabc) and the voltage (Vabc) shown in the above equivalent circuit are converted into biaxial dq areas to calculate Idq and Vdq, and the air gap magnetic flux is calculated by the following equations (5) and (6).
Φdq(t) = ∫ Vdq(t) dt (5)? Dq (t) =? Vdq (t) dt (5)
Vdq(t) = Vterminal dq - rs x Idq (6)Vdq (t) = Vterminal dq - rs x Idq (6)
여기서, Φdq(t)은 자속이고, Vterminal dq 는 단자전압, rs 는 고정자 저항이며, Vdq 는 단자전압에서 고정자의 전압 강하를 뺀 고정자 전압이다.Here, Φdq (t) is the voltage, Vterminal dq is the terminal voltage, rs is the stator resistance, and Vdq is the stator voltage minus the voltage drop of the stator from the terminal voltage.
그러므로, 에어 갭 토크Te는 극 수를 입력하여 식(7)과 같이 에어 갭 토크를 산출한다. Therefore, the air gap torque Te calculates the air gap torque as shown in equation (7) by inputting the number of poles.
여기서, p 는 극수 이다.Here, p is the number of poles.
모터축의 토크 Tm는 식(9)에서 와 같이 에어갭 토크Te로 부터 동손, 마찰손실, 회전체의 공기마찰손실(Windage loss), 표유부하손실(Stray load loss)들로 이루어진 손실 Pfw을 감하게 하여 입력하여 식(12)과 같이 전동기 축의 토크를 산출The torque Tm of the motor shaft reduces the loss Pfw, which is caused by air loss torque Te, air loss, frictional loss, windage loss, and stray load losses, as shown in equation (9) And the torque of the motor shaft is calculated as shown in equation (12)
한다.do.
Tm = Te - Pfw (8)Tm = Te - Pfw (8)
여기서, Pfw 에는 동손 뿐만 아니라, 마찰 손실 (Friction loss), 회전체의 공기 마찰 손실 (Windage loss), 표유 부하 손실 (Stray load loss) 등이 포함In this case, Pfw includes not only the copper loss but also friction loss (frictional loss), air friction loss (windage loss) of the rotating body, and stray load loss
된다.do.
Tm 은 기계적 토크 (Mechanical torque) 로서 전동기의 축에 형성되는 토크를 의미하며, 부하 토크라고 할 수 있다. 이 부하 토크를 이용하여 전동기의 기계적 결함을 진단할 수 있다.Tm is a mechanical torque, which means a torque formed on the shaft of the electric motor, and can be referred to as a load torque. This load torque can be used to diagnose mechanical defects of the motor.
또한, 전동기에 공급되는 전류 신호만을 이용하여 진동 여부를 파악하여 모터 고장을 진단할 수 있다. 그러나, 원래의 주파수에 고장 징후 신호가 나타나In addition, it is possible to diagnose a motor failure by detecting the vibration using only the current signal supplied to the motor. However, a fault indication signal appears at the original frequency
지 않고 모터에 인가되는 전류가 기본 주파수 (60 [Hz])에 의해 변조되어 측대역(Sideband) 형태로 나타나므로 측정이 까다로운 문제점이 있다. 그러나, 전압과 전류를 곱한 형태의 신호로 나타나는 토크 신호는 변조파가 아닌 원래의 징후 신호를 나타내므로 쉽게 관찰할 수 있다. 이 징후로써 나타나는 토크 리플은 토크의 순시값을 시간축 함수로 표기한 것이다. 따라서, 토크의 시간 변화를 파악하여 기계적인 불평형과 베어링 고장, 부하의 운전 상태, 펌프의 캐비테이션 (cavitation), 컨베이어 벨트의 느슨함, 인버터 구동기기의 기계적 공진 등을 파악하는데 활용할 수 있다.And the current applied to the motor is modulated by the fundamental frequency (60 [Hz]) to appear as a sideband. However, the torque signal represented by the signal multiplied by the voltage and the current represents the original sign signal, not the modulated wave, so that it can be easily observed. The torque ripple that appears as this indication is the instantaneous value of the torque expressed as a time function. Therefore, it is possible to grasp the time change of the torque and utilize it to grasp the mechanical unbalance, the bearing failure, the operation state of the load, the cavitation of the pump, the loosening of the conveyor belt, and the mechanical resonance of the drive device.
이 토크 리플은 정상 상태에서의 토크에 대한 과도 상태에서의 토크를 백분율 (% torque ripple)로 계산한다. 다음 식(9)은 토크 리플의 관계식이다. This torque ripple computes the torque in the transient state with respect to the torque in the steady state as a percentage torque ripple. The following equation (9) is a relational expression of torque ripple.
여기서, Tripple 은 토크 리플, Tpk는 과도 상태에서의 토크 피크, Tss 는 정상 상태에서의 토크 리플이다.Here, Tripple is a torque ripple, Tpk is a torque peak in a transient state, and Tss is a torque ripple in a steady state.
이러한 원리에 근거하여 운전중인 모터의 고장진단을 할 수 있다. 그 대표적인 것으로 로터 바의 고장, 베어링의 고장 및 모터의 운전효율에 근거한 고장진단을 할 수 있다. 이를 위하여 본 발명은 모터의 운전속도로부터 모터의 슬립을 계산하고 이 슬립에 근거하여 로터바의 회전을 계산하여 로터바의 상태를 진단한다. Based on this principle, fault diagnosis of the motor in operation can be performed. As a typical example, a fault diagnosis based on the failure of the rotor bar, the failure of the bearing, and the operation efficiency of the motor can be performed. To this end, the present invention calculates the slip of the motor from the operation speed of the motor and calculates the rotation of the rotor bar on the basis of the slip to diagnose the state of the rotor bar.
로터바의 고장진단은 다음과 같은 알고리즘에 근거한다. The fault diagnosis of the rotor bar is based on the following algorithm.
로터 바의 파손은 전류 스펙트럼에서 기본 주파수로부터 슬립 주파수의 2배수 만큼 떨어진 곳에 2개의 측대역이 기본 주파수의 좌우에 대칭으로 발생한다. 좌측 성분이 직접적으로 결함에 의한 성분이고, 우측 성분은 연속적인 속도 리플에 기인하는 성분이다. 좌측 성분, 즉 기본 주파수의 좌측에 나타나는 측대역이 바로 로터 바의 주파수이다. 로터 바 주파수는 다음식(10)으로 계산된다. The breakage of the rotor bar occurs symmetrically to the left and right of the fundamental frequency, with two sidebands spaced twice the slip frequency from the fundamental frequency in the current spectrum. The left component is the component directly due to the defect, and the right component is the component due to the continuous velocity ripple. The left side component, that is, the side band appearing to the left of the fundamental frequency is the frequency of the rotor bar. The rotor bar frequency is calculated by the following equation (10).
frotor = 60 (1-2s) (10)frotor = 60 (1-2s) (10)
여기서, frotor 는 로터 바 주파수, s 는 슬립이다.Where frotor is the rotor bar frequency and s is the slip.
슬립s은 다음식(11)으로 계산된다.The slip s is calculated as (11).
s = (Nsynch - Nrpm) / Nsynch (11)s = (Nsynch-Nrpm) / Nsynch (11)
여기서, Nsynch 는 동기속도, Nrpm 은 회전자 속도이다. 회전자 속도가 정확하지 않으면 슬립 주파수가 정확하지 않고, 또한 로터 바 주파수가 정확하지 않게 되어 로터 바 진단 내용이 틀리게 될 수 있다. 그만큼 속도 산출 방법의 정확성이 중요하다는 것을 의미한다.Where Nsynch is the synchronous speed and Nrpm is the rotor speed. If the rotor speed is not correct, the slip frequency is not accurate and the rotor bar frequency is not accurate, and the rotor bar diagnosis may be wrong. Which means that the accuracy of the speed calculation method is important.
베어링의 고장진단은 다음과 같은 알고리즘에 근거한다.The failure diagnosis of bearings is based on the following algorithm.
베어링 고장 진단은 전기 신호를 이용하여 진단이 가능하다. 즉, 베어링고장은 에어 갭의 동적 편심과 유사하게 에어 갭의 자속 밀도에 불균일을 주어 에어 갭 전류 및 토크의 변화로 나타난다.Bearing failure diagnostics can be diagnosed using electrical signals. In other words, the failure of the bearing is caused by the variation of the air gap current and the torque due to non-uniformity of the magnetic flux density of the air gap, similar to the dynamic eccentricity of the air gap.
베어링 구성 요소 (외륜, 내륜, 볼스핀) 에 결함이 있으면 아래의 식과 같은 특성 주파수를 발생시킨다.If the bearing component (outer ring, inner ring, ball spin) is defective, it generates the characteristic frequency as the following expression.
여기서, BPFO (Ball Path Frequency of Outer Race) 는 외륜 주파수, BPFIHere, the BPFO (Ball Path Frequency of Outer Race)
(Ball Path Frequency Inner Race) 는 내륜 주파수, BSF (Ball Spin(Ball Path Frequency Inner Race) is the inner ring frequency, BSF (Ball Spin
Frequency) 는 볼 스핀 주파수이다.Frequency) is the ball spin frequency.
더하여, f 는 운전주파수 (내륜의 회전 주파수), n 은 볼의 개수, d 는 볼의In addition, f is the running frequency (rotation frequency of the inner ring), n is the number of balls, d is the number of balls
직경, D 는 피치 직경, α는 볼의 접촉 각이다.D is the pitch diameter, and? Is the contact angle of the ball.
이 공식은 외륜이 고정되어 있고 내륜이 축과 함께 회전하는 것을 가This formula shows that the outer ring is fixed and the inner ring rotates with the shaft.
정한 것이다. 만약 내륜이 고정되어 있고 외륜이 회전하는 경우에는 볼 스핀It is decided. If the inner ring is fixed and the outer ring is rotating,
공식의 괄호 안에 있는 (-)부호를 (+)부호로 변경하면 된다.Change the (-) sign in parentheses of the formula to the (+) sign.
또한 모터의 고장은 특정의 결함 주파수에도 나타나며 모터 운전시 발생되는 진동 스펙트럼에서 나타난다. 단, 고정자와 회전자의 상대운동에 의한 에어 갭의 변화 및 로터의 편심은 고정자 전류 및 에어 갭 토크에 그 영향을 준다. 만약 베어링에 결함이 발생된다면 그 특성 주파수가 다음식(15)과 같이 변조된다. Motor failure also occurs at specific fault frequencies and appears in the vibration spectrum generated during motor operation. However, the change of the air gap due to the relative motion between the stator and the rotor and the eccentricity of the rotor affect the stator current and the air gap torque. If the bearing is defective, its characteristic frequency is modulated as in (15).
fbrg = fe +/_ m x fr (15)fbrg = fe + / - m x fr (15)
여기서 fbrg 는 스펙트럼에 나타나는 결함 주파수, fe 는 전원 주파수, m 은 1, 2, 3, ... 등의 정수, fr 은 식 (12) ~ (14) 중의 한 특성 주파수이다.Where fbrg is the defect frequency appearing in the spectrum, fe is the power supply frequency, m is an integer such as 1, 2, 3, ..., and fr is a characteristic frequency in Equations (12) to (14).
식 (15) 의 의미는 베어링 결함이 발생하는 경우 전원 주파수를 중심으로 측대역이 나타남을 의미하며, 베어링 결함 성분은 토크 스펙트럼에서 베어링 주파수의 정수 배와 전원 주파수의 +/_ 성분으로 나타나는 특성을 모터결함 진단에 이용할 수 있다. (15) means that the side band appears around the power frequency when a bearing fault occurs, and the bearing defect component is a characteristic that is represented by an integral multiple of the bearing frequency and the +/- component of the power frequency in the torque spectrum It can be used to diagnose motor faults.
이와 같은 모터의 속성에 근거하여 모터의 고장진단을 하기 위하여, 본 발명의 원리에 따른 모터고장진단스테이션 또는 모터고장진단 시스템(20)은 온라인에 의해 원격 감시뿐 아니라 현장진단이 가능하다. In order to diagnose the fault of the motor based on the properties of the motor, the motor
모터의 작동중에 고장을 진단하는 본 발명에 따른 모터고장진단 시스템(20)은 현장에 설치된 유도전동기로 되는 다수의 모터(1)들에 전기적으로 연결되는 모터제어센터(19)에 연결된다. 모터제어센터(19)는 모터(1)들의 각 전류를 개별적으로 검출하는 전류트랜스포머(CT)들로 구성되는 다수의 전류감지부(21), 모터(1)들의 각 온도를 감지하는 PTC 또는 PTC-S 더미스터들로 구성되는 다수의 온도감지부 (22)와 모터(1)들의 구동에 따른 자극의 위치를 검출하는 자극위치센서(2)들에 연결되는 다수의 자극위치 감지부(23)들로 구성된다. 그러므로 이들 감지부들로부터 각 모터(1)의 구동에 따른 감지전류, 전압신호를 취득하게 된다. 이 신호는 이하에 기술되는 바와 같이 모터상태진단을 완료한 후 인터넷에 연결된 서버(50)로 연결되고,유저의 개인 단말기(60)에서는 모터의 진단결과를 확인할 수 있다. The motor
또한 이 시스템은 모터(1)의 정상운전상태에 대한 데이터를 외부로부터 입력받아 사전에 저장하는 데이터베이스(33)를 구비하고 이 데이터베이스(33)는 자체 저장된 데이터를 고장분석부(34)에 인가한다. 고장분석부(34)는 데이터베이스(33)의 모터 정상 상태 데이터를 전류/전압스펙트럼화하고 이를 알고리즘으로 수치화 한 정상상태의 토크리플 주파수신호, 회전자 구동 주파수신호 및 시간에 따른 부하알고리즘을 수치화한 부하신호를 출력한다. The system also includes a
A/D변환부(24)는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 시스템에 전류, 전압 감지신호를 시스템에 인가한다. 전류 피크 산출부(25)는 입력된 전류/전압에 근거하여 전류/전압의 실효 값을 산출하고 전류스펙트럼을 작성하는 동시에 전류 피크 치를 산출한다. 산출된 전류 피크 치는 작동 검출부(26)에 인가되고 로터바의 주파수를 산출하며, 로터바의 주파수에 대하여 3배수의 전류 피크 치를 곱하여 델타 주파수와 일치하는가를 판단한다. 이 작동 검출부(26)로부터 텔타 주파수신호는 진동검출부(27)와 주파수영역분석부(32)에 인가된다. 진동검출부(27)는 이후에 상세히 기재되는 바와 같이 고장분석부(34)로부터의 토크리플 주파수를 진동검출부(27)로부터 델타주파수와 비교하여 비교신호를 발생시킨다. 이 비교신호는 모터상태진단부(36)에 인가된다. 이 경우 모터상태진단부(36)는 로터바의 고장진단을 하고 고장 경보를 한다. The A /
모터속도 산출부(31)는 모터제어센터(20)를 경유하도록 한 자극위치센서(2)에 의하여 발생한 모터구동에 따른 속도를 나타내는 주파수신호를 수신하여 이용하거나 A/D변환부(24)로 부터 시스템에 전류, 전압 감지신호를 근거하여 모터속도를 산출하고 산출된 데이터를 주파수 분석부(32)에 인가한다. 주파수 분석부(32)는 작동 검출부(26)로부터 로터바 주파수신호를 모터속도신호와 비교하여 모터인가되는 전류/전압신호를 로터바고장진단부(35)에 인가한다. 로터바고장 진단부(35)는 수신된 인가 전류/전압신호와 고장분석부(34)의 정상 전류/전압의 스펙트럼의 신호와 비교한다. 이 비교신호는 모터상태진단부(36)에 인가된다. 이 경우 모터상태진단부(36)는 로터바의 고장진단을 하고 고장 경보를 한다.The
에어갭 토크산출부(40)는 A/D변환부(24)로부터 디지털 전류,전압 감지신호와 모터속도산출부(31)로부터 모터구동에 따른 속도 주파수신호를 수신하여 토크를 산출하고 토크 스펙트럼을 작성하여 작성된 신호를 출력한다. 베어링주파수 산출부(41)는 데이터베이스(33)로 부터 베어링메이커와 베어링의 내륜, 외륜, 볼등의 정상적인 구동 주파수를 선택하고 설정주파수 즉, 외륜주파수 BPFO, 내륜주파수 BPFI 및 볼주파수(BSF)를 결정한다. 토크주파수분석부(42)는 토크스펙트럼에서 토크피크와 설정된 주파수를 분석하고 토크피크와 일치되는가를 분석한다. 베어링진단부(43)는 분석된 신호를 판단하여 베어링 고장 여부를 진단하고 진단 신호를 모터상태진단부(36)에 인가하여 베어링 고장 여부를 판단한다.The air gap
한편, 본 발명은 모터의 운전효율을 산출하여 고장진단을 하는 모터 효율진단루틴을 수행한다. On the other hand, the present invention carries out a motor efficiency diagnosis routine for calculating the operation efficiency of the motor and performing a fault diagnosis.
이 루틴을 수행하기 위하여, 모터운전효율산출부(44)는 에어 갭 토크산출부(40)로부터 토크 스펙트럼에 근거하여 얻어지는 출력이 실제 모터 축 출력과 마찰손, 권선손, 표유 부하손실을 합한 값과 같으므로 모터의 출력과 모터의 효율을 다음식(16), (17)과 (18)들을 이용하여 산출한다. In order to carry out this routine, the motor operation
즉, 모터의 운전효율은 다음 식(16)으로 표현된다. That is, the operation efficiency of the motor is expressed by the following equation (16).
여기서 Pin은 입력전력, Ploss은 각종손실, Pout는 모터축에서 발생하는 출력이다.Where Pin is the input power, Ploss is the various losses, and Pout is the output from the motor shaft.
다음식(17)을 이용하여 모터에 인가되는 전압, 전류의 순시값을 취득하여 평균전력값을 산출한다.An instantaneous value of voltage and current applied to the motor is obtained by using the following equation (17) to calculate an average power value.
여기서 Pin은 입력전력, Pel은 전기적입력으로 모터에 인가되는 전압이다.Where Pin is the input power and Pel is the voltage applied to the motor as an electrical input.
그리고, 에어 갭토크를 이용하여 모터의 축 출력을 다음식(19)에 근거하여 산출하게 된다.Then, the shaft output of the motor is calculated based on the following equation (19) using the air gap torque.
여기서 n은 모터의 운전속도이고, Torques는 에어갭 토크이다. Where n is the operating speed of the motor and Torques is the air gap torque.
그러므로 모터효율은 전체입력전력(Pin)에 대하여 순전력출력의 비로써 나타남을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the motor efficiency is expressed as the ratio of the net power output to the total input power (Pin).
이와같이 모터의 운전효율에 관련한 모터운전효율산출부(44)의 출력은 시간영역분석부(45)에 입력되어 시간단위 또는 일정시간동안의 평균운전효율을 분석하고 설정한다. 시간분석영역부(45)는 설정된 평균운전효율신호를 부하운전상태진단부(46)에 입력한다. 부하운전상태진단부(46)는 평균운전효율신호를 고장분석부(34)로부터 정상전류, 전압, 정상역률, 운전속도, 토크등의 모터운전속도에 대한 정상상태 데이터신호와 비교하여 운전상태를 진단한다. 부하운전상태진단부(46)는 운전상태에 따른 진단신호를 모터상태진단부(36)에 공급하여 모터의 정상 또는 비정상인가를 판단하게 하고 비정상운전시에는 이를 경고한다. The output of the motor operation
또한 본 발명은 현장에서 모터의 이상상태에 대하여 즉각 대응하는 것이 가능하다. 즉, 모터(1)들에는 온도센서, 실례를 들면 서머커플러(3)가 설치된다. 이 서머커플러(3)의 양단에는 병렬접속된 저항(4)와 (6) 및 저항(5)와 (7)이 배열되어 유기전압의 전압차가 발생 되게 하는데, 소정온도 이상에서는 부(-) 전위가 발생된다. 이 부(-) 전위는 역 전압 저지를 위한 다이오드(8)의 캐소드에 인가되고, 다이오드(8)를 통전 상태로 하여 배터리(도시안됨)의 전원(Vcc)이 인가된다. 이 전원(Vcc)에 접속된 바이어스 저항(9)에 전압은 평활저항(11), 방전저항(12), 평활 콘덴서(3)를 경유하여 쉬미트 트리거로 구성되는 반전증폭기(14)에 인가된다. 이 반전증폭기(14)는 입력전압을 반전시켜 소정의 하이 또는 로우 레벨의 유기전압검출신호를 경보구동부(15)에 입력하여 모터(1)가 과열상태인 경우 경보 한다. Further, the present invention can respond to an abnormal state of the motor immediately in the field. That is, the
여기서, 반전증폭기(14)는 드레숄드(Threshold) 레벨이 반전증폭기(14)의 출력레벨에 따라 가변하는 히스테리시스 특성을 가진 채터링을 억제하고 드레스 홀드레벨에 대하여 입력전압을 반전하여 소정의 하이 또는 로 레벨의 전압을 출력한다. 즉, 이 반전증폭기(14)는 영 전압 입력시에는 로 레벨신호를 출력하고 영 전압이상이 입력되면 하이 레벨의 전원을 출력하여 경보기(도시안됨)가 작동되게 한다. Here, the inverting
이상의 구성을 가진 본 발명의 고장진단 시스템은 다음과 같이 모터의 고장진단을 한다. The fault diagnosis system of the present invention having the above-described configuration performs fault diagnosis of the motor as follows.
도 2 및 도 3은 로터바 고장진단루틴과 진동감시루틴을 도시한 플로우 차트이다. 모터고장진단을 위한 현장의 모터고장진단스테이션 또는 모터고장진단시스템(20)에서 전류피크산출부(25), 모터속도산출부(31)와 에어갭토크산출부(40)에 인가한다. 2 and 3 are flowcharts showing the rotor bar failure diagnostic routine and the vibration monitoring routine. The motor
전류피크산출부(25)에서는 단계(101)를 수행하여 A/D변환부(24)로부터 전류/전압신호를 수신하고, 단계(102)에서 로터바 주파수를 산출하고 모터속도주파수 신호를 전류피크산출부(25)에 인가하고, 단계(103)에서는 전류주파수에 따른 스펙트럼에서 전류피크치를 산출하게 한다. 산출된 전류 피크 치 신호는 작동검출부(25)에 인가되고 단계(104)에서 전류 피크 치가 -45dB 이상인지 판단하고 이하이면 단계(112)로 이전하여 로터바 상태가 양호한 것으로 판단한다. The current
만일 -45dB 이상이면 그 신호는 작동 검출부(26)에 인가되어 단계(105)에서는 로터바 주파수(델타 주파수)를 산출하고 단계(103)에서는 로터바 주파수 5배수의 전류피크를 점검한다. 그다음 단계(107)에서는 전류 피크의 주파수가 델타주파수와 일치하는가를 판단한다. 일치하지 않는다면 단계(112)로 이전하여 로터바 상태가 양호한 것으로 판단한다. 만일 일치한다면 단계(108)로 이전하여 모터의 진동을 감시루틴을 수행한다. If it is greater than or equal to -45 dB, the signal is applied to the
이 루틴에서 먼저 진동검출부(27)가 부하상태를 나타내는 로터바의 진동에 따른 로터바 주파수의 피크를 파형을 확인하여 고장분석기(34)에 출력한다. 고정분석부(34)가 로터바의 회전주파수의 알고리즘에 근거하여 토크 리플을 산출한다. 단계(109)에서는 토크로플이 10%이하인가를 판단한다. 토크리플이 10% 이하인경우 단계(112)로 이전하여 모터상태진단부(36)가 로터바 상태가 양호한 것으로 판단한다. 반대로 토크리플이 10% 이상일 경우 로터바고장진단부(35)에 출력하게되고, 이 검출신호는 로터바고장 진단부(35)가 모터주파수분석부(34)로부터 로터바의 회전주파수의 알고리즘에 근거한 정상전류와 진동 검출부(27)의 토크 리플 신호를 비교하여 단계(110)에서 기동전류를 점검하고 단계(111)에서 전류왜곡이 발생하고 있는지를 판단한다. 만일 기동전류이상이 없다면 단계(112)로 이전하여 로터바 상태가 양호한 것으로 판단한다. 반대로 전류왜곡이 있다면 단계(113)로 이전하여 모터상태진단부(36)가 고장 알람신호 등을 발생시키거나 통지한다.In this routine, first, the
도 3 및 도 4에는 베어링고장과 관련한 베어링 진단 루틴의 플로우 차트가 도시된다. 3 and 4 show a flow chart of a bearing diagnostic routine in connection with a bearing failure.
단계(101)에서 발생 된 전류/전압신호와 데이터베이스(33)로부터 베어링 관련자료를 근거로 에어갭 토크 산출부(40)는 단계(121)를 수행하여 에어갭 토크를 산출하고 단계(122)를 수행하여 데이터베이스의 베어링관련 제조사 및 베어링의 번호의 데이터를 인출하여 확인하며, 단계(123)를 수행하여 외륜주파수(BPFO), 내륜주파수(BPFI)와 볼주파수(BSF)중 어느하나를 선택하며, 단계(124)를 수행하여 외륜주파수(BPFO)의 1 내지 10배수의 주파수를 설정한다. 그 다음 토크주파수 분석부(42)는 단계(125)를 수행하여 고장분석부(34)로부터 수신한 토크스펙트럼데이터에 근거하여 토크피크와 소정배수의 외륜주파수(BPFO)를 비교하고 서로 일치하는 주파수를 확인한다(단계 126). 만일 배수의 외륜주파수에 토크피크가 일치하지 않는다면 베어링진단부(43)가 단계(134)를 수행하여 베어링상태가 양호한 것으로 판단한다. 만일 일치 한다면 단계(127)를 수행하여 n 배수의 외륜주파수(BPFO)에 대하여 120Hz를 가감한 주파수를 산출한다. Based on the current / voltage signal generated in
이후 베어링진단부(43)는 단계(127)를 수행하여 산출한 주파수를 토크 피크치와 일치하는가를 확인하고, 단계(128)에서 만일 일치하지 않는 것으로 판단한 경우 단계(134)를 수행하여 베어링의 양호한 상태를 확인한다. 만일 일치하는 경우 단계(129)를 수행하여 n 배수의 외륜주파수(BPFO)에 대하여 120Hz의 두배수 주파수를 가감한 주파수를 산출한다. Thereafter, the bearing
이후, 단계(130)에서 만일 n배수의 외륜주파수에 토크피크가 일치하지 않는다면 베어링 고장 진단부(43)가 단계(134)를 수행하여 베어링상태가 양호한 것으로 판단한다. 만일 일치 한다면 단계(131)를 수행하여 n 배수의 외륜주파수(BPFO)에 대하여 120Hz의 1 ~ 3배수의 주파수를 가감한 주파수를 산출한다. 단계(132)에서 만일 일치하지 않는 것으로 판단한 경우 단계(134)를 수행하여 베어링의 양호한 상태를 확인한다. 만일 일치하는 경우 단계(133)를 수행하여 모터 상태 진단부(36)가 베어링 고장 알람 신호를 발생시키도록 한다. Thereafter, in
1: 모터 20; 모터고장진단시스템
21: 전류감지부 22: 온도감지부
23: 자극위치감지부 50: 서버
60: 개인단말기 24: A/D 변환부
25: 전류피크산출부 26: 작동 검출부
27: 진동검출부 31: 모터속도 산출부
32: 속도주파수 분석부 33: 데이터분석부 34: 고장분석부
35:회전자 진단부 36: 모터상태진단부
40: 에어갭토크산출부 41: 베어링주파수산출부
42: 토크주파수분석부 43: 베어링진단부
44: 모터운전효율 산출부 45: 시간영역 분석부
46: 부하운전상태진단부1:
21: current sensing unit 22: temperature sensing unit
23: Stimulus position sensing unit 50:
60: Personal terminal 24: A / D conversion section
25: current peak calculation unit 26: operation detection unit
27: Vibration detection unit 31: Motor speed calculation unit
32: speed frequency analysis unit 33: data analysis unit 34:
35: Rotor diagnosis part 36: Motor condition diagnosis part
40: air gap torque calculating section 41: bearing frequency calculating section
42: torque frequency analysis unit 43: bearing diagnosis unit
44: motor operation efficiency calculation unit 45: time domain analysis unit
46: Load operation status diagnosis section
Claims (7)
모터의 운전중에 발생하는 전류, 전압을 A/D변환하여 모터의 속도와 전류피크를 산출하여 로터바의 파손을 검출하는 로터바의 고장진단루틴,
모터의 로터바의 주파수를 산출하여 모터의 성능을 확인시키는 진동검출루틴,
에어 갭의 동적 편심과 유사하게 에어 갭의 자속 밀도에 불균일을 주어 에어 갭 전류 및 토크의 변화로 베어링 결함을 검출하는 베어링 고장진단루틴과
모터에 대한 전체입력전력(Pin)과 순전력출력의 비를 산출하여 모터 작동효율을 근거로 모터의 고장을 진단하는 모터효율 산출루틴들로 이루어진 것을 특징으로 하는 모터의 고장진단방법.
In a fault diagnosis method for a motor,
A failure diagnosis routine of the rotor bar for detecting the breakage of the rotor bar by calculating the speed and current peak of the motor by A / D-converting the current and voltage generated during the operation of the motor,
A vibration detection routine for calculating the frequency of the rotor bar of the motor to check the performance of the motor,
A bearing failure diagnosis routine that detects bearing defects by varying the air gap current and torque by giving a non-uniformity in the magnetic flux density of the air gap similarly to the dynamic eccentricity of the air gap
And a motor efficiency calculation routine for calculating a ratio of a total input power Pin to a net power output to the motor to diagnose a failure of the motor based on the motor operation efficiency.
로터바의 고장진단루틴은;
전류피크산출부가 A/D변환부로부터 전류/전압신호를 수신하고, 로터바 주파수를 산출하고,
전류피크산출부가 전류주파수에 따른 스펙트럼에서 전류피크치를 산출하여 산출된 전류 피크 치 신호를 작동검출부에 인가하여 전류 피크 치가 -45dB 이상인지 판단하고 이하이면 로터바 상태가 양호한 것으로 판단하며,
만일 -45dB 이상이면 그 신호를 작동 검출부에 인가하여 로터바 주파수(델타 주파수)를 산출하고,
로터바 주파수 5배수의 전류피크를 점검하고,
전류 피크의 주파수가 델타주파수와 일치하는가를 판단하여 일치하지 않는다면 로터바 상태가 양호한 것으로 판단하고 만일 일치한다면 로터바(부하) 진동검출부에서 로터바의 진동을 점검하도록 진동검출루틴으로 이전하게 한 것을 특징으로하는 모터의 고장진단방법.
The method according to claim 1,
The fault diagnosis routine of the rotor bar comprises;
The current peak calculating section receives the current / voltage signal from the A / D converting section, calculates the rotor bar frequency,
The current peak calculating section calculates the current peak value in the spectrum according to the current frequency and applies the calculated current peak value signal to the operation detecting section to determine whether the current peak value is greater than or equal to -45 dB.
If it is -45 dB or more, the signal is applied to the operation detection unit to calculate the rotor bar frequency (delta frequency)
Check the current peak of the rotor bar frequency 5 times,
It is determined that the frequency of the current peak coincides with the delta frequency. If the frequency of the current peak does not match, it is determined that the rotor bar condition is good. If the frequency matches, the rotor bar (load) vibration detector moves to the vibration detection routine to check the vibration of the rotor bar The method comprising the steps of:
진동 검출루틴은;
고장분석부가 로터바의 회전주파수의 알고리즘에 근거하여 토크 리플을 산출하도록 하고,
토크로플이 10%이하인가를 판단하여 토크리플이 10% 이하인경우 모터상태진단부가 로터바 상태가 양호한 것으로 판단하며,
토크리플이 10% 이상일 경우 그 이상신호를 로터바고장진단부에 출력하여 모터주파수분석부로부터 로터바의 회전주파수의 알고리즘에 근거한 정상전류와 진동 검출부로부터 토크 리플 신호를 비교하여 기동전류를 점검하고 전류왜곡이 발생하고 있는지를 판단하며,
기동전류이상이 없다면 로터바 상태가 양호한 것으로 판단하고, 반대로 전류왜곡이 있다면 모터상태진단부가 고장 알람신호를 발생시키거나 통지하게 한 것을 특징으로 하는 모터의 고장진단방법.
The method according to claim 1,
The vibration detection routine includes:
The fault analysis unit calculates the torque ripple based on the algorithm of the rotation frequency of the rotor bar,
If it is determined that the torque ripple is 10% or less and the torque ripple is 10% or less, the motor condition diagnosis portion judges that the rotor bar condition is good,
When the torque ripple is 10% or more, the abnormality signal is outputted to the rotor bar failure diagnosis unit, and the normal current based on the algorithm of the rotation frequency of the rotor bar is compared with the torque ripple signal from the vibration detection unit, Determines whether current distortion is occurring,
And the motor state diagnosis unit generates or reports a fault alarm signal if there is no current distortion, and if there is no abnormality in the starting current, it is determined that the rotor bar state is good.
베어링 결함 진단 루틴은;
모터의 운전중에 수행하도록 에어갭 토크 산출부가 모터로 부터 검출된 전류/전압신호와 데이터베이스로부터 베어링 관련자료를 근거로 에어갭 토크를 산출하고,
데이터베이스의 베어링관련 제조사 및 베어링의 번호의 데이터를 인출하여 확인하여 외륜주파수(BPFO), 내륜주파수(BPFI)와 볼주파수(BSF)중 어느하나를 선택하여 외륜주파수(BPFO)의 1 내지 10배수의 주파수를 설정하고,
토크주파수 분석부가 고장분석부로부터 수신한 토크스펙트럼데이터에 근거하여 토크 피크와 소정배수의 외륜주파수(BPFO)를 비교하고 서로 일치하는 주파수를 확인하고,
배수의 외륜주파수에 토크피크가 일치하지 않는다면 베어링진단부가 베어링상태가 양호한 것으로 판단하며, 만일 일치 한다면 n 배수의 외륜주파수(BPFO)에 대하여 120Hz를 가감한 주파수를 산출하며,
베어링고장진단부가 산출한 주파수를 토크 피크치와 일치하는가를 확인하고, 만일 일치하지 않는 것으로 판단한 경우 베어링의 양호한 상태를 확인하며, 만일 일치하는 경우 n 배수의 외륜주파수(BPFO)에 대하여 120Hz의 두배수 주파수를 가감한 주파수를 산출하고,
만일 n배수의 외륜주파수에 토크피크가 일치하지 않는다면 베어링진단부가 베어링상태가 양호한 것으로 판단하고, 만일 일치 한다면 n 배수의 외륜주파수(BPFO)에 대하여 120Hz의 3배수의 주파수를 가감한 주파수를 산출하고, 만일 이 주파수와도 일치하지 않는 것으로 판단한 경우 베어링의 양호한 상태를 확인하며, 만일 일치하는 경우 모터상태진단부가 베어링 고장 알람 신호를 발생시키도록 한 것을 특징으로 하는 모터의 고장진단방법.
The method according to claim 1,
Bearing defect diagnostic routines include;
The air gap torque calculation unit calculates the air gap torque based on the current / voltage signal detected from the motor and the bearing data from the database,
(DBF) and the ball frequency (BSF) by selecting one of the outer wheel frequency (BPFO), the ball frequency (BSF), and the number of the outer ring frequency (BPFO) Set the frequency,
The torque frequency analyzing unit compares the torque peak with a predetermined multiple of the outer wheel frequency (BPFO) based on the torque spectrum data received from the failure analysis unit,
If the torque peak does not coincide with the outer ring frequency of the drainage, the bearing diagnostic unit judges that the bearing condition is good. If it is matched, a frequency of 120Hz is added to or subtracted from the outer ring frequency (BPFO)
Check if the calculated frequency matches the torque peak value. If it is determined that the frequency does not match, check the good condition of the bearing, and if it is matched, multiply by 120Hz for the outer ring frequency (BPFO) A frequency in which the frequency is increased or decreased is calculated,
If the torque peak does not coincide with the n-times outer ring frequency, the bearing diagnostic unit determines that the bearing condition is good, and if it is matched, a frequency that is three times or more the frequency of 120Hz for the n-times outer ring frequency (BPFO) , And if it is determined that the frequency does not match the good condition of the bearing, and if so, the motor condition diagnosis unit generates a bearing failure alarm signal.
모터효율산출루틴은;
모터운전효율산출부가 에어갭 토크산출부로부터 토크스펙트럼에 근거하여 얻어지는 출력이 실제 모터 축 출력과 마찰손, 권선손, 표유부하손실을 합한 값과 같으므로 모터의 출력과 모터의 효율을 다음 식(a)으로 산출하고,
여기서 Pin은 입력전력, Ploss은 각종손실, Pout는 모터축에서 발생하는 출력이며,
위 식에서 전체입력전력(Pin)과 에어갭 토크를 이용한 모터축 출력전력출력(Pout)이 다음식(b) 및 (c)으로 산출되고,
여기서 Pin은 입력전력, Pel은 전기적입력으로 모터에 인가되는 전압이며,
여기서 n은 모터의 운전속도이고, Torque는 에어갭 토크이며,
위 공식으로 산출된 모터운전효율산출부의 출력이 시간영역분석부에 입력되어 시간단위 또는 일정 시간 동안의 평균운전효율을 분석하고 설정하고,
부하운전상태진단부가 평균운전효율신호를 고장분석부로부터 정상전류, 전압, 정상역률, 운전속도, 토크등의 모터운전속도에 대한 정상상태 데이터신호와 비교하여 운전상태를 진단하여 운전상태에 따른 진단신호를 모터상태진단부에 공급하여 모터의 정상 또는 비정상인가를 판단하게 하고 비정상운전시에는 이를 경고하게 한 것을 특징으로 하는 모터의 고장진단방법.
The method according to claim 1,
The motor efficiency calculating routine includes:
Since the output obtained from the motor operation efficiency calculation section based on the torque spectrum from the air gap torque calculation section is equal to the sum of the actual motor shaft output and the frictional hand, winding hand and stray load loss, the output of the motor and the efficiency of the motor are expressed by the following equation a), < / RTI >
Where Pin is the input power, Ploss is the various losses, and Pout is the output from the motor shaft,
(B) and (c) are calculated using the total input power Pin and the motor shaft output power output Pout using the air gap torque,
Where Pin is the input power, Pel is the voltage applied to the motor as an electrical input,
Where n is the running speed of the motor, Torque is the air gap torque,
The output of the motor operation efficiency calculation unit calculated by the above formula is input to the time domain analysis unit to analyze and set the average operation efficiency over a time unit or a predetermined time,
The load operation status diagnosis part compares the average operation efficiency signal with the steady state data signal from the failure analysis part with the steady state data signal of the motor operation speed such as normal current, voltage, normal power factor, operation speed and torque, Signal to the motor condition diagnosis unit to determine whether the motor is normal or abnormal, and to warn the motor when abnormal operation is performed.
모터상태 또는 모터고장진단을 하고 인터넷에 연결된 서버로 전달하고, 개인 단말기에서 모터의 진단결과를 확인할 수 있으며, 다수의 모터들에 전기적으로 연결되고, 각 모터들의 전류를 개별적으로 검출하는 전류트랜스포머(CT)들로 구성되는 다수의 전류감지부;
모터들의 각 온도를 감지하는 더미스터들로 구성되는 다수의 온도감지부와 모터들의 구동에 따른 자극의 위치를 검출하는 자극위치센서들에 연결되는 다수의 자극위치 감지부들을 구비하는 모터제어센터;
모터의 정상운전상태에 대한 데이터를 외부로부터 입력받아 사전에 저장하는 데이터베이스;
데이터베이스로부터 모터 정상 상태 데이터를 수신하여 전류/전압스펙트럼화하고 이를 알고리즘으로 수치화한 정상상태의 토크 리플 주파수신호, 회전자 구동 주파수신호 및 시간에 따른 부하알고리즘을 수치화한 부하신호를 발생시키는 고장분석부;
모터제어센터로부터 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 시스템에 전류, 전압 감지신호를 인가하는 A/D변환부, A/D변환부로부터 입력된 전류/전압에 근거하여 전류/전압의 실효 값을 산출하고 전류스펙트럼을 작성하는 동시에 전류 피크 치를 산출하는 전류 피크 산출부;
전류피크산출부로 부터 수신된 전류 피크 치를 수신하여 로터바의 주파수를 산출하며 로터바의 주파수에 대하여 5배수의 전류 피크 치를 곱하여 델타 주파수와 일치하는가를 판단하는 작동 검출부;
작동 검출부로부터 텔타 주파수신호와 고장분석부로부터의 토크리플 주파수를 비교한 비교신호를 발생시켜 모터상태진단부에 인가하여 로터바의 고장진단을 하고 고장 경보하는 진동검출부;
자극위치센서에 의하여 발생한 모터구동에 따른 속도를 나타내는 주파수신호를 수신하고 모터속도를 산출하여 산출된 신호를 주파수 분석부에 인가하는 주파수 분석부;
작동 검출부로부터 로터바 주파수신호를 모터속도신호와 비교하여 모터에 인가되는 전류/전압신호를 수신하고 수신된 인가 전류/전압신호와 고장분석부의 정상 전류/전압의 스펙트럼의 신호와 비교하여 비교신호를 모터상태진단부에 인가하므로 모터상태진단부가 로터바의 고장진단을 하고 고장 경보를 하게 한 로터바고장진단부;
A/D변환부로부터 디지털 전류,전압 감지신호와 모터속도산출부로부터 모터구동에 따른 속도 주파수신호를 수신하여 토크를 산출하고 토크 스펙트럼을 발생시키는 에어갭 토크산출부;
데이터베이스로부터 베어링메이커와 베어링의 내륜, 외륜, 볼등의 정상적인 구동 주파수를 선택하고 설정주파수 외륜주파수 BPFO, 내륜주파수 BPFI 및 볼주파수(BSF)중의 어느 하나를 선택하는 베어링주파수 산출부;
베어링주파수 산출부로부터 산출된 주파수와 토크스펙트럼에서 토크피크와 일치되는가를 분석하는 토크주파수분석부;
토크주파수분석부로 부터 분석된 신호를 판단하여 베어링 고장 여부를 진단하고 진단 신호를 모터상태진단부에 인가하여 베어링 고장 여부를 판단하게 한 베어링고장진단부;
에어갭 토크산출부로부터 토크스펙트럼에 근거하여 모터운전효율을 산출하는 모터운전효율산출부;
모터운전효율에 관련한 데이터를 수신하여 시간단위 또는 일정시간동안의 평균운전효율을 분석하는 시간영역분석부;
부하운전상태진단부로 부터 평균운전효율신호를 고장분석부로부터 정상전류, 전압, 정상역률, 운전속도, 토크의 모터운전속도에 대한 정상상태 데이터신호와 비교하여 운전상태를 진단하고 운전상태에 따른 진단신호를 모터상태진단부에 공급하여 모터의 정상 또는 비정상인가를 판단하게 하고 비정상운전시에는 이를 경고하게 한 시간영역분석부들로 구성한 것을 특징으로 하는 모터고장진단시스템.
In a motor fault diagnosis system,
A current transformer that diagnoses a motor state or a motor fault and transmits the result to a server connected to the Internet and can check the diagnosis result of the motor at the individual terminal and is electrically connected to the plurality of motors and detects the current of each motor individually A plurality of current sensing parts formed of CTs;
A motor control center having a plurality of temperature sensing parts composed of dummies for sensing respective temperatures of the motors and a plurality of stimulation position sensing parts connected to the stimulation position sensors for detecting the position of the stimulation according to the driving of the motors;
A database for receiving data on a normal operation state of the motor from outside and storing the data in advance;
A fault analysis unit for generating a load signal obtained by digitizing the steady-state torque ripple frequency signal, rotor drive frequency signal, and time-dependent load algorithm obtained by receiving the motor steady state data from the database, ;
An A / D converter converts an analog signal to a digital signal from a motor control center to apply a current and voltage sense signal to the system. The A / D converter calculates the rms value of the current / voltage based on the current / voltage input from the A / A current peak calculation unit for calculating a current peak value while creating a current spectrum;
An operation detecting unit for receiving the current peak value received from the current peak calculating unit to calculate the frequency of the rotor bar and multiplying the frequency of the rotor bar by a current peak value of five times to determine whether the frequency is equal to the delta frequency;
A vibration detection unit for generating a comparison signal comparing the teletrowave frequency signal from the operation detection unit and the torque ripple frequency from the failure analysis unit and applying the comparison signal to the motor condition diagnosis unit to diagnose the failure of the rotor bar and to alarm the failure;
A frequency analyzer for receiving a frequency signal representing a speed of the motor driven by the stimulus position sensor and calculating the motor speed and applying the calculated signal to the frequency analyzer;
The control unit compares the rotor bar frequency signal with the motor speed signal from the operation detection unit, receives the current / voltage signal applied to the motor, compares the received current / voltage signal with the signal of the normal current / voltage spectrum of the failure analysis unit, A rotor bar failure diagnosis unit for diagnosing a fault of the rotor bar and causing a fault alarm;
An air gap torque calculation unit for receiving a digital current and voltage sense signal from the A / D conversion unit and a speed frequency signal corresponding to the motor drive from the motor speed calculation unit to calculate a torque and generating a torque spectrum;
A bearing frequency calculator for selecting a normal drive frequency of the bearing maker, the bearing inner ring, the outer ring and the ball from the database and selecting any one of the set frequency outer ring frequency BPFO, the inner wheel frequency BPFI and the ball frequency BSF;
A torque frequency analyzer for analyzing whether a torque peak is coincident with a frequency calculated from the bearing frequency calculator and a torque spectrum;
A bearing failure diagnosis unit for diagnosing a failure of a bearing by determining an analyzed signal from a torque frequency analysis unit, and diagnosing a bearing failure by applying a diagnostic signal to a motor condition diagnosis unit;
A motor operation efficiency calculation unit for calculating a motor operation efficiency based on the torque spectrum from the air gap torque calculation unit;
A time domain analyzer for receiving data related to the motor operation efficiency and analyzing an average operation efficiency over a time unit or a predetermined time;
Load operation The average operation efficiency signal from the diagnosis unit is compared with the steady state data signal from the fault analysis unit to the steady state data signal for the normal operation current, voltage, normal power factor, operation speed, and motor operation speed of torque. And a time domain analyzer for supplying a signal to the motor state diagnosing unit to determine whether the motor is normal or abnormal and to warn the abnormal state when the motor is abnormal.
모터고장시스템은 현장에서 모터의 이상상태에 대하여 즉각 대응하는 것이 가능하도록 모터에 설치되는 온도센서 서머커플러와;
이 서머커플러의 양단에는 병렬접속된 방전용 저항에 의하여 유기전압의 전압차가 발생 되게 하여 소정온도 이상에서는 부(-) 전위를 발생시켜 역 전압 저지를 위한 다이오드 케소드에 인가하므로 밧데리 전원에 연결된 다이오드를 통전시켜 기준전압을 발생시켜 쉬미트 트리거로 구성되는 반전증폭기에 인가되게 하는 유기전압검출회로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 모터고장진단시스템.The method of claim 6,
The motor fault system comprises a temperature sensor thermocouple installed in the motor so that it is possible to immediately respond to an abnormal condition of the motor in the field;
A voltage difference of the induced voltage is generated by a discharge resistor connected in parallel at both ends of the thermocoupler, and a negative potential is generated at a predetermined temperature or higher to apply to the diode cathode for reverse voltage blocking. Therefore, Further comprising an organic voltage detecting circuit for generating a reference voltage to be applied to an inverting amplifier composed of a trim trigger.
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