KR102253855B1 - 모터 손실 진단방법 및 그 방법을 이용한 모터 손실 진단시스템 - Google Patents

모터 손실 진단방법 및 그 방법을 이용한 모터 손실 진단시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 손실 진단방법 및 손실 진단시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 효율을 개선시킬 수 있도록 모터의 개별 손실을 진단할 수 있는 모터 손실 진단방법 및 손실 진단시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 손실 진단방법은 데이터입력단계와, 개별손실분석단계와, 효율계산단계와, 손실율평가단계와, 출력단계를 포함한다. 상기 데이터입력단계는 모터의 효율을 측정하기 위하여 상기 모터의 운전 데이터를 입력받는다. 상기 개별손실분석단계는 상기 운전데이터를 사용하여 상기 모터의 철손실율, 기계손실율, 부가부하손실율, 고정자손실율 및 회전자손실율의 개별손실율을 계산한다. 상기 효율계산단계는 상기 개별손실분석단계에서 계산된 상기 개별손실율을 사용하여 상기 모터의 효율을 계산한다. 상기 손실율평가단계는 기준효율을 만족하는 모터의 개별손실율의 데이터를 저장한 데이터베이스로부터 상기 개별손실분석단계에서 계산된 개별손실율이 상기 데이터의 평균값에서 벗어난 정도를 계산한다. 상기 출력단계는 상기 효율계산단계에서 계산된 효율과, 상기 손실율평가단계에서 계산한 벗어난 정도를 출력한다.
본 발명에 의하면 모터의 철손실율, 기계손실율, 부가부하손실율, 고정자손실율 및 회전자손실율의 개별손실율을 표시하여 준다. 그래서 어떠한 개별손실율 때문에 모터의 효율이 낮은지를 알 수 있을 뿐만아니라, 모터의 어떤 부분을 개선해야 모터의 효율이 상승하는지를 알 수 있다.

Description

모터 손실 진단방법 및 그 방법을 이용한 모터 손실 진단시스템{Diagnosis method and system of component loss for motor}
본 발명은 모터 손실 진단방법 및 손실 진단시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 효율을 개선시킬 수 있도록 모터의 개별 손실을 진단할 수 있는 모터 손실 진단방법 및 손실 진단시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
모터는 전기에너지를 역학적 에너지로 변환시키는 장치이다. 그래서 에너지 비용과 탄소 방출량을 줄이기 위하여 고효율 모터가 요구되고 있다. 이를 위하여 2008년 7월 1일부터 37kW 초과분부터 200kW 이하까지의 삼상유도 전동기에 대하여 고효율모터 사용 의무화인 최저효율제가 실시되어 왔다. 그리고 2010년 1월 1일부터는 0.75kW 이상 37kW 이하의 소용량 삼상유도전동기에 대하여서도 최저효율제가 시행되었다.
이러한 최저효율제는 우리나라 뿐만 아니라 전세계적으로 시행 중이므로 모터에 대하여 기준효율을 만족하지 못하면 한국뿐만 아니라 미국, 캐나다, 호주, EU, 중국, 일본 등 여러 나라에서 모터를 판매하지 못한다.
따라서 모터가 생산되면 모터의 효율은 필수적으로 측정하게 된다. 모터의 효율은 모터의 운전 중 전압, 전류, 유효전력, 온도, 토크, 회전속도 등의 운전데이터를 측정하여 계산된다.
등록특허 제10-0944394호(등록일자 2010년 02월 19일) 등록특허 제10-0542893호(등록일자 2006년 01월 05일)
종래의 경우 모터의 운전데이터를 측정하여 모터의 효율을 계산하여 모터가 기준효율을 만족하는지 그 여부만 판단하였다. 그래서 모터가 기준효율을 만족하기 못할 경우 재설계를 하여 다시 모터의 효율을 측정하였다. 이 경우에는 모터의 효율만 측정하였지 모터의 효율을 높이기 위하여 어디를 개선해야 할지를 모른다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 모터의 효율을 측정함과 동시에 모터의 효율을 개선할 수 있도록 모터의 효율에 영향을 끼치는 요소를 파악할 수 있는 모터 손실 진단방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 손실 진단방법은 데이터입력단계와, 개별손실분석단계와, 효율계산단계와, 손실율평가단계와, 출력단계를 포함한다. 상기 데이터입력단계는 모터의 효율을 측정하기 위하여 상기 모터의 운전 데이터를 입력받는다. 상기 개별손실분석단계는 상기 운전데이터를 사용하여 상기 모터의 철손실율, 기계손실율, 부가부하손실율, 고정자손실율 및 회전자손실율의 개별손실율을 계산한다. 상기 효율계산단계는 상기 개별손실분석단계에서 계산된 상기 개별손실율을 사용하여 상기 모터의 효율을 계산한다. 상기 손실율평가단계는 기준효율을 만족하는 모터의 개별손실율의 데이터를 저장한 데이터베이스로부터 상기 개별손실분석단계에서 계산된 개별손실율이 상기 데이터의 평균값에서 벗어난 정도를 계산한다. 상기 출력단계는 상기 효율계산단계에서 계산된 효율과, 상기 손실율평가단계에서 계산한 벗어난 정도를 출력한다.
또한, 상기의 모터 손실 진단방법에 있어서, 상기 출력단계는 상기 손실율평가단계에서 계산한 벗어난 정도가 상기 평균값에서 표준편차 보다 벗어난지를 알 수 있게 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 모터 손실 진단방법은 상기 효율계산단계에서 계산된 효율이 기준효율 이상인 경우 상기 개별손실분석단계에서 계산된 개별손실율을 상기 데이터베이스에 저장하는 데이터저장단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 모터 손실 진단시스템은 데이터 입력모듈과, 개별손실분석모듈과, 효율계산모듈과, 저장모듈과, 손실율평가모듈과, 출력모듈을 포함한다. 상기 데이터 입력모듈은 모터의 효율을 측정하기 위하여 상기 모터의 운전 데이터를 입력받는다. 상기 개별손실분석모듈은 상기 운전데이터를 사용하여 상기 모터의 철손실율, 기계손실율, 부가부하손실율, 고정자손실율 및 회전자손실율의 개별손실율을 계산한다. 상기 효율계산모듈은 상기 개별손실분석모듈에서 계산된 상기 개별손실율을 사용하여 상기 모터의 효율을 계산한다. 상기 저장모듈은 기준효율을 만족하는 모터의 개별손실율의 데이터를 저장한 데이터베이스를 구비한다. 상기 손실율평가모듈은 상기 개별손실분석모듈에서 계산된 개별손실율이 상기 데이터베이스에 저장된 데이터의 평균값에서 벗어난 정도를 계산한다. 상기 출력모듈은 상기 효율계산모듈에서 계산된 효율과, 상기 손실율평가모듈에서 계산한 벗어난 정도를 출력한다.
또한, 상기의 모터 손실 진단시스템에 있어서, 상기 출력모듈은 상기 손실율평가모듈에서 계산한 벗어난 정도가 상기 평균값에서 표준편차 보다 벗어난지를 알 수 있게 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모터 손실 진단시스템에 있어서, 상기 저장모듈은 상기 효율계산모듈에서 계산된 효율이 기준효율 이상인 경우 상기 개별손실분석모듈에서 계산된 개별손실율을 상기 데이터베이스에 저장하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 모터의 철손실율, 기계손실율, 부가부하손실율, 고정자손실율 및 회전자손실율의 개별손실율을 표시하여 준다. 그래서 어떠한 개별손실율 때문에 모터의 효율이 낮은지를 알 수 있을 뿐만아니라, 모터의 어떤 부분을 개선해야 모터의 효율이 상승하는지를 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 손실 진단시스템의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1의 실시예를 사용하여 모터의 손실을 진단하는 방법의 개념도,
도 3 및 도 4는 도 1의 실시예의 출력모듈을 출력단계를 실행한 예이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 모터 손실 진단시스템 및 그 진단시스템을 사용한 모터 손실 진단방법의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 모터 손실 진단시스템(10)은 데이터 입력모듈(11)과, 개별손실분석모듈(13)과, 효율계산모듈(15)과, 저장모듈(17)과, 손실율평가모듈(19)과, 출력모듈(21)을 포함한다.
입력모듈(11)은 모터(1)의 효율을 측정하기 위하여 모터(1)의 운전 데이터를 입력받는다. 효율을 측정하기 위한 운전 데이터로는 구동 중인 모터의 전압, 전류, 유효전력, 온도, 토크, 회전 속도 등이다. 모터(1)의 효율은 이들 데이터를 입력 받아서 모터의 효율을 계산한다. 이들 데이터를 입력받기 위하여 모터(1)에는 저항계, 온도기록계, 전력분석기 등이 장착된다.
개별손실분석모듈(13)은 입력모듈(11)에서 입력받은 이들 운전데이터를 사용하여 구동 중인 모터(1)의 철손실율, 기계손실율, 부가부하손실율, 고정자손실율 및 회전자손실율과 같은 개별손실율을 계산한다.
효율계산모듈(15)는 개별손실분석모듈(S13)에서 계산된 개별손실율을 사용하여 검사하는 모터(1)의 효율을 계산한다. 이들 운전데이터를 사용하여 개별손실율을 계산하는 것과, 개별손실율을 사용하여 모터의 효율을 계산하는 것은 널리 알려져 있는 방법이므로 자세한 설명은 생략한다. 효율계산모듈(S15)에서 모터의 효율을 계산하면, 모터가 기준효율을 만족하는지 여부를 알 수 있다.
저장모듈(17)는 기준효율을 만족하는 모터의 개별손실율들의 데이터를 저장한 데이터베이스를 구비한다. 즉 데이터베이스는 모터들의 성능 테스트들을 통하여 기준효율을 만족하는 여러 모터들의 개별손실율을 저장하고 있다. 이 경우 각각의 개별손실율들의 평균값과 표준편차를 알 수 있다. 그래서 기준효율을 만족하는 모터들의 개별손실율의 평균값과 표준편차를 알 수 있다. 한편 저장모듈(17)은 효율계산모듈(15)에서 계산된 모터의 효율이 기준효율을 만족할 경우 개별손실분석모듈(13)에서 계산된 개별손실율을 데이터베이스에 저장하여 개별손실율의 데이터를 업데이터한다.
손실율평가모듈(19)은 개별손실분석모듈(13)에서 계산된 개별손실율이 데이터베이스에 저장된 개별손실율의 데이터의 평균값에서 벗어난 정도를 계산한다. 본 실시예의 경우 개별손실분석모듈(13)에서 계산된 개별손실율이 기준효율을 만족하는 모터의 개별손실율의 평균값에서 표준편차의 범위 내에 있는지 그 여부를 계산한다. 개별손실율의 값을 알면 그 모터의 효율이 계산될 뿐만 아니라, 모터의 설계 상태를 파악할 수 있다. 그래서 개별손실분석모듈(13)에서 계산된 개별손실율이 평균값에서 표준편차의 범위 내에 있을 경우 그 모터는 기준효율을 만족한다. 또한, 개별손실분석모듈(13)에서 계산된 개별손실율이 평균값에서 표준편차를 벗어날 정도로 손실율이 좋지 아니할 경우 그모터는 기준효율을 만족하지 아니한다. 그리고 특정한 개별손실율이 좋지 아니할 경우 그 모터의 진단 분석이 가능하다.
예를들어 개별손실율 중 철손이 높은 경우 코어의 재료와 판재의 두께가 좋지 아니하여 이에 대한 검토가 필요함을 알 수 있으며, 코어의 재료와 판재의 두께 개선시 효율이 향상됨을 예측할 수 있다. 그리고 마찰 및 풍손과 같이 기계손이 높은 경우 그 모터는 베어링, 팬설계 및 제조불량과, 냉각불량임을 알 수 있다. 그래서 각각의 개별손실율의 정도를 알면 모터의 설계 상태를 알 수 있다. 이를 통하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.
출력모듈(21)은 효율계산모듈(15)에서 계산된 효율과, 손실율평가모듈(19)에서 계산된 개별손실율이 평균값에서 벗어난 정도를 출력한다. 그러면 모터의 설계자는 이를 보고 모터의 문제점과, 효율 개선 방안을 알 수 있다.
본 실시예의 모터 손실 진단시스템을 사용하여 모터 손실 진단방법은 데이터 입력단계(S11)와, 개별손실 분석단계(S13)와, 효율계산단계(S15)와, 손실율평가단계(S17)와, 데이터저장단계(S19)와, 출력단계(S21)를 포함한다.
데이터입력단계(S11)는 데이터 입력모듈(11)이 모터(1)에 부착된 센서로부터모터(1)의 효율을 측정하기 위하여 운전 중인 모터(1)의 전압, 전류, 유효전력, 온도, 토크, 속도 등의 운전 데이터를 입력받는다.
개별손실분석단계(S13)는 데이터 입력모듈(11)에서 입력된 운전데이터를 사용하여 개별손실분석모듈(13)이 운전 중인 모터(1)의 철손실율, 기계손실율, 부가부하손실율, 고정자손실율 및 회전자손실율의 개별손실율을 계산한다.
효율계산단계(S15)는 개별손실분석단계에서 개산된 개별손실율을 사용하여 효율계산모듈(15)이 모터(1)의 효율을 계산한다.
손실율평가단계(S17)는 저장모듈(17)에 저장된 데이터베이스와, 개별손실분석단계(S13)에서 계산된 개별손실율을 비교하여 개별손실분석단계(S13)에서 계산된 개별손실율이 데이터베이스에 저장된 데이터의 평균값에서 벗어난 정도를 계산한다. 즉 개별손실분석단계(S13)에서 계산된 개별손실율이 기준효율을 만족하는 개별손실율의 평균값에서 표준편차 이내에 있는지 여부를 판단한다. 개별손실분석단계(S13)에서 계산된 모든 개별손실율이 표준편차 이내에 있을 경우 그 모터는 기준효율을 만족함을 알 수 있다. 만약 일부의 개별손실율이 그 표준편차를 벗어날 경우 그 모터의 설계에 문제점이 있음을 알 수 있다.
데이터저장단계(S19)는 효율계산단계(S15)에서 계산된 모터(1)의 효율이 기준효율이 이상인 경우 개별손실분석단계(S13)에서 계산된 개별손실율을 저장모듈(17)의 데이터베이스에 저장한다. 즉 데이터저장단계(S19)는 기준효율을 만족하는 모터들의 개별손실율의 데이터를 업데이터하기 위함이다. 데이터저장단계(S19)를 통하여 모터 손실 진단시스템(10)은 더 많은 개별손실율의 데이터를 축적할 수 있다.
출력단계(S21)는 효율계산단계(S15)에서 계산된 휴율과, 손실율평가단계(S17)에서 계산된 벗어난 정도를 출력모듈(21)이 출력한다. 도 3 및 도 4는 출력단계(S21)에서 출력된 일 예이다. 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 각각의 개별손실율의 정도를 파악할 수 있다. 각각의 개별손실율의 정도를 파악하면 그 모터의 문제점을 알 수 있다. 도 3과 같이 철손이 높은 경우, 즉, 평균값의 표준편차보다 높은 경우 코어의 재료와, 판재의 두께에 문제가 있어서 검토가 필요함을 알 수 있다. 그리고 도 4에 도시된 바와 같이 마찰 및 풍손과 같이 기계손이 높은 경우 베어링의 설계불량과, 냉각불량임을 알 수 있다.
따라서 본 실시예에 의하면 모터의 효율이 기준효율을 만족하는지 여부를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 모터의 개별 손실 분석을 통하여 모터의 진단을 할 수 있다.
1 : 모터 10 : 모터 손실 진단시스템
11 : 데이터 입력모듈 13 : 개별손실분석모듈
15 : 효율계산모듈 17 : 저장모듈
19 : 손실율평가모듈 21 : 출력모듈

Claims (6)

  1. 모터의 효율을 측정하기 위하여 상기 모터의 운전 데이터를 입력받는 데이터 입력단계와,
    상기 운전데이터를 사용하여 상기 모터의 철손실율, 기계손실율, 부가부하손실율, 고정자손실율 및 회전자손실율의 개별손실율을 계산하는 개별손실분석단계와,
    상기 개별손실분석단계에서 계산된 상기 개별손실율을 사용하여 상기 모터의 효율을 계산하는 효율계산단계와,
    기준효율을 만족하는 모터의 개별손실율의 데이터를 저장한 데이터베이스로부터 상기 개별손실분석단계에서 계산된 개별손실율이 상기 데이터의 평균값에서 벗어난 정도를 계산하는 손실율평가단계와,
    상기 효율계산단계에서 계산된 효율과, 상기 손실율평가단계에서 계산한 벗어난 정도를 출력하는 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 손실 진단방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출력단계는
    상기 손실율평가단계에서 계산한 벗어난 정도가 상기 평균값에서 표준편차 보다 벗어난지를 알 수 있게 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 손실 진단방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 효율계산단계에서 계산된 효율이 기준효율 이상인 경우 상기 개별손실분석단계에서 계산된 개별손실율을 상기 데이터베이스에 저장하는 데이터저장단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 손실 진단방법.
  4. 모터의 효율을 측정하기 위하여 상기 모터의 운전 데이터를 입력받는 데이터 입력모듈과,
    상기 운전데이터를 사용하여 상기 모터의 철손실율, 기계손실율, 부가부하손실율, 고정자손실율 및 회전자손실율의 개별손실율을 계산하는 개별손실분석모듈과,
    상기 개별손실분석모듈에서 계산된 상기 개별손실율을 사용하여 상기 모터의 효율을 계산하는 효율계산모듈과,
    기준효율을 만족하는 모터의 개별손실율의 데이터를 저장한 데이터베이스를 구비한 저장모듈과,
    상기 개별손실분석모듈에서 계산된 개별손실율이 상기 데이터베이스에 저장된 데이터의 평균값에서 벗어난 정도를 계산하는 손실율평가모듈과,
    상기 효율계산모듈에서 계산된 효율과, 상기 손실율평가모듈에서 계산한 벗어난 정도를 출력하는 출력모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 손실 진단시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 출력모듈은
    상기 손실율평가모듈에서 계산한 벗어난 정도가 상기 평균값에서 표준편차 보다 벗어난지를 알 수 있게 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 손실 진단시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 저장모듈은
    상기 효율계산모듈에서 계산된 효율이 기준효율 이상인 경우 상기 개별손실분석모듈에서 계산된 개별손실율을 상기 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 하는 모터 손실 진단시스템.
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