KR102523468B1 - 모터 상태 진단 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)에 설치되어 부하 장치에 연결된 모터에 공급되는 전원의 전압 및 전류를 측정함으로써 모터의 상태를 진단하고, 이를 통해 재설치 및 유지보수가 용이한 모터 상태 진단 시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)에 설치되고, 모터에 공급되는 전원의 전압 및 전류를 측정하는 측정부, 그리고 측정된 전압 및 전류를 통해 전원 파형을 도출하는 파형생성부, 그리고 생성된 전원 파형을 주파수 도메인으로 변환하는 변환부, 그리고 변환된 전원 값을 기준 데이터와 비교하고 비교알고리즘 및 비교된 결과를 통해 모터의 상태를 진단하는 진단알고리즘을 포함하는 분석부를 포함한다.
이러한 본 발명은, MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)에 설치되고, 모터에 공급되는 전원의 전압 및 전류를 측정하는 측정부, 그리고 측정된 전압 및 전류를 통해 전원 파형을 도출하는 파형생성부, 그리고 생성된 전원 파형을 주파수 도메인으로 변환하는 변환부, 그리고 변환된 전원 값을 기준 데이터와 비교하고 비교알고리즘 및 비교된 결과를 통해 모터의 상태를 진단하는 진단알고리즘을 포함하는 분석부를 포함한다.
Description
본 발명은 MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)에 설치되어 부하 장치에 연결된 모터에 공급되는 전원의 전압 및 전류를 측정하고 수집되는 데이터를 비교하여 알고리즘 분석을 통해 모터의 상태를 진단하고, 이를 통해 재설치 및 유지보수를 판단하는 모터 상태 진단 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 산업현장에서 모터, 특히 3상 유도전동기는 기계의 동력원으로 사용되고 고장 시에는 제조시스템 및 설비 장치의 생산 중단에 따른 상당한 기회 손실을 발생시키는 원인이 되었다. 특히 부하 장치에 연결된 모터의 고장은 베어링고장, 절연 파손 등의 고정자 고장, 회전자 고장 및 기계적 결함 등에 의하여 발생한다. 이러한 고장 원인에 대하여 모터를 실시간으로 상태를 감시하고 고장에 대해 진단하는 방법을 개발해 왔다.
모터 고장 진단 시스템의 일례로, 모터의 이상(결함) 여부를 모터로부터 발생하는 진동으로 진단하는 시스템은 고유의 진동 이외의 진동 신호를 전기적 신호로 검출하여 진단한다. 하지만, 이러한 진단 방식은 진동 감지장치의 측정 편차로 인해 검출된 신호(데이터)가 부정확하고, 진동 감지장치를 사용함에 따라 설비가 복잡한 문제가 있다. 또한, 현장에서의 실시간 데이터가 아니기 때문에 모터에 이상 상황이 발생할 시 수동적으로 대처하고 그친다는 문제점이 있다.
이러한 진동분석 방식을 이용한 모터 진단 시스템에 관한 종래기술로, 대한민국 공개특허 제10-2009-0088127호 등이 있는데, 모터나 부하장치의 유지/보수 시에 진동분석 방식의 경우에는 모터나 부하장치에 설치된 진동분석을 위한 감지장치를 제거/재설치 해야만 하는 불편이 수반되고, 이에 더하여 진동 감지 감지장치는 산업현장의 소음이나 현장의 모터에 설치되는 위치 등에 따라 결과 값이 영향을 받아 모터의 결함에 대해 정확한 진단을 내릴 수 없다는 문제점이 존재한다.
따라서 모터의 상태를 정확하게 진단하고, 체계적으로 관리할 수 있는 모터 상태 진단 시스템이 매우 절실한 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, MCC(Motor Control Center)반에 설치됨으로써 설치가 간편하고 유지보수가 용이한 모터 상태 진단 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 부하 장치에 연결된 모터에 공급되는 전원을 측정하여 안정적인 안정적인 전원에 대한 진동 패턴을 표준설정하고, 불안정한 모터의 상태의 진단이 가능한 제어장치 및 알고리즘을 결합한 시스템을 통해 부하 장치에 연결된 모터의 상태를 진단함으로써, 물품이 생산되는 제조 현장에서 모터의 고장 및 이상 상태가 발생하지 않도록 정확한 모터 상태의 진단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러 진단의 신뢰성을 높이고, 다양한 형태의 결함을 진단하며, 사용자 친화적인 진단 결과를 제공함으로써 향상된 모터 상태 진단 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명은, 부하장치에 연결된 모터의 상태를 진단하는 모터 상태 진단 시스템으로, MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)에 설치되고, 모터에 공급되는 전원의 전압 및 전류를 측정하는 측정부, 그리고 측정된 전압 및 전류를 통해 전원 파형을 도출하는 파형생성부, 그리고 생성된 전원 파형을 주파수 도메인으로 변환하는 변환부, 그리고 변환된 전원 값을 기준 데이터와 비교하고 비교알고리즘 및 비교된 결과를 통해 모터의 상태를 진단하는 진단알고리즘을 포함하는 분석부를 포함한다.
또한 상기 측정부는 모터의 회전 속도를 산출하기 위한 전압 및 전류의 측정을 초당 61회 내지 143회 수행하도록 구성될 수 있다.
아울러 상기 분석부는 상기 모터의 결함으로서, 고정자 결함, 소프트 풋(soft foot) 결함, 정적/동적 편심, 베어링 결함, 회전자 결함, 축 정렬 결함 중 적어도 하나의 결함을 진단하고, 상기 모터와 연동된 부하장치의 결함으로서, 베어링 결함, 감속기 결함, 벨트 풀리 결함, 공기압축기 결함, 팬(fan) 결함, 펌프 결함 중 적어도 하나의 결함을 진단하도록 구성되고, 상기 진단알고리즘은 상기 모터 및 부하장치의 결함 상태를 정상단계, 주의단계, 심각단계 및 고장단계 중 어느 하나의 레벨로 결정하도록 구성될 수 있다.
나아가 상기 모터의 축 정렬 결함에 대하여, 상기 진단알고리즘은 변환된 전원 값의 피크 크기 별로 위험 수준을 구분하되, 전체 동력 대비 얼마나 많은 동력을 사용하고 있는지를 판단하여 동력 사용 비율이 높을수록 높은 레벨로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 MCC반의 계기용 변압기(PT)와 계기용 전류기(CT)에 설치하기 때문에 설치가 간편하고, 설치 가동 중에도 설치가 가능하며, 현장에 방해 없이 접근성이 좋은 배전반에 설치함에 따라 설치가 용이하다는 장점을 갖는다.
또한 상태 진단을 위한 소자들이 모터 또는 부하장치와는 별도로 설치되기 때문에 모터 또는 부하장치의 수리 및 재가동 시에도 별도의 조치를 필요로 하지 않아 유지보수가 용이하다는 장점을 갖는다.
아울러 부하 장치에 연결된 모터에 공급되는 전원을 측정하여 모터의 상태를 진단함으로써 산업현장에서 모터의 이상 상태로 인한 소음이나 진동, 설치 위치 등에도 영향을 받지 않고 정확한 진단을 제공할 수 있다.
나아가 모터의 회전 상태를 고속으로 측정하여 자동 분석을 위한 충분한 데이터베이스를 확보하고 확보된 데이터를 기반으로 표준화가 가능하여 이를 통해 진단의 신뢰성을 높인다.
또한 모터, 부하장치 및 에너지에 대한 다양한 형태의 결함을 진단하며, 특정 결함을 4단계의 레벨 별로 구분하여 사용자 친화적인 진단 결과를 제공하고, 결함에 대한 경험이나 지식이 없이도 결함 상태를 확인할 수 있고, 사용자가 즉각적으로 조치할 수 있도록 한다.
도 1은 본 시스템의 설치에 관한 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 시스템이 진단하는 결함 유형에 관한 실시를 설명하기 위한 도면.
도 3은 각 결함 유형에 대한 레벨을 부여하는 실시를 설명하기 위한 도면.
도 4는 축 정렬에 대한 단계를 결정하는 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 시스템의 사용자 인터페이스를 예시한 도면.
도 6 내지 도 12는 본 시스템의 각 결함에 대한 진단 사례를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 추가 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 시스템이 진단하는 결함 유형에 관한 실시를 설명하기 위한 도면.
도 3은 각 결함 유형에 대한 레벨을 부여하는 실시를 설명하기 위한 도면.
도 4는 축 정렬에 대한 단계를 결정하는 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 시스템의 사용자 인터페이스를 예시한 도면.
도 6 내지 도 12는 본 시스템의 각 결함에 대한 진단 사례를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 추가 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.
본 발명은 MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)에 설치되어 모터에 공급되는 전원의 전압 및 전류를 측정함으로써 모터의 상태를 진단하고, 이를 통해 설치 및 유지보수가 용이한 모터 상태 진단 시스템(이하 본 시스템)에 관한 것이다. 이러한 본 시스템은 모터에 공급되는 전원을 측정하는 측정부, 전원 파형을 생성하는 파형생성부, 전원 파형을 분석을 위한 주파수 도메인으로 변환하는 변환부, 그리고 변환된 전원 값을 분석하는 분석부를 포함한다.
각 구성 별로 구체적으로 설명하면, 먼저 측정부는 모터에 공급되는 전원을 측정하는 구성으로, 보다 상세하게는 모터에 공급되는 전원의 전압 및 전류를 측정하며, 통상의 전류계 및 전압계로 구성될 수 있다.
종래기술(진동분석 방식)의 경우에는 산업현장의 소음이나 현장의 모터에 설치되는 위치 등에 따라 감지장치의 결과 값이 영향을 받아 모터의 결함에 대해 정확한 진단을 내릴 수 없다는 문제점이 있는 반면, 본 시스템은 측정부가 전류 값과 전압 값을 계측하여 전원 파형을 통해 모터의 상태를 진단하기 때문에 종래와 같은 진동분석과 같은 문제가 발생하지 않는다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 특징적인 것은 본 시스템은 측정부가 MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)에 설치된다는 점인데, 이를 통해 본 시스템은 MCC반의 계기용 변압기(PT)와 계기용 전류기(CT)에 설치하기 때문에 설치가 간편하고, 설치 가동 중에도 설치가 가능하며, 현장에 방해 없이 접근성이 좋은 배전반에 설치함에 따라 설치가 용이하다는 장점을 갖는다.
또한 상태 진단을 위한 소자들이 모터 또는 부하장치와는 별도로 설치되기 때문에 모터 또는 부하장치의 수리 및 재가동 시에도 별도의 조치를 필요로 하지 않아 유지보수가 용이하다는 장점을 갖는다.
일 실시예로, 상기 측정부는 RST 3상의 전류 및 전압을 승강시키는 전원조절파트를 더 포함하고, 이러한 전원조절파트를 통하여 전력계통에 흐르는 대전류, 고전압을 측정하기 위해 적당한 값의 전류와 전압을 바꾸어 모터에 공급되는 전류 값 및 전압 값을 측정하게 된다. 가령, 큰 전류를 작은 전류로 바꾸어 주거나 높은 전압을 낮은 전압으로 바꾸어 주게 되어 전류 값 및 전압 값의 측정을 가능하게 만든다. 모터에 유입되는 전류와 전압의 이상 파형을 계측하여 모터 등의 결함을 감지할 수 있으므로, 전기실 등에 위치한 MCC반에 측정부를 비롯하여 데이터 처리장치를 설치하여 모터 결함, 부하장치 결함, 에너지 결함을 확인할 수 있는 것이다.(도 5 참조)
또한 일 실시예로, 측정부는 모터의 회전 속도를 산출하기 위한 전압 및 전류의 측정을 초당 61회 내지 143회 수행하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는 측정을 초당 128회 수행할 수 있고, 이는 결국 모터의 회전 속도를 1/128초 간격으로 측정하게 되는 것이다. 이는 모터의 회전 상태를 고속으로 측정하여 자동 분석을 위한 충분한 데이터베이스의 확보를 제공하는 것이다.
다음으로, 본 시스템의 프로세스에 관한 파형생성부, 변환부 및 분석부는 본 시스템의 프로세스에 관한 기능적 구성으로, 중앙처리장치(CPU, MCU 등)를 포함하는 제어모듈에 의해 실현될 수 있다.
구체적으로, 파형생성부는 측정된 전압 및 전류를 통해 전원 파형을 도출하는 구성으로, 측정된 전압과 전류를 시간 축을 기준으로 한 파형을 생성한다. 생성된 전원 파형은 시간 축을 따라 소정의 피크와 주기를 갖는 사인파를 갖게 되며, 이 상태로 분석을 하기에는 어려움이 있기 때문에 특정한 값으로 변환될 필요가 있다.
상기 변환부는 파형생성부에서 생성된 전원 파형을 분석이 용이하도록 주파수 도메인으로 변환한다. 이러한 주파수 데이터로의 변환 방법으로는 대표적으로 FFT(Fast Fourier transform)가 활용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고 다양한 변환 기법이 사용될 수 있으며, 구체적인 사항은 기 공지된 기술 또는 통상의 기술자의 일반상식을 따를 수 있다.
이렇게 하여 상기 변환부(20)를 통해 얻어진 주파수 데이터는 후술할 기 설정된 기준데이터와 비교를 하여 모터의 결함 등을 찾아낼 수 있게 되는데, 구체적으로는 도출된 파형 데이터의 벡터 합을 복조(Demodulation)한 후 이들을 FFT 수행하여 변환된 주파수들을 스펙트럼화 하고, 알고리즘 분석을 통하여 결함을 확인할 수 있게 되는 것이다.
그리고 분석부는 변환된 전원 값을 분석하여 모터의 상태를 진단하는 구성으로, 변환된 전원 값을 기준 데이터와 비교하고 비교알고리즘 및 비교된 결과를 통해 모터의 상태를 진단하는 진단알고리즘을 포함할 수 있다.
비교알고리즘은 주파수 도메인으로 변환된 전원 값을 기준 데이터와 비교하여 차이를 산출하고, 진단알고리즘은 이 차이를 통해 각각의 결함들을 세부적으로 나누어 진단하는데, 가령 고정자 결함을 판단하기 위해 기준이 되는 기준 데이터는 고정자 임계값이고, 회전자 결함을 판단하기 위해 기준이 되는 기준 데이터는 회전자 임계값이 되는 것이며, 이처럼 임계값은 각 결함들을 판단하기 위해 각각 대응되는 임계값이 존재하게 되는 것이다.
상기한 분석부에 관한 구체적인 일 실시예로, 도 2에 도시된 바와 같이 결합의 유형은 모터의 결함으로서, 고정자 결함, 소프트 풋(soft foot) 결함, 정적/동적 편심, 베어링 결함, 회전자 결함, 축 정렬 결함 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.(도 5 참조)
또한 모터와 연동된 부하장치의 결함으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 결합의 유형은 베어링 결함, 감속기 결함, 벨트 풀리 결함, 공기압축기 결함, 팬(fan) 결함, 펌프 결함 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.(도 5 참조)
아울러 에너지 상태의 결합으로서, 결합의 유형은 상(Phase)간 전압/전류 불균형, 부하율 이상 및 역률 이상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.(도 5 참조)
도 3에서 확인되는 바와 같이, 이러한 결함의 각 유형들은 전원 값과 기준 데이터와의 차이에 의해 그 레벨이 결정될 수 있는데, 즉 진단알고리즘은 모터 및 부하장치의 결함 상태를 정상단계, 주의단계, 심각단계 및 고장단계 중 어느 하나의 레벨로 결정한다는 것이다.
구체적인 실시예로, 결함으로 판단하는데 활용되는 정보는 데이터베이스화 되어 저장되고, 비교알고리즘은 저장된 정보를 기준 데이터로 활용하여 전원 값과 비교하며, 비교 결과(차이)에 따라 진단알고리즘은 결함의 규모 별로 정상단계, 주의단계, 심각단계 및 고장단계로 판단하는데, 각 결함 별로 해당 레벨을 결정하기 위한 차이 값에 대한 정보 역시 데이터베이스화 되어 저장될 수 있다. 이를 통해 본 시스템은 결함의 정도를 사용자에게 제공함으로써 초기 결함부터 단계별로 관리할 수 있도록 하며, 궁극적으로 모터 등의 결함 악화를 사전에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 관리의 용이성을 증대시킬 수 있게 된다.
구체적인 또 다른 실시예로, 본 시스템은 각 결함에 대하여 진단알고리즘은 변환된 전원 값의 피크 크기 별로 위험 수준을 구분하되, 전체 동력 대비 얼마나 많은 동력을 사용하고 있는지를 판단하여 동력 사용 비율이 높을수록 높은 레벨로 판단할 수 있다. 이는 모터에 결함이 발생하게 되면 소모되는 전력이 늘어나게 된다는 것을 전제로 세팅된 것으로, 에를 들면 모터의 축 정렬 결함에 대하여, 축 정렬에 결함이 발생하게 되면 에너지 손실이 발생하기 때문에 동일한 회전 속도에서 더 많은 동력이 사용되게 되고, 즉 전체 동력 대비 동력 사용 비율이 높을수록 높은 레벨로 판단하는 것이다.
상기에서, 정상단계는 결함이 감지되지 않은 정상적인 단계에 해당하고, 주의단계는 정기 점검 시 2순위로 점검을 요하는 단계에 해당하고, 심각단계는 정기 점검 시 1순위로 점검을 요하는 단계에 해당하고, 고장단계는 즉시 점검 및 수리가 필요한 단계에 해당한다.
예를 들어 축 정렬 결함에 있어서, 변환된 전원 값의 피크 크기가 전체 동력과 대비하여 -140 내지 -52 dB 수준이라면 진단알고리즘은 결함 레벨을 정상단계로 판별하고, -51 ~ -48 dB 수준이라면 주의단계, -47 ~ -44 dB 수준이라면 심각단계, -43 ~ 0 dB 수준이라면 고장단계로 판별한다는 것이다. 이러한 전체 동력 대비 사용 비율의 구간은 각 결함마다 다르게 조정될 수 있고, 사용자의 필요에 따라서도 조정될 수 있다.(도 4 참고)
이하 본 발명의 구체적인 실시예로서, 본 시스템이 각 결함에 대해 진단하는 사례를 소개하고자 한다.
도 6은 회전자 결함에 대한 파형 분석에 관한 실시예이다. 해당 결함은 모터속도가 1794RPM에서 1783RPM으로 저하된 것인데, 파형 분석 결과 회전자 결함 파형의 피크가 도드라지면서 10 dB만큼 증가된 것을 확인할 수 있다. 실제 결함 상태를 살펴보니 해당 결함은 회전자의 엔드링 제거 및 라미네이트 되어 있는 회전자가 1개 제거된 상태였다.
도 7 역시 회전자 결함에 대한 파형 분석에 관한 실시예이다. 해당 결함은 모터속도가 1794RPM에서 1793RPM으로 저하된 것인데, 회전자 결함 파형의 피크가 도드라지면서 15dB만큼 증가된 것을 확인할 수 있다. 해당 결함은 실제 결함 상태를 살펴보니 회전자봉이 파괴된 상태였다.
도 8은 베어링 결함에 대한 파형 분석에 관한 실시예이다. 해당 결함은 파형 분석 결과 7X 성분에서 15dB 상승되어 '심각단계'로 검출된 사례인데, 실제 결함 상태를 확인한 결과 반부하쪽 베어링의 파손이 검출되었다.
도 9는 축정렬 결함에 대한 파형 분석에 관한 실시예이다. 해당 결함은 파형 분석 결과 축정렬 결함 피크가 심각단계까지 증가된 사례인데, 해당 결함은 모터 축과 감속기 축의 정렬을 불량으로 만들기 위해 베이스판을 기울인 상태로 실험한 것이었다.
도 10은 소프트풋 결함에 대한 파형 분석에 관한 실시예이다. 해당 결함은 파형 분석 결과 소프트풋 피크가 심각단계까지 증가된 사례인데, 해당 결함은 소프트풋을 흔들리게 하기 위해 볼트를 채우지 않은 상태에서 모터를 가동시켜 진동이 발생하도록 하여 실험한 것이었다.
도 11은 정적편심 결함에 대한 파형 분석에 관한 실시예이다. 해당 결함은 파형 분석 결과 정적 편심_2에서 정상일 때와 불량일 때에 20dB만큼 차이가 발생한 사례인데, 해당 결함은 공극(Air gap) 편차를 만들기 위해 한 쪽면에만 알루미늄 박판을 부착하여 실험한 것이었다.
도 12 역시 동적편심 결함에 대한 파형 분석에 관한 실시예이다. 해당 결함은 파형 분석 결과 동적편심 피크가 전체적으로 15dB 이상 높아진 사례인데, 해당 결함은 회전자의 샤프트가 흔들리도록 반부하쪽 엔드커버의 내경을 넓혀 동적편심을 불량이 강제로 발생하도록 하여 실험한 것이었다.
상기와 같이 본 시스템은 모터 및 부하장치에서 발생하는 다양한 결함들을 분석하고 진단하여 결함에 대한 경험이나 지식이 없이도 결함 상태를 확인할 수 있고, 사용자가 즉각적으로 조치할 수 있도록 한다.
한편, 본 시스템은 내부의 측정부(전류계 및 전압계)가 수용되는 하우징을 포함할 수 있다.
상기한 하우징 내부에는 상기 측정부만 수용되어 측정부를 외부로부터 보호할 수 있고, 또는 MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)와 같은 구성들이 내부에 수용되어 MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)와 같은 구성들을 동시에 외부로부터 보호할 수 있다.
이때 본 시스템은 상기 하우징 외부(외면)에 도포되는 방수재(GS) 및 기능성첨가재(G)를 포함할 수 있다.
방수재(GS)는 상기 하우징의 외면에 도포되고 우레탄 5 중량부를 포함(후술하는 헥사데케인(hexadecane) 0.1 중량부 대비)할 수 있다. 방수재(GS)는 우레탄을 포함하여 상기 하우징에 방수성을 부가한다.
상기 기능성첨가재(G)는 알루미늄 0.2 중량부를 포함하는(또는 알루미늄으로 이루어지는) 내피재(G1), 헥사데케인(hexadecane) 0.1 중량부를 포함하는 열완충재(G2), 폴리에스터를 0.3 중량부를 포함하는(또는 폴리에스터로 구성되는 이루어지는) 흡음재(G3), 피-스티렌술포닉산(p-styrenesulfonic acid, SSNa) 0.2 중량부를 포함하는 음이온성 폴리머 물질(G4), 스프링강 0.2 중량부를 포함하는(또는 스프링강으로 이루어지는) 탄성체(G5)를 포함한다.
기능성첨가재(G)의 각 성분의 비율은 헥사데케인(hexadecane) 0.1 중량부를 기준으로 하였다.
상기 내피재(G1)는 상기 열완충재(G2)를 감싸는 구형이고, 상기 흡음재(G3)는 상기 내피재(G1)를 감싸되 외면이 반구형의 마루와 골이 반복되는 요철 형상이고, 상기 음이온성 폴리머 물질(G4)은 상기 흡음재(G3)의 골에 구비되고, 상기 흡음재(G3)는 상기 탄성체(G5)의 내측 단부가 삽입되도록 상기 마루에서 내측으로 함몰 형성된 삽입홈을 포함하고, 상기 탄성체(G5)는 코일 형상이며 상기 삽입홈에 내측 단부가 삽입되어 상기 흡음재(G3)의 외부에 구비될 수 있다.
여기에서 내측이란 상기 기능성첨가재(G)의 후술하는 단위체(GU)의 중심측을 의미하며, 외측은 상기 중심측에서 방사상 방향을 의미한다.
도 13을 참조하여, 기능성첨가재(G)를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 내피재(G1)는 구 형상이며, 알루미늄 재질이고, 내측에 후술하는 음이온성 폴리머 물질(G4)이 수용되는 수용공간이 형성된다. 또한 상기한 방수재(GS)에 혼합되어 분산 배치될 수 있다.
상기한 내피재(G1)는 알루미늄이 0.2 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 알루미늄이 0.2 중량부를 초과 하는 경우, 기능성첨가재(G)의 무게를 지나치게 증대시켜 분산성을 저하시키며, 0.2 중량부 미만인 경우 후술하는 열완충재(G2)를 충분히 감싸지 못해 열완충재(G2)가 소실될 우려가 있다.
흡음재(G3)는 상기한 내피재(G1) 외부에 구비되어 내피재(G1)를 감싸는 것으로, 상기 방수재(GS)와 혼합되어 방수재(GS)에서 분산 배치된다.
흡음재(G3)는 폴리에스터를 포함하여 소리 음파를 흡수한다. 상술한 바와 같이, 흡음재(G3)는 외면(표면)이 반구형의 마루와 골이 반복되는 요철 형상이어서, 소리 음파와 접촉 면적이 많기 때문에 흡음 성능이 보다 향상된다.
흡음재(G3)는 폴리에스터가 0.3 중량부 포함되는데, 폴리에스터가 0.3 중량부 미만일 경우 흡음 성능이 떨어지고 0.3 중량부를 초과할 경우 기능성첨가재(G)의 무게를 지나치게 증대시켜 기능성첨가재(G)의 분산성을 저하시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 내피재(G1)가 상기한 흡음재(G3)의 내측에 구비되기 때문에, 흡음재(G3)를 통과하는 소리 음파가 내피재(G1)에 의해 반사되어 상기한 흡음재(G3)의 내측에 흡수되도록 할 수 있다.
상기한 열완충재(G2)는 상기한 내피재(G1)의 내측에 형성되는 상기 수용공간에 채워지는 것으로, 상술한 바와 같이 헥사데케인을 포함할 수 있다.
헥세데케인(C16H34)는 융점이 약 18.2℃인 상변화물질(Phase Change Material, PCM)이다.
상변화물질은 주변의 온도변화에 따라 상(Phase)이 변할 때, 온도의 변화 없이 잠열(Latent heat)의 형태로 외부 요인 없이 능동적으로 열을 저장·방출할 수 있는 에너지 저장 물질이다.
일반적으로 상변화가 일어날 때 온도변화 없이 출입하는 열인 잠열(Latent heat)은, 상변화를 수반하지 않고 온도변화를 보이며 출입하는 열인 현열(Sensible heat)에 비해서 현저하게 높은 열량을 갖는다. 이 특징을 이용해서 높은 양의 열에너지를 저장하거나, 온도를 유지 시키는데 이용할 수 있다.
상기한 열완충재(G2)는 상기한 융점을 변화시키기 위해 헥세데케인 이외에 운데칸(Undecane), 도데칸(Dodecane), 트리데칸(Tridecane), 테트라데칸(Tetradecane), 펜타데칸(Pentadecane), 헥사데칸(Hexadecane), 헵타데칸(Heptadecane), 옥타데칸(Octadecane), 노나데칸(Nonadecane) 및 에이코산(Eicosane), 트라이아콘테인(Triacontane) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 열완충재(G2)의 융점은 상온인 15~25℃ 범위 내에서 조절 될 수 있다.
상기한 열완충재(G2)는 상기한 내피재(G1)의 온도를 유지하는 역할을 수행할 수 있다. 다라서 열완충재(G2)가 고온에서 팽창하거나 또는 저온에서 수축하여 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
따라서 내피재(G1)의 균열에 따른 열완충재(G2)의 소실 억제와, 소리 음파 반사능의 저하를 억제하여 기능성첨가재(G)의 흡음 성능을 온도 변화에도 유지할 수 있다.
또한 내피재(G1) 및 상기한 흡음재(G3)가 상기한 열완충재(G2)와 연교환을 하여 결과적으로 열완충재(G2)와 방수재(GS)가 열교환을 이루도록 하여, 방수재(GS)의 온도변화에 의한 수축 및 팽창에 따른 균열, 손상, 변형 발생 등을 억제하는 역할을 수행할 수 있다.
열완충재(G2)는 상술한 바와 같이 헥사데케인 0.1 중량부가 포함될 수 있는데, 헥사데케인이 0.1 중량부 미만이 사용될 경우, 내피재(G1)가 특정 온도(예시적으로 15~25℃ 또는 약 18.2℃)에서 벗어나는 걸 효과적으로 억제할 수 없으며, 헥사데케인이 0.1 중량부를 초과하는 경우 상술한 내피재(G1)의 수용공간에 수용될 수 없다는 문제점이 있다.
음이온성 폴리머 물질(G4)은 상술한 바와 같이 피-스티렌술포닉산을 포함 할 수 있는데, 더하여 하이드로겔 프레-폴리머를 더 포함할 수 있다.
음이온성 폴리머 물질(G4)은 피-스티렌술포닉산과 하이드로겔 프레-폴리머를 혼합(1:19 비율)하고 UV 경화된 것일 수 있다.
상기한 음이온성 폴리머 물질(G4)은 흡음재(G3) 외측에 구비된다.
음이온성 폴리머 물질(G4)은 0.2 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 0.2 중량부 미만이 사용될 경우 음전하가 충분하지 않으며, 0.2 중량부가 초과되는 경우 기능성첨가재(G)의 무게를 지나치게 증대시켜 분산성을 저하시킨다는 문제점이 있다.
방수재(GS)에 기능성첨가재(G)의 단위체(GU)가 다수 포함될 수 있는데, 도포되는 과정에서 다수의 단위체(GU)간 정전기적 척력에 의해 상호 밀어내어 본 조성물(기능성첨가재(G) 및 방수재(GS)의 혼합물)에서 다수의 단위체(GU)들의 분산성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 음이온성 폴리머 물질(G4)은 흡음재(G3)의 골에 구비될 수 있는데, 이를 통해 이웃하는 단위체(GU)간의 충돌 또는 본 조성물의 다른 물질과의 충돌을 억제하여 음이온성 폴리머 물질(G4)이 손상되는 것을 억제할 수 있다.
상기 탄성체(G5)는 상기한 흡음재(G3)의 외부(외면, 표면)에 구비되는 것으로, 스프링강을 포함한다.
상술한 바와 같이, 흡음재(G3)는 마루의 외면에서 내측으로 함몰 형성된 삽입홈을 포함하고, 상기 탄성체(G3)는 내측 단부가 상기 삽입홈에 삽입되어 구조적을 안정되게 고정된다.
상술한 바와 같이 탄성체(G3)는 코일 형상이며 흡음재(G3)의 마루 외측단부에 구비되어 단위체(GU)의 탄성을 부가한다.
따라서 다수의 단위체(GU)가 포함된 방수재(GS) 및 기능성첨가재(G)를 교반하는 과정에서 이웃하는 단위체(GU)가 충돌함에 따라 단위체(GU)가 파손되는 것을 억제하고, 코일 형상의 탄성체(G5)가 압축되어 탄성 복원됨에 따라 이웃하는 단위체(GU)가 상호 멀어지도록 하여 방수재(GS)에서 기능성첨가재(G)의 분산성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (4)
- 부하 장치에 연결된 모터의 상태를 진단하는 모터 상태 진단 시스템에 있어서,
MCC(Motor Control Center)반의 계기용 변압기(PT), 계기용 전류기(CT)에 설치되고, 상기 모터에 공급되는 전원의 전압 및 전류를 측정하는 측정부;
측정된 전압 및 전류를 통해 전원 파형을 도출하는 파형생성부;
생성된 전원 파형을 주파수 도메인으로 변환하는 변환부; 및
변환된 전원 값을 기준 데이터와 비교하고 비교알고리즘 및 비교된 결과를 통해 상기 모터의 상태를 진단하는 진단알고리즘을 포함하는 분석부;
를 포함하고,
상기 측정부는 상기 모터의 회전 속도를 산출하기 위한 전압 및 전류의 측정을 초당 61회 내지 143회 수행하도록 구성되고,
상기 분석부는 상기 모터의 결함으로서, 고정자 결함, 소프트 풋(soft foot) 결함, 정적/동적 편심, 베어링 결함, 회전자 결함, 축 정렬 결함 중 적어도 하나의 결함을 진단하고,
상기 모터와 연동된 부하장치의 결함으로서, 베어링 결함, 감속기 결함, 벨트 풀리 결함, 공기압축기 결함, 팬(fan) 결함, 펌프 결함 중 적어도 하나의 결함을 진단하도록 구성되고,
상기 진단알고리즘은 상기 모터 및 부하장치의 결함 상태를 정상단계, 주의단계, 심각단계 및 고장단계 중 어느 하나의 레벨로 결정하고,
상기 모터의 축 정렬 결함에 대하여, 상기 진단알고리즘은 변환된 전원 값의 피크 크기 별로 위험 수준을 구분하되, 전체 동력 대비 얼마나 많은 동력을 사용하고 있는지를 판단하여 동력 사용 비율이 높을수록 높은 레벨로 판단하고,
상기 측정부가 수용되는 하우징, 상기 하우징의 외면에 도포되는 방수재(GS) 및 기능성첨가재(G)를 더 포함하되,
상기 방수재(GS)는 상기 하우징의 외면에 도포되고,
상기 기능성첨가재(G)는,
헥사데케인(hexadecane) 0.1 중량부를 포함하는 열완충재(G2);
상기 헥사데케인(hexadecane) 0.1 중량부 대비, 알루미늄 0.2 중량부를 포함하고, 상기 열완충재(G2)를 감싸고 구형인 내피재(G1);
상기 헥사데케인(hexadecane) 0.1 중량부 대비, 폴리에스터 0.3 중량부를 포함하고, 상기 내피재(G1)를 감싸되 외면이 반구형의 마루와 골이 반복되는 요철 형상이고, 상기 방수재(GS)와 혼합되는 흡음재(G3);
상기 헥사데케인(hexadecane) 0.1 중량부 대비, 피-스티렌술포닉산(p-styrenesulfonic acid, SSNa) 0.2 중량부를 포함하고, 상기 흡음재(G3)의 골에 구비되는 음이온성 폴리머 물질(G4); 및
헥사데케인(hexadecane) 0.1 중량부 대비, 스프링강 0.2 중량부를 포함하고, 상기 마루에 구비되는 코일 형상의 탄성체(G5);
를 포함하고,
상기 흡음재(G3)는 마루에서 내측으로 함몰 형성된 삽입홈을 포함하고, 상기 탄성체(G5)는 내측 단부가 상기 삽입홈에 삽입되어 결합되고,
상기 방수재(GS)는 상기 헥사데케인(hexadecane) 0.1 중량부 대비, 우레탄 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 상태 진단 시스템. - 삭제
- 삭제
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