KR20180086628A - 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법에 관한 것으로, 전동기의 벡터제어에서 전류와 전동기 회전속도를 고속 푸리에 변환하여 고장의 원인이 되는 진동주파수 성분을 검출하고, 이를 매개로 엘리베이터 권상기의 고장을 예방하고 지속적으로 고장이 발생할 수 있는 가능성을 모니터링 할 수 있도록 한 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법은, 3상 동기 전동기의 벡터제어에서, 전동기의 정속구간에서 검출되는 전동기 속도정보 및 전류정보는 자체 주파수 분석이 가능한 DSP(Sigital Signal Processor) 측으로 제공된 후, 고속 프리에변환을 거치면서 검출된 속도 및 전류에 존재하는 주파수 성분이 검출되도록 이루어진다.

Description

전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법{REMOTE DIAGNOSIS METHOD FOR ELEVATOR USING BY REAL TIME FREQUENCY ANALYSIS OF MOTOR CURRENT AND SPEED}

본 발명은 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엘리베이터 전동기의 고성능 제어를 위해 널리 사용되고 있는 벡터제어에서 전류와 전동기 회전속도를 고속 푸리에 변환하여 고장의 원인이 되는 진동주파수 성분의 검출이 가능하도록 한 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 엘리베이터 승강기의 고장 시에는 고객들로부터 신속한 대응 및 조치가 요구되고 있으며, 이에 엘리베이터 업체들은 다양한 보수 시스템의 개발 및 원격점검 등이 시도되고 있는 실정이다.

한편, 엘리베이터 시스템의 전동기 제어에 있어서는 고성능 제어가 가능한 벡터제어 방법이 널리 사용되고 있는데, 이는 전동기의 속도 및 전류 검출을 반드시 필요로 하게 된다.

또, 엘리베이터의 동작은 크게 가속, 정속, 감속 구간으로 구분되며, 이때 전동기의 회전속도가 일정하게 유지되는 정속구간에서는 속도가 일정한 값으로 유지되고, 벡터제어 과정 중 연산되는 토크성분(Q축) 전류도 직류값처럼 일정한 값을 유지하게 된다.

이때, 정속구간에서의 속도와 Q축전류를 고속 푸리에 변환하면 전동기의 동기속도 주파수와 회전주파수, 그리고 그 외의 진동을 발생시키는 주파수 값을 찾을 수가 있게 된다.

그러나, 이 과정에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 오실로스코프 및 DA 컨버터 등과 같은 실시간 계측장비를 반드시 필요로 하게 되며, 또한 해당 계측장비를 연결한 경우에만 진동을 발생시키는 주파수를 파악할 수가 있게 되므로, 전동기의 진동 발생과 관계있는 고장을 사전에 파악하는 것이 매우 어려운 문제점이 발생하게 되었다.

이에, 종래에는 전동기 관련 이상동작이나 고장의 발생에 따른 진동을 승객이 느끼고 고장신고를 접수하기까지 많은 시간이 요소되며, 이는 곧 중대한 고장으로 발전할 수 있는 우려가 있게 됨과 아울러 고장 조치까지 많은 비용 및 시간이 소요되는 문제점도 발생하게 되었다.

국내 등록특허 제10-0111119호

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 전동기의 벡터제어에서 전류와 전동기 회전속도를 고속 푸리에 변환하여 고장의 원인이 되는 진동주파수 성분을 검출하고, 이를 매개로 엘리베이터 권상기의 고장을 예방하고 지속적으로 고장이 발생할 수 있는 가능성을 모니터링 할 수 있도록 한 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법은, 3상 동기 전동기의 벡터제어에서, 전동기의 정속구간에서 검출되는 전동기 속도정보 및 전류정보는 자체 주파수 분석이 가능한 DSP(Sigital Signal Processor) 측으로 제공된 후, 고속 프리에변환을 거치면서 검출된 속도 및 전류에 존재하는 주파수 성분이 검출되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 DSP에서 주파수 성분의 검출을 위해 수행되는 고속 프리에변환은 하기의 (식 1)이 적용되며, 전동기의 동기주파수는 하기의 (식 2)를 통해 계산되는 것을 특징으로 한다.

...(식 1)

...(식 2)

더 바람직하게, 상기 DSP는 전동기에 대한 디지털 제어를 행함과 동시에 상기 주파수 분석에서 비정상적인 진동주파수 정보가 감지되면 제어 프로세서를 통해 원격보수 시스템 측으로 해당 정보가 전송되도록 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 3상 동기 전동기의 벡터제어에서 전류정보 및 속도정보를 검출하여 고속 푸리에변환을 실시함에 따라, 전동기에서 발생하는 진동주파수 성분을 검출할 수가 있게 되며, 이를 원격보수 시스템을 매개로 보수 담당자에게 전달하므로서, 원격 보수를 통해 실시간으로 엘리베이터 권상기의 고장을 진단할 수 있는 효과가 있게 되며, 또한 엘리베이터의 진동 발생 시 신속한 원인 파악 및 대처가 가능한 효과가 있게 된다.

도 1은 종래의 전동기 진동 주파수 분석 방법이 적용된 전동기 제어상태를 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법을 위한 전동기 진동 주파수 분석 방법이 적용된 전동기 제어상태를 블록도이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법을 위한 전동기 진동 주파수 분석 방법이 적용된 전동기 제어상태를 블록도이다.

먼저, 본 발명에 따른 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법은, 전동기의 벡터제어에서 전류와 전동기 회전속도를 고속 푸리에 변환하여 고장의 원인이 되는 진동주파수 성분을 검출한 후 이를 원격지의 보수 담당자에게 전달하여 엘리베이터 권상기의 고장 여부에 대한 실시간 모니터링이 가능하도록 구현된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 엘리베이터 전동기(100)는 전류지령을 발생시키는 속도제어기(10)와, 전압지령을 발생시키는 전류제어기(20) 및, 상기 전류제어기(20)로부터의 전압지령에 따라 직류전원을 스위칭하는 전력변환기(30)를 매개로 전원을 공급받아 동작하도록 이루어지되, 일반적으로 고성능으로 전동기를 구동하는데 있어서는 벡터제어가 사용되고 있다.

상기 벡터제어에 있어서는 속도검출(34) 및 전류검출(32)을 필요로 하며, 엘리베이터 시스템에서 상기 전동기(100)는 가속, 정속, 감속의 동작을 행하도록 제어된다.

이때, 정속도로 전동기가 구동되고 있다면 속도는 일정하며 3상 전동기의 각 상의 전류는 일정한 주파수로 인가되게 된다.

특히, 상기 벡터제어에서 토크성분인 Q축전류는 전동기의 동기주파수 관점인 동기좌표계에서 연산되므로, 정속으로 운행될 때는 항상 일정한 직류의 값을 갖게 된다.

즉, 정속 구간에서 속도 및 Q축전류는 일정한 직류값을 나타낸며 고속 프리에변환(FFT)을 거치면 검출된 속도 및 전류에 존재하는 주파수 성분을 검출할 수가 있게 된다.

상기 전동기는 디지털제어로 구동되므로 전류와 속도는 일정한 제어주기 마다 검출되며, 따라서 이산프리에 변환이 적합하고 연산 시 필요한 메모리, 연산속도 등을 고려하였을 때 고속 푸리에변환이 효율적이다.

상기 고속 프리에변환 과정은 (식 1)과 같다.

...(식 1)

고속 프리에 변환 방법을 이용하여 속도 및 전류 성분은 주파수 영역에서 어떠한 진동주파수 성분을 포함하고 있는지 알 수 있게 되며, 상기 전동기에서 발생할 수 있는 진동주파수 성분은 회전주파수, 동기주파수의 1차, 2차, 6차 등이 있다.

전동기의 동기주파수는 (식 2)로 계산할 수 있으며, 회전주파수는 회전속도(RPM)를 60초로 나눈 값이 된다.

...(식 2)

한편, 본 발명에 따라 DSP(Sigital Signal Processor)(40)는 전동기를 디지털 제어하는 동시에 별도의 추가 장비 없이 내부의 제어 프로세서를 이용하여 제공되는 속도정보 및 전류정보에 대한 고속 프리에변환을 거치면서 검출된 속도 및 전류에 존재하는 주파수 성분을 검출하도록 제어가 이루어지게 된다.

또한, 상기 DSP(40)는 상기 주파수 분석과정에서 비정상적인 진동주파수 정보가 감지되는 경우, 제어 프로세서를 통해 원격보수 시스템(50) 측으로 해당 정보가 전송되도록 제어가 이루어지게 되며, 이에 상기 원격보수 시스템(50)에서는 무선통신을 수행하여 해당 엘리베이터의 보수 담당자(60)에게 그 정보를 전송하게 된다.

이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 작용에 대해 도를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따라, 상기 전동기(100) 측에서 궤환되는 속도검출(34) 정보 및 전류검출(32) 정보를 제공받는 상기 DSP(40)에서는 검출된 속도와 전류의 고속 푸리에 변환을 통해 정확한 주파수 성분을 파악하게 되며, 이때 검출된 진동주파수가 해당 전동기의 구조 및 제정수와 관련이 있는 경우, 권상기의 어느 부분의 고장으로 발생된 것인지 정확히 고장원인을 파악할 수가 있게 된다.

또한, 검출된 고장 및 고장발생 가능성 정보는 원격보수 시스템(50) 측으로 전송됨에 따라, 전동기의 고장 여부를 사전에 예방하고, 고장 시 신속하게 대응할 수가 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서 기재된 내용과 다른 변형된 실시예들이 돌출 된다고 하더라도 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되는 것이다.

10: 속도제어기, 20: 전류제어기,
30: 전력변환기, 40: DSP,
50: 원격보수 시스템, 60: 보수 담당자,
100: 전동기.

Claims (3)

1. 3상 동기 전동기의 벡터제어에서, 전동기의 정속구간에서 검출되는 전동기 속도정보 및 전류정보는 자체 주파수 분석이 가능한 DSP(Sigital Signal Processor) 측으로 제공된 후, 고속 프리에변환을 거치면서 검출된 속도 및 전류에 존재하는 주파수 성분이 검출되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 DSP에서 주파수 성분의 검출을 위해 수행되는 고속 프리에변환은 하기의 (식 1)이 적용되며, 전동기의 동기주파수는 하기의 (식 2)를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법.
   

   

   ...(식 1)
   

   

   ...(식 2)
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 DSP는 전동기에 대한 디지털 제어를 행함과 동시에 상기 주파수 분석에서 비정상적인 진동주파수 정보가 감지되면 제어 프로세서를 통해 원격보수 시스템 측으로 해당 정보가 전송되도록 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동기 전류 및 속도 실시간 주파수 분석을 통한 엘리베이터 원격 진단 방법.

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