KR102113497B1 - Potable Rotor Diagnosis Device And Method for Induction Machines - Google Patents
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Abstract
유도기 설비(10)의 고장을 진단하는 휴대용 회전자 진단 장치에 있어서, 3상 인버터(100); 상기 인버터(100)의 출력단에 연결되어 출력되는 전류를 측정하는 전류센서(200) 및 상기 인버터(100)를 제어하고 상기 전류센서(200)로부터 측정된 전류를 분석하여 고장유무를 진단하는 인베디드 시스템(300)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 3상 인버터(100), 상기 인버터(100)의 출력단에 설치되어 출력되는 전류를 측정하는 전류센서(200)를 포함하는 유도기 설비(10)의 휴대용 회전자 진단 장치를 사용하는 방법에 있어서, 상기 인버터(100)에서 PWM 스위칭 하여 상기 유도기 설비(10)로 인가할 교류신호 크기와 주파수를 지정한 지령 전압 Vs를 지정하는 단계(S100); 상기 인버터(100)에서 상기 유도기 설비(10)로 상기 Vs를 인가하는 단계(S200); 상기 전류센서(200)에서 상기 유도기 설비(10)의 회전자(11)와 고정자(12)의 전류를 측정하는 단계(S300); 상기 단계(S300)에서 측정한 전류를 ADC 변환하여 전류 응답 is를 획득하는 단계(S400); 상기 Vs와 상기 단계(S400)에서 획득한 is를 통해 임피던스 Zeq를 획득하는 단계(S500); 상기 Zeq로부터 등가 저항 Req와 등가 리액턴스 Xeq를 획득하는 단계(S600); 상기 is, Zeq, Req, Xeq 각각의 변동률을 계산하는 단계(S700) 및 상기 단계(S700)를 통해 고장을 진단하는 단계(S800)를 포함하는 것을 특징으로 한다.A portable rotor diagnostic apparatus for diagnosing a failure of an induction machine facility, comprising: a three-phase inverter 100; The embedded sensor that is connected to the output terminal of the inverter 100 to measure the current output and controls the inverter 100 and analyzes the current measured from the current sensor 200 to diagnose the presence or absence of a fault. It characterized in that it comprises a system 300, a three-phase inverter 100, the portable terminal of the induction machine facility 10 including a current sensor 200 installed in the output terminal of the inverter 100 to measure the output current A method of using a rotor diagnostic device, comprising: PWM switching in the inverter (100) to designate a command voltage (V s ) specifying an AC signal size and frequency to be applied to the inducer facility (S100); Applying the V s from the inverter 100 to the induction machine facility 10 (S200); Measuring currents of the rotor 11 and the stator 12 of the induction machine facility 10 in the current sensor 200 (S300); Converting the current measured in step S300 to ADC to obtain a current response i s (S400); Obtaining an impedance Z eq through the V s and i s obtained in the step (S400) (S500); Obtaining an equivalent resistance R eq equivalent reactance X eq from the Z eq (S600); It characterized in that it comprises the step of calculating the rate of change of each of the s , Z eq , R eq, X eq (S700) and diagnosing a failure through the step (S700) (S800).
Description
본 발명은 유도기 설비의 휴대용 회전자 진단 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of using a portable rotor diagnostic device of an induction machine.
계통의 주요 배전 설비인 유도 전동기는 다양한 원인으로 고장이 나게 되는데, 일반적으로 열적, 전기적, 기계적인 스트레스 및 열화나 극심한 외부 환경에 의해 고장이 발생된다. 전동기의 고장은 고정자, 회전자 및 다양한 위치에서 발생되며, 주로 고정자 결함은 권선의 절연파괴를, 회전자 결함은 권선이나 바의 파괴를 의미한다. 이외에도 고정자 및 회전자의 철심의 결함과 중심 회전축의 편심도 유도 전동기의 고장 요소 중 하나이다.Induction motors, which are the main distribution facilities of the system, fail due to various causes. Generally, failure occurs due to thermal, electrical and mechanical stress and deterioration or extreme external environments. Motor failures occur in the stator, rotor, and various positions, mainly stator defects mean breakdown of the windings, and rotor defects mean breakdown of the windings or bars. In addition, defects in the iron core of the stator and the rotor and eccentricity of the central axis of rotation are also one of the failure factors of the induction motor.
특히 유도 전동기의 회전자 바가 부러진 경우, 회전자 회로에 불평형을 일으켜 진동 및 소음이 증가하게 된다. 이를 수리하지 않거나 고장을 빨리 인식하지 못하면, 심할 경우 회전자 바가 바깥으로 튀어나와 고정자 권선의 절연 파괴나 철심에 큰 손상을 일으키고, 단락시켜 대형 사고로 진행되어 전체 계통에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 유도 전동기의 회전자에서 발생한 결함을 진단하는 방법으로는 크게 운전 중에 진단하는 것과 정지된 상태에서 진단하는 것으로 나눌 수 있다. 운전 중 진단법과 정지 중 진단법은 각각 장단점이 있어 진단 대상과 그 필요에 따라 각 방법을 적용한다. 운전 중 진단법은 전동기가 운전 중일 때, 진동, 온도, 자속, 전류를 실시간으로 취득하여 분석하는 방법으로 전동기를 멈추지 않아도 시험을 진행할 수 있어 빈번한 시험이 가능하다는 장점을 가지나, 결함이 운전에 미치는 영향을 간접적으로 관찰하여 진단하는 방법이므로 정지 중 시험법에 비해 부정확한 결과를 초래하기도 한다. 이에 반해 정지 중 진단법은 전동기를 정지한 상태에서 결함을 직접 관측할 수 있어 보다 정확한 고장 판별이 가능하다는 장점이 있으나, 시험을 위해 전동기를 멈추거나 특별히분해해야하기 때문에 빈번히 시험을 할 수 없어 번거롭다. 최근에는 배전반의 MCC(motor control center)에서 전류 센서를 이용해 운전 중에 고정자 권선의 전류를 취득하고 이를 스펙트럼 분석하는 전류스펙트럼분석(MCSA)의 진단법이 널리 사용되고 있다. 하지만 산업현장에 적용된 MCSA진단법은 정상인 전동기를 회전자 결함이 있는 것으로 잘못 진단하는 위양성 진단 사례가 빈번히 발생하고 있으며, 오진단에 따라 불필요한 점검비용이 추가로 발생하기도 한다. 또한 결함이 있는 전동기를 정상으로 잘못 판정하는 위음성 진단 사례의 경우, 예고 없이 운전 중에 전동기가 고장을 일으켜 단순히 전동기 하나의 문제가 아니라 전동기 시스템 및 전체 공정 정지가 발생하는 등의 계통에 문제로 귀결되기도 한다. 이를 극복하기 위해 전동기 운전 중 MCSA진단을 수행한 후 정지 중 진단법을 추가로 시험하는 복합적인 진단기법이 새로 지어지는 발전소 및 산업 공장 플랜트에 적용되고 있다. 회전자 고장을 진단하는 정지 중 시험법으로 가장 신뢰성이 높고 오래 지속되어온 단상회전시험법(SPRT)은 전동기 도 1과 같이 유도전동기 고정자 3상의 권선 중 2개의 상에 단상의 60Hz의 교류신호를 인가하며 회전자의 위치를 일정한 간격으로 회전시켜 전류 계측기로 전류 크기 응답의 변화를 관측하여 고장을 판단한다. 이 때 고정자 권선에 흐르는 전류는 정격 전류의 1/8-1/4가 되도록 단상 교류 전압을 인가한다. 이 진단법은 보통 전동기 제작 후에 품질검사를 위해 시행하는 것으로 신뢰성이 높은 방법이나 단상 교류 신호를 얻기 위한 변압기가 필요하고 아날로그 전류 계측기의 눈금을 시험자의 눈으로만 확인하는 것으로 정밀한 고장 판별은 불가능하다.In particular, when the rotor bar of the induction motor is broken, it causes imbalance in the rotor circuit, and vibration and noise increase. If this is not repaired or the failure is not quickly recognized, the rotor bar may protrude outwards in severe cases, causing great damage to the insulation or the iron core of the stator winding, and short-circuiting in a large accident, which may adversely affect the entire system. Methods for diagnosing defects occurring in the rotor of an induction motor can be roughly divided into those diagnosed during operation and those diagnosed in a stopped state. There are advantages and disadvantages to the diagnostic method while driving and the diagnostic method while stopping, and each method is applied according to the diagnosis object and its needs. Diagnosis during operation is a method of acquiring and analyzing vibration, temperature, magnetic flux, and current in real time when the motor is in operation, so the test can be performed without stopping the motor, which has the advantage of frequent testing, but the effect of defects on the operation Because it is a method of indirectly observing and diagnosing, it may cause inaccurate results compared to the test method during suspension. On the other hand, the diagnostic method during stop has the advantage of being able to directly observe the defect while the motor is stopped, making it possible to more accurately determine the failure, but it is cumbersome because the motor cannot be tested frequently because it must be stopped or specially disassembled for testing. . Recently, a current spectrum analysis (MCSA) diagnostic method for acquiring and spectral-analyzing the current of a stator winding during operation using a current sensor in a motor control center (MCC) of a switchboard is widely used. However, in the MCSA diagnosis method applied to industrial sites, false positive diagnosis cases frequently wrongly diagnose a normal electric motor as having a rotor defect are frequently generated, and unnecessary inspection costs may be additionally generated due to incorrect diagnosis. In addition, in the case of a false negative diagnosis that incorrectly judges a defective motor as normal, the motor malfunctions during operation without notice, resulting in problems in the system such as the motor system and the entire process stop, not just a single motor problem. do. In order to overcome this, a complex diagnostic technique, in which the diagnosis method is additionally tested during stoppage after performing MCSA diagnosis during motor operation, is being applied to newly built power plants and industrial plant plants. The most reliable and long-lasting single-phase rotation test method (SPRT), which is the most reliable test method for diagnosing rotor failure, applies an alternating current 60Hz signal to two phases of the three phase windings of the stator of the induction motor as shown in FIG. Then, the rotor is rotated at regular intervals to determine the failure by observing the change in the current magnitude response with a current meter. At this time, a single-phase AC voltage is applied so that the current flowing through the stator winding becomes 1 / 8-1 / 4 of the rated current. This diagnostic method is usually performed for quality inspection after the manufacture of a motor. A reliable method or a transformer for obtaining a single-phase AC signal is required, and it is impossible to accurately determine the failure by checking the scale of the analog current meter only with the eyes of the tester.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유도 전동기의 회전자 고장을 검출하기 위해 정지 중 진단법의 하나인 단상회전시험법을 응용하여, 크고 무거운 변압기 대신에 휴대가 가능한 인버터를 사용하였다. 이를 통해 보다 다양한 교류 신호를 전동기에 시험하여 회전자 결함의 진단 인자를 도출하였고, 간단한 구성으로 진단 시스템을 구축하여 산업현장에서 직접 사용할 수 있도록 하였다.Therefore, the present invention is to solve the above-described problem, and to apply a single-phase rotation test method as one of the diagnostic methods during stoppage to detect a rotor failure of an induction motor, a portable inverter is used instead of a large and heavy transformer. . Through this, more various AC signals were tested on the motor to derive diagnostic parameters for rotor defects, and a simple diagnosis system was constructed to be used directly in the industrial field.
유도기 설비(10)의 고장을 진단하는 휴대용 회전자 진단 장치에 있어서, 3상 인버터(100); 상기 인버터(100)의 출력단에 연결되어 출력되는 전류를 측정하는 전류센서(200) 및 상기 인버터(100)를 제어하고 상기 전류센서(200)로부터 측정된 전류를 분석하여 고장유무를 진단하는 인베디드 시스템(300)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 3상 인버터(100), 상기 인버터(100)의 출력단에 설치되어 출력되는 전류를 측정하는 전류센서(200)를 포함하는 유도기 설비(10)의 휴대용 회전자 진단 장치를 사용하는 방법에 있어서, 상기 인버터(100)에서 PWM 스위칭 하여 상기 유도기 설비(10)로 인가할 교류신호 크기와 주파수를 지정한 지령 전압 Vs를 지정하는 단계(S100); 상기 인버터(100)에서 상기 유도기 설비(10)로 상기 Vs를 인가하는 단계(S200); 상기 전류센서(200)에서 상기 유도기 설비(10)의 회전자(11)와 고정자(12)의 전류를 측정하는 단계(S300); 상기 단계(S300)에서 측정한 전류를 ADC 변환하여 전류 응답 is를 획득하는 단계(S400); 상기 Vs와 상기 단계(S400)에서 획득한 is를 통해 임피던스 Zeq를 획득하는 단계(S500); 상기 Zeq로부터 등가 저항 Req와 등가 리액턴스 Xeq를 획득하는 단계(S600); 상기 is, Zeq, Req, Xeq 각각의 변동률을 계산하는 단계(S700) 및 상기 단계(S700)를 통해 고장을 진단하는 단계(S800)를 포함하는 것을 특징으로 한다.A portable rotor diagnostic apparatus for diagnosing a failure of an induction machine facility, comprising: a three-
본 발명은 종래의 유도기 설비의 회전자 진단 장치에서 사용하는 무거운 변압기 대신에 인버터를 사용하여 휴대가 용이하고, 저압 유도기 및 고압 전동기에도 명확하게 관측할 수 있는 효과를 보유하고 있다.The present invention is easy to carry by using an inverter instead of a heavy transformer used in a rotor diagnostic apparatus of a conventional induction machine facility, and has an effect that can be clearly observed in low-voltage induction machines and high-voltage motors.
도 1은 종래의 기술인 단상회전시험법(SPRT)의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 회전자 진단 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 휴대용 회전자 진단 장치의 실시 예이다.
도 4는 본 발명에 따른 휴대용 회전자 진단 장치를 사용하는 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 회전자 진단 장치의 회로 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 정지된 상태의 유도 전동기 등가회로도이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시 예로 회전자 결함이 0도, 90도일때를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 실시 예로 회전자 결함에 따른 전류 크기의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 실시 예로 회전자 결함에 따른 임피던스의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 실시 예로 저압, 고압 유도전동기의 고장 위치를 보여준다.
도 11은 본 발명에 따른 실시 예로 저압유도기 회전자 고장의 전류 크기 결과를 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 실시 예로 저압유도기 회전자 고장의 임피던스 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 실시 예로 고압유도기 수리 전과 수리 후의 임피던스 비교를 보여주는 그래프이다.1 is a schematic diagram of a conventional single-phase rotation test (SPRT).
2 is a configuration diagram of a portable rotor diagnostic apparatus according to the present invention.
3 is an embodiment of a portable rotor diagnostic apparatus according to the present invention.
4 is a flow chart of a method of using a portable rotor diagnostic apparatus according to the present invention.
5 is a circuit conceptual diagram of the rotor diagnostic apparatus proposed in the present invention.
6 is an equivalent circuit diagram of an induction motor in a stopped state according to the present invention.
Figure 7 shows an embodiment according to the present invention when the rotor defect is 0 degrees, 90 degrees.
8 is a graph showing a change in current magnitude according to a rotor defect as an embodiment according to the present invention.
9 is a graph showing an impedance change according to a rotor defect as an embodiment according to the present invention.
10 shows a fault location of a low pressure and high pressure induction motor as an embodiment according to the present invention.
11 is a graph showing a current magnitude result of a low-pressure induction rotor failure as an embodiment according to the present invention.
12 is a graph showing an impedance result of a low-pressure induction rotor failure as an embodiment according to the present invention.
13 is a graph showing an impedance comparison before and after repair of a high pressure induction machine as an embodiment according to the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. When a part of the specification "includes" a certain component, this means that other components may be further included instead of excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. .
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.In the present specification, when one component 'transmits' data or a signal to another component, the component may directly transmit the data or signal to another component, and through at least one other component This means that data or signals can be transmitted to other components.
설명에 앞서 본 명세서에는 다수의 양태 및 실시양태가 기술되며, 이들은 단순히 예시적인 것으로서 한정하는 것이 아니다.Prior to the description, a number of aspects and embodiments are described herein, and these are merely illustrative and not limiting.
본 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다른 양태 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능함을 이해할 것이다.After reading this specification, skilled artisans will appreciate that other aspects and embodiments are possible without departing from the scope of the invention.
이하에서 설명되는 실시양태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 하기로 한다.Before addressing the details of the embodiments described below, some terms will be defined or clarified.
인버터란 직류의 전력을 교류의 전력으로 변환하는 장치를 말한다.Inverter refers to a device that converts DC power into AC power.
지령 전압이란 부하에 걸어줄 전압을 지정하는 것을 의미한다.The command voltage means designating a voltage to be applied to the load.
도 1은 종래의 기술인 단상회전시험법(SPRT)의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 휴대용 회전자 진단 장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 휴대용 회전자 진단 장치의 실시 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 휴대용 회전자 진단 장치를 사용하는 방법에 대한 플로우 차트이고, 도 5는 본 발명에서 제안하는 회전자 진단 장치의 회로 개념도이고, 도 6은 본 발명에 따른 정지된 상태의 유도 전동기 등가회로도이고, 도 7은 본 발명에 따른 실시 예로 회전자 결함이 0도, 90도일때를 나타내고, 도 8은 본 발명에 따른 실시 예로 회전자 결함에 따른 전류 크기의 변화를 보여주는 그래프이고, 도 9는 본 발명에 따른 실시 예로 회전자 결함에 따른 임피던스의 변화를 보여주는 그래프이고, 도 10은 본 발명에 따른 실시 예로 저압, 고압 유도전동기의 고장 위치를 보여주고,도 11은 본 발명에 따른 실시 예로 저압유도기 회전자 고장의 전류 크기 결과를 보여주는 그래프이고,도 12는 본 발명에 따른 실시 예로 저압유도기 회전자 고장의 임피던스 결과를 보여주는 그래프이고, 도 13은 본 발명에 따른 실시 예로 고압유도기 수리 전과 수리 후의 임피던스 비교를 보여주는 그래프이다.1 is a schematic diagram of a conventional single-phase rotation test method (SPRT), FIG. 2 is a configuration diagram of a portable rotor diagnostic apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of a portable rotor diagnostic apparatus according to the present invention , FIG. 4 is a flow chart of a method of using the portable rotor diagnostic apparatus according to the present invention, FIG. 5 is a circuit conceptual diagram of the rotor diagnostic apparatus proposed in the present invention, and FIG. 6 is a stopped state according to the present invention 7 is an equivalent circuit diagram of an induction motor, and FIG. 7 shows a case where the rotor defect is 0 degrees and 90 degrees as an embodiment according to the present invention, and FIG. 8 is a graph showing a change in current magnitude due to a rotor defect as an embodiment according to the present invention 9 is a graph showing a change in impedance according to a rotor defect as an embodiment according to the present invention, FIG. 10 shows a fault location of a low pressure, high pressure induction motor as an embodiment according to the present invention, and FIG. 11 is the present invention According to an embodiment of the present invention, a graph showing a current magnitude result of a failure of a low-pressure induction rotor, FIG. 12 is a graph showing an impedance result of a failure of a low-pressure induction rotor, and FIG. 13 is a high-pressure example of an embodiment according to the present invention. This graph shows the comparison of impedance before and after repair of the induction machine.
유도기 설비(10)의 고장을 진단하는 휴대용 회전자 진단 장치에 있어서, 3상 인버터(100); 상기 인버터(100)의 출력단에 연결되어 출력되는 전류를 측정하는 전류센서(200) 및 상기 인버터(100)를 제어하고 상기 전류센서(200)로부터 측정된 전류를 분석하여 고장유무를 진단하는 인베디드 시스템(300)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 3상 인버터(100), 상기 인버터(100)의 출력단에 설치되어 출력되는 전류를 측정하는 전류센서(200)를 포함하는 유도기 설비(10)의 휴대용 회전자 진단 장치를 사용하는 방법에 있어서, 상기 인버터(100)에서 PWM 스위칭 하여 상기 유도기 설비(10)로 인가할 교류신호 크기와 주파수를 지정한 지령 전압 Vs를 지정하는 단계(S100); 상기 인버터(100)에서 상기 유도기 설비(10)로 상기 Vs를 인가하는 단계(S200); 상기 전류센서(200)에서 상기 유도기 설비(10)의 회전자(11)와 고정자(12)의 전류를 측정하는 단계(S300); 상기 단계(S300)에서 측정한 전류를 ADC 변환하여 전류 응답 is를 획득하는 단계(S400); 상기 Vs와 상기 단계(S400)에서 획득한 is를 통해 임피던스 Zeq를 획득하는 단계(S500); 상기 Zeq로부터 등가 저항 Req와 등가 리액턴스 Xeq를 획득하는 단계(S600); 상기 is, Zeq, Req, Xeq 각각의 변동률을 계산하는 단계(S700) 및 상기 단계(S700)를 통해 고장을 진단하는 단계(S800)를 포함하는 것을 특징으로 한다.A portable rotor diagnostic apparatus for diagnosing a failure of an induction machine facility, comprising: a three-
또한, 상기 단계(S100)에서 상기 Vs는 상기 유도기 설비(10)가 정격 전류 값의 1/8 내지 1/4 사이 값을 출력할 수 있도록 지정될 수 있다.In addition, in step S100, the V s may be designated so that the
또한, 상기 단계(S100)에서 상기 Vs는 상기 유도기 설비(10)의 회전자(11)가 360도 회전할 수 있도록 지정될 수 있다.In addition, in the step (S100), V s may be designated so that the
본 발명은 이해를 돕기위해 연구실 환경에서 모의 회전자 바 고장 저압 유도 전동기(0.4kW)와 실제 산업 현장의 고압 유도 전동기(1500kW)를 실시 예로 하여 설명하도록 한다.In order to facilitate understanding, the present invention will be described by using a simulated rotor bar failure low-voltage induction motor (0.4kW) and a high-pressure induction motor (1500kW) in an actual industrial site in the laboratory environment.
유도 전동기의 회전자 고장 진단을 위한 본 발명에서 제안하는 방법은 단권변압기 대신에 인버터를 사용하여 고정자 권선에 교류 전압을 인가하고, 전류를 검출하여 유도 전동기의 회전자 고장을 진단하는 것이다. 단상교류회전시험의 경우와 마찬가지로 회전자의 한 위치에서 측정한 전류를 기록하고 회전자를 다음 위치로 일정하게 회전시키며 시험을 반복한다. 이 때 이동되는 회전자의 위치는 기계적으로 1회전하게 된다. 도 5를 참조하면 인버터를 이용한 제안법의 개념도를 나타내었으며, 이해하기 쉬운 해석을 위해 2극 유도 전동기로 표현하였다.The method proposed in the present invention for diagnosing a rotor failure of an induction motor is to diagnose an rotor failure of an induction motor by applying an alternating voltage to the stator winding using an inverter instead of a single winding transformer and detecting a current. As in the case of the single-phase AC rotation test, record the current measured at one position of the rotor, rotate the rotor constantly to the next position, and repeat the test. At this time, the position of the moving rotor is mechanically rotated one revolution. Referring to FIG. 5, a conceptual diagram of a proposed method using an inverter is shown, and is expressed by a 2-pole induction motor for easy interpretation.
종래의 기술인 인버터를 사용한 유도 전동기 회전자 고장 진단 기술은 회전자를 회전하는 대신에 고정자 권선에 인가된 교번자계의 위치를 변화시켜 진단을 수행하였다. 하지만 이 방법은 유도 전동기의 고정자 권선의 대칭적이지 않은 특성 때문에 고장 진단 결과가 명확하지 않은 단점이 있다. 본 발명에서 제안하는 방법은 회전자를 회전하여 고정자 권선의 비대칭성에는 영향을 받지 않는 장점이 있다.In the technique of diagnosing an induction motor rotor failure using an inverter, which is a conventional technique, a diagnosis was performed by changing the position of an alternating magnetic field applied to the stator winding instead of rotating the rotor. However, this method has a disadvantage in that the fault diagnosis result is not clear due to the non-symmetrical nature of the stator winding of the induction motor. The method proposed in the present invention has an advantage of not affecting the asymmetry of the stator winding by rotating the rotor.
제안하는 방법과 기존의 단상회전시험의 차이점은 단상 교류신호를 인버터로 주입하는 것이며, 그 목적은 실제 산업현장에 응용될 수 있도록 휴대형 장치로 시스템을 설계하는 것이다. 이는 적용 대상 전동기에 따라 주입 신호의 크기 및 주파수를 쉽게 변환할 수 있어 진단의 민감도를 높일 수 있으며, 인가하는 전압과 전류의 응답을 분석하여 고장과의 관계를 명확히 할 수 있는 장점을 가진다.The difference between the proposed method and the existing single-phase rotation test is to inject a single-phase AC signal into an inverter, and its purpose is to design a system with a portable device so that it can be applied to actual industrial sites. This can increase the sensitivity of diagnosis by easily converting the size and frequency of the injection signal according to the target motor, and has the advantage of clarifying the relationship with the failure by analyzing the response of the applied voltage and current.
다음으로, 정지한 유도 전동기의 등가회로 해석에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 인버터를 사용하여 Y-결선된 유도 전동기의 3상 고정자 권선에 도 5와 같이 단상 교류가 인가되면, 직류 전압이 인버터 스위치 S1을 통해 a상 권선으로 흐르고 중성점을 지나 b상, c상의 권선 및 스위치 S6, S2의 인버터로 인가된다. 즉, a-bc 상 순서로 유도 전동기에 전류가 흐르게 된다. 또한 인버터의 S3, S5, S4 스위칭을 통해 반대로 전압을 인가하고 전류를 bc-a 상 순서로 흘려 교류 신호를 인가할 수 있다. 그리고 PWM 스위칭을 행하여 적절한 정현파 교류 신호를 전동기에 공급할 수 있다. 이 교류신호는 도 5와 같이 고정자에서 위치가 고정된 교번하는 자계를 생성하게 된다.Next, the equivalent circuit analysis of the stopped induction motor will be described in detail with reference to the drawings. When a single-phase alternating current is applied to the three-phase stator winding of the Y-wired induction motor using an inverter as shown in FIG. 5, the DC voltage flows through the inverter switch S 1 to the a-phase winding, passes through the neutral point, and b-phase, c-phase winding and It is applied to the inverters of the switches S 6 and S 2 . That is, current flows through the induction motor in the order of a-bc. In addition, through the switching of the inverters S 3 , S 5 , and S 4 , an opposite voltage is applied, and an AC signal can be applied by flowing a current in the bc-a phase sequence. Then, PWM switching can be performed to supply an appropriate sinusoidal AC signal to the motor. This AC signal generates an alternating magnetic field with a fixed position in the stator as shown in FIG. 5.
본 발명에서 제안하는 방법은 정지된 상태의 유도 전동기에 단상의 교류신호를 인가하는 것이므로, 정지되었을 때의 유도 전동기의 등가회로를 해석하여 도 6과 같이 나타내었다. 유도 전동기가 정지한 상태에서의 회전 속도는 없으므로 슬립 s는 1과 같아 도 6의 등가회로 내 회전자 저항이 Rr로 표현된다. 또한 전동기에 단상 전압, 전류가 인가되므로 단상 유도기의 특성과 같이 토크는 발생하지 않아 회전자는 계속 정지 상태에 이른다. 따라서 유도 전동기의 구속 시험과 같이 인가된 단상의 교류 신호는 전류 응답을 통하여 고정자와 회전자의 저항과 리액턴스 성분을 취득할 수 있다. 제안한 인버터를 삼각파 비교를 통해 PWM 스위칭 하여 발생시킨 정현파 교류 신호는 다음의 수식과 같이 표현된다.Since the method proposed in the present invention is to apply a single-phase AC signal to the induction motor in a stopped state, the equivalent circuit of the induction motor when stopped is shown in FIG. 6. Since there is no rotational speed when the induction motor is stopped, slip s is equal to 1, and the rotor resistance in the equivalent circuit of FIG. 6 is expressed as R r . In addition, since a single-phase voltage and current are applied to the electric motor, torque does not occur as in the characteristics of a single-phase inductor, and the rotor continues to stop. Therefore, the applied single-phase AC signal, such as the restraint test of the induction motor, can acquire the resistance and reactance components of the stator and the rotor through the current response. The sinusoidal AC signal generated by PWM switching of the proposed inverter through triangular wave comparison is expressed as the following equation.
-(1) -(One)
-(2) -(2)
-(3) -(3)
Vs는 인버터 지령 전압 값으로 크기와 주파수를 지정하는 값이며, is는 전류 응답을 의미한다. 상용 인버터에 부착되어 있는 전류 센서 및 ADC 변환을 통해 취득이 가능하며, 전류의 크기를 기록할 수 있다. 또한 지령 전압과 취득한 전류로 등가 임피던스 Zeq를 얻을 수 있다. 정지된 상태의 전동기는, 고정자(12) 자속이 회전자 내부로 깊숙하게 침투하기 매우 어렵기 때문에, 자화 리액턴스는 상대적으로 매우 크다. 즉, 와 같이 되어 등가 임피던스 Zeq는 수식 (3)에서와 같이 Req와 Xeq로 구분할 수 있다. 이 때 등가 저항 Req는 고정자 저항 Rs와 회전자 저항 Rr로 구성되었으며, 등가 리액턴스 Xeq는 고정자 누설 리액턴스 Xls와 회전자 누설 리액턴스 Xlr의 합으로 이루어 진다.V s is an inverter command voltage value, which specifies the size and frequency, and i s means the current response. It can be acquired through conversion of current sensor and ADC attached to a commercial inverter, and the size of the current Can record. Also, the equivalent impedance Z eq can be obtained from the command voltage and the obtained current. In the stationary motor, the magnetization reactance is relatively large because the stator 12 magnetic flux is very difficult to penetrate deeply into the rotor. In other words, Equivalent impedance Z eq can be divided into R eq and X eq as in Equation (3). At this time, the equivalent resistance R eq is composed of the stator resistance R s and the rotor resistance R r , and the equivalent reactance X eq is composed of the sum of the stator leakage reactance X ls and the rotor leakage reactance X lr .
다음으로, 회전자 바 고장의 파라미터 해석에 대해 설명하도록 한다. 상기에서 제안한 방법을 시행했을 때 회전자 바가 고장 난 경우에 대하여 상기에서 언급한 등가회로의 파라미터 변화를 살펴보면 다음과 같다. 회전자 바가 고장 나지 않은 정상의 유도 전동기는 회전자의 위치가 어느 곳에 있어도 파라미터 , Zeq , Req , Xeq 의 값은 변화하지 않는다. 이는 회전자가 평형상태이므로 인가한 교류 신호로 회전자에 유기된 전압이 회전자 회로를 통해 그 전류가 항상 일정할 것이기 때문이다.Next, the parameter analysis of the rotor bar failure will be described. In the case where the rotor bar is broken when the proposed method is implemented, the parameter change of the equivalent circuit mentioned above is as follows. Normal induction motors that do not have a broken rotor bar are parameterized wherever the rotor is located. , Z eq , R eq , and X eq values do not change. This is because, since the rotor is in a balanced state, the voltage induced in the rotor by the applied AC signal will always have a constant current through the rotor circuit.
반면에 회전자 바에 결함이 발생한 경우에는 현재 회전자의 위치에 따라 그 결과가 다르며 이에 따라 파라미터가 변하게 된다. 도 7의 (a)와 같이 회전자 결함의 위치가 일 때, 회전자가 파괴된 곳에는 전압이 유기되지 않는다. 이는 시간에 따라 교번하는 자속이 회전자 결함이 있는 곳에 거의 영향을 미치지 않기 때문이다. 따라서 현재 인가되는 교류 신호는 교번하는 자계를 만들고 이는 모두 정상인 회전자 바에 전압을 유기해 회전자 전류를 흐르게 한다. 즉, 등가회로의 파라미터 , Zeq , Req , Xeq 의 값은 변화하지 않는다.On the other hand, if a defect occurs in the rotor bar, the result differs depending on the current rotor position, and the parameters change accordingly. 7 (a), the position of the rotor defect When, the voltage is not induced where the rotor is destroyed. This is because alternating magnetic flux over time has little effect on rotor defects. Therefore, the alternating magnetic field currently applied creates an alternating magnetic field, which induces a voltage across the normal rotor bar to flow the rotor current. That is, the parameters of the equivalent circuit , Z eq , R eq , and X eq values do not change.
하지만, 도 7의 (b)와 같은 경우, 교번하는 자계에 의해 전압이 최대로 유기되는 지점에 부러진 회전자 바가 위치하게 된다. 그러면 도 7의 (a)와 비교하여 회전자 전류가 흐를 수 있는 회전자 바의 개수가 상대적으로 줄어들게 되고 전류의 크기 는 줄어들게 된다. 이는 곧 등가회로 상의 임피던스 Zeq 가 증가하는 것으로 생각할 수 있다. 이 중 Req가 증가하는 이유는 회전자 회로가 끊어지기 때문이며, Xeq가 증가하는 이유는 부러진 회전자 바에 의해 누설되는 자속이 더욱 증가하기 때문이다.However, in the case of (b) of FIG. 7, the broken rotor bar is positioned at the point where the voltage is maximized by the alternating magnetic field. Then, the number of rotor bars through which the rotor current can flow is relatively reduced compared to FIG. 7 (a), and the magnitude of the current is reduced. Will decrease. It can be thought that the impedance Z eq on the equivalent circuit increases soon. Among them, the reason why R eq increases is that the rotor circuit is cut off, and the reason why X eq increases is that the magnetic flux leaked by the broken rotor bar further increases.
상기에서 제안한 방법을 통해 회전자의 위치를 기계적으로 1회전 하게 되면 도 7에서는 회전자 각도가 와 같이 변화한다. 이렇게 회전자 위치가 1회전 할 때, 각 파라미터의 변화를 예상해보면, 도 8 내지 도 9와 같이 나타난다. 도 7에서와 같이 극수는 2극이므로, 도 8 내지 도 9에서는 각 파라미터의 변화가 2번씩 반복하는 성분을 가진다. 이를 P극기에 대해 일반화 하면, 제안하는 방법을 시행했을 때 회전자가 기계각으로 2pi만큼 1회전하면 파라미터는 P번만큼 반복하는 결과를 가질 것이다.When the position of the rotor is mechanically rotated through the method proposed above, the rotor angle in FIG. Changes as follows. In this way, when the rotor position is rotated by one rotation, if a change in each parameter is expected, it appears as in FIGS. Since the number of poles is 2 poles as in FIG. 7, in FIGS. 8 to 9, the change of each parameter has a component that is repeated twice. If this is generalized for the P polarity, when the proposed method is implemented, if the rotor rotates 1 by 2pi at the machine angle, the parameter will have the result of repeating P times.
본 발명에서는 각 파라미터를 회전자 바 결함의 진단 인자로 결정하고 회전자를 기계각으로 2pi까지 1회전시켜 유도 전동기의 회전자 바 고장 진단을 수행하여 그 결과를 분석하였다.In the present invention, each parameter was determined as a diagnostic factor for the rotor bar defect, and the rotor bar was rotated to 2 pi at a machine angle to perform a rotor bar failure diagnosis of the induction motor to analyze the results.
다음은 상기 방법을 바탕으로 유도 전동기의 회전자 바 고장 진단 시스템 설계와 실험 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.The following will be described in detail for the design and experiment method of the rotor bar failure diagnosis system of the induction motor based on the above method.
제안한 방법인 정지한 전동기에 원하는 교류 신호를 입력하는 진단 시스템을 구현하기 위해 상용 220[V]전원을 공급받는 3상 인버터를 사용하였고, 이를 제어하는 프로그램과 하드웨어는 NI사의 LabVIEW와 myRIO를 사용하였다. 이 때 인버터의 3상 출력단에 포함되어있는 전류 센서의 출력 값을 제어부에서 읽어 그 값을 저장하였고, 지령 전압과 비교하여 진단 시스템의 고장 인자인 , Zeq , Req , Xeq를 도출하였다. 도 2 내지 도 3에서는 제안한 방법을 수행하기 위한 고장 진단 시스템을 나타내었다. 좌측은 실험실에서 사용한 저압 유도 전동기로 모의 고장을 설계, 중앙은 시험 신호를 인가하는 3상 인버터, 그리고 우측은 인버터를 제어할 임베디드 시스템으로 구성되었다.To implement the diagnostic system that inputs the desired AC signal to the proposed method, the stationary electric motor, a commercial 3-phase inverter powered by 220 [V] was used, and NI and LabVIEW and myRIO were used to control the program and hardware. . At this time, the output value of the current sensor included in the three-phase output terminal of the inverter was read from the control unit and stored, and compared with the command voltage, which is the failure factor of the diagnostic system. , Z eq , R eq and X eq were derived. 2 to 3 show a fault diagnosis system for performing the proposed method. On the left, the low-voltage induction motor used in the laboratory was designed to simulate the failure, the center consisted of a three-phase inverter that applied a test signal, and the right one consisted of an embedded system to control the inverter.
모의 고장 실험을 진행하기 위해 실험실 환경에서 4극, 0.4[kW], 380[V]/1.2[A], 알루미늄 다이 캐스팅된 32개의 도체바를 가지는 저압 농형 유도전동기를 사용하여, 3개의 회전자에 대해 각각 2개, 3개의 회전자 바를 부러뜨려 고장을 설계하였고 이를 정상 회전자와 비교하였다. 이는 도 10과 같이 알루미늄 도체 바에 드릴로 구멍을 내어 진행하였다.In order to conduct a simulated failure experiment, a low-pressure squirrel cage induction motor with 32 conductor bars, 4 poles, 0.4 [kW], 380 [V] /1.2 [A], and aluminum die-cast in a laboratory environment was used. The breakdown was designed by breaking two and three rotor bars, respectively, and compared them with a normal rotor. This was done by drilling a hole in the aluminum conductor bar as shown in FIG. 10.
또한 산업 현장에서 운용되었던 고압 유도전동기에 대해서 같은 실험을 진행하였다. 전동기 수리업체에 의뢰된 회전자 바에 크랙이 발생한 전동기를 고장 전과 후에 시험을 반복하였다. 이때 사용된 고압 유도전동기의 사양은 4극, 1500 [kW], 6[kV]/270[A]이며, 36개의 회전자 바 중 도 10과 같이 3개의 도체에 크랙이 발생한 전동기이다.In addition, the same experiment was conducted for a high-pressure induction motor that was operated in an industrial site. The test was repeated before and after the failure of the motor with cracks in the rotor bar requested by the motor repair company. At this time, the specifications of the high-voltage induction motor used are 4 poles, 1500 [kW], and 6 [kV] / 270 [A], and are the motors with cracks in 3 conductors as shown in FIG. 10 among 36 rotor bars.
아래에서는 상기 실험의 결과와 그에 대한 분석을 하였다.Below, the results of the above experiment and the analysis were conducted.
실험실 환경에서 사용된 모의 회전자 고장용 저압 유도전동기는 60[Hz] 교류 주파수 운전 시 정격 전류가 1.2[A]만큼 흐른다. 앞서 살펴본 단상교류회전시험법을 응용하면, 제안 방법을 시행했을 때 정격 전류의 약 1/8-1/4의 여자 신호가 필요하다. 이에 따라 반복 실험을 통해 정격 전류의 1/4값인 0.3[A]가 고정자 권선에 흐르도록 설계하였다. 이때의 인가 교류 전압의 크기는 25[V] 이었다.The low-voltage induction motor for simulation rotor failure used in the laboratory environment has a rated current of 1.2 [A] when operating at 60 [Hz] AC frequency. When the single phase AC rotation test method described above is applied, an excitation signal of about 1 / 8-1 / 4 of the rated current is required when the proposed method is implemented. Accordingly, through repeated experiments, 0.3 [A], which is 1/4 of the rated current, was designed to flow through the stator winding. At this time, the magnitude of the applied AC voltage was 25 [V].
도 10과 같이 실험실에서 사용한 저압 유도전동기의 회전자 바가 정상인 상태, 2개 부러진 상태 및 3개 부러진 상태에 대해 전류 값의 크기를 도 11에 나타내었다. 이는 도 8에서 등가회로로 예상한 바와 같이 인가한 교류 전류에 의한 자계가 고장이 발생한 회전자 바에 최대로 유기하는 위치일 때 그 전류의 크기가 작아지는 것을 확인할 수 있다.The magnitude of the current value is shown in FIG. 11 for the normal state, the two broken state, and the three broken state of the rotor bar of the low pressure induction motor used in the laboratory as shown in FIG. 10. This confirms that the magnitude of the current decreases when the magnetic field due to the applied alternating current is induced to the rotor bar where the failure occurs as expected as the equivalent circuit in FIG. 8.
시험한 전동기는 4극기이므로 회전자의 기계각인 2pi까지의 전류 크기가 작아지는 구간이 4번 발생한다. 이를 통해 P극기인 경우에는 회전자가 기계적으로 1회전하는 동안 P번 반복되는 정현파 신호를 검출할 수 있다. 취득한 결과 파형에 대해 퓨리에 변환을 실시하여 직류 및 기본파 성분만으로 점선으로 표기하였다. 기본파 성분으로 계산한 평균값대비 최대, 최소의 변동률은 정상인 경우 0.14[%], 2개 부러졌을 때 3.62[%], 3개 부러졌을때 9.32[%]로 나타나 정상 전동기와 데이터 비교 없이 전류 크기의 변동률만으로 고장 검출이 가능함을 알 수 있었다. 이 때 사용한 고장 검출을 위한 변동률의 식은 다음과 같다.Since the tested electric motor is a 4-pole, the section in which the magnitude of the current to the mechanical angle of the rotor is reduced to 4 times occurs four times. Through this, in the case of a P-pole, a sinusoidal signal repeated P times during a mechanical rotation of the rotor can be detected. As a result of the acquisition, Fourier transform was performed on the waveforms, and the dotted lines were represented by only DC and basic wave components. The maximum and minimum fluctuation rate compared to the average value calculated from the fundamental wave components is 0.14 [%] in normal cases, 3.62 [%] in 2 broken cases, and 9.32 [%] in 3 broken cases. It was found that failure detection was possible only by the rate of variation of. The equation of the rate of change for detecting the failure used at this time is as follows.
-(4) -(4)
도 12에서는 실험실 저압 유도전동기의 회전자 고장에 대해 임피던스 값의 크기를 나타내었다. 이는 도 9에서 예상한 바와 같이 회전자 바가 부러진 위치에 대해 임피던스의 값이 커지는 것을 확인할 수 있다. 또한 각 임피던스를 퓨리에 변환하여 기본파 성분을 분석해보면, 그 변동률은 정상의 경우 0.23[%], 2개 부러졌을 때 4.47[%], 3개 부러졌을 때 10.15[%]와 같이 나타나 고장 검출이 가능함을 보인다. 도 11 내지 도 12의 고장 검출을 위한 전류 크기 및 임피던스 크기의 변동률 해석 결과를 표 1과 같이 정리하였다.12 shows the magnitude of the impedance value for the rotor failure of the laboratory low-voltage induction motor. This confirms that the value of the impedance increases with respect to the position where the rotor bar is broken as expected in FIG. 9. In addition, when the fundamental wave components are analyzed by Fourier transforming each impedance, the fluctuation rate appears as 0.23 [%] in the normal case, 4.47 [%] in the two broken cases, and 10.15 [%] in the three broken cases. It seems possible. The results of analysis of fluctuation rates of the current magnitude and the impedance magnitude for the failure detection of FIGS. 11 to 12 are summarized as in Table 1.
고장 검출용
변동률[%]
Fault detection
Rate of change [%]
정상 회전자
Normal rotor
2개 부러진
회전자
2 broken
Rotor
3개 부러진
회전자
3 broken
Rotor
표 1. 고장 검출을 위한 저압유도기의 파라미터 변동률Table 1. The rate of change of parameters of the low-pressure inducer for fault detection
한편 산업 현장의 고압 유도 전동기에 대해서도 제안 방법을 검증하였다. 도 10과 같이 전동기 수리업체에 의뢰된 전동기는 산업 현장에서 실제로 운용되는 것으로 회전자 바에 크랙이 3개가 발생하였다. 실험은 3개의 크랙이 발생된 전동기에 제안 방법을 실행한 후 수리가 완성되어 정상의 회전자가 다시 조립된 상태에서 시험을 반복하였다. 이 전동기는 정격 전류가 270[A]로 시험을 수행하기 위한 전류는 정격의 1/8인 34[A]이상의 전류가 여자 되어야 한다. 하지만, 휴대용 회전자 진단 시스템의 한계상 큰 전류를 여자할 수 없어 5[A]의 전류를 흘려 시험을 진행하였다. 이 때 인가한 전압의 크기는 12[V], 주파수는 60[Hz]이다.Meanwhile, the proposed method was also verified for high-voltage induction motors at industrial sites. As shown in Figure 10, the electric motor commissioned to the electric motor repair company is actually operated in the industrial site, and three cracks have occurred in the rotor bar. The experiment was repeated after the proposed method was performed on three cracked electric motors, and the repair was completed and the test was repeated while the normal rotor was reassembled. For this motor, the current for conducting the test with a rated current of 270 [A] shall be excited with a current of 34 [A] or more, which is 1/8 of the rated current. However, due to the limitations of the portable rotor diagnostic system, it was impossible to excite a large current, and a test was conducted with a current of 5 [A]. At this time, the magnitude of the applied voltage is 12 [V] and the frequency is 60 [Hz].
도 13에서는 크랙이 발생한 고압 유도 전동기에 실험을 하여 얻은 등가 임피던스를 각각 저항 성분과 리액턴스 성분으로 나누어 도시하였다. 시험한 전동기의 극수는 4개이므로 회전자를 기계적으로 1회전 하였을 때 4번 반복하는 성분이 관측되어야한다. 즉, 회전자를 1/2회전한다면 고장이 발생했을 때 반복하는 임피던스의 성분은 2[Hz]의 정현파가 발생하게 된다. 본 발명 실시 예에서는 현장 시험의 여건 상 회전자를 기계각 pi까지 취득하여 결과를 나타내었다.In FIG. 13, the equivalent impedance obtained by experimenting with a cracked high-voltage induction motor is divided into resistance components and reactance components, respectively. Since the number of poles of the tested motor is four, the component that repeats four times when the rotor is mechanically rotated must be observed. That is, if the rotor is rotated by 1/2, a sine wave of 2 [Hz] is generated in the impedance component that repeats when a failure occurs. In the embodiment of the present invention, the rotor is obtained up to the machine angle pi under the conditions of the field test, and the results are shown.
회전자 바에 크랙이 생겨 회전자 회로가 끊어지게 되면 교류신호가 인가됐을 때, 회전자 회로에 유기된 전압으로 인한 전류가 흐를 회로의 등가 저항 성분이 더 커지게 된다. 또한 고정자에서 회전자 회로로 전달되지 못하는 자속의 양도 커지게 되어 누설 인덕턴스가 늘어나고 이는 곧 등가 리액턴스 성분으로 나타나게 된다. 실험실 전동기의 임피던스 결과와 마찬가지로 등가저항과 등가 리액턴스는 고장이 발생한 전동기에 대해 그 값이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 13의 결과를 표 2와 같이 기본파에 대해 고장 검출을 위한 변동률을 나타내었다.When the rotor circuit is broken due to cracks in the rotor bar, when the AC signal is applied, the equivalent resistance component of the circuit through which the current due to the voltage induced in the rotor circuit will flow becomes larger. In addition, the amount of magnetic flux that cannot be transmitted from the stator to the rotor circuit also increases, resulting in an increase in leakage inductance, which soon appears as an equivalent reactance component. Equivalent resistance and equivalent reactance, like the impedance results of a laboratory motor, can be seen to increase in value for a motor that has failed. As shown in Table 2, the results of FIG. 13 show the rate of change for failure detection for the fundamental wave.
변동률[%]Fault detection
Rate of change [%]
(3개 끊어진 회전자)Before repair
(3 broken rotors)
(정상 회전자)After repair
(Normal rotor)
표 2. 수리 전후의 고압유도기의 임피던스 변동률Table 2. Impedance fluctuation rate of high pressure induction machine before and after repair
이는 회전자 고장이 발생했을 때 임피던스 성분 중 저항 성분을 관측하는 것이 더 민감한 것을 알 수 있다. 주목해야할 점은 정격전류 대비 약 1.8[%]의 전류를 인가하여 실험하여도 결과는 명확하게 관측된 사실이다. 이는 여자 되는 자속의 양은 인가된 전류 크기에 비례하고 주파수에 반비례하는 특성을 갖기 때문에, 60[Hz]의 전류는 회전자 고장을 진단하기에는 충분한 자속을 생성하였다고 판단된다. 만약 인가 주파수를 높이게 되면 여자 하는 자속이 적어져 각 파라미터의 기본파 변동률이 줄어들고 회전자 고장을 진단하기에는 어려울 것이다.This shows that it is more sensitive to observe the resistance component of the impedance component when a rotor failure occurs. It should be noted that the results were clearly observed even when experiments were performed with a current of about 1.8 [%] compared to the rated current. Since the amount of magnetic flux to be excited is proportional to the magnitude of the applied current and inversely proportional to the frequency, it is judged that a current of 60 [Hz] generated sufficient magnetic flux to diagnose a rotor failure. If the applied frequency is increased, the excitation magnetic flux will be reduced, and the rate of change of the fundamental wave of each parameter will be reduced and it will be difficult to diagnose the rotor failure.
전술된 본 발명에 따른 유도기 설비의 휴대용 회전자 진단 장치 및 이를 사용하는 방법의 실시 예는, 본 발명의 이해를 돕기위해 2극 유도 전동기를 사용한 예시를 든 것이다. 따라서 2극 유도 전동기를 포함하여, 4극 유도 전동기 등을 적용하여도 될 것이다.The embodiment of the portable rotor diagnostic apparatus of the induction machine facility according to the present invention and the method of using the same are exemplified by using a two-pole induction motor to help understanding of the present invention. Therefore, a 4-pole induction motor or the like may be applied, including a 2-pole induction motor.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although described above with reference to the drawings according to embodiments of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above.
10 : 유도기 설비
11 : 회전자
12 : 고정자
100 : 3상 인버터
200 : 전류센서
300 : 인베디드 시스템10: Induction machine equipment
11: rotor
12: stator
100: 3-phase inverter
200: current sensor
300: embedded system
Claims (4)
상기 인버터(100)에서 PWM 스위칭 하여 상기 유도기 설비(10)로 인가할 교류신호 크기와 주파수를 지정한 지령 전압 Vs를 지정하는 단계(S100);
상기 인버터(100)에서 상기 유도기 설비(10)로 상기 Vs를 인가하는 단계(S200);
상기 전류센서(200)에서 상기 유도기 설비(10)의 회전자(11)와 고정자(12)의 전류를 측정하는 단계(S300);
상기 단계(S300)에서 측정한 전류를 ADC 변환하여 전류 응답 is를 획득하는 단계(S400);
상기 Vs와 상기 단계(S400)에서 획득한 is를 통해 임피던스 Zeq를 획득하는 단계(S500);
상기 Zeq로부터 등가 저항 Req와 등가 리액턴스 Xeq를 획득하는 단계(S600);
상기 is, Zeq, Req, Xeq 각각의 변동률을 계산하는 단계(S700);
상기 단계(S700)를 통해 고장을 진단하는 단계(S800)를 포함하고,
상기 단계(S100)에서 상기 Vs는 상기 유도기 설비(10)의 회전자(11)가 360도 회전할 수 있도록 지정되고,
상기 고장을 진단하는 단계(S800)는 정지되었을 때의 유도기 설비(10)의 등가회로를 해석하며, 이를 위해 PWM 스위칭하여 정현파 교류 신호를 유도기 설비(10)에 공급하며, 고정자에서 위치가 고정된 교번하는 자계를 생성하여 진단하는 것을 특징으로 하고,
상기 단계(S100)에서 상기 Vs는 상기 유도기 설비(10)가 정격 전류 값의 1/8 내지 1/4 사이 값을 출력할 수 있도록 지정되는 것을 특징으로 하고,
상기 단계(S700)은,
하기 변동률 수학식을 통해 변동률을 계산하는 것을 특징으로 하고,
상기 단계(S800)은,
임피던스 Zeq를 퓨리에 변환하여 기본파 성분을 분석하여 고장을 진단하는 것을 특징으로 하는 유도기 설비의 휴대용 회전자 진단 장치를 사용하는 방법.
<고장 검출을 위한 변동률의 식>
Three-phase inverter 100; 2-pole or 4-pole including a current sensor 200 for measuring current and an embedded system 300 that controls the inverter 100 and analyzes the current measured from the current sensor 200 to diagnose the presence or absence of a fault. In the method of using a portable rotor diagnostic device for diagnosing the failure of the induction machine 10,
Designating a command voltage Vs specifying an AC signal size and frequency to be applied to the inducer facility 10 by PWM switching in the inverter 100 (S100);
Applying the Vs from the inverter 100 to the induction machine facility 10 (S200);
Measuring currents of the rotor 11 and the stator 12 of the induction machine facility 10 in the current sensor 200 (S300);
Converting the current measured in step S300 to ADC to obtain a current response is (S400);
Obtaining an impedance Zeq through the Vs and is obtained in the step (S400) (S500);
Obtaining an equivalent resistance Req and an equivalent reactance Xeq from the Zeq (S600);
Calculating the rate of change of each of the is, Zeq, Req, and Xeq (S700);
Including the step (S800) for diagnosing a failure through the step (S700),
In the step (S100), the Vs is designated so that the rotor 11 of the induction machine facility 10 can rotate 360 degrees,
The step of diagnosing the failure (S800) analyzes the equivalent circuit of the induction machine facility 10 when it is stopped, and for this purpose, PWM switching to supply a sinusoidal AC signal to the induction machine facility 10, the position of which is fixed at the stator Characterized in that the diagnosis by generating an alternating magnetic field,
In the step (S100), the Vs is characterized in that the inductor facility 10 is designated to output a value between 1/8 to 1/4 of the rated current value,
The step (S700),
Characterized in that it calculates the rate of change through the following rate of change equation,
The step (S800),
A method of using a portable rotor diagnostic device of an inductor facility, characterized in that a fault is diagnosed by Fourier transforming the impedance Zeq to analyze the fundamental component.
<Equation of variation rate for fault detection>
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001352800A (en) | 2000-06-08 | 2001-12-21 | Yaskawa Electric Corp | Constant identification method of synchronous motor and control unit with constant identification function therefor |
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KR101142974B1 (en) * | 2010-03-11 | 2012-05-08 | 고려대학교 산학협력단 | Method for detecting rotor faults of inverter-fed induction motor, and a medium having computer readable program for executing the method |
KR101151244B1 (en) * | 2010-06-07 | 2012-06-14 | 고려대학교 산학협력단 | Apparatus and method for monitoring of airgap eccentricity of induction motors, and a medum having computer readable program for executing the method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001352800A (en) | 2000-06-08 | 2001-12-21 | Yaskawa Electric Corp | Constant identification method of synchronous motor and control unit with constant identification function therefor |
JP2002022813A (en) | 2000-07-13 | 2002-01-23 | Yaskawa Electric Corp | Measuring method for motor constant of induction motor |
JP2011027749A (en) | 2010-10-25 | 2011-02-10 | Yaskawa Electric Corp | Vector control device of induction motor |
Non-Patent Citations (1)
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김병환. 정지 중인 인버터 구동 전동기의 회전자 고장 자동 진단. 고려대학교 석사학위논문. 2010년 2월. 55쪽* |
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