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1. (JP6099852) 電動機の診断装置
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Description

Title of Invention 電動機の診断装置 JP 2014249621 20141210 20170322 G01R 31/34 G01R 31/02 H02P 23/00 国際公開第2014/156386(WO,A1) 特開2014−117141(JP,A) 米国特許出願公開第2014/0117912(US,A1) 米国特許第5514978(US,A) JP2015060055 20150331 WO2016092871 20160616 20161128 續山 浩二

Technical Field

0001  

Background Art

0002   0003   0004   0005   0006  

Citation List

Patent Literature

0007  

Summary of Invention

Technical Problem

0008   0009  

Technical Solution

0010   0011  

Advantageous Effects

0012  

Brief Description of Drawings

0013  

Description of Embodiments

0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047  

Reference Signs List

0048  

Claims

1   2   3   4   5   6   7  

Drawings

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11    

Description

電動機の診断装置

JP 2014249621 20141210 20170322 G01R 31/34 G01R 31/02 H02P 23/00 patcit 1 : 国際公開第2014/156386(WO,A1)
patcit 2 : 特開2014−117141(JP,A)
patcit 3 : 米国特許出願公開第2014/0117912(US,A1)
patcit 4 : 米国特許第5514978(US,A)
JP2015060055 20150331 WO2016092871 20160616 20161128 續山 浩二

Technical Field

[0001]
この発明は、電動機の状態を監視し、異常状態に対して電動機を保護する電動機の診断装置に関するものである。

Background Art

[0002]
プラントには電動機が多数存在しており、その設備の診断はメンテナンス部門が五感診断により判定している。特に重要度の高い電動機に関しては、定期的な診断が必要になるためコストが高くなる。さらに、電動機では、その劣化が始まると加速度的に劣化の進行が起こる。交流機の場合には、機械的ストレスと熱劣化で生じた絶縁物の空隙や損傷部が放電等でレヤショート(層間短絡)を誘発し、突然、絶縁破壊に至る場合があるため、一度電動機が劣化すると劣化が進展する状態にしか進まない。
[0003]
そこで、電動機の常時監視技術に関心が高まっている。しかしながら、電動機の常時監視の多くは、電動機毎に様々なセンサ等の計測機器を取り付けることを前提としている。計測機器としては、例えば、トルクメータやエンコーダ、加速度センサ等である。
ただし、数百〜数千台のモータを集中管理するモータコントロールセンタへの適用は配線の数が多くなることから、その適用は現実的ではない。そのため、特殊なセンサを用いずにモータコントロールセンタで計測される電流と電圧の情報から電動機の状態を簡易的に診断し、信頼性、生産性、安全性を向上する装置が必要である。
[0004]
例えば、電動機の容量や負荷が変わっても定常電流設定回路で定常運転時の電流を調整し、これを基準として、この基準に対して許容変動範囲の上限値、下限値および脈動信号値を設定して電動機の負荷電流を常時監視して、電動機の異常運転状態を監視するようにしたものがある(特許文献1参照)。
[0005]
また、診断対象となる電動機に流れる電流から特徴量を検出する特徴量検出手段と、電動機が正常状態のときに特徴量検出手段で得られた特徴量の平均と標準偏差とを導出して記憶しておく演算記憶手段と、特徴量検出手段により得られた特徴量と演算記憶手段に記憶されている特徴量の平均と標準偏差とに基づいて確率的に存在する分布を計算し、電動機が正常か異常かを診断する診断手段を備えた電動機の良否診断システムが知られている(特許文献2参照)。
[0006]
さらに、診断対象となる電動機に対して電源から供給される電圧と電動機の固定子巻線に流れる電流とを検出する検出部と、この検出部により検出された電圧がゼロとなる時刻を開始時刻する所定時間後の電流の値が、固定子巻線が正常か、インダクタンス成分が減少して電流の位相が進む短絡状態かを考慮して予め設定された閾値を超えている場合に、固定子巻線が短絡していると判定する判定部を備えた電動機固定子巻線の短絡診断システムが知られている(特許文献3参照)。

Citation List

Patent Literature

[0007]
patcit 1 : 特開昭62−218883号公報
patcit 2 : 特開2012−220485号公報
patcit 3 : 特許4367784号公報

Summary of Invention

Technical Problem

[0008]
このような電動機の固定子巻線の短絡診断装置にあっては、負荷トルク変動、電源不平衡、接触不良故障によって計算パラメータに影響を及ぼす。その結果、正しく巻線短絡故障を高精度に検出することが難しいという問題点があった。さらに、それらが同時に発生した際に巻線短絡故障のみを検出することが難しく、誤検出する可能性を有していた。
[0009]
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電動機稼働中においてオンラインで得た電圧および電流情報から、負荷トルク変動、電源不平衡、接触不良故障の影響を受けずに電動機の固定子巻線の短絡故障のみを検出することを目的とした電動機の診断装置を提供するものである。

Technical Solution

[0010]
この発明に係る電動機の診断装置は、電動機に接続される電源の主回路に流れる電流から電動機の電流を検出する電流検出回路と、電源の主回路の電圧から電動機の電圧を検出する電圧検出回路と、電流検出回路および電圧検出回路の出力を入力して、電動機の巻線短絡異常を判定する論理演算部と、論理演算部が電動機の異常を検出したときに異常であることを表示する表示部と、論理演算部が電動機の異常を検出したときに異常であることを外部に知らせる外部出力部を備え、論理演算部は、電動機の電圧および電流の解析による逆相電流、逆相電圧、正相電流、逆相アドミタンスから、電動機稼働中で負荷トルクが変動する際にも電源不平衡を区別して巻線短絡を判定して検出を行う と共に、逆相電流と逆相電圧と逆相アドミタンスから求めた評価値の評価値解析部、逆相電流と正相電流の増加量の解析部、および電源の電圧不平衡率の解析部を備え、電動機の巻線短絡と電源の電圧不平衡と接触不良を区別して判定するようにしたものである。
[0011]
また、この発明に係る電動機の診断装置は、電動機に接続される電源の主回路に流れる電流から電動機の電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路の出力を入力して、電動機の巻線短絡異常を判定する論理演算部と、論理演算部が電動機の異常を検出したときに異常であることを表示する表示部と、論理演算部が電動機の異常を検出したときに異常であることを外部に知らせる外部出力部を備え、論理演算部は、電動機の電流解析による逆相電流、正相電流から、電動機稼働中で負荷トルクが変動する際にも電源不平衡を区別して巻線短絡を判定して検出を行う と共に、逆相電流と正相電流の増加量の解析部を備え、判定を実施する前に、正常時の逆相電流—正相電流特性の増加量を記憶して、統計処理によりしきい値δ2を決定し、正相電流に対する逆相電流の増加量がしきい値δ2よりも大きいか小さいかにより電動機の巻線短絡と接触不良を判別するようにしたものである。

Advantageous Effects

[0012]
この発明によれば、逆相アドミタンス特性、逆相電流—正相電流特性、電圧不平衡率を算出することにより、稼働中の負荷トルク変動を伴う電動機において、巻線短絡と電圧不平衡同時の際にも、誤検出せずに巻線短絡のみを検出できる。電圧不平衡の要因である電源不平衡と電源ラインの接触不良故障のどちらにおいても誤検出することない、といった従来にない顕著な効果を奏するものである。

Brief Description of Drawings

[0013]
[fig. 1] この発明の実施の形態1に係る電動機の診断装置を示す回路構成図である。
[fig. 2] この発明の診断対象である巻線短絡故障を示す概念図である。
[fig. 3] この発明の実施の形態1に係る電動機の診断装置の論理演算部の内部構成を示す図である。
[fig. 4] この発明の実施の形態1に係る正相電流と逆相アドミタンスの関係を示す図である。
[fig. 5] この発明の実施の形態1に係る逆相電流と正相電流の関係を示す図である。
[fig. 6] この発明の実施の形態1に係る故障ケース毎の評価値を示す図である。
[fig. 7] この発明の実施の形態1に係る巻線短絡故障検出アルゴリズムを説明するためのフロー図である。
[fig. 8] この発明の実施の形態2に係る巻線短絡故障検出アルゴリズムを説明するためのフロー図である。
[fig. 9] この発明の実施の形態4に係る電動機の診断装置を示す回路構成図である。
[fig. 10] この発明の実施の形態4に係る電動機の診断装置の論理演算部の内部構成を示す図である。
[fig. 11] この発明の実施の形態4に係る巻線短絡故障検出アルゴリズムを説明するためのフロー図である。

Description of Embodiments

[0014]
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1に係る電動機の診断装置を図1から図7に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施の形態1における電動機の診断装置を示す構成回路図で、主に閉鎖配電盤であるコントロールセンタで使用されるものである。
図1において、電力系統から引き込まれた電源の主回路1には、配線用遮断器2、電磁接触器3、主回路1の負荷電流を検出する計器用変成器4、主回路1の電圧を検出する計器用変圧器5が設けられ、さらに、負荷である電動機6が接続され、電動機6により機械設備7が運転駆動される。
[0015]
電動機の診断装置100は、計器用変圧器5に接続された電圧検出回路8と、計器用変成器4に接続された電流検出回路9と、論理演算回路(論理演算部)10と、記憶回路11と、設定回路12を備えている。
電圧検出回路8は、電動機に接続される電源の主回路1の線間電圧を検出して、電動機の相電圧や大きさなど所定の信号に変換して電動機の電圧を検出し、論理演算回路10と記憶回路11に出力する。電流検出回路9は、電動機に接続される電源の主回路1の負荷電流を検出して、電動機の相電流や大きさなど所定の信号に変換して電動機の電流を検出し、論理演算回路10と記憶回路11に出力する。
[0016]
論理演算回路10は、電圧検出回路8および電流検出回路9の出力を入力して、電動機の電圧および電流の解析による逆相電流、逆相電圧、正相電流、逆相アドミタンスなどを算出して、電動機稼働中で負荷トルクが変動する際にも電源不平衡や接触不良を区別して巻線短絡を判定して検出を行う。
設定回路12は、記憶回路11に接続され、セットキーを有し、そのセットキーを押す(例えば長押しする)ことによって、初期の正常状態のデータを記憶回路11に記憶保持させる。セットキーを解除するまでの間のデータを記憶させることができる。
[0017]
表示回路(表示部)13は論理演算回路10に接続され、負荷電流や論理演算回路10が電動機6の異常を検出したときに異常状態、警告等を表示する。駆動回路14は論理演算回路10に接続され、計器用変成器4からの電流検出信号の演算による出力により電磁接触器3を開閉する。外部出力回路(外部出力部)15は論理演算回路10からの異常状態や警告等を外部に出力する。
[0018]
今回診断する巻線短絡故障のイメージを図2に示す。電動機6の固定子巻線は同層短絡および層間短絡のいずれも発生する可能性がある。そして、短絡巻数をNfとすると全体の巻数Nとの比で短絡率μ=Nf/Nと表わして一般化される。
この発明では、動作開始前に、電動機6の定格情報を入力する必要がない。
[0019]
図3は電動機6の固定子巻線の短絡検出判定を行う論理演算回路10の内部構成図を示し、論理演算回路10は、電流電圧変換部21、初期解析部24、解析部27、判定部31で構成されている。
電流電圧変換部21は、逆相電流・逆相電圧算出部22と正相電流・正相電圧算出部23で構成され、電圧検出回路8と電流検出回路9で検出した三相の電圧および電流から、対称座標変換処理によって式(1)〜式(4)の計算式により、逆相電流Isnおよび逆相電圧Vsnと正相電流Ispおよび正相電圧Vspに変換する。
[0020]
[Math. 1]


[0021]
ここで、Isp:正相電流、Isn:逆相電流、Iu:U相電流、Iv:V相電流、Iw:W相電流、Vsp:正相電圧、Vsn:逆相電圧、Vu:U相電圧、Vv:V相電圧、Vw:W相電圧である。正相電圧および逆相電圧は相電圧から求める手法のほかに線間電圧から求める手法でもよい。
[0022]
初期解析部24は、正常状態の逆相アドミタンス特性解析部25と逆相電流—正相電流特性解析部26で構成される。
逆相アドミタンス特性解析部25は、巻線短絡を判定する前に正常時の逆相アドミタンス値Ynを記憶させる。逆相アドミタンスYnはすべりによって変化する。すなわち、負荷トルクの大きさで値が異なる。負荷トルクに依存しない判定方法を確立するために、正常時の正相電流値に対する逆アドミタンス特性を記憶させる。記憶させるタイミングは、電動機稼働時が好ましい。なぜなら無負荷時から有負荷時に至る逆相アドミタンスのデータを取得できるためである。
[0023]
図4は、正相電流Ispの変化による逆相アドミタンスYnの特性のグラフである。無負荷電流時の逆相アドミタンス値Y41は小さく、有負荷時の逆相アドミタンス値Y42は大きくなる。処理メモリ量を削減するために、記憶させるデータは少ない方が好ましいそのため、データ取得できない箇所の逆相アドミタンスにおいては、例えば近似曲線処理で補完し値を決定する。逆相アドミタンスYnは負荷トルク変動によって値が異なり、少なくとも通常運転時に想定されるトルク範囲内の逆相アドミタンス値を記憶させる必要がある。
[0024]
逆相電流—正相電流特性解析部26は、接触不良判定を行うために実施される。ここで接触不良とは、例えば、電動機6と電源ケーブル(主回路1)を接続するためのネジ締め付け部や、その他のネジのある箇所やケーブルの劣化などが想定される。
巻線短絡判定の評価として用いる正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量を、正常時のデータを基に最小二乗法等の統計処理からしきい値を決定する。このとき、正相電流Ispが変化しなければ増加量を計算できない。通常、負荷設備は常にトルクが発生している状態のため問題ないと考えられる。正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加値で、巻線短絡判定方法が変わる。接触不良で抵抗成分が存在すると正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加値が大きくなる。
[0025]
図5は、正相電流Ispと逆相電流Isnの特性のグラフである。接触不良がない場合の特性I51は、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量が小さく、その傾きは小さい。一方、接触抵抗がある場合の特性I52および特性I53は、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量は大きくなり、その傾きは大きくなる。接触抵抗は、特性I53の方が特性I52よりも大きい。接触不良判定を行うためのしきい値δ2を正常時の結果(例えば特性I51)を基に予め決定する。
[0026]
解析部27は、評価値の解析部28と逆相電流—正相電流解析部29と電圧不平衡率解析部30で構成され、判定部31で判定される巻線短絡判定部32、接触不良判定部33、電圧不平衡判定部34のための解析が行われる。
評価値の解析部28は、評価値A=|Isn—Yn*Vsn|の値を算出する。
評価値Aの計算について説明する。電圧検出回路8と電流検出回路9から電流(Iu、Iv、Iw)電圧(Vuv、Vvw、Vwu)が更新される。巻線短絡はコイル素線間の短絡現象で、巻線短絡が発生すると3相固定子電流は非対称となるため、逆相成分により検出できる。3相誘導電動機の固定子巻線の一部が巻線短絡した場合の短絡率をμ(=Nf/N。各相の巻数NのうちNfターン分が短絡)とすると、μ≪1を仮定して、正相電圧Vspと逆相電圧Vsn、正相電流Ispと逆相電流Isnの間に以下の関係式が導かれる。
[0027]
[Math. 2]


[0028]
ここで、Yp、Yn、Ypn:アドミタンス、ω:電源角速度、rs:固定子抵抗、rr:回転子抵抗、rf:短絡抵抗、Ls:固定子漏れインダクタンス、Lr:回転子漏れインダクタンス、Lm:励磁インダクタンス、μ:短絡率である。
アドミタンスYの非対角成分Ypnは巻線短絡の指標にできるが、実フィールドにおいて非対角成分Ypnを算出することは容易ではない。ここでは逆相電流Isn と逆相電圧Vsn の両方をモニタする方法を採用する。巻線短絡が発生しないとき(μ=0)はアドミタンスYの非対角成分Ypnはゼロであるため、
Isn=Yn・Vsn ・・・(8)
である。巻線短絡が発生すると、
Isn=Yn・Vsn+Ypn・Vsp ・・・(9)
とIsnが変化する。IsnとVsnの両方をモニタすることで、
評価値A=|Isn−Yn・Vsn| ・・・(10)
を指標とすれば、巻線短絡発生と電源電圧の不平衡発生(Vsnの変化)とを区別できると考えられる。導入初期は巻線短絡未発生として初期化(Ynを計算)した後、式(10)の評価値Aを監視することで巻線短絡を判定する。
[0029]
図6は、故障ケース毎の評価値Aの関係を示した図である。正常時の評価値A61や電圧不平衡時の評価値A62は評価値Aが小さく、短絡故障が発生したときの評価値A63、A64は大きくなる。したがって、評価値A62と評価値A63の間に評価値Aのしきい値δ1を設定することで、電圧不平衡と区別して巻線短絡故障を検出可能となる。
逆相アドミタンスYnは、逆相アドミタンス特性解析部25で算出されたデータを利用する。そして、評価値解析部28による評価値解析の際に、各正相電流における逆相アドミタンス値を代入することで、評価値を解析できる。
[0030]
逆相電流−正相電流解析部29は、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量を解析する。判定を実施する前に、逆相電流−正相電流特性解析部26で解析した正常時の逆相電流—正相電流特性の増加量を記憶して、統計処理によりしきい値δ2を決定しておく。そして、逆相電流−正相電流解析部29は、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量を解析し、その増加量がしきい値δ2よりも大きいか小さいかにより電動機6の巻線短絡と接触不良を判別できるようにする。
[0031]
電圧不平衡率解析部30は、各相の相電圧、もしくは線間電圧から電圧不平衡率を算出する。
電圧不平衡率Vunbalは、例えば線間電圧から算出する場合は次の式で求める。
電圧不平衡率=((各線間電圧と平均電圧との最大差)/平均電圧)×100%
即ち (Vuv−Vavg)/Vavg×100%
(Vvw−Vavg)/Vavg×100%
(Vwu−Vavg)/Vavg×100% の最大値
但し、平均電圧Vavg=(Vuv+Vvw+Vwu)/3
[0032]
判定部31では、解析部27で計算された各解析結果としきい値δ1、δ2などを比較することで、巻線短絡判定部32で巻線短絡の判定を行い、接触不良判定部33で接触不良の判定を行い、電圧不平衡判定部34で電圧不平衡の判定が行われる。判定結果は図1に示す表示回路13、駆動回路14、外部出力回路15に送る。
表示回路13は電動機6の巻線短絡や接触不良などの異常を検出したときに異常状態、警告等を表示する。駆動回路14は電動機6の異常を検出したときに電磁接触器3を開閉する。外部出力回路(外部出力部)15は上記した電動機6の異常状態や警告等を外部に出力する。
[0033]
次に、電動機の診断装置における診断処理を図7のフローチャートに基づいて説明する。ステップS1は電動機の電圧(線間電圧または相電圧)Vと電流(相電流)Iを取得し、ステップS2において、逆相電流Isn、逆相電圧Vsn、正相電流Isp、電圧不平衡率Vunbal、電源電圧Vsを計算する。ステップS3は初回判定を行い、初回であった際(Yes)にステップS4に進んで電源電圧Vsを記憶する。なお、ステップS2の電源電圧Vsの計算およびステップS4の電源電圧Vsの記憶は省略してもよい。
ステップS5は、逆相電流—逆相電圧特性から逆相アドミタンスYnを計算し、逆相アドミタンスYnの正相電流特性を記憶する。ステップS6は、逆相電流—正相電流特性から正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量△Isn/△Ispを計算し、増加量のしきい値δ2を設定する。その後STARTに戻る。
[0034]
ステップS3において、初回でない場合(No)、ステップS7に進み、電圧不平衡率Vunbalをしきい値5%と比較する。このしきい値5%はこの値に限るものでなく、電圧不平衡が生じたと思われる所定の値に設定できる。ステップS7において、電圧不平衡率Vunbalがしきい値5%以上の場合(No)、電圧不平衡と表示する。
一方、電圧不平衡率Vunbalがしきい値5%未満であった場合(Yes)、ステップS8に進む。ステップS8は、評価値A=|Isn—Yn*Vsn|をしきい値δ1と比較する。評価値Aがしきい値δ1以上であった場合(Yes)、ステップS9に進み、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量△Isn/△Ispをしきい値δ2と比較する。ステップS9において、逆相電流△Isn/正相電流△Ispがしきい値δ2未満の場合(Yes)、巻線短絡と判定し、逆相電流△Isn/正相電流△Ispがしきい値δ2以上であった場合(No)、接触不良と判定する。
[0035]
ステップS8において、評価値Aがしきい値δ1未満であった場合(No)、ステップS10に進み、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量△Isn/△Ispをしきい値δ2と比較する。ステップS10において、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量がしきい値δ2未満の場合(Yes)、正常と判定する。正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量△Isn/△Ispがしきい値δ2以上であった場合(No)、ステップS11に進む。ステップS11は、評価値Aの正相電流Ispに対する特性を計算し、正相電流Ispが0Aに近似して切片を求め(複数の計測プロットから最小二乗法で切片を求め)、その値をしきい値δ3と比較する。このしきい値δ3はしきい値δ1より僅かに小さい値である。ステップS11において、評価値Aがしきい値δ3以上であった場合(Yes)、巻線短絡と判定し、しきい値δ3未満であった場合(No)、接触不良と判定する。
[0036]
以上のように、実施の形態1の発明は、電動機の電圧および電流の解析による逆相電流、逆相電圧、正相電流、逆相アドミタンスの要素で電動機の異常状態を判定しているから、電動機稼働中で負荷トルクが変動する際にも電源不平衡を区別して巻線短絡を判定して検出を行うことができる。また、電源ラインの接触不良時にも電動機の巻線短絡を判定することが可能である。
[0037]
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る電動機の診断装置を図8に基づいて説明する。
図8は実施の形態2における診断処理のフローチャートを示し、ステップS1からステップS7までは実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。
図8において、ステップS8は正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量をしきい値δ2と比較する。ステップS8において、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量がしきい値δ2未満であった場合(Yes)、ステップS9に進む。
[0038]
ステップS9は、評価値A=|Isn—Yn*Vsn|をしきい値δ1と比較する。評価値Aがしきい値δ1以上であった場合(Yes)、巻線短絡と判定し、評価値Aがしきい値δ1未満であった場合(No)、正常と判定する。
ステップS8において、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量がしきい値δ2以上であった場合(No)、ステップS10に進む。ステップS10は、評価値Aの正相電流Ispに対する特性を計算し、正相電流Ispが0Aに近似して切片を求め(複数の計測プロットから最小二乗法で切片を求め)、その値をしきい値δ3と比較する。その値が、しきい値δ3以上であった場合(Yes)、巻線短絡と判定し、しきい値δ3未満であった場合(No)、接触不良と判定する。
[0039]
以上のように、実施の形態2の発明は、実施の形態1と同じように電動機の電圧および電流の解析による逆相電流、逆相電圧、正相電流、逆相アドミタンスの要素で電動機の異常状態を判定するものであるが、判定方法を実施の形態1と変更しても、電動機稼働中で負荷トルクが変動する際にも巻線短絡を判定して検出を行うことができる。また、電源ラインの接触不良時にも電動機の巻線短絡を判定することが可能である。
[0040]
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3に係る電動機の診断装置について説明する。
実施の形態1、2では、個々の電動機6に対して1つずつ論理演算部10を備えていたが、実施の形態3では複数の電動機を1つの論理演算部10で電圧および電流信号を解析し異常判定するようにしたものである。
実施の形態1の欠点として、初回の正常値記憶時に仮にすでに不具合の電動機であった場合に、初回に異常値を記憶させてしまう。そこで、複数台の電動機の情報を一括処理することで、例えば同じ電動機の場合には、初回の判定で正常か異常かを判定可能となる。
[0041]
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4に係る電動機の診断装置を図9から図11に基づいて説明する。
実施の形態1では、電動機の電流と電圧を用いた診断判定であった。実施の形態4では、電動機の電流のみで巻線短絡を判定する手法としたものである。図9はこの発明の実施の形態4における電動機の診断装置を示す構成回路図で、図1の構成から計器用変圧器5と電圧検出回路8を取り除いたものである。図9において、図1と同じまたは相当部分の構成には同じ符号を付して説明を省略する。
[0042]
図10は電動機6の固定子巻線の短絡検出判定を行う論理演算回路10の内部構成図を示し、図3と同じまたは相当する部分には同じ符号を付している。
図10において、論理演算回路10は、電流変換部21a、初期解析部24、解析部27、判定部31で構成されている。
電流変換部21aは逆相電流算出部22aと正相電流算出部23aを備え、対称座標変換処理によって式(1)(2)の計算式により、逆相電流Isnおよび正相電流Ispに変換する。初期解析部24は逆相電流—正相電流特性解析を行なう逆相電流—正相電流特性解析部26を備え、接触不良判定を行う。接触不良で抵抗成分が存在すると正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加値が大きくなる。接触不良判定を行うためのしきい値δ2を実施の形態1と同じ要領で予め決定する。
[0043]
解析部27は逆相電流—正相電流解析部29を備え、正相電流Ispに対する逆相電流値Isnの増加量を解析する。判定部31は巻線短絡判定部32と接触不良判定部33を備え、逆相電流—正相電流解析部29による解析結果と逆相電流値から、それぞれ巻線短絡と接触不良の判定行う。
[0044]
図11に実施の形態4における診断処理のフローチャートを示す。図11において、ステップS1は電流Iを取得し、ステップS2で逆相電流Isn、正相電流Ispを計算する。ステップS3は初回判定を行い、初回であった際(Yes)にステップS4に進んで、逆相電流—正相電流特性により、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量を計算すると共に、しきい値δ2を決定する。その後STARTに戻る。
[0045]
ステップS1〜ステップS3を経て、ステップS3が初回判定でない場合(No)は、ステップS5に進み、正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量をしきい値δ2と比較する。
正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量がしきい値δ2以上であった場合(No)に、接触不良と判定する。正相電流Ispに対する逆相電流Isnの増加量がしきい値δ2未満であった場合(Yes)に、ステップS6に進んで、逆相電流Isnの値をしきい値δ4と比較する。なお、しきい値δ4は実際の試験などで所定値に決める。ステップS6において、逆相電流Isnがしきい値δ4以上であった場合(Yes)に巻線短絡と判定し、しきい値δ4未満であった場合(No)に正常と判定する。
[0046]
以上のように、実施の形態4の発明は、実施の形態1および2のように電圧と電流による検出に比較すると検出精度は劣るが、電流のみで、電動機稼働中で負荷トルクが変動する際にも巻線短絡を判定して検出を行うことができる。また、電源ラインの接触不良時にも電動機の巻線短絡を判定することが可能である。
[0047]
以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

Reference Signs List

[0048]
1:主回路、2:配線用遮断器、3:電磁接触器、4:計器用変成器、5:計器用変圧器、6:電動機、7:機械設備、8:電圧検出回路、9:電流検出回路、10:論理演算回路、11:記憶回路、12:設定回路、13:表示回路、14:駆動回路、15:外部出力回路、21:電流電圧変換部、21a:電流変換部、22:逆相電流・電圧算出部、22a:逆相電流算出部、23:正相電流・電圧算出部、23a:正相電流算出部、24:初期解析部、25:逆相アドミタンス特性解析部、26:逆相電流—正相電流特性解析部、27:解析部、28:評価値解析部、29:逆相電流—正相電流特性解析部、30:電圧不平衡率解析部、31:判定部、32:巻線短絡判定部、33:接触不良判定部、34:電圧不平衡判定部、100:電動機の診断装置。

Claims

[1]
電動機に接続される電源の主回路に流れる電流から前記電動機の電流を検出する電流検出回路と、前記電源の主回路の電圧から前記電動機の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電流検出回路および前記電圧検出回路の出力を入力して、前記電動機の巻線短絡異常を判定する論理演算部と、前記論理演算部が電動機の異常を検出したときに異常であること表示する表示部と、前記論理演算部が電動機の異常を検出したときに異常であることを外部に知らせる外部出力部を備え、
前記論理演算部は、前記電動機の電圧および電流の解析による逆相電流、逆相電圧、正相電流、逆相アドミタンスから、電動機稼働中で負荷トルクが変動する際にも電源不平衡を区別して巻線短絡を判定して検出を行う と共に、逆相電流と逆相電圧と逆相アドミタンスから求めた評価値の評価値解析部、逆相電流と正相電流の増加量の解析部、および電源の電圧不平衡率の解析部を備え、前記電動機の巻線短絡と前記電源の電圧不平衡と接触不良を区別して判定することを特徴とする電動機の診断装置。
[2]
前記論理演算部は、巻線短絡の判定を実施する前に、正常時の逆相アドミタンスの正相電流特性を記憶し、前記評価値解析部による評価値解析の際に、各正相電流における逆相アドミタンス値を代入することを特徴とする請求項 に記載の電動機の診断装置。
[3]
前記論理演算部の評価値解析部は、評価値A=|逆相電流—逆相アドミタンス*逆相電圧|を算出し、この評価値Aが所定のしきい値δ1を超えた時に前記電動機の巻線短絡と判定するようにした請求項 または請求項 に記載の電動機の診断装置。
[4]
前記論理演算部の逆相電流と正相電流の増加量の解析部は、判定を実施する前に、正常時の逆相電流—正相電流特性の増加量を記憶して、統計処理によりしきい値δ2を決定し、正相電流に対する逆相電流の増加量が前記しきい値δ2よりも大きいか小さいかにより前記電動機の巻線短絡と接触不良を判別するようにした請求項 から請求項 のいずれか1項に記載の電動機の診断装置。
[5]
前記論理演算部の電圧不平衡率の解析部は、電源の電圧不平衡率が所定の値より大きい時に電圧不平衡と判定するようにした請求項 から請求項 のいずれか1項に記載の電動機の診断装置。
[6]
前記論理演算部は、複数台の前記電動機の異常判定を集約して行い、前記電動機の異常判定をすることを特徴とする請求項1から請求項 のいずれか1項に記載の電動機の診断装置。
[7]
電動機に接続される電源の主回路に流れる電流から前記電動機の電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の出力を入力して、前記電動機の巻線短絡異常を判定する論理演算部と、前記論理演算部が電動機の異常を検出したときに異常であることを表示する表示部と、前記論理演算部が電動機の異常を検出したときに異常であることを外部に知らせる外部出力部を備え、
前記論理演算部は、前記電動機の電流解析による逆相電流、正相電流から、電動機稼働中で負荷トルクが変動する際にも電源不平衡を区別して巻線短絡を判定して検出を行う と共に、逆相電流と正相電流の増加量の解析部を備え、判定を実施する前に、正常時の逆相電流—正相電流特性の増加量を記憶して、統計処理によりしきい値δ2を決定し、正相電流に対する逆相電流の増加量が前記しきい値δ2よりも大きいか小さいかにより前記電動機の巻線短絡と接触不良を判別するようにしたことを特徴とする電動機の診断装置。

Drawings

[ Fig. 1]

[ Fig. 2]

[ Fig. 3]

[ Fig. 4]

[ Fig. 5]

[ Fig. 6]

[ Fig. 7]

[ Fig. 8]

[ Fig. 9]

[ Fig. 10]

[ Fig. 11]