DE112020007232T5

DE112020007232T5 - Motor-diagnosevorrichtung

Info

Publication number: DE112020007232T5
Application number: DE112020007232.0T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Miyauchi; Makoto Kanemaru
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2023-03-16
Also published as: CN115668749A; JPWO2021240578A1; WO2021240578A1; JP6824493B1; KR20220166319A

Abstract

Eine Elektromotor-Diagnosevorrichtung (100) umfasst: eine Stromdetektionsschaltung (7) zum Detektieren eines Stroms eines Elektromotors (5); eine Berechnungsverarbeitungseinheit (10), die eine Berechnungsverarbeitung des detektierten Stroms durchführt und eine Anomalie in dem Elektromotor detektiert; und eine Speichereinheit (11). Die Berechnungsverarbeitungseinheit (10) umfasst eine Effektivwert-Berechnungseinheit (21) zum Berechnen des Effektivwerts des Stroms. Spitzenwerte von Signalintensitäten in spezifischen Frequenzbändern werden aus Seitenbandwellen durch Strom-FFT-Analyse extrahiert und im Voraus in der Speichereinheit (11) in Verbindung mit Stromeffektivwerten zu diesen Zeiten gespeichert. Schwellenwerte, die für Spitzenwerte von Signalintensitäten in bestimmten Frequenzbändern festgelegt werden, werden im Voraus in der Speichereinheit (11) gespeichert. Ein Spitzenwert einer Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband auf der Grundlage eines bei der Diagnose des Elektromotors (5) erfassten Stroms wird mit dem Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband und dem Schwellenwert für jeden Stromeffektivwert, der im Voraus in der Speichereinheit (11) gespeichert wurde, verglichen, wodurch eine Anomalie-Ermittlung für den Elektromotor durchgeführt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Elektromotor-Diagnosevorrichtung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In einem herkömmlichen Verfahren zur Diagnose von Geräteanomalien wurde vorgeschlagen, dass ein Laststrom eines Induktionsmotors gemessen und einer Frequenzanalyse unterzogen wird, und dann, mit Schwerpunkt auf Seitenbänder, die auf beiden Seiten einer Betriebsfrequenz auftreten, eine Anomalie des Induktionsmotors und einer von dem Induktionsmotor angetriebenen Vorrichtung auf der Grundlage einer Störung der Wellenform in der vertikalen Richtung in einem kurzen Zyklus und des Wellenformzustands, der eine Oszillation der Wellenform in der vertikalen Richtung in einem langen Zyklus ist, diagnostiziert wird (zum Beispiel Patentdokument 1).
Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Diagnose von Geräteanomalien nehmen, bei Lastmomentschwankungen in dem Induktionsmotor auftreten, die Spektralintensitäten auf beiden Seiten nahe der Leistungsversorgungsfrequenz (Betriebsfrequenz) zu und werden somit größer als die Schwingungsintensitäten von Seitenbandwellen, die in einer Spitzenform auf beiden Seiten der Leistungsversorgungsfrequenz auftreten, was zu dem Problem führt, dass es schwierig ist, die Seitenbandwellen zu erkennen.
In diesem Zusammenhang reichte der Anmelder eine Anmeldung für eine Elektromotor-Diagnosevorrichtung ein, die in der Lage ist, zu diagnostizieren, ob eine Anomalie in einem Elektromotor vorliegt oder nicht, indem sie eine Periode detektiert, in der sich eine Last nicht ändert, selbst in einem Fall, in dem sich das Lastdrehmoment in dem Elektromotor ändern kann (zum Beispiel Patentdokument 2).
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4782218
Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 6190841

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
In jüngster Zeit wurde jedoch eine genauere Anomalie-Diagnose bei einem Elektromotor gewünscht. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass das gleiche Maß an Detektionsgenauigkeit erreicht wird, wenn eine Lastschwankung auftritt, wie wenn keine Lastschwankung auftritt.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um das obige Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Elektromotor-Diagnosevorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein Auftreten einer Anomalie in einem Elektromotor zu ermitteln, ohne von einer Laständerung beeinflusst zu werden.
LÖSUNG DER PROBLEME
Eine Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Stromdetektionsschaltung zum Detektieren eines Stroms eines Elektromotors; eine Berechnungsverarbeitungseinheit, die eine Berechnungsverarbeitung des von der Stromdetektionsschaltung detektierten Stroms durchführt und eine Anomalie in dem Elektromotor detektiert; und eine Speichereinheit zum Speichern eines Berechnungsergebnisses der Berechnungsverarbeitungseinheit. Die Berechnungsverarbeitungseinheit umfasst eine Stromeffektivwert-Berechnungseinheit, die einen Effektivwert des von der Stromdetektionsschaltung detektierten Stroms berechnet, eine Zustandsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob der berechnete Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist, eine Analyseeinheit, die eine FFT-Analyse des detektierten Stroms durchführt und einen Spitzenwert einer Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband aus Seitenbandwellen extrahiert, und eine Anomalie-Ermittlungseinheit, die ermittelt, ob eine Anomalie in dem Elektromotor aufgetreten ist. Die Analyseeinheit speichert den extrahierten Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband und den Stromeffektivwert zu diesem Zeitpunkt im Voraus in der Speichereinheit, stellt einen Schwellenwert zum Einstellen eines Normalbereichs des Elektromotors in Bezug auf den extrahierten Spitzenwert in dem spezifischen Frequenzband ein und speichert den Schwellenwert im Voraus in der Speichereinheit. Die Anomalie-Ermittlungseinheit vergleicht den Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband, der durch die FFT-Analyse des von der Stromdetektionsschaltung detektierten Stroms erhalten wird, mit dem Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Stromeffektivwert, der im Voraus in der Speichereinheit gespeichert wird, und dem Schwellenwert, der im Voraus in der Speichereinheit gespeichert wird, um zu ermitteln, ob eine Anomalie in dem Elektromotor aufgetreten ist oder nicht.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Die Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein Auftreten einer Anomalie in einem Elektromotor ermitteln, ohne von einer Laständerung beeinflusst zu werden.
Figurenliste

[1] 1 zeigt eine schematische Ausgestaltung und einen Installationszustand einer Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
[2] 2 zeigt eine Ausgestaltung einer Berechnungsverarbeitungseinheit der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 und veranschaulicht Signalflüsse beim Lernen unter Verwendung einer Stromanalyse.
[3] 3 zeigt eine Ausgestaltung der Berechnungsverarbeitungseinheit der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 und veranschaulicht Signalflüsse bei der Diagnose unter Verwendung einer Stromanalyse.
[4A] 4A ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Durchführung einer Diagnose unter Verwendung der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
[4B] 4B ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Durchführung einer Diagnose unter Verwendung der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
[5] 5 veranschaulicht Wirkungen der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
[6] 6 zeigt eine schematische Ausgestaltung und einen Installationszustand einer Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2.
[7] 7 zeigt eine Ausgestaltung einer Berechnungsverarbeitungseinheit der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 und veranschaulicht Signalflüsse beim Lernen unter Verwendung einer Strom-Spannungs-Analyse.
[8] 8 zeigt eine Ausgestaltung der Berechnungsverarbeitungseinheit der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 und veranschaulicht Signalflüsse bei der Diagnose unter Verwendung einer Strom-Spannungs-Analyse.
[9A] 9A ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Durchführung einer Diagnose unter Verwendung der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
[9B] 9B ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Durchführung einer Diagnose unter Verwendung der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
[10] 10 veranschaulicht Wirkungen der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2.
[11] 11 ist ein Hardware-Ausgestaltung-Schaubild der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß jeder Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder entsprechende Teile.
Ausführungsform 1
Nachfolgend wird eine Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine schematische Ausgestaltung und einen Installationszustand der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1. Die Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 wird hauptsächlich in einer Steuerzentrale verwendet, die eine geschlossene Schaltanlage ist. In 1 ist ein Hauptstromkreis 1, der von einem Stromnetz geführt ist, mit einem Stromkreisunterbrecher 2, einem elektromagnetischen Sch ütz 3, einem Messwandler 4 zum Detektieren eines Laststroms des Hauptstromkreises 1 und ähnlichem ausgestattet. Ein Elektromotor 5, wie z. B. ein Dreiphasen-Induktionsmotor, der eine Last ist, ist mit dem Hauptstromkreis 1 verbunden, und eine mechanische Ausrüstung 6 wird durch den Elektromotor 5 angetrieben. Eine Elektromotor-Diagnosevorrichtung 100 umfasst eine Stromdetektionsschaltung 7, die mit dem Messwandler 4 verbunden ist und die den Laststrom des Hauptstromkreises 1 detektiert und den detektierten Strom in ein vorgegebenes Signal umwandelt, eine Berechnungsverarbeitungseinheit 10, die eine vorgegebene Berechnung auf der Grundlage einer Ausgabe der Stromdetektionsschaltung 7 durchführt, und dergleichen.
Eine Speichereinheit 11 ist mit einer Einstellschaltung 12 und der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 verbunden und gibt/empfängt Daten an die/von der Berechnungsverarbeitungseinheit 10.
Die Einstellschaltung 12 ist eine Schaltung zum Einstellen der Leistungsversorgungsfrequenz, der Nennleistung, der Nennspannung, des Nennstroms, der Polzahl und der Nennrotationsfrequenz des Elektromotors und dergleichen und speichert diese Informationen in der Speichereinheit 11.
Eine Anzeigeeinheit 13 ist mit der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 verbunden und zeigt eine detektierte physikalische Größe, wie z.B. einen Laststrom, sowie einen abnormalen Zustand, eine Warnung und ähnliches an, wenn die Berechnungsverarbeitungseinheit 10 eine Anomalie in dem Elektromotor 5 festgestellt hat.
Eine Antriebsschaltung 14 ist mit der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 verbunden und gibt ein Steuersignal zum Öffnen/Schließen des elektromagnetischen Sch ützes 3 auf der Grundlage eines Ausgangs der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 aus, der auf dem von dem Messwandler 4 detektierten Strom basiert.
Eine externe Ausgabeeinheit 15 gibt einen abnormalen Zustand und einen Alarm nach außen in Übereinstimmung mit einer Ausgabe von der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 aus.
Eine externe Überwachungsvorrichtung 200 ist aus einem Personal Computer (PC) oder ähnlichem aufgebaut und ist mit einem oder einer Vielzahl von Elektromotor-Diagnosevorrichtungen 100 verbunden. Die Überwachungsvorrichtung 200 empfängt bei Bedarf eine Ausgabe der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 über die Kommunikationsschaltung 16 und überwacht den Betriebszustand der Elektromotor-Diagnosevorrichtung 100. Eine Verbindung zwischen der externen Überwachungsvorrichtung 200 und der Kommunikationsschaltung 16 der Elektromotor-Diagnosevorrichtung 100 kann über ein Kabel oder drahtlos erfolgen. Die Verbindung kann über das Internet hergestellt werden, indem ein Netzwerk zwischen der Vielzahl von Elektromotor-Diagnosevorrichtungen 100 aufgebaut wird.
Als nächstes wird eine Ausgestaltung der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 beschrieben. 2 und 3 zeigen die Ausgestaltung der Berechnungsverarbeitungseinheit 10. 2 veranschaulicht Signalflüsse beim Lernen unter Verwendung einer Stromanalyse, und 3 veranschaulicht Signalflüsse bei der Diagnose unter Verwendung einer Stromanalyse.
In 2 und 3 umfasst die Berechnungsverarbeitungseinheit 10 eine Stromumwandlungseinheit 20, eine Zustandsbestimmungseinheit 30, eine Analyseeinheit 40 und eine Anomalie-Ermittlungseinheit 50 und arbeitet in Koordination mit der Speichereinheit 11, die eine Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60, die Strom und eine spezifische Frequenz speichert, und eine Schwellenwert-Speichervorrichtung 61, die einen Schwellenwert speichert, umfasst.
Zunächst werden Signalflüsse beim Lernen unter Verwendung einer Stromanalyse mit Bezug auf 2 beschrieben.
Die Stromumwandlungseinheit 20 empfängt ein vorgegebenes Stromsignal, das von der Stromdetektionsschaltung 7 umgewandelt wird, und berechnet einen Stromeffektivwert durch eine Effektivwert-Berechnungseinheit 21. Für den berechneten Stromeffektivwert wird durch eine Einheit 31 zur Bestimmung eines stabilen Zustands der Zustandsbestimmungseinheit 30 bestimmt, ob der Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist oder nicht.
Der stabile Zustand bedeutet hier, dass der Stromeffektivwert über eine bestimmte Periode konstant ist. Die bestimmte Periode ist eine vorgegebene Zeitspanne.
Wenn ermittelt wird, dass der Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist, wird der Stromeffektivwert in der Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60 der Speichereinheit 11 gespeichert, und außerdem wird der Strom einer schnellen Fourier-Transformationsanalyse (FFT) durch eine Frequenzanalyseeinheit 41 der Analyseeinheit 40 unterzogen. Das FFT-Analyse-Ergebnis wird einer Mittelwertbildung durch eine Mittelwertbildungs-Analyseeinheit 42 unterzogen. Durch die Mittelwertbildung kann Rauschen reduziert werden.
Eine Seitenbandwellen-Analyseeinheit 43 extrahiert Seitenbandwellen in der Nähe der Stromversorgungsfrequenz aus einem durch Mittelwertbildung erhaltenen Signal.
Als Nächstes detektiert eine Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 ein spezifisches Frequenzband, das einer maschinenbedingten Anomalie zugeordnet ist. Beispiele für das detektierte spezifische Frequenzband, das einer maschinenbedingten Anomalie zugeordnet ist, umfassen ein spezifisches Frequenzband, das einer Rotationsfrequenz (Rotationsfrequenzband) zugeordnet ist, ein spezifisches Frequenzband, das einer Rotorstab-Anomalie zugeordnet ist, und ein spezifisches Frequenzband, das einer Riemenrotationsfrequenz zugeordnet ist.
Dann werden eine Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband und ein Stromeffektivwert bei der Berechnung der Signalintensität in der Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60 der Speichereinheit 11 gespeichert. Dabei wird die Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Stromeffektivwert gespeichert. Das heißt, für jeden Stromeffektivwert kann ein Normalbereich ermittelt werden.
Anhand der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Stromeffektivwert, die in der Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60 gespeichert ist, berechnet eine Normalbereich-Analyseeinheit 45 eine Verteilung des Normalbereichs für jeden Stromeffektivwert. Dabei wird z.B. eine Standardabweichung σ durch statistische Verarbeitung berechnet und 3σ als ein Schwellenwert festgelegt. Der in der Normalbereich-Analyseeinheit 45 als der Normalbereich festgelegte Schwellenwert wird in der Schwellenwert-Speichervorrichtung 61 der Speichereinheit 11 gespeichert.
Der Schwellenwert muss nicht notwendigerweise 3σ betragen. Der Schwellenwert kann durch statistische Verarbeitung für jeden Stromwert festgelegt werden. Alternativ kann ein bestimmter Stromwert als ein Referenzwert verwendet werden, auf den ein Korrekturkoeffizient angewendet wird, um einen Schwellenwert zu erhalten. Beispielsweise wird eine Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband bei einem Nennstrom als ein Referenzwert verwendet und eine Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband bei einem anderen Strom als dem Nennstrom korrigiert. Bei der später beschriebenen Diagnose wird für den Fall des Nennstroms der gespeicherte Schwellenwert unverändert verwendet, während für einen anderen Fall als den Nennstrom ein durch Korrektur des gespeicherten Schwellenwerts erhaltener Wert als ein Schwellenwert verwendet wird. Der in der Normalbereich-Analyseeinheit 45 als der Normalbereich eingestellte Schwellenwert ist in der Schwellenwert-Speichervorrichtung 61 der Speichereinheit 11 gespeichert.
Als nächstes werden Signalflüsse bei der Diagnose unter Verwendung einer Stromanalyse mit Bezug auf 3 beschrieben.
Wie beim Lernen empfängt die Stromumwandlungseinheit 20 ein vorgegebenes Stromsignal, das von der Stromdetektionsschaltung 7 umgewandelt wird, und die Effektivwert-Berechnungseinheit 21 berechnet einen Stromeffektivwert. Für den berechneten Stromeffektivwert wird von der Einheit 31 zur Bestimmung eines stabilen Zustands der Zustandsbestimmungseinheit 30 bestimmt, ob der Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist oder nicht.
Wenn ermittelt wird, dass der Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist, wird eine Strom-FFT-Analyse von der Frequenzanalyseeinheit 41 der Analyseeinheit 40 durchgeführt. Das FFT-Analyse-Ergebnis wird von der Mittelwertbildungs-Analyseeinheit 42 einer Mittelwertbildung unterzogen.
Die Seitenbandwellen-Analyseeinheit 43 extrahiert Seitenbandwellen in der Nähe der Leistungsversorgungsfrequenz aus einem durch die Mittelwertbildung erhaltenen Signal.
Als Nächstes detektiert die Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 ein spezifisches Frequenzband, das einer maschinenbedingten Anomalie zugeordnet ist. Beispiele für das detektierte spezifische Frequenzband, das einer maschinenbedingten Anomalie zugeordnet ist, umfassen ein spezifisches Frequenzband, das einer Rotationsfrequenz (Rotationsfrequenzband) zugeordnet ist, ein spezifisches Frequenzband, das einer Rotorstab-Anomalie zugeordnet ist, und ein spezifisches Frequenzband, das einer Riemenrotationsfrequenz zugeordnet ist.
Das von der Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 detektierte spezifische Frequenzband wird in die Anomalie-Ermittlungseinheit 50 eingegeben. Eine Anomalie-Ermittlungseinheit 51 empfängt Daten des spezifischen Frequenzbandes, das von der Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 detektiert wird, die Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden aktuellen effektiven Wert, der in der Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60 gespeichert ist, und den Schwellenwert, der in der Schwellenwert-Speichervorrichtung gespeichert ist. Die Anomalie-Ermittlungseinheit 51 vergleicht die Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband, das von der Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 detektiert wird, und die Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Stromeffektivwert, der in der Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60 gespeichert ist, um zu bestimmen, ob das detektierte spezifische Frequenzband ein spezifisches Frequenzband ist, das einer maschinenbezogenen Anomalie zugeordnet ist oder nicht, und auch unter Verwendung des Schwellenwerts für jeden Stromeffektivwert zu bestimmen, ob der Wert in dem normalen Bereich liegt oder nicht, d.h. ob eine Anomalie aufgetreten ist oder nicht. Das Bestimmungsergebnis wird von der Anomalie-Ermittlungseinheit 50 ausgegeben.
4A und 4B sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Durchführung einer Diagnose unter Verwendung der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigen. Hier wird ein Fall zum Detektieren eines Rotationsfrequenzbandes als ein spezifisches Frequenzband als Beispiel beschrieben. Die Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 durchläuft eine vorgegebene Lernperiode und wechselt dann in eine Diagnoseperiode, in der die Diagnose durchgeführt werden kann.
Zunächst wird die Lernphase beschrieben.
In Schritt S101 wird eine Stromwellenform erfasst. Insbesondere detektiert die mit dem Messwandler 4 verbundene Stromdetektionsschaltung 7 einen Laststrom des Hauptstromkreises 1 und wandelt den detektierten Strom in ein vorgegebenes Signal um.
In Schritt S102 berechnet die Effektivwert-Berechnungseinheit 21 einen Stromeffektivwert.
In Schritt S103 ermittelt die Einheit 31 zur Bestimmung des stabilen Zustands, ob der Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist oder nicht. Wenn der Stromeffektivwert nicht in einem stabilen Zustand ist (Nein in Schritt S103), kehrt der Prozess zu Schritt S101 zurück. Wenn der Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist (Ja in Schritt S103), fährt das Verfahren mit Schritt S104 fort, um den berechneten Stromeffektivwert in der Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60 zu speichern.
Als nächstes führt die Frequenzanalyseeinheit 41 in Schritt S105 eine Strom-FFT-Analyse durch, und in Schritt S106 wird ein Ergebnis der Strom-FFT-Analyse einer Mittelwertbildung durch die Mittelwertbildungs-Analyseeinheit 42 unterzogen. Durch die Mittelwertbildung kann Rauschen reduziert werden.
In Schritt S107 extrahiert die Seitenbandwellen-Analyseeinheit 43 Seitenbandwellen aus dem Strom-FFT-Ergebnis, das die Mittelwertbildung durchlaufen hat. In Schritt S108 extrahiert die Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 einen Spitzenwert in einem Rotationsfrequenzband aus den extrahierten Seitenbandwellen. In Schritt S109 wird der extrahierte Spitzenwert der Signalintensität in dem Rotationsfrequenzband in der Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60 gespeichert. In der Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60 werden der Stromeffektivwert und der Spitzenwert der Signalintensität in dem Rotationsfrequenzband in Verbindung miteinander gespeichert (Schritt S110).
Das obige Verfahren bis zum Schritt S110 ist ein Ablauf der Lernperiode. Während der Lernperiode wird das Verfahren von Schritt S101 bis Schritt S110 wiederholt (Nein in Schritt S111). Wenn die Lernphase nach mehrmaliger Wiederholung beendet ist (Ja in Schritt S111), geht der Prozess zur Diagnoseperiode über.
In der Diagnoseperiode wird zunächst in Schritt S112 eine Stromwellenform erfasst. Wie in dem Fall der Lernperiode detektiert die mit dem Messwandler 4 verbundene Stromdetektionsschaltung 7 einen Laststrom des Hauptstromkreises 1 und wandelt den detektierten Strom in ein vorgegebenes Signal um.
In Schritt S113 berechnet die Effektivwert-Berechnungseinheit 21 einen Stromeffektivwert.
In Schritt S114 bestimmt die Einheit 31 zur Bestimmung des stabilen Zustands, ob der Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist oder nicht. Wenn der Stromeffektivwert nicht in einem stabilen Zustand ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S112 zurück, um eine Stromwellenform zu erfassen (Nein in Schritt S112). Wenn der Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist, fährt das Verfahren mit Schritt S115 fort, um eine Strom-FFT-Analyse durch die Frequenzanalyseeinheit 41 durchzuführen.
Als Nächstes führt die Mittelwertbildungs-Analyseeinheit 42 in Schritt S116 eine Mittelwertbildung für das Strom-FFT-Analyse-Ergebnis durch. Durch die Mittelwertbildung kann Rauschen reduziert werden.
In Schritt S117 extrahiert die Seitenbandwellen-Analyseeinheit 43 Seitenbandwellen aus dem Strom-FFT-Analyse-Ergebnis, das die Mittelwertbildung durchlaufen hat.
In Schritt S118 extrahiert die Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 aus den extrahierten Seitenbandwellen eine Spitze in einem Rotationsfrequenzband.
In Schritt S119 vergleicht die Anomalie-Ermittlungseinheit 51 den extrahierten Spitzenwert der Signalintensität in dem Rotationsfrequenzband mit dem Spitzenwert der Signalintensität in dem Rotationsfrequenzband, das dem Stromeffektivwert zugeordnet ist, der in der Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 60 gespeichert ist, um zu bestimmen, ob das Frequenzband ein spezifisches Frequenzband ist, das der Rotationsfrequenz zugeordnet ist, oder nicht. Ferner wird auf der Grundlage der in der Schwellenwert-Speichereinrichtung 61 gespeicherten Schwellenwertdaten ermittelt, ob der Wert im Normalbereich ist oder nicht, d.h. ob eine Anomalie aufgetreten ist oder nicht (Schritt S120).
Wenn in Schritt S120 ermittelt wird, dass eine Anomalie aufgetreten ist, wird auf der Grundlage des von der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 ausgegebenen Ergebnisses ein Alarm unter Verwendung einer in der Anomalie-Ermittlungseinheit 50 vorgesehenen Alarmvorrichtung (nicht gezeigt) oder unter Verwendung der externen Ausgabeeinheit 15 und der Anzeigeeinheit 13 ausgegeben (Schritt S121). Die Alarmausgabe kann über die Kommunikationsschaltung 16 an die Überwachungsvorrichtung 200 gesendet werden, wie das von der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 ausgegebene Ergebnis.
5 veranschaulicht Wirkungen von Ausfü hrungsform 1 und zeigt Änderungen der Spitzenwerte der Signalintensitäten in den Rotationsfrequenzbändern, wenn die Last variiert. In einem Fall, in dem der Strom-Lastfaktor a% ist, sind die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern, die der Rotationsfrequenz zugeordnet sind, kleiner als die Spitzen der Seitenbandwellen, während in einem Fall, in dem der Strom-Lastfaktor b% ist, die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern, die der Rotationsfrequenz zugeordnet sind, größer sind als die Spitzen der Seitenbandwellen. Daher war es bisher schwierig, Seitenbandwellen zu erkennen. In der vorliegenden Ausfü hrungsform werden jedoch die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern im Voraus für jeden Stromeffektivwert gelernt und gespeichert, und somit können die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern auch dann extrahiert werden, wenn die Last variiert. Da die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern für jeden Stromeffektivwert extrahiert werden können, selbst wenn die Last variiert, können auch Seitenbandwellen durch die Strom-FFT-Analyse detektiert werden, selbst wenn die Last variiert.
Während die Fälle, in denen der Strom-Lastfaktor a% und b% ist, gezeigt wurden, kann das Lernen für den Strom-Lastfaktor in bestimmten Intervallen durchgeführt werden, z.B. 5%-Intervalle von 0 bis weniger als 5%, 5% oder mehr bis weniger als 10%, und so weiter.
In der obigen Beschreibung wurde das Beispiel gezeigt, in dem der Spitzenwert der Signalintensität in dem Rotationsfrequenzband als ein spezifisches Frequenzband extrahiert wird, das einer maschinenbezogenen Anomalie zugeordnet ist, und eine Anomalie-Detektion durchgeführt wird. Ein Signalintensitätsspitzenwert kann jedoch auch aus einer Signalintensität in einem anderen spezifischen Frequenzband extrahiert werden, wie z.B. einem spezifischen Frequenzband, das einer Rotorstab-Anomalie oder einem spezifischen Frequenzband, das einer Riemenrotationsfrequenz zugeordnet ist, um eine Anomalie zu detektieren, wodurch eine Ursache der Anomalie herausgefunden werden kann.
Wie oben beschrieben, wird gemäß Ausführungsform 1 ein Spitzenwert einer Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband gelernt und für jeden Stromeffektivwert im Voraus gespeichert, wodurch es möglich wird, eine Anomalie genau zu erkennen, selbst wenn die Last variiert. Obwohl der Stromeffektivwert auch variiert, wenn die Last variiert, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Spitzenwert einer Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband für jeden Stromeffektivwert gespeichert, und ein Schwellenwert für den Normalbereich davon wird auch zusammen gespeichert, wodurch es möglich ist, das Auftreten einer Anomalie zu ermitteln, ohne von einer Laständerung beeinflusst zu werden.
Ausführungsform 2
Nachfolgend wird eine Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
6 zeigt eine schematische Ausgestaltung und einen Installationszustand der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2. Wie in Ausfü hrungsform 1 wird die Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 hauptsächlich in einer Steuerzentrale verwendet, die eine geschlossener Schaltanlage ist. In 6 besteht ein Unterschied zu 1 in Ausführungsform 1 darin, dass ein Messspannungswandler 8 zum Detektieren einer Spannung des Hauptstromkreises 1 ferner an dem Hauptstromkreis 1 vorgesehen ist, und dass eine Spannungsdetektionsschaltung 9, die mit dem Messspannungswandler 8 verbunden ist, eine Spannung des Hauptstromkreises 1 detektiert, die detektierte Spannung in ein vorgegebenes Signal umwandelt und das vorgegebene Signal an die Berechnungsverarbeitungseinheit 10 ausgibt. Die anderen Ausgestaltungen sind die gleichen wie in Ausfü hrungsform 1.
Als nächstes wird eine Ausgestaltung der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 beschrieben.
7 und 8 zeigen die Ausgestaltung der Berechnungsverarbeitungseinheit 10. 7 veranschaulicht Signalflüsse beim Lernen unter Verwendung der Strom-Spannungs-Analyse, und 8 veranschaulicht Signalflüsse bei der Diagnose unter Verwendung der Strom-Spannungs-Analyse.
In 7 und 8 umfasst die Berechnungsverarbeitungseinheit 10 eine Drehmoment-Umwandlungseinheit 22, die Zustandsbestimmungseinheit 30, die Analyseeinheit 40 und die Anomalie-Ermittlungseinheit 50 und arbeitet in Koordination mit der Speichereinheit 11, die eine Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 62, die ein Drehmoment und eine spezifische Frequenz speichert, und die Schwellenwert-Speichervorrichtung 61, die einen Schwellenwert speichert, umfasst.
Zunächst werden Signalflüsse beim Lernen unter Verwendung einer Strom-Spannungs-Analyse mit Bezug auf 7 beschrieben.
Die Drehmoment-Umwandlungseinheit 22 empfängt ein vorgegebenes Stromsignal, das von der Stromdetektionsschaltung 7 umgewandelt wird, und ein vorgegebenes Spannungssignal, das von der Spannungsdetektionsschaltung 9 umgewandelt wird, und eine Drehmoment-Berechnungseinheit 23 berechnet ein Drehmoment. Für den berechneten Drehmomentwert wird durch eine Einheit 32 zur Bestimmung eines stabilen Zustands der Zustandsbestimmungseinheit 30 bestimmt, ob der Drehmomentwert in einem stabilen Zustand ist oder nicht. Der stabile Zustand bedeutet hier, dass der Drehmomentwert über eine bestimmte Periode konstant ist. Die bestimmte Periode ist eine vorgegebene Zeitspanne.
Wenn ermittelt wird, dass der Drehmomentwert in einem stabilen Zustand ist, wird der Drehmomentwert in der Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 62 der Speichereinheit 11 gespeichert, und außerdem wird der Strom einer FFT-Analyse durch die Frequenzanalyseeinheit 41 der Analyseeinheit 40 unterzogen. Das FFT-Analyse-Ergebnis wird einer Mittelwertbildung durch die Mittelwertbildungs-Analyseeinheit 42 unterzogen. Durch die Mittelwertbildung kann Rauschen reduziert werden.
Die Seitenbandwellen-Analyseeinheit 43 extrahiert Seitenbandwellen in der Nähe der Stromversorgungsfrequenz aus einem durch die Mittelwertbildung erhaltenen Signal.
Als Nächstes detektiert die Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 ein spezifisches Frequenzband, das einer maschinenbedingten Anomalie zugeordnet ist. Beispiele für das erfasste spezifische Frequenzband, das einer maschinenbedingten Anomalie zugeordnet ist, umfassen ein spezifisches Frequenzband, das einer Rotationsfrequenz (Rotationsfrequenzband) zugeordnet ist, ein spezifisches Frequenzband, das einer Rotorstab-Anomalie zugeordnet ist, und ein spezifisches Frequenzband, das einer Riemenrotationsfrequenz zugeordnet ist.
Dann werden eine Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband und ein Drehmoment-Effektwert, wenn die Signalintensität detektiert wird, in der Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 62 der Speichereinheit 11 gespeichert. Dabei wird die Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Drehmomentwert gespeichert. Das heißt, für jeden Drehmomentwert kann ein Normalbereich ermittelt werden.
Anhand der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Drehmomentwert, die in der Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 62 gespeichert ist, berechnet eine Normalbereich-Analyseeinheit 45 eine Verteilung des Normalbereichs für jeden Drehmomentwert. Dabei wird z.B. eine Standardabweichung σ durch statistische Verarbeitung berechnet und 3σ als ein Schwellenwert festgelegt. Der in der Normalbereich-Analyseeinheit 45 als der Normalbereich festgelegte Schwellenwert wird in der Schwellenwert-Speichervorrichtung 61 der Speichereinheit 11 gespeichert.
Der Schwellenwert muss nicht notwendigerweise 3σ betragen. Der Schwellenwert kann durch statistische Verarbeitung für jeden Drehmomentwert festgelegt werden. Alternativ kann ein bestimmter Drehmomentwert als ein Referenzwert verwendet werden, auf den ein Korrekturkoeffizient angewendet wird, um einen Schwellenwert zu erhalten. Beispielsweise wird eine Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband bei einem Nenndrehmoment als ein Referenzwert verwendet und eine Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband bei einem anderen Drehmoment als dem Nenndrehmoment korrigiert. Bei der später beschriebenen Diagnose wird für den Fall des Nenndrehmoments der gespeicherte Schwellenwert unverändert verwendet, während für einen anderen Fall als das Nenndrehmoment ein durch Korrektur des gespeicherten Schwellenwerts erhaltener Wert als ein Schwellenwert verwendet wird. Der in der Normalbereich-Analyseeinheit 45 als der Normalbereich eingestellte Schwellenwert wird in der Schwellenwert-Speichervorrichtung 61 der Speichereinheit 11 gespeichert.
Als nächstes werden Signalflüsse bei der Diagnose unter Verwendung einer Strom-Spannungs-Analyse mit Bezug auf 8 beschrieben.
Wie beim Lernen empfängt die Drehmoment-Umwandlungseinheit 22 ein vorgegebenes Stromsignal, das von der Stromdetektionsschaltung 7 umgewandelt wird, und ein vorgegebenes Spannungssignal, das von der Spannungsdetektionsschaltung 9 umgewandelt wird, und die Drehmoment-Berechnungseinheit 23 berechnet ein Drehmoment. Für den berechneten Drehmomentwert wird von der Einheit 32 zur Bestimmung eines stabilen Zustands der Zustandsbestimmungseinheit 30 bestimmt, ob der Drehmomentwert in einem stabilen Zustand ist oder nicht.
Wenn ermittelt wird, dass der Drehmomentwert in einem stabilen Zustand ist, wird der Strom einer FFT-Analyse durch die Frequenzanalyseeinheit 41 der Analyseeinheit 40 unterzogen. Das FFT-Analyse-Ergebnis wird von der Mittelwertbildungs-Analyseeinheit 42 einer Mittelwertbildung unterzogen.
Die Seitenbandwellen-Analyseeinheit 43 extrahiert Seitenbandwellen in der Nähe der Leistungsversorgungsfrequenz aus einem durch die Mittelwertbildung erhaltenen Signal.
Als Nächstes detektiert die Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 ein spezifisches Frequenzband, das einer maschinenbedingten Anomalie zugeordnet ist. Beispiele für das detektierte spezifische Frequenzband, das einer maschinenbedingten Anomalie zugeordnet ist, umfassen ein spezifisches Frequenzband, das einer Rotationsfrequenz (Rotationsfrequenzband) zugeordnet ist, ein spezifisches Frequenzband, das einer Rotorstab-Anomalie zugeordnet ist, und ein spezifisches Frequenzband, das einer Riemenrotationsfrequenz zugeordnet ist.
Das von der Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 detektierte spezifische Frequenzband wird in die Anomalie-Ermittlungseinheit 50 eingegeben. Die Anomalie-Ermittlungseinheit 51 empfängt Daten des spezifischen Frequenzbandes, das von der Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 detektiert wird, die Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Drehmomentwert, der in der Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 62 gespeichert ist, und den Schwellenwert, der in der Schwellenwert-Speichereinrichtung gespeichert ist. Unter Verwendung dieser Daten führt die Anomalie-Ermittlungseinheit 51 mit dem Schwellenwert für jeden Drehmomentwert einen genauen Vergleich durch, ob das detektierte Frequenzband ein spezifisches Frequenzband ist, das einer maschinenbedingten Anomalie zugeordnet ist, wodurch bestimmt werden kann, ob eine maschinenbedingte Anomalie aufgetreten ist oder nicht. Das Bestimmungsergebnis wird von der Anomalie-Ermittlungseinheit 50 ausgegeben.
9A und 9B sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Durchführung einer Diagnose unter Verwendung der Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 zeigen. Hier wird ein Fall zum Detektieren eines Rotationsfrequenzbandes als ein spezifisches Frequenzband als Beispiel beschrieben. Die Elektromotor-Diagnosevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 durchläuft eine vorgegebene Lernperiode und wechselt dann in eine Diagnoseperiode.
Zunächst wird die Lernphase beschrieben.
In Schritt S121 werden eine Strom- und eine Spannungswellenform erfasst. Insbesondere detektiert die mit dem Messwandler 4 verbundene Stromdetektionsschaltung 7 einen Laststrom des Hauptstromkreises 1 und wandelt den detektierten Strom in ein vorgegebenes Signal um.
Die mit dem Messspannungswandler 8 verbundene Spannungsdetektionsschaltung 9 detektiert die Spannung des Hauptstromkreises 1 und wandelt die detektierte Spannung in ein vorgegebenes Signal um.
In Schritt S122 berechnet die Drehmoment-Berechnungseinheit 23 ein Drehmoment.
In Schritt S123 ermittelt die Einheit 32 zur Bestimmung des stabilen Zustands, ob der Drehmomentwert in einem stabilen Zustand ist oder nicht. Wenn der Drehmomentwert nicht in einem stabilen Zustand ist (Nein in Schritt S123), kehrt der Prozess zu Schritt S121 zurück. Wenn der Drehmomentwert in einem stabilen Zustand ist (Ja in Schritt S123), fährt das Verfahren mit Schritt S124 fort, um den berechneten Drehmomentwert in der Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 62 zu speichern.
Als nächstes führt die Frequenzanalyseeinheit 41, wie in Ausführungsform 1, in Schritt S105 eine Strom-FFT-Analyse durch, und in Schritt S106 wird ein Ergebnis der Strom-FFT-Analyse einer Mittelwertbildung durch die Mittelwertbildungs-Analyseeinheit 42 unterzogen. Durch die Mittelwertbildung kann Rauschen reduziert werden.
In Schritt S107 extrahiert die Seitenbandwellen-Analyseeinheit 43 Seitenbandwellen aus dem Strom-FFT-Ergebnis, das die Mittelwertbildung durchlaufen hat. In Schritt S108 extrahiert die Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 einen Spitzenwert in einem Rotationsfrequenzband aus den extrahierten Seitenbandwellen. In Schritt S125 wird der extrahierte Spitzenwert in dem Rotationsfrequenzband in der Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 62 gespeichert. In der Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 62 werden der Drehmomentwert und der Spitzenwert der Signalintensität in dem Rotationsfrequenzband in Verbindung miteinander gespeichert (Schritt S126).
Das obige Verfahren bis zum Schritt S126 ist ein Ablauf der Lernperiode. Während der Lernperiode wird das Verfahren von Schritt S121 bis Schritt S126 wiederholt (Nein in Schritt S111). Wenn die Lernperiode nach mehrmaliger Wiederholung beendet ist (Ja in Schritt S111), geht der Prozess zur Diagnoseperiode über.
In der Diagnoseperiode werden zunächst in Schritt S127 eine Strom- und eine Spannungswellenform erfasst. Wie in dem Fall der Lernperiode detektiert die mit dem Messwandler 4 verbundene Stromdetektionsschaltung 7 einen Laststrom des Hauptstromkreises 1 und wandelt den detektierten Strom in ein vorgegebenes Signal um. Die mit dem Messspannungswandler 8 verbundene Spannungsdetektionsschaltung 9 detektiert eine Spannung des Hauptstromkreises 1 und wandelt die erfasste Spannung in ein vorgegebenes Signal um.
In Schritt S128 berechnet die Drehmoment-Berechnungseinheit 23 ein Drehmoment.
In Schritt S129 bestimmt die Einheit 32 zur Bestimmung des stabilen Zustands, ob der Drehmomentwert in einem stabilen Zustand ist oder nicht. Wenn der Drehmomentwert nicht in einem stabilen Wert ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S127 zurück, um eine Stromwellenform und eine Spannungswellenform zu erfassen (Nein in Schritt S129). Wenn der Drehmomentwert in einem stabilen Wert ist, fährt das Verfahren mit Schritt S115 fort, um eine Strom-FFT-Analyse durch die Frequenzanalyseeinheit 41 durchzuführen.
Als Nächstes führt die Mittelwertbildungs-Analyseeinheit 42 in Schritt S116 eine Mittelwertbildung für das Strom-FFT-Analyse-Ergebnis durch. Durch die Mittelwertbildung kann Rauschen reduziert werden.
In Schritt S117 extrahiert die Seitenbandwellen-Analyseeinheit 43 Seitenbandwellen aus dem Strom-FFT-Analyse-Ergebnis, das die Mittelwertbildung durchlaufen hat.
In Schritt S118 extrahiert die Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit 44 aus den extrahierten Seitenbandwellen eine Spitze in einem Rotationsfrequenzband.
In Schritt S119 vergleicht die Anomalie-Ermittlungseinheit 51 den extrahierten Spitzenwert der Signalintensität in dem Rotationsfrequenzband mit dem Spitzenwert der Signalintensität in dem Rotationsfrequenzband, das dem Drehmomentwert zugeordnet ist, der in der Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung 62 gespeichert ist, um zu bestimmen, ob das Frequenzband das spezifische Frequenzband ist, das der Rotationsfrequenz zugeordnet ist, oder nicht. Ferner wird auf der Grundlage der in der Schwellenwert-Speichereinrichtung 61 gespeicherten Schwellenwertdaten ermittelt, ob der Wert im Normalbereich ist oder nicht, d.h. ob eine Anomalie aufgetreten ist (Schritt S120).
Wenn in Schritt S120 ermittelt wird, dass eine Anomalie aufgetreten ist, wird auf der Grundlage des von der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 ausgegebenen Ergebnisses ein Alarm unter Verwendung einer in der Anomalie-Ermittlungseinheit 50 vorgesehenen Alarmvorrichtung (nicht gezeigt) oder unter Verwendung der externen Ausgabeeinheit 15 und der Anzeigeeinheit 13 ausgegeben (Schritt S121). Die Alarmausgabe kann über die Kommunikationsschaltung 16 an die Überwachungsvorrichtung 200 gesendet werden, wie das von der Berechnungsverarbeitungseinheit 10 ausgegebene Ergebnis.
10 veranschaulicht Wirkungen von Ausfü hrungsform 2 und zeigt Änderungen der Spitzenwerte der Signalintensitäten in den Rotationsfrequenzbändern, wenn die Last variiert. In einem Fall, in dem der Drehmomentwert a ist, sind die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern, die der Rotationsfrequenz zugeordnet sind, kleiner als die Spitzen der Seitenbandwellen, während in einem Fall, in dem der Drehmomentwert b ist, die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern, die der Rotationsfrequenz zugeordnet sind, größer sind als die Spitzen der Seitenbandwellen. Daher war es bisher schwierig, Seitenbandwellen zu erkennen. In der vorliegenden Ausfü hrungsform werden jedoch die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern im Voraus für jeden Drehmomentwert gelernt und gespeichert, und somit können die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern auch dann extrahiert werden, wenn die Last variiert. Da die Spitzenwerte der Signalintensitäten in den spezifischen Frequenzbändern für jeden Drehmomentwert extrahiert werden können, selbst wenn die Last variiert, können auch Seitenbandwellen durch die Strom-FFT-Analyse detektiert werden, selbst wenn die Last variiert.
Während die Fälle, in denen der Drehmomentwert a und b ist, gezeigt wurden, kann das Lernen für den Drehmomentwert in bestimmten Intervallen durchgeführt werden, z.B. mit dem Drehmomentfaktor (= Drehmomentwert/Nenndrehmomentwert×100), der in 5%-Intervallen von 0 bis weniger als 5%, 5% oder mehr bis weniger als 10% usw. eingestellt ist.
In der obigen Beschreibung wurde das Beispiel gezeigt, in dem der Spitzenwert der Signalintensität in dem Rotationsfrequenzband als ein spezifisches Frequenzband extrahiert wird, das einer maschinenbezogenen Anomalie zugeordnet ist, und eine Anomalie-Detektion durchgeführt wird. Ein Signalintensitätsspitzenwert kann jedoch auch aus einer Signalintensität in einem anderen spezifischen Frequenzband extrahiert werden, wie z.B. einem spezifischen Frequenzband, das einer Rotorstab-Anomalie oder einem spezifischen Frequenzband, das einer Riemenrotationsfrequenz zugeordnet ist, um eine Anomalie zu detektieren, wodurch eine Ursache der Anomalie herausgefunden werden kann.
Wie oben beschrieben, wird gemäß Ausführungsform 2 ein Spitzenwert einer Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband gelernt und für jeden Drehmomentwert im Voraus gespeichert, wodurch es möglich wird, eine Anomalie genau zu erkennen, selbst wenn die Last variiert. Obwohl der Drehmomentwert auch variiert, wenn die Last variiert, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Spitzenwert einer Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband für jeden Drehmomentwert gespeichert, und ein Schwellenwert für den Normalbereich davon wird auch zusammen gespeichert, wodurch es möglich ist, das Auftreten einer Anomalie zu ermitteln, ohne von einer Laständerung beeinflusst zu werden.
<Modifikationen von Ausführungsform 2>
In Ausführungsform 2 wird ein Drehmoment aus dem Laststrom des Hauptstromkreises 1, der von der Stromdetektionsschaltung 7 detektiert wird, und der Spannung des Hauptstromkreises 1, die von der Spannungsdetektionsschaltung 9 detektiert wird, berechnet, und das berechnete Drehmoment wird zur Anomalie-Ermittlung verwendet. Stattdessen kann der Lastfaktor des Elektromotors 5 aus dem Drehmomentwert berechnet werden, und Daten bestimmter Frequenzbänder, die den Lastfaktoren zugeordnet sind, können gelernt werden, wodurch eine Anomalie-Ermittlung durchgeführt werden kann.
Außerdem kann eine Anomalie-Ermittlung für Drehmoment unter Verwendung des in Ausführungsform 2 berechneten Drehmomentwerts durchgeführt werden, wodurch eine auf dem Drehmoment basierende Anomalie-Ermittlung für den Elektromotor durchgeführt werden kann. Nachfolgend wird eine Drehmoment-Anomalie-Ermittlung beschrieben.
Ein Drehmoment Te wird durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellt, wobei ein Statorstrom und ein verketteter magnetischer Fluss des Elektromotors 5 verwendet werden.
[Mathematisch 1] $T_{e} = \frac{3}{2} \cdot P_{p} \cdot {(Φ_{d} \cdot i_{q}) - (Φ_{q} \cdot i_{d})}$
wobei P_p die Anzahl an Polpaaren ist,
Φ_d und Φ_q Spulenverkette magnetische Flüsse des Stators sind, und
i_q und i_d Statorströme sind.
Darüber hinaus können die verketteten magnetischen Flüsse durch die folgenden Ausdrücke (2) und (3) berechnet werden.
[Mathematisch 2] $\frac{d Φ_{d}}{d t} = v_{d} - (i_{d} \cdot R_{S})$
$\frac{d Φ_{q}}{d t} = v_{q} - (i_{q} \cdot R_{S})$
wobei v_d und v_q Statorspannungen sind, und
R_s ein Statorwiderstand ist.
Durch Vergleich zwischen dem von der Drehmoment-Berechnungseinheit 23 berechneten Drehmomentwert und dem durch Ausdruck (1) berechneten Drehmoment Te kann eine Drehmoment-Anomalie-Ermittlung durchgeführt werden.
Die Elektromotor-Diagnosevorrichtung 100 gemäß jeder der obigen Ausführungsformen 1 und 2 ist, wie in 11 gezeigt, die ein Beispiel für Hardware zeigt, aus einem Prozessor 110 und einer Speichervorrichtung 120 aufgebaut. Obwohl nicht gezeigt, ist die Speichervorrichtung mit einer flüchtigen Speichervorrichtung wie einem Direktzugriffsspeicher und einer nichtflüchtigen Hilfsspeichervorrichtung wie einem Flash-Speicher versehen. Anstelle des Flash-Speichers kann auch ein Hilfsspeicher in Form einer Festplatte vorgesehen werden. Der Prozessor 110 führt ein Programm aus, das von der Speichervorrichtung 120 eingegeben wird. In diesem Fall wird das Programm von der Hilfsspeichereinrichtung über die flüchtige Speichereinrichtung in den Prozessor 110 eingegeben. Der Prozessor 110 kann Daten, wie z. B. ein Berechnungsergebnis, an die flüchtige Speichervorrichtung der Speichervorrichtung 120 ausgeben oder solche Daten über die flüchtige Speichervorrichtung in der Hilfsspeichervorrichtung speichern.
Obwohl die Offenbarung oben in Bezug auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben wird, versteht es sich, dass die verschiedenen Merkmale, Aspekte und Funktionen, die in einer oder mehreren der einzelnen Ausführungsformen beschrieben werden, in ihrer Anwendbarkeit auf die spezielle Ausführungsform, mit der sie beschrieben werden, nicht beschränkt sind, sondern stattdessen allein oder in verschiedenen Kombinationen auf eine oder mehrere der Ausführungsformen der Offenbarung angewendet werden können.
Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen, die nicht beispielhaft dargestellt sind, entwickelt werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Zum Beispiel kann mindestens einer der Bestandteile geändert, hinzugefügt oder eliminiert werden. Mindestens einer der in mindestens einer der bevorzugten Ausführungsformen genannten Bestandteile kann ausgewählt und mit den in einer anderen bevorzugten Ausführungsform genannten Bestandteilen kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Hauptstromkreis
2: Stromkreisunterbrecher
3: elektromagnetisches Schütz
4: Messwandler
5: Elektromotor
6: mechanische Ausrüstung
7: Stromdetektionsschaltung
8: Messspannungswandler
9: Spannungsdetektionsschaltung
10: Berechnungsverarbeitungseinheit
11: Speichereinheit
12: Einstellschaltung
13: Anzeigeeinheit
14: Antriebsschaltung
15: externe Ausgabeeinheit
16: Kommunikationsschaltung
200: Überwachungsvorrichtung
20: Stromumwandlungseinheit
21: Effektivwert-Berechnungseinheit
22: Drehmoment-Umwandlungseinheit
23: Drehmoment-Berechnungseinheit
30: Zustandsbestimmungseinheit
31, 32: Einheit zur Bestimmung eines stabilen Zustands
40: Analyseeinheit
41: Frequenzanalyseeinheit
42: Mittelwertbildungs-Analyseeinheit
43: Seitenbandwellen-Analyseeinheit
44: Spezifische-Frequenzband-Detektionseinheit
45: Normalbereich-Analyseeinheit
50: Anomalie-Ermittlungseinheit
51: Anomalie-Ermittlungseinheit
60: Strom- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung
61: Schwellenwert-Speichervorrichtung
62: Drehmoment- und Spezifische-Frequenzband-Speichervorrichtung
100: Elektromotor-Diagnosevorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 6190841 [0004]

Claims

Elektromotor-Diagnosevorrichtung aufweisend: eine Stromdetektionsschaltung zum Detektieren eines Stroms eines Elektromotors; eine Berechnungsverarbeitungseinheit, die eine Berechnungsverarbeitung des von der Stromdetektionsschaltung detektierten Stroms durchführt und eine Anomalie in dem Elektromotor detektiert; und eine Speichereinheit zum Speichern eines Berechnungsergebnisses der Berechnungsverarbeitungseinheit, wobei die Berechnungsverarbeitungseinheit eine Stromeffektivwert-Berechnungseinheit, die einen Effektivwert des von der Stromdetektionsschaltung detektierten Stroms berechnet, eine Zustandsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob der berechnete Stromeffektivwert in einem stabilen Zustand ist, eine Analyseeinheit, die eine FFT-Analyse des detektierten Stroms durchführt und einen Spitzenwert einer Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband aus Seitenbandwellen extrahiert, und eine Anomalie-Ermittlungseinheit, die ermittelt, ob eine Anomalie in dem Elektromotor aufgetreten ist, umfasst, die Analyseeinheit den extrahierten Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband und den Stromeffektivwert zu diesem Zeitpunkt im Voraus in der Speichereinheit speichert, einen Schwellenwert zum Einstellen eines Normalbereichs des Elektromotors in Bezug auf den extrahierten Spitzenwert in dem spezifischen Frequenzband einstellt und den Schwellenwert im Voraus in der Speichereinheit speichert, und die Anomalie-Ermittlungseinheit den Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband, der durch FFT-Analyse des von der Stromdetektionsschaltung detektierten Stroms erhalten wird, mit dem Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Stromeffektivwert, der im Voraus in der Speichereinheit gespeichert wird, und dem Schwellenwert, der im Voraus in der Speichereinheit gespeichert wird, vergleicht, um zu ermitteln, ob eine Anomalie in dem Elektromotor aufgetreten ist oder nicht.
Elektromotor-Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Berechnungsverarbeitungseinheit mehrere Male die Stromeffektivwerte erfasst, die von der Zustandsbestimmungseinheit als in dem stabilen Zustand befindlich bestimmt wurden, und eine Vielzahl der von der Analyseeinheit extrahierten Spitzenwerte der Signalintensitäten in dem spezifischen Frequenzband, eine Vielzahl der Stromeffektivwerte zu diesen Zeiten und eine Vielzahl der entsprechenden Schwellenwerte in der Speichereinheit speichert, und danach die Berechnungsverarbeitungseinheit eine Diagnose an dem Elektromotor durchführt.
Elektromotor-Diagnosevorrichtung aufweisend: eine Stromdetektionsschaltung zum Detektieren eines Stroms eines Elektromotors und eine Spannungsschaltung zum Detektieren einer Spannung des Elektromotors; eine Berechnungsverarbeitungseinheit, die eine Berechnungsverarbeitung des von der Stromdetektionsschaltung detektierten Stroms und der von der Spannungsschaltung detektierten Spannung durchführt und eine Anomalie in dem Elektromotor detektiert; und eine Speichereinheit zum Speichern eines Berechnungsergebnisses der Berechnungsverarbeitungseinheit, wobei die Berechnungsverarbeitungseinheit eine Drehmoment-Berechnungseinheit, die einen Drehmomentwert aus dem von der Stromdetektionsschaltung detektierten Strom und der von der Spannungsschaltung detektierten Spannung berechnet, eine Zustandsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob der berechnete Drehmomentwert in einem stabilen Zustand ist, eine Analyseeinheit, die eine FFT-Analyse des detektierten Stroms durchführt und einen Spitzenwert einer Signalintensität in einem spezifischen Frequenzband aus Seitenbandwellen extrahiert, und eine Anomalie-Ermittlungseinheit, die ermittelt, ob eine Anomalie in dem Elektromotor aufgetreten ist, umfasst, die Analyseeinheit den extrahierten Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband und den Drehmomentwert zu diesem Zeitpunkt im Voraus in der Speichereinheit speichert, einen Schwellenwert zum Einstellen eines Normalbereichs des Elektromotors in Bezug auf den extrahierten Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband einstellt und den Schwellenwert im Voraus in der Speichereinheit speichert, und die Anomalie-Ermittlungseinheit den Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband, der durch FFT-Analyse des von der Stromdetektionsschaltung detektierten Stroms erhalten wird, mit dem Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Drehmomentwert, der im Voraus in der Speichereinheit gespeichert wird, und dem Schwellenwert, der im Voraus in der Speichereinheit gespeichert wird, vergleicht, um zu ermitteln, ob eine Anomalie im Elektromotor aufgetreten ist oder nicht.
Elektromotor-Diagnosevorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Berechnungsverarbeitungseinheit mehrere Male die Drehmomentwerte erfasst, die von der Zustandsbestimmungseinheit als in dem stabilen Zustand befindlich bestimmt wurden, und eine Vielzahl der von der Analyseeinheit extrahierten Spitzenwerte der Signalintensitäten in dem spezifischen Frequenzband, eine Vielzahl der Drehmomentwerte zu diesen Zeiten und eine Vielzahl der entsprechenden Schwellenwerte in der Speichereinheit speichert, und danach die Berechnungsverarbeitungseinheit eine Diagnose an dem Elektromotor durchführt.
Elektromotor-Diagnosevorrichtung nach Anspruch 3, wobei aus dem von der Drehmoment-Berechnungseinheit berechneten Drehmomentwert ein Lastfaktor des Elektromotors berechnet wird, die Analyseeinheit den extrahierten Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband und den Lastfaktor zu diesem Zeitpunkt im Voraus in der Speichereinheit speichert, den Schwellenwert zum Einstellen des Normalbereichs des Elektromotors in Bezug auf den extrahierten Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband einstellt und den Schwellenwert im Voraus in der Speichereinheit speichert, und die Anomalie-Ermittlungseinheit den Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband, der durch FFT-Analyse des von der Stromdetektionsschaltung erfassten Stroms erhalten wird, mit dem Spitzenwert der Signalintensität in dem spezifischen Frequenzband für jeden Lastfaktor, der im Voraus in der Speichereinheit gespeichert wird, und dem Schwellenwert, der im Voraus in der Speichereinheit gespeichert wird, vergleicht, um zu ermitteln, ob eine Anomalie im Elektromotor aufgetreten ist oder nicht.