(57)【要約】  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し、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。  電動機（６）の電流を検出する電流検出回路（９）と、電動機（６）の電圧を検出する電圧検出回路（８）からの出力を入力して、電動機の巻線短絡異常を判定する論理演算部（１０）と、論理演算部（１０）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（１３）および外部に知らせる外部出力部（１５）を備え、論理演算部（１０）は、電動機の電圧電流解析により、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するようにした。
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【特許請求の範囲】
【請求項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ことを特徴とする電動機の診断装置。
【請求項２】
前記論理演算部は、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請求項１に記載の電動機の診断装置。  
【請求項３】
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２に記載の電動機の診断装置。
【請求項４】
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２または請求項３に記載の電動機の診断装置。
【請求項５】
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２から請求項４のいずれか１項に記載の電動機の診断装置。  
【請求項６】
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２から請求項５のいずれか１項に記載の電動機の診断装置。
【請求項７】
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６のいずれか１項に記載の電動機の診断装置。
【請求項８】
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ことを特徴とする電動機の診断装置。
【請求項９】
前記論理演算部は、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請求項８に記載の電動機の診断装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【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。
【背景技術】
【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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−２１８８８３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２０４８５号公報
【特許文献３】特許４３６７７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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。
【課題を解決するための手段】
【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、電動機の電圧および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ようにしたものである。
【発明の効果】
【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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【発明を実施するための形態】
【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】
【数１】
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【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】
【数２】
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【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。
【符号の説明】
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月28日(2016.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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。  
【請求項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１に記載の電動機の診断装置。
【請求項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１または請求項２に記載の電動機の診断装置。
【請求項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１から請求項３のいずれか１項に記載の電動機の診断装置。  
【請求項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１から請求項４のいずれか１項に記載の電動機の診断装置。
【請求項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５のいずれか１項に記載の電動機の診断装置。
【請求項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。  
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。
【国際調査報告】
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