改良型固定子巻線故障検出装置および誘導機のための方法
【課題】誘導モータの固定子巻線故障を判定するのに使用されるパラメータを補正するためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】モータの残留インピーダンスおよび／または残留電圧を決定するステップと、残留インピーダンスおよび残留電圧に基づいて正規化相互結合インピーダンスを補正するステップとを含む。更なる実施形態は、モータの動作温度を決定するステップと、温度に基づいてモータの負シーケンスインピーダンスを決定するステップとを含む。
【解決手段】モータの残留インピーダンスおよび／または残留電圧を決定するステップと、残留インピーダンスおよび残留電圧に基づいて正規化相互結合インピーダンスを補正するステップとを含む。更なる実施形態は、モータの動作温度を決定するステップと、温度に基づいてモータの負シーケンスインピーダンスを決定するステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、交流（ＡＣ）誘導モータの固定子の巻線故障を検出することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣ誘導モータは、様々な応用例およびプロセスで使用される。ＡＣ誘導モータは、一般に、固定部である「固定子」と回転部である「回転子」とを備える。三相ＡＣモータでは、固定子に電源が投入されて磁界を誘導することにより、回転子を回転させて機械エネルギーを発生させる。固定子は、磁界の誘導に必要な電流を搬送する任意の数の「巻線」または巻極を有することができる。また、これらの巻線は、巻線の「巻き数」により特徴付けることができる。
【０００３】
多くの環境で、固定子の巻線は、一般に「巻線故障」と呼ばれる巻線の巻き間の短絡を受けやすい。このようなモータ等の動作時に、種々のアルゴリズムを使用し、モータの状態を決定することができる。例えば、あるアルゴリズムを使用し、巻線故障の数を決定することができる。これらのアルゴリズムで使用される電圧や電流等のパラメータは、変流器および計器用変圧器等の測定装置を使用して測定することができる。利得や位相遅れ等の装置の変動により、誤った測定が行われてアルゴリズムから誤った結果が出じる。さらに、環境条件の変化も測定装置の精度に影響する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＡＣ誘導モータの固定子の巻線故障を検出する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
モータの固定子の巻線故障を判定する方法が提供される。方法は、負シーケンス電圧、負シーケンス電流、および負シーケンスインピーダンスからから残留電圧を決定するステップと、残留インピーダンスを決定するステップと、残留電圧、残留インピーダンス、またはこれらの組み合わせに基づいて固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを備える。
【０００６】
モータの固定子の巻線故障を判定するためのアルゴリズムを改良する別の方法が提供される。方法は、公称周波数からの変動を補償することを含む、複数の電圧および電流のフェーザを決定するステップと、フェーザに基づいて対称成分を決定するステップと、対称成分に基づいて固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む。
【０００７】
モータの固定子の巻線故障を判定するためのアルゴリズムを改良する別の方法が提供される。方法は、温度に応じて負シーケンスインピーダンスを調節するステップと、モータの温度を測定するステップと、温度に基づいて負シーケンスインピーダンスを修正するステップと、負シーケンスインピーダンスに基づいて固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む。
【０００８】
モータの固定子の巻線故障を判定するためのシステムが提供される。システムは、誘導モータに接続され、モータの特性を測定するように構成された装置を備える。装置はメモリを有する。メモリは、残留電圧の決定、残留インピーダンスの決定、および残留電圧、残留インピーダンス、またはこれらの組み合わせに基づいた固定子の巻線故障の数を示すパラメータの決定のための指示を含む。
【０００９】
本発明の前記その他の特徴、態様および利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解できるだろう。図面全体を通して、同一の符号は同一の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による誘導モータの概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による図１の誘導モータを備えるシステムのブロック図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による、正規化相互結合インピーダンスに適用された残留電圧および／またはインピーダンス補償の結果を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による、正規化相互結合インピーダンスに適用された残留電圧および／またはインピーダンス補償の結果を示す図である。
【図４Ａ】発明の実施形態による、変流器および計器用変圧器の利得および位相変化の様々な組み合わせに対する正規化相互結合インピーダンスのグラフである。
【図４Ｂ】発明の実施形態による、変流器および計器用変圧器の利得および位相変化の様々な組み合わせに対する正規化相互結合インピーダンスのグラフである。
【図４Ｃ】発明の実施形態による、変流器および計器用変圧器の利得および位相変化の様々な組み合わせに対する正規化相互結合インピーダンスのグラフである。
【図５】本発明の実施形態による誘導モータの学習フェーズ動作のプロセスを示す図である。
【図６】本発明の実施形態による誘導モータの監視フェーズ動作のプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、誘導モータ１０の概略斜視図である。図１は、例示の目的でのみ示したものであり、本発明の実施形態は、その特定の誘導モータまたはその構成に限定されない。図示した例では、モータ１０は回転子アセンブリ１２を備え、この回転子アセンブリ１２は回転子鉄心を通って延びる回転子軸１４を備える。回転子アセンブリ１２は軸１４とともに、固定子アセンブリ１６内で時計方向または反時計方向に回転することができる。回転子軸１４を囲む軸受アセンブリ１８は、固定子アセンブリ１６内のこのような回転を容易にすることができる。固定子アセンブリ１６は複数の固定子巻線１９を備え、これらの固定子巻線１９は、回転子軸１４の周りを周方向に、かつ回転子軸１４に沿って軸方向に、固定子アセンブリ１６を通って延びる。動作中、固定子巻線１９に誘導された回転磁界が回転子アセンブリ１２の誘導電流と反応して、回転子アセンブリ１２を回転させ、電気エネルギーを、軸１４を通って出力される機械エネルギーに変換する。一部の実施形態では、モータ１０が同期モータであり、他の実施形態ではモータ１０が非同期モータである。同期モータは、ちょうど極対数により高くなる電源周波数で回転し、非同期モータはスリップの存在により特徴付けられるより低い周波数を示す。
【００１２】
固定子巻線１９は、銅線などの適宜の導電材料であればよく、巻線と固定子アセンブリ１６の他の部分との間の絶縁体を備えていてもよい。巻線１９は、化学的、機械的、電気的に劣化しやすく、これによって固定子アセンブリ１６の性能に影響を及ぼし、回転子アセンブリ１２やモータ１０により出力されたエネルギーにも影響を及ぼす。また、製造欠陥により、巻線１９の性能を損なうことがある。巻線１９の巻線故障は電流の流れや固定子アセンブリ１６に誘導された磁界を妨げることがある。モータ１０の動作について単純な図で説明したが、モータ１０の例はこの特定の単純な設計に限定されない。他のさらに複雑な設計も適用可能であり、以下に詳細に説明する技術の恩恵を受ける。
【００１３】
図２は、図１の誘導モータ１０を備えるシステム２０のブロック図である。誘導モータ１０は、ＡＣ電源または他のＡＣ電力源等の三相電源２１に接続することができる。三相ＡＣ電源は、線２２で示されるように誘導モータ１０に送出される。モータ１０を制御および監視するために、リレー、メータ、その他の適宜の装置の装置２４をモータ１０に接続することができる。装置２４は、コンピュータの部品を備えていてもよく、またはコンピュータであってもよいことを理解されたい。例えば、図２に示すように、装置２４はプロセッサ２６およびメモリ２８を備える。メモリ２８は、適宜の揮発性メモリ、不揮発性メモリ、またはその組み合わせであってもよい。メモリ２８は、パラメータ、アルゴリズム、またはモータ１０を制御および監視するためのその他のデータを記憶することができ、プロセッサ２６がこのデータにアクセスすることを可能とする。
【００１４】
装置２４は誘導モータ１０の種々のパラメータを監視することができる。一実施形態では、３つの計器用変圧器３０および３つの変流器３２を介してモータ１０の電圧を監視することができる。計器用変圧器３０および変流器３２は、別個の装置であっても、モータ１０または装置２４の一部として含まれていてもよい。他の実施形態では、これよりも多い数または少ない数の計器用変圧器および／または変流器の数を使用してもよい。
【００１５】
線３４で示すように、装置２４は変流器３０からのモータ位相電流を受けることができる。さらに、線３６で示すように、装置２４は計器用変圧器３２からのモータ位相電圧を受けることができる。信号調整器、増幅器、フィルタ等の種々の信号処理要素が、装置２４内、またはモータ１０と装置２４との間に含まれてもよいことを理解されたい。さらに、一部の実施形態では、モータ１０はサーミスタ３８および／またはその他の適宜の温度センサを備え、モータ１０の温度を装置２４に送ることができる。
【００１６】
理解できるように、装置２４は受けた三相パラメータを対称成分、例えば、正シーケンス（ｐ）成分、負シーケンス（ｎ）成分、およびゼロシーケンス（０）成分に変換することもできる。例えば、三相電流Ｉa、Ｉb、Ｉcの各フェーザを対称成分Ｉp、Ｉn、Ｉ0に変換することができる。同様に、三相電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcの各フェーザを対称成分Ｖp、Ｖn、Ｖ0に変換することができる。
【００１７】
一実施形態では、装置２４がモータ１０の種々の動作特性を決定し、モータ１０の状態を示すことができる。例えば、一実施形態では、本出願と同時に出願し、本明細書に参照により組み込まれた米国特許出願第 号、Ａｒｖｉｎｄ Ｋ．Ｔｉｗａｒｉらによる「Ｒｏｂｕｓｔ Ｏｎ Ｌｉｎｅ Ｓｔａｔｏｒ Ｔｕｒｎ Ｆａｕｌｔ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」にさらに記載されたように、装置２４が正規化相互結合インピーダンスを、モータ１０の固定子１６内の巻線故障の数を示すものとして決定することができる。正シーケンスインピーダンスに対する正規化相互結合インピーダンスは以下のように決定することができる。
【００１８】
【数１】
ここで、
Ｚnp／Ｚppは相互結合インピーダンス、
Ｖpは正シーケンス電圧、
Ｖnは負シーケンス電圧、
Ｉnは負シーケンス電圧、
Ｚppは正シーケンスインピーダンス、
Ｚnnは負シーケンスインピーダンスである。
【００１９】
また他の実施形態では、負シーケンスインピーダンスに対する正規化相互結合インピーダンスを以下のように決定することもできる。
【００２０】
【数２】
ここで、
Ｚnp／Ｚppは相互結合インピーダンス、
Ｉpは正シーケンス電流、
Ｖnは負シーケンス電圧、
Ｉnは負シーケンス電圧、
Ｚnnは負シーケンスインピーダンスである。
【００２１】
測定装置、例えば計器用変圧器３０および変流器３２の利得および位相の差により、式１で使われる対称成分電流および電圧を引き出すのに使用される電流および電圧測定値に誤りが生じることがある。さらに、モータは、製造欠陥による固有の非対称性を有することがあり、これは残留電圧および残留電流として現れることがある。一部の実施形態は、このような巻線の非対称性または欠陥についてモータを監視することを含むことができる。例えば、一実施形態では、誤差補償が、残留電圧および残留インピーダンスのための正規化相互結合インピーダンスを補償することを含むことができる。残留電圧の基準値Ｖbaseおよび残留インピーダンス比の基準値Ｚbaseは、装置２４により測定されるパラメータの対称成分から算出することができる。値ＶbaseおよびＺbaseは、測定開始時の残留値を示す。基準値は、測定誤差を含む定常状態システム誤差を取り込み、それらを特定の平均時間にわたって平均化することができる。残留電圧の基準値は以下のように決定することができる。
【００２２】
【数３】
ここで、
Ｖbaseは残留電圧、
Ｔは平均時間、
Ｖnは負シーケンス電圧、
Ｚnnは負シーケンスインピーダンス、
Ｉｎは負シーケンス電流である。
【００２３】
同様に、残留インピーダンス比の基準値Ｚbaseは以下のように決定することができる。
【００２４】
【数４】
ここで、
Ｚbaseは残留インピーダンス比、
Ｔは平均時間、
Ｖnは負シーケンス電圧、
Ｚnnは負シーケンスインピーダンス、
Ｉnは負シーケンス電流、
Ｖpは正シーケンス電圧である。
【００２５】
平均時間Ｔを特定のアルゴリズムについて調整することができる。例えば、平均時間Ｔを５秒、１０秒、１５秒、２０秒、２５秒等とすることができる。
【００２６】
正シーケンスに対する正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚppを決定するための式１は、式２および式３でそれぞれ決定される残留電圧Ｖbaseまたは残留インピーダンスＺbaseに基づく補償を含むことができる。正規化相互結合インピーダンスは、以下のように残留電圧Ｖbaseを説明することができる。
【００２７】
【数５】
同様に、正規化相互結合インピーダンスは、以下のように残留電圧Ｚbaseを説明することができる。
【００２８】
【数６】
負シーケンスインピーダンスに対する正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚnnも同様にＶbaseおよびＺbaseについて補償されることを理解されたい。したがって、以下の説明および実施形態は正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚppを含むが、正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚnnを交換可能に使用することができる。
【００２９】
図３Ａおよび３Ｂは、前述した残留電圧および／またはインピーダンス補償の結果を示す。図３Ａは４つのＺnp／Ｚpp値のグラフ５０であり、各値はモータ１０の固定子アセンブリ１６の巻線故障の数を示す。グラフ５０のｙ軸はＺnp／Ｚppの値であり、ｘ軸はモータ１０の測定装置の利得の差を示す。例えば、第１の線５２は巻線故障のない、正常なモータを示す。第２の線５４は、１つの巻線故障があるモータ１０を示し、第３の線５６は、２つの巻線故障があるモータ１０を示し、第４の線５８は、３つの巻線故障があるモータを示す。
【００３０】
ｘ軸上の点１は、モータ１０の電圧および電流の三相すべてが等しい利得および位相を有するときの点に対応する。ｘ軸上の点２は、一相の利得が５％減少した点に対応し、点３は二相の利得が５％減少した点に対応する。グラフ５０に示すように、線５２、５４、５６、５８で示された各Ｚnp／Ｚppの計算値は、利得が変化すると一定ではなくなる。例えば、正常な（巻線故障のない）モータを示す第１の線５２のＺnp／Ｚpp値は、点６０、６２、６４の間を移動する。同様に、２つの巻線故障があるモータを示す第３の線５４のＺnp／Ｚpp値は、位相の利得が減少するときに点６６、６８、７０の間を移動する。Ｚnp／Ｚpp線５４、５６は、利得がｘ軸に沿って変化すると変動する。
【００３１】
図３Ｂは、前述した式４および５を使用して残留電圧または残留インピーダンスを補償した後の、前述したＺnp／Ｚpp値を示すグラフ７２である。グラフ７２に示すように、正常なモータ１０に対応する線５２のＺnp／Ｚpp値は、利得が減少するときに、点７４、７６、７８間で比較的一定のままである。同様に、線５４、５６、５８に対するＺnp／Ｚpp値はすべて、利得が減少するときに、点８０、８２、８４間で比較的一定のままである。したがって、補償式４および５を使用すると、決定されるモータ１０のＺnp／Ｚppは、利得の変化が変流器または計器用変圧器等の測定装置を通して導入されるもかかわらず、比較的一定のままであることができる。
【００３２】
前述した補償技術をさらに示すものとして、図４Ａ〜Ｃは、測定変流器および計器用変圧器の利得および位相をそれぞれ５％および２．５度変化させた、５１２の異なる組み合わせについての正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚppのグラフを示す。図４Ａに示すように、Ｚnp／Ｚpp値は正常なモータ、１つの巻線故障があるモータ、２つの巻線故障があるモータ、および３つの巻線故障があるモータについて大きく変化する。図４Ｂに示すように、残留電圧補償の導入により、正常なモータ、１つの巻線故障があるモータ、２つの巻線故障があるモータ、および３つの巻線故障があるモータについて、比較的安定した正規化相互結合インピーダンスの値が得られる。同様に、図４Ｃに示すように、残留インピーダンス補償の導入により、正常なモータ、１つの巻線故障があるモータ、２つの巻線故障があるモータ、および３つの巻線故障があるモータについて、比較的安定した正規化相互結合インピーダンスの値が得られる。
【００３３】
他の実施形態では、正規化相互結合インピーダンスを決定するのに使用される種々のフェーザを決定することが、周波数補償を含むこともできる。種々の実施形態は異なる技術を使用して、正規化相互結合インピーダンスの決定に対する入力として使用される測定された電圧および電流のフェーザを推定することができる。これらの技術は、限定されないが、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、余弦アルゴリズム、最小二乗アルゴリズム、カルマンフィルタ、ウェーブレット変換、および／または適宜の技術を含むことができる。
【００３４】
一実施形態では、これらの技術を使用することが、基準外周波数効果を補償する周波数補償を含むことができる。この基準外周波数効果は、シーケンス成分の判定に誤りを生じ、正規化相互結合インピーダンスの決定に影響を及ぼす可能性がある。例えば、ＤＦＴを使用してフェーザ成分を決定する実施形態では、ＤＦＴ計算が周波数補償を含むことができる。このような実施形態では、公称周波数から±５％までの偏差については、周波数補償により正規化相互結合インピーダンスに何の効果も生じない。
【００３５】
前述したように、正規化相互結合インピーダンスの決定に使用されるパラメータの１つは負シーケンスインピーダンスＺnnである。負シーケンスインピーダンスは、モータ１０の温度変化により影響される可能性がある。負シーケンスは抵抗およびインダクタンスの関数であり、抵抗は温度の関数であるため、温度変動により負シーケンスインピーダンスが変化する可能性がある。例えば、モータ１０が動作を開始すると、モータ１０の温度が周囲温度になるか、またはほぼ周囲温度になる。モータ１０が動作を続けると、モータ１０の温度が増加することがある。
【００３６】
一実施形態では、モータ２２は、サーミスタ、および／またはモータ２２に接続されたその他の適宜の温度測定装置を備え、温度を決定することができる。さらに、装置２４は、測定された温度が特定の閾値温度に達するか、特定の時間、特定の閾値温度を超えたままである場合に、アラーム、モータ停止、またはその他の動作を含むことができる。測定された温度を使用して、装置２４は、正規化相互結合インピーダンスを決定する前に負シーケンスインピーダンスを補償することができる。例えば、装置２４は、測定された温度に基づいて、負シーケンスインピーダンスを連続して更新する（例えば、負シーケンスインピーダンスを調整する）ことができる。負シーケンスインピーダンスの更新は、特定の間隔で、または特定の温度変化に応じて行われてもよい。
【００３７】
一実施形態では、モータ１０の動作および監視が、学習フェーズおよび監視フェーズを含むことができる。学習フェーズは、モータ１０の始動中に一度、変流器、計器用変圧器、および定格モータパラメータ（例えば、馬力、極数、線間電圧等）の所与のセットアップについて行うことができる。学習フェーズが完了した後、モータ１０の動作中に、監視フェーズが続けて行われ、種々のパラメータを確認して適切な措置がとられる。
【００３８】
図５は、本発明の実施形態による、モータ１０のための学習フェーズのプロセス１００を示す。学習フェーズプロセス１００は、装置２４およびモータ１０の始動時に開始する（ブロック１０２）。停止状態の負シーケンスインピーダンスＺnnを決定することができる（ブロック１０４）。三相電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcおよび三相電流Ｉa、Ｉb、Ｉcが変圧器および変流器またはモータ１０の他の部品から得られ（ブロック１０６）、装置２４またはモータ１０に接続された他の装置により受けられる。差動電圧Ｖab、Ｖbc、Ｖcaは、測定された三相電圧から決定することができる（ブロック１０８）。電圧および電流を単一相の位相ロックループ（ＰＬＬ）に通して、各電圧および電流の大きさおよび角度を求め、各電圧および電流の大きさおよび位相情報を組み合わせて電流および電圧フェーザを生成することができる（ブロック１１０）。装置２４は、対称シーケンス変換を適用して電圧および電流をａ−ｂ−ｃ相から正、負およびゼロシーケンスフレームに変換することができる（ブロック１１２）。
【００３９】
正規化相互結合インピーダンスを決定することができる（ブロック１１４）。正規化相互結合インピーダンスを負シーケンスインピーダンスＺnnまたは正シーケンスインピーダンスＺppに対して正規化するか、または両方の正規化値を決定することができる。正規化相互結合インピーダンスを平均時間Ｔavgにわたって平均化する（ブロック１１６）。平均時間Ｔavgは２．５秒、５秒、１０秒、１５秒、２０秒、２５秒、または適宜の時間とすることができる。決定ブロック１１８により示されるように、学習フェーズプロセス１００は、時間Ｔavgが経過したかどうか確認し判定する。時間が経過していない場合には、矢印１１８に示すようにプロセス１００を継続する。時間が経過している場合には、式４で前述したように、プロセス１００は残留インピーダンスＺbaseを決定する（ブロック１２２）。残留ベースインピーダンスの決定後、モータ１０の動作は監視フェーズに移ることができる（ブロック１２２）。
【００４０】
図６は、本発明の実施形態によるモータ１０の監視フェーズプロセス１２４を示す。監視フェーズプロセス１２４は、学習フェーズ１００と同様に行われるが、モータ１０の監視および警告をさらに含む。図５で前述したように、プロセス１２４の開始（ブロック１２６）は、学習フェーズプロセス１００から移行した後に行われる。前述した学習フェーズプロセス１００と同様に、監視フェーズプロセス１２４は三相電圧および電流を得ることができる（ブロック１２８）。さらに、監視フェーズは、サーミスタ３８またはその他のセンサ等からモータ１０の動作温度を得て、温度変化に対して学習フェーズ中に決定された負シーケンスインピーダンスＺnnを補償することができる（ブロック１３０）。プロセス１２４は位相間の差動電圧を決定し（ブロック１３２）、前述した周波数補償を使用して、大きさおよび位相情報からフェーザを生成することができる（ブロック１３４）。
【００４１】
対称成分を三相電圧および電流から決定することができ（ブロック１３６）、正シーケンスインピーダンス（および／または負シーケンスインピーダンス）に対する正規化相互結合インピーダンスが前述したように決定される（ブロック１３８）。正規化相互結合インピーダンスは平均時間Ｔavgにわたって計算し、平均化することができる（ブロック１４０）。したがって、プロセス１２４は、平均時間Ｔavgが経過したかどうかを確認して判定し（決定ブロック１４２）、（矢印１４４で示すように）監視期間が経過していなければブロック１２８に戻る。平均時間が経過している場合、前述したように、プロセス１２４は学習フェーズで決定されたＺbase値を使用して、補正された正規化相互結合インピーダンスを決定し、残留インピーダンスを補償することができる（ブロック１４６）。
【００４２】
本実施形態では、修正された正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚppを様々な閾値と比較して、巻線故障の数および／または度合を決定することができる。例えば、閾値１および閾値２という２つの閾値を使用して、閾値２が閾値１よりも高く、より大きい巻線故障の数および／または度合を示すようにすることができる。
【００４３】
正規化相互結合インピーダンスを、複数のおよび／またはさらに度合の大きい巻線故障を示す閾値２と比較することができる（決定ブロック１４８）。正規化相互結合インピーダンスが閾値２よりも大きい場合、プロセス１２４は第２のアラームをトリガし、モータ１０をトリップさせ、モータ１０の動作を不可にすることができる（ブロック１５０）。
【００４４】
正規化相互結合インピーダンスが閾値２よりも小さい場合には、プロセス１２４は正規化相互結合インピーダンスを閾値１と比較する（決定ブロック１５２）。正規化相互結合インピーダンスが閾値１よりも小さい場合、矢印１５４で示すように監視フェーズプロセス１２４が正常に続く。正規化相互結合インピーダンスが閾値１よりも大きい場合、第１のアラームをトリガすることができる（ブロック１５６）。他の実施形態では、巻線故障の種々の数および／または度合を示すために、３つ、４つ、５つ等の任意の数の閾値を使用してもよい。
【００４５】
学習フェーズおよび監視フェーズは、残留インピーダンスＺbase、残留電圧Ｖbase、周波数補償、および／または温度補償等の、上記で決定した補償係数のいずれを含んでいてもよいことを理解されたい。例えば、残留電圧の補償を、残留インピーダンスの補償に加えて、または残留インピーダンスの補償の代わりに含んでいてもよい。さらに、種々の実施形態は、フェーザを決定するための周波数補償、および／または負シーケンスインピーダンスを決定するための温度補償を含んでも省いてもよい。
【００４６】
本発明のある特徴についてのみ本明細書で図示し説明したが、多くの修正および変更が当業者により想到されるだろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神に含まれるこのような修正および変更をすべて含むものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 誘導モータ
１２ 回転子アセンブリ
１４ 回転子軸
１６ 固定子アセンブリ
１８ 軸受アセンブリ
１９ 固定子巻線
２０ システム
２１ 三相電源
２２、３４、３６ 線
２４ 装置
２６ プロセッサ
２８ メモリ
３０ 計器用変圧器
３２ 変流器
３８ サーミスタ
５０、７２ グラフ
５２ 第１の線
５４ 第２の線
５６ 第３の線
５８ 第４の線
６０、６２、６４、６６、６８、７０、７４、７６、７８、８０、８２、８４ 点
１００ 学習フェーズプロセス
１２４ 監視フェーズプロセス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、交流（ＡＣ）誘導モータの固定子の巻線故障を検出することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣ誘導モータは、様々な応用例およびプロセスで使用される。ＡＣ誘導モータは、一般に、固定部である「固定子」と回転部である「回転子」とを備える。三相ＡＣモータでは、固定子に電源が投入されて磁界を誘導することにより、回転子を回転させて機械エネルギーを発生させる。固定子は、磁界の誘導に必要な電流を搬送する任意の数の「巻線」または巻極を有することができる。また、これらの巻線は、巻線の「巻き数」により特徴付けることができる。
【０００３】
多くの環境で、固定子の巻線は、一般に「巻線故障」と呼ばれる巻線の巻き間の短絡を受けやすい。このようなモータ等の動作時に、種々のアルゴリズムを使用し、モータの状態を決定することができる。例えば、あるアルゴリズムを使用し、巻線故障の数を決定することができる。これらのアルゴリズムで使用される電圧や電流等のパラメータは、変流器および計器用変圧器等の測定装置を使用して測定することができる。利得や位相遅れ等の装置の変動により、誤った測定が行われてアルゴリズムから誤った結果が出じる。さらに、環境条件の変化も測定装置の精度に影響する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＡＣ誘導モータの固定子の巻線故障を検出する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
モータの固定子の巻線故障を判定する方法が提供される。方法は、負シーケンス電圧、負シーケンス電流、および負シーケンスインピーダンスからから残留電圧を決定するステップと、残留インピーダンスを決定するステップと、残留電圧、残留インピーダンス、またはこれらの組み合わせに基づいて固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを備える。
【０００６】
モータの固定子の巻線故障を判定するためのアルゴリズムを改良する別の方法が提供される。方法は、公称周波数からの変動を補償することを含む、複数の電圧および電流のフェーザを決定するステップと、フェーザに基づいて対称成分を決定するステップと、対称成分に基づいて固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む。
【０００７】
モータの固定子の巻線故障を判定するためのアルゴリズムを改良する別の方法が提供される。方法は、温度に応じて負シーケンスインピーダンスを調節するステップと、モータの温度を測定するステップと、温度に基づいて負シーケンスインピーダンスを修正するステップと、負シーケンスインピーダンスに基づいて固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む。
【０００８】
モータの固定子の巻線故障を判定するためのシステムが提供される。システムは、誘導モータに接続され、モータの特性を測定するように構成された装置を備える。装置はメモリを有する。メモリは、残留電圧の決定、残留インピーダンスの決定、および残留電圧、残留インピーダンス、またはこれらの組み合わせに基づいた固定子の巻線故障の数を示すパラメータの決定のための指示を含む。
【０００９】
本発明の前記その他の特徴、態様および利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解できるだろう。図面全体を通して、同一の符号は同一の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による誘導モータの概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による図１の誘導モータを備えるシステムのブロック図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による、正規化相互結合インピーダンスに適用された残留電圧および／またはインピーダンス補償の結果を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による、正規化相互結合インピーダンスに適用された残留電圧および／またはインピーダンス補償の結果を示す図である。
【図４Ａ】発明の実施形態による、変流器および計器用変圧器の利得および位相変化の様々な組み合わせに対する正規化相互結合インピーダンスのグラフである。
【図４Ｂ】発明の実施形態による、変流器および計器用変圧器の利得および位相変化の様々な組み合わせに対する正規化相互結合インピーダンスのグラフである。
【図４Ｃ】発明の実施形態による、変流器および計器用変圧器の利得および位相変化の様々な組み合わせに対する正規化相互結合インピーダンスのグラフである。
【図５】本発明の実施形態による誘導モータの学習フェーズ動作のプロセスを示す図である。
【図６】本発明の実施形態による誘導モータの監視フェーズ動作のプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、誘導モータ１０の概略斜視図である。図１は、例示の目的でのみ示したものであり、本発明の実施形態は、その特定の誘導モータまたはその構成に限定されない。図示した例では、モータ１０は回転子アセンブリ１２を備え、この回転子アセンブリ１２は回転子鉄心を通って延びる回転子軸１４を備える。回転子アセンブリ１２は軸１４とともに、固定子アセンブリ１６内で時計方向または反時計方向に回転することができる。回転子軸１４を囲む軸受アセンブリ１８は、固定子アセンブリ１６内のこのような回転を容易にすることができる。固定子アセンブリ１６は複数の固定子巻線１９を備え、これらの固定子巻線１９は、回転子軸１４の周りを周方向に、かつ回転子軸１４に沿って軸方向に、固定子アセンブリ１６を通って延びる。動作中、固定子巻線１９に誘導された回転磁界が回転子アセンブリ１２の誘導電流と反応して、回転子アセンブリ１２を回転させ、電気エネルギーを、軸１４を通って出力される機械エネルギーに変換する。一部の実施形態では、モータ１０が同期モータであり、他の実施形態ではモータ１０が非同期モータである。同期モータは、ちょうど極対数により高くなる電源周波数で回転し、非同期モータはスリップの存在により特徴付けられるより低い周波数を示す。
【００１２】
固定子巻線１９は、銅線などの適宜の導電材料であればよく、巻線と固定子アセンブリ１６の他の部分との間の絶縁体を備えていてもよい。巻線１９は、化学的、機械的、電気的に劣化しやすく、これによって固定子アセンブリ１６の性能に影響を及ぼし、回転子アセンブリ１２やモータ１０により出力されたエネルギーにも影響を及ぼす。また、製造欠陥により、巻線１９の性能を損なうことがある。巻線１９の巻線故障は電流の流れや固定子アセンブリ１６に誘導された磁界を妨げることがある。モータ１０の動作について単純な図で説明したが、モータ１０の例はこの特定の単純な設計に限定されない。他のさらに複雑な設計も適用可能であり、以下に詳細に説明する技術の恩恵を受ける。
【００１３】
図２は、図１の誘導モータ１０を備えるシステム２０のブロック図である。誘導モータ１０は、ＡＣ電源または他のＡＣ電力源等の三相電源２１に接続することができる。三相ＡＣ電源は、線２２で示されるように誘導モータ１０に送出される。モータ１０を制御および監視するために、リレー、メータ、その他の適宜の装置の装置２４をモータ１０に接続することができる。装置２４は、コンピュータの部品を備えていてもよく、またはコンピュータであってもよいことを理解されたい。例えば、図２に示すように、装置２４はプロセッサ２６およびメモリ２８を備える。メモリ２８は、適宜の揮発性メモリ、不揮発性メモリ、またはその組み合わせであってもよい。メモリ２８は、パラメータ、アルゴリズム、またはモータ１０を制御および監視するためのその他のデータを記憶することができ、プロセッサ２６がこのデータにアクセスすることを可能とする。
【００１４】
装置２４は誘導モータ１０の種々のパラメータを監視することができる。一実施形態では、３つの計器用変圧器３０および３つの変流器３２を介してモータ１０の電圧を監視することができる。計器用変圧器３０および変流器３２は、別個の装置であっても、モータ１０または装置２４の一部として含まれていてもよい。他の実施形態では、これよりも多い数または少ない数の計器用変圧器および／または変流器の数を使用してもよい。
【００１５】
線３４で示すように、装置２４は変流器３０からのモータ位相電流を受けることができる。さらに、線３６で示すように、装置２４は計器用変圧器３２からのモータ位相電圧を受けることができる。信号調整器、増幅器、フィルタ等の種々の信号処理要素が、装置２４内、またはモータ１０と装置２４との間に含まれてもよいことを理解されたい。さらに、一部の実施形態では、モータ１０はサーミスタ３８および／またはその他の適宜の温度センサを備え、モータ１０の温度を装置２４に送ることができる。
【００１６】
理解できるように、装置２４は受けた三相パラメータを対称成分、例えば、正シーケンス（ｐ）成分、負シーケンス（ｎ）成分、およびゼロシーケンス（０）成分に変換することもできる。例えば、三相電流Ｉa、Ｉb、Ｉcの各フェーザを対称成分Ｉp、Ｉn、Ｉ0に変換することができる。同様に、三相電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcの各フェーザを対称成分Ｖp、Ｖn、Ｖ0に変換することができる。
【００１７】
一実施形態では、装置２４がモータ１０の種々の動作特性を決定し、モータ１０の状態を示すことができる。例えば、一実施形態では、本出願と同時に出願し、本明細書に参照により組み込まれた米国特許出願第 号、Ａｒｖｉｎｄ Ｋ．Ｔｉｗａｒｉらによる「Ｒｏｂｕｓｔ Ｏｎ Ｌｉｎｅ Ｓｔａｔｏｒ Ｔｕｒｎ Ｆａｕｌｔ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」にさらに記載されたように、装置２４が正規化相互結合インピーダンスを、モータ１０の固定子１６内の巻線故障の数を示すものとして決定することができる。正シーケンスインピーダンスに対する正規化相互結合インピーダンスは以下のように決定することができる。
【００１８】
【数１】
ここで、
Ｚnp／Ｚppは相互結合インピーダンス、
Ｖpは正シーケンス電圧、
Ｖnは負シーケンス電圧、
Ｉnは負シーケンス電圧、
Ｚppは正シーケンスインピーダンス、
Ｚnnは負シーケンスインピーダンスである。
【００１９】
また他の実施形態では、負シーケンスインピーダンスに対する正規化相互結合インピーダンスを以下のように決定することもできる。
【００２０】
【数２】
ここで、
Ｚnp／Ｚppは相互結合インピーダンス、
Ｉpは正シーケンス電流、
Ｖnは負シーケンス電圧、
Ｉnは負シーケンス電圧、
Ｚnnは負シーケンスインピーダンスである。
【００２１】
測定装置、例えば計器用変圧器３０および変流器３２の利得および位相の差により、式１で使われる対称成分電流および電圧を引き出すのに使用される電流および電圧測定値に誤りが生じることがある。さらに、モータは、製造欠陥による固有の非対称性を有することがあり、これは残留電圧および残留電流として現れることがある。一部の実施形態は、このような巻線の非対称性または欠陥についてモータを監視することを含むことができる。例えば、一実施形態では、誤差補償が、残留電圧および残留インピーダンスのための正規化相互結合インピーダンスを補償することを含むことができる。残留電圧の基準値Ｖbaseおよび残留インピーダンス比の基準値Ｚbaseは、装置２４により測定されるパラメータの対称成分から算出することができる。値ＶbaseおよびＺbaseは、測定開始時の残留値を示す。基準値は、測定誤差を含む定常状態システム誤差を取り込み、それらを特定の平均時間にわたって平均化することができる。残留電圧の基準値は以下のように決定することができる。
【００２２】
【数３】
ここで、
Ｖbaseは残留電圧、
Ｔは平均時間、
Ｖnは負シーケンス電圧、
Ｚnnは負シーケンスインピーダンス、
Ｉｎは負シーケンス電流である。
【００２３】
同様に、残留インピーダンス比の基準値Ｚbaseは以下のように決定することができる。
【００２４】
【数４】
ここで、
Ｚbaseは残留インピーダンス比、
Ｔは平均時間、
Ｖnは負シーケンス電圧、
Ｚnnは負シーケンスインピーダンス、
Ｉnは負シーケンス電流、
Ｖpは正シーケンス電圧である。
【００２５】
平均時間Ｔを特定のアルゴリズムについて調整することができる。例えば、平均時間Ｔを５秒、１０秒、１５秒、２０秒、２５秒等とすることができる。
【００２６】
正シーケンスに対する正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚppを決定するための式１は、式２および式３でそれぞれ決定される残留電圧Ｖbaseまたは残留インピーダンスＺbaseに基づく補償を含むことができる。正規化相互結合インピーダンスは、以下のように残留電圧Ｖbaseを説明することができる。
【００２７】
【数５】
同様に、正規化相互結合インピーダンスは、以下のように残留電圧Ｚbaseを説明することができる。
【００２８】
【数６】
負シーケンスインピーダンスに対する正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚnnも同様にＶbaseおよびＺbaseについて補償されることを理解されたい。したがって、以下の説明および実施形態は正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚppを含むが、正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚnnを交換可能に使用することができる。
【００２９】
図３Ａおよび３Ｂは、前述した残留電圧および／またはインピーダンス補償の結果を示す。図３Ａは４つのＺnp／Ｚpp値のグラフ５０であり、各値はモータ１０の固定子アセンブリ１６の巻線故障の数を示す。グラフ５０のｙ軸はＺnp／Ｚppの値であり、ｘ軸はモータ１０の測定装置の利得の差を示す。例えば、第１の線５２は巻線故障のない、正常なモータを示す。第２の線５４は、１つの巻線故障があるモータ１０を示し、第３の線５６は、２つの巻線故障があるモータ１０を示し、第４の線５８は、３つの巻線故障があるモータを示す。
【００３０】
ｘ軸上の点１は、モータ１０の電圧および電流の三相すべてが等しい利得および位相を有するときの点に対応する。ｘ軸上の点２は、一相の利得が５％減少した点に対応し、点３は二相の利得が５％減少した点に対応する。グラフ５０に示すように、線５２、５４、５６、５８で示された各Ｚnp／Ｚppの計算値は、利得が変化すると一定ではなくなる。例えば、正常な（巻線故障のない）モータを示す第１の線５２のＺnp／Ｚpp値は、点６０、６２、６４の間を移動する。同様に、２つの巻線故障があるモータを示す第３の線５４のＺnp／Ｚpp値は、位相の利得が減少するときに点６６、６８、７０の間を移動する。Ｚnp／Ｚpp線５４、５６は、利得がｘ軸に沿って変化すると変動する。
【００３１】
図３Ｂは、前述した式４および５を使用して残留電圧または残留インピーダンスを補償した後の、前述したＺnp／Ｚpp値を示すグラフ７２である。グラフ７２に示すように、正常なモータ１０に対応する線５２のＺnp／Ｚpp値は、利得が減少するときに、点７４、７６、７８間で比較的一定のままである。同様に、線５４、５６、５８に対するＺnp／Ｚpp値はすべて、利得が減少するときに、点８０、８２、８４間で比較的一定のままである。したがって、補償式４および５を使用すると、決定されるモータ１０のＺnp／Ｚppは、利得の変化が変流器または計器用変圧器等の測定装置を通して導入されるもかかわらず、比較的一定のままであることができる。
【００３２】
前述した補償技術をさらに示すものとして、図４Ａ〜Ｃは、測定変流器および計器用変圧器の利得および位相をそれぞれ５％および２．５度変化させた、５１２の異なる組み合わせについての正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚppのグラフを示す。図４Ａに示すように、Ｚnp／Ｚpp値は正常なモータ、１つの巻線故障があるモータ、２つの巻線故障があるモータ、および３つの巻線故障があるモータについて大きく変化する。図４Ｂに示すように、残留電圧補償の導入により、正常なモータ、１つの巻線故障があるモータ、２つの巻線故障があるモータ、および３つの巻線故障があるモータについて、比較的安定した正規化相互結合インピーダンスの値が得られる。同様に、図４Ｃに示すように、残留インピーダンス補償の導入により、正常なモータ、１つの巻線故障があるモータ、２つの巻線故障があるモータ、および３つの巻線故障があるモータについて、比較的安定した正規化相互結合インピーダンスの値が得られる。
【００３３】
他の実施形態では、正規化相互結合インピーダンスを決定するのに使用される種々のフェーザを決定することが、周波数補償を含むこともできる。種々の実施形態は異なる技術を使用して、正規化相互結合インピーダンスの決定に対する入力として使用される測定された電圧および電流のフェーザを推定することができる。これらの技術は、限定されないが、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、余弦アルゴリズム、最小二乗アルゴリズム、カルマンフィルタ、ウェーブレット変換、および／または適宜の技術を含むことができる。
【００３４】
一実施形態では、これらの技術を使用することが、基準外周波数効果を補償する周波数補償を含むことができる。この基準外周波数効果は、シーケンス成分の判定に誤りを生じ、正規化相互結合インピーダンスの決定に影響を及ぼす可能性がある。例えば、ＤＦＴを使用してフェーザ成分を決定する実施形態では、ＤＦＴ計算が周波数補償を含むことができる。このような実施形態では、公称周波数から±５％までの偏差については、周波数補償により正規化相互結合インピーダンスに何の効果も生じない。
【００３５】
前述したように、正規化相互結合インピーダンスの決定に使用されるパラメータの１つは負シーケンスインピーダンスＺnnである。負シーケンスインピーダンスは、モータ１０の温度変化により影響される可能性がある。負シーケンスは抵抗およびインダクタンスの関数であり、抵抗は温度の関数であるため、温度変動により負シーケンスインピーダンスが変化する可能性がある。例えば、モータ１０が動作を開始すると、モータ１０の温度が周囲温度になるか、またはほぼ周囲温度になる。モータ１０が動作を続けると、モータ１０の温度が増加することがある。
【００３６】
一実施形態では、モータ２２は、サーミスタ、および／またはモータ２２に接続されたその他の適宜の温度測定装置を備え、温度を決定することができる。さらに、装置２４は、測定された温度が特定の閾値温度に達するか、特定の時間、特定の閾値温度を超えたままである場合に、アラーム、モータ停止、またはその他の動作を含むことができる。測定された温度を使用して、装置２４は、正規化相互結合インピーダンスを決定する前に負シーケンスインピーダンスを補償することができる。例えば、装置２４は、測定された温度に基づいて、負シーケンスインピーダンスを連続して更新する（例えば、負シーケンスインピーダンスを調整する）ことができる。負シーケンスインピーダンスの更新は、特定の間隔で、または特定の温度変化に応じて行われてもよい。
【００３７】
一実施形態では、モータ１０の動作および監視が、学習フェーズおよび監視フェーズを含むことができる。学習フェーズは、モータ１０の始動中に一度、変流器、計器用変圧器、および定格モータパラメータ（例えば、馬力、極数、線間電圧等）の所与のセットアップについて行うことができる。学習フェーズが完了した後、モータ１０の動作中に、監視フェーズが続けて行われ、種々のパラメータを確認して適切な措置がとられる。
【００３８】
図５は、本発明の実施形態による、モータ１０のための学習フェーズのプロセス１００を示す。学習フェーズプロセス１００は、装置２４およびモータ１０の始動時に開始する（ブロック１０２）。停止状態の負シーケンスインピーダンスＺnnを決定することができる（ブロック１０４）。三相電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcおよび三相電流Ｉa、Ｉb、Ｉcが変圧器および変流器またはモータ１０の他の部品から得られ（ブロック１０６）、装置２４またはモータ１０に接続された他の装置により受けられる。差動電圧Ｖab、Ｖbc、Ｖcaは、測定された三相電圧から決定することができる（ブロック１０８）。電圧および電流を単一相の位相ロックループ（ＰＬＬ）に通して、各電圧および電流の大きさおよび角度を求め、各電圧および電流の大きさおよび位相情報を組み合わせて電流および電圧フェーザを生成することができる（ブロック１１０）。装置２４は、対称シーケンス変換を適用して電圧および電流をａ−ｂ−ｃ相から正、負およびゼロシーケンスフレームに変換することができる（ブロック１１２）。
【００３９】
正規化相互結合インピーダンスを決定することができる（ブロック１１４）。正規化相互結合インピーダンスを負シーケンスインピーダンスＺnnまたは正シーケンスインピーダンスＺppに対して正規化するか、または両方の正規化値を決定することができる。正規化相互結合インピーダンスを平均時間Ｔavgにわたって平均化する（ブロック１１６）。平均時間Ｔavgは２．５秒、５秒、１０秒、１５秒、２０秒、２５秒、または適宜の時間とすることができる。決定ブロック１１８により示されるように、学習フェーズプロセス１００は、時間Ｔavgが経過したかどうか確認し判定する。時間が経過していない場合には、矢印１１８に示すようにプロセス１００を継続する。時間が経過している場合には、式４で前述したように、プロセス１００は残留インピーダンスＺbaseを決定する（ブロック１２２）。残留ベースインピーダンスの決定後、モータ１０の動作は監視フェーズに移ることができる（ブロック１２２）。
【００４０】
図６は、本発明の実施形態によるモータ１０の監視フェーズプロセス１２４を示す。監視フェーズプロセス１２４は、学習フェーズ１００と同様に行われるが、モータ１０の監視および警告をさらに含む。図５で前述したように、プロセス１２４の開始（ブロック１２６）は、学習フェーズプロセス１００から移行した後に行われる。前述した学習フェーズプロセス１００と同様に、監視フェーズプロセス１２４は三相電圧および電流を得ることができる（ブロック１２８）。さらに、監視フェーズは、サーミスタ３８またはその他のセンサ等からモータ１０の動作温度を得て、温度変化に対して学習フェーズ中に決定された負シーケンスインピーダンスＺnnを補償することができる（ブロック１３０）。プロセス１２４は位相間の差動電圧を決定し（ブロック１３２）、前述した周波数補償を使用して、大きさおよび位相情報からフェーザを生成することができる（ブロック１３４）。
【００４１】
対称成分を三相電圧および電流から決定することができ（ブロック１３６）、正シーケンスインピーダンス（および／または負シーケンスインピーダンス）に対する正規化相互結合インピーダンスが前述したように決定される（ブロック１３８）。正規化相互結合インピーダンスは平均時間Ｔavgにわたって計算し、平均化することができる（ブロック１４０）。したがって、プロセス１２４は、平均時間Ｔavgが経過したかどうかを確認して判定し（決定ブロック１４２）、（矢印１４４で示すように）監視期間が経過していなければブロック１２８に戻る。平均時間が経過している場合、前述したように、プロセス１２４は学習フェーズで決定されたＺbase値を使用して、補正された正規化相互結合インピーダンスを決定し、残留インピーダンスを補償することができる（ブロック１４６）。
【００４２】
本実施形態では、修正された正規化相互結合インピーダンスＺnp／Ｚppを様々な閾値と比較して、巻線故障の数および／または度合を決定することができる。例えば、閾値１および閾値２という２つの閾値を使用して、閾値２が閾値１よりも高く、より大きい巻線故障の数および／または度合を示すようにすることができる。
【００４３】
正規化相互結合インピーダンスを、複数のおよび／またはさらに度合の大きい巻線故障を示す閾値２と比較することができる（決定ブロック１４８）。正規化相互結合インピーダンスが閾値２よりも大きい場合、プロセス１２４は第２のアラームをトリガし、モータ１０をトリップさせ、モータ１０の動作を不可にすることができる（ブロック１５０）。
【００４４】
正規化相互結合インピーダンスが閾値２よりも小さい場合には、プロセス１２４は正規化相互結合インピーダンスを閾値１と比較する（決定ブロック１５２）。正規化相互結合インピーダンスが閾値１よりも小さい場合、矢印１５４で示すように監視フェーズプロセス１２４が正常に続く。正規化相互結合インピーダンスが閾値１よりも大きい場合、第１のアラームをトリガすることができる（ブロック１５６）。他の実施形態では、巻線故障の種々の数および／または度合を示すために、３つ、４つ、５つ等の任意の数の閾値を使用してもよい。
【００４５】
学習フェーズおよび監視フェーズは、残留インピーダンスＺbase、残留電圧Ｖbase、周波数補償、および／または温度補償等の、上記で決定した補償係数のいずれを含んでいてもよいことを理解されたい。例えば、残留電圧の補償を、残留インピーダンスの補償に加えて、または残留インピーダンスの補償の代わりに含んでいてもよい。さらに、種々の実施形態は、フェーザを決定するための周波数補償、および／または負シーケンスインピーダンスを決定するための温度補償を含んでも省いてもよい。
【００４６】
本発明のある特徴についてのみ本明細書で図示し説明したが、多くの修正および変更が当業者により想到されるだろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神に含まれるこのような修正および変更をすべて含むものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 誘導モータ
１２ 回転子アセンブリ
１４ 回転子軸
１６ 固定子アセンブリ
１８ 軸受アセンブリ
１９ 固定子巻線
２０ システム
２１ 三相電源
２２、３４、３６ 線
２４ 装置
２６ プロセッサ
２８ メモリ
３０ 計器用変圧器
３２ 変流器
３８ サーミスタ
５０、７２ グラフ
５２ 第１の線
５４ 第２の線
５６ 第３の線
５８ 第４の線
６０、６２、６４、６６、６８、７０、７４、７６、７８、８０、８２、８４ 点
１００ 学習フェーズプロセス
１２４ 監視フェーズプロセス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの固定子の巻線故障を判定する方法であって、
残留電圧を決定するステップと、
残留インピーダンスを決定するステップと、
前記残留電圧、残留インピーダンス、またはこれらの組み合わせに基づいて前記固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む、方法。
【請求項２】
負シーケンス電圧を決定するステップと、負シーケンス電流および正シーケンス電流を決定するステップと、負シーケンスインピーダンスを決定するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
パラメータを決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、前記モータの負シーケンス電流、前記モータの正シーケンス電流、前記モータの負シーケンスインピーダンス、前記モータの正シーケンスインピーダンス、またはこれらの組み合わせから、正規化相互結合インピーダンスを決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記正規化相互結合インピーダンスを決定するステップが、時間にわたって前記正規化相互結合インピーダンスを平均化するステップを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記残留電圧を決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、負シーケンスインピーダンス、および負シーケンス電流からベース電圧を決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記残留インピーダンスを決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、負シーケンスインピーダンス、負シーケンス電流、および正シーケンス電圧からベースインピーダンスを決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記モータの温度を測定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記温度に基づいて前記モータの負シーケンスインピーダンスを決定するステップを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記モータの電圧および電流を決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
周波数補償に基づいて、前記測定された電圧および電流のフェーザを決定するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
モータの固定子の巻線故障を判定する方法であって、
公称周波数からの変動を補償することを含む、複数の電圧および電流のフェーザを決定するステップと、
前記フェーザに基づいて対称成分を決定するステップと、
前記対称成分に基づいて前記固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む、方法。
【請求項１２】
パラメータを決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、前記モータの負シーケンス電流、前記モータの正シーケンス電流、前記モータの負シーケンスインピーダンス、前記モータの正シーケンスインピーダンス、またはこれらの組み合わせから、正規化相互結合インピーダンスを決定するステップを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
モータの固定子の巻線故障を判定する方法であって、
負シーケンスインピーダンスを決定するステップと、
前記モータの温度を測定するステップと、
前記温度に基づいて前記負シーケンスインピーダンスを修正するステップと、
前記負シーケンスインピーダンスに基づいて前記固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む、方法。
【請求項１４】
パラメータを決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、前記モータの負シーケンス電流、前記モータの正シーケンス電流、前記モータの負シーケンスインピーダンス、前記モータの正シーケンスインピーダンス、またはこれらの組み合わせから、正規化相互結合インピーダンスを決定するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
モータの固定子の巻線故障を判定するためのシステムであって、誘導モータに接続され、前記モータの特性を測定するように構成され、メモリを有する装置を備え、
前記メモリが、
残留電圧の測定、
残留インピーダンスの測定、および
前記残留電圧、残留インピーダンス、またはこれらの組み合わせに基づいた前記固定子の巻線故障の数を示すパラメータの測定のための指示を含む、システム。
【請求項１６】
パラメータの測定が、前記モータの負シーケンス電圧、前記モータの負シーケンス電流、前記モータの正シーケンス電流、前記モータの負シーケンスインピーダンス、前記モータの正シーケンスインピーダンス、またはこれらの組み合わせから、正規化相互結合インピーダンスを測定することを含む、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記モータの動作温度を測定するように構成された温度センサを備える、請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
前記メモリが、前記温度に基づいて前記モータの負シーケンスインピーダンスを測定するための指示を含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記モータの１または複数の電圧を測定するように構成された１または複数の計器用変圧器と、前記モータの１または複数の電流を測定するように構成された１または複数の変流器とを備える、請求項１５記載のシステム。
【請求項２０】
前記メモリが、前記電圧のフェーザおよび前記電流のフェーザを測定するための指示を含み、前記測定が公称周波数からの変動を補償することを含む、請求項１９記載のシステム。
【請求項１】
モータの固定子の巻線故障を判定する方法であって、
残留電圧を決定するステップと、
残留インピーダンスを決定するステップと、
前記残留電圧、残留インピーダンス、またはこれらの組み合わせに基づいて前記固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む、方法。
【請求項２】
負シーケンス電圧を決定するステップと、負シーケンス電流および正シーケンス電流を決定するステップと、負シーケンスインピーダンスを決定するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
パラメータを決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、前記モータの負シーケンス電流、前記モータの正シーケンス電流、前記モータの負シーケンスインピーダンス、前記モータの正シーケンスインピーダンス、またはこれらの組み合わせから、正規化相互結合インピーダンスを決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記正規化相互結合インピーダンスを決定するステップが、時間にわたって前記正規化相互結合インピーダンスを平均化するステップを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記残留電圧を決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、負シーケンスインピーダンス、および負シーケンス電流からベース電圧を決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記残留インピーダンスを決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、負シーケンスインピーダンス、負シーケンス電流、および正シーケンス電圧からベースインピーダンスを決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記モータの温度を測定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記温度に基づいて前記モータの負シーケンスインピーダンスを決定するステップを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記モータの電圧および電流を決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
周波数補償に基づいて、前記測定された電圧および電流のフェーザを決定するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
モータの固定子の巻線故障を判定する方法であって、
公称周波数からの変動を補償することを含む、複数の電圧および電流のフェーザを決定するステップと、
前記フェーザに基づいて対称成分を決定するステップと、
前記対称成分に基づいて前記固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む、方法。
【請求項１２】
パラメータを決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、前記モータの負シーケンス電流、前記モータの正シーケンス電流、前記モータの負シーケンスインピーダンス、前記モータの正シーケンスインピーダンス、またはこれらの組み合わせから、正規化相互結合インピーダンスを決定するステップを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
モータの固定子の巻線故障を判定する方法であって、
負シーケンスインピーダンスを決定するステップと、
前記モータの温度を測定するステップと、
前記温度に基づいて前記負シーケンスインピーダンスを修正するステップと、
前記負シーケンスインピーダンスに基づいて前記固定子の巻線故障の数を示すパラメータを決定するステップとを含む、方法。
【請求項１４】
パラメータを決定するステップが、前記モータの負シーケンス電圧、前記モータの負シーケンス電流、前記モータの正シーケンス電流、前記モータの負シーケンスインピーダンス、前記モータの正シーケンスインピーダンス、またはこれらの組み合わせから、正規化相互結合インピーダンスを決定するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
モータの固定子の巻線故障を判定するためのシステムであって、誘導モータに接続され、前記モータの特性を測定するように構成され、メモリを有する装置を備え、
前記メモリが、
残留電圧の測定、
残留インピーダンスの測定、および
前記残留電圧、残留インピーダンス、またはこれらの組み合わせに基づいた前記固定子の巻線故障の数を示すパラメータの測定のための指示を含む、システム。
【請求項１６】
パラメータの測定が、前記モータの負シーケンス電圧、前記モータの負シーケンス電流、前記モータの正シーケンス電流、前記モータの負シーケンスインピーダンス、前記モータの正シーケンスインピーダンス、またはこれらの組み合わせから、正規化相互結合インピーダンスを測定することを含む、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記モータの動作温度を測定するように構成された温度センサを備える、請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
前記メモリが、前記温度に基づいて前記モータの負シーケンスインピーダンスを測定するための指示を含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記モータの１または複数の電圧を測定するように構成された１または複数の計器用変圧器と、前記モータの１または複数の電流を測定するように構成された１または複数の変流器とを備える、請求項１５記載のシステム。
【請求項２０】
前記メモリが、前記電圧のフェーザおよび前記電流のフェーザを測定するための指示を含み、前記測定が公称周波数からの変動を補償することを含む、請求項１９記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１２−５１７０１８（Ｐ２０１２−５１７０１８Ａ）
【公表日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４９１７４（Ｐ２０１１−５４９１７４）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２１６０７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９０８６１
【国際公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２１６０７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９０８６１
【国際公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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