WO2004070402A1

WO2004070402A1 - 電気設備の高調波診断方法

Info

Publication number: WO2004070402A1
Application number: PCT/JP2004/001154
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Koh
Original assignee: Atec Co Ltd
Current assignee: Atec Co Ltd
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2005-08-07
Also published as: US7275003B2; KR20050044320A; US20060009932A1; EP1591795A4; JP3661155B2; JPWO2004070402A1; KR100616272B1; EP1591795A1; HK1087778A1

Abstract

本発明は、電動機やインバータに流れる電流高調波の各次数の高調波含有率を、あらかじめ定められた次数までの高調波の総合歪み率で除した指数値、該指数値よりなる各次数の高調波関数と、前記各次数の高調波含有率から演算して得られる各次数の診断計算値とを乗じて算出した判定基準値、該判定基準値と前記指数値とを比較する事によって劣化判定を行う診断方法であって、前記判定基準値に乗みをつけて前記電動機やインバータの劣化度を区分し、更に劣化部位を前記電流高調彼の特定の高調波次数より判定する電気設備の高調波診断方法に関する。

Description

電気設備の高調波診断方法技術分野

本発明は、電気設備診断に係る技術分野に属し、電動機及びインパータを対象とした電気設備の高調波診断方法に関する。

明

背景技術 '

最近の電気機器設備は生産を連続化したり、集約して高生産性を追求し、さらに高性能で広範囲の自動化システムと共に、インバータ等の省エネルギー機器も書

導入し、信頼性の高い設備、装置にするマスプロ化があらゆる産業界に求められている。

このようなマスプロ設備は一般的に連続操業を原則にしており、電気機器設備の故障（休止）はプロセス全体の休止につながることが多く、ひとたび故障が発生すると、生産障害に加え、需要家からの信頼低下や場合によっては災害の発生など、休止損失は計リ知れないものとなり、致命的な問題になることが推測される。

また、新品の設備機器（機械）を企業が購入し検収する場合にあっては、検収基準もしくは規格に統一されたものがなく、現状では設備機器（機械）が仕様通り動作することをもって検収上げとしている。し力、し、最近の自動化機器（機械）類は、多くの装置をィンターフェースケーブルにより続した組合せシステム構成としているため、各システム間の整合性（マッチング）が取れていない場合もあり、後になってトラブルが何度も発生し、火災事故に至ったケースもあり問題になっている。

更に、人の乗る運搬、輸送設備として、例えば鉄道車両やエレベータなどは法令で定期点検が義務づけられているが、電動機設備ゃィンバータを含む電力変換装置（A C— A Cコンバータ）については、温度上昇や異音の発生有無を確認する程度で安全面の問題を残している。

ここで、電気機器設備の異常及び劣化診断の目的を述べると設備停止時間の減少による操業率の向上、材料費、人件費等保全費の削減、取替周期延長及び点検整備削減によるコストの削減、トラブル事前防止、安全性向上、信性向上、生産性向上、品質向上などを挙げられる。

以上が電気機器設備の異常及び劣化診断に関する必要性の背景と日的であるが、ここでは先ず本発明に係る電動機並びにィンバータの異常及び劣化診断の従来技術について、以下 1〜 2の各項でそれぞれ簡単に述べる。

1. 電動機の異常及び劣化診断について

電動機の異常及び劣化診断方法としては、（ 1 ) 振動法、（ 2 ) 音響法、（ 3 ) 温度法、（4) トルク（ひずみ）法、（5) 電流法、（6) 波形法、などがある力これらの中で最もよく利用されポピュラーな方法が捩動法であるため、ここでは振動法について述べる。その他の診断方法については、既に本願発明者が出願した特許（特願 2000— 386603、特願 2001— 265949、特願 2001— 358718、特願 2003— 030807) にて述べているので記述を省略する。

振動法は電動機もしくは電動機を含めた負荷設備の回転機械振動を、動電型ゃ圧電型又は変位型の振動ピックァップをできる限り振動の発生源近くに取り付け、振動のオーバーオール値により異常判定する簡易診断と、振動の周波数分析により異常及び劣化の原因、場所を特定する精密診断とがあるが、これらの診靳はいずれも軸受けや回転軸等の機械要素部に限られる。

前述したように簡易診断では振動のオーバーオール値による異常か正常かの判定基準して、過去のデータの蓄積と経験により自社で独自に定めているところもあるが、一般的には I SO規格、 J I S規格、 VD I規格（ドイツ技休于者協会の規格）などを参考にしている場合がほとんどである。し力、し、これらの規格は平均的な評価を与えたものであり、すべての回転機械にあてはまるものではない。例えば、 I SO及ぴ J I S規格としては、それぞれ I SO— 2372及ぴ J I S -B 0906がある。

そして、簡易診断により異常があると判断した場合、その原因、場所などを特定するためには精密診断が必要となる。一般に回転機械類から発生する振動信号は複雑であり、単純な振動はほとんどない。その中から有意義な情報を得て異常の有無を精密に判断するには、周波数分析法が最も広く用いられている。振動信号を周波数分析することにより、異常の原因、場所の特定が可能となる。

これら電動機等の回転機について、異常原因と発生振動数の関係は、長期間にわたる過去データの蓄積により得られているものであり正確なものではない。

2 . インバータの異常及び劣化診断について

インバータは、省エネルギー化や生産性の向上、操作性の向上など多くの特長があり、各種産業機械のハイテク化に大きく貢献している。今やインバータは動力設備機械には必須機器となっており、その生産量も年々増加し、 1 9 9 9年度の日本国内における産業用インバータの生産量は、通産省（現経済産業省）の生産動態統計によると 1 8 0万台を超えている（金額換算：約 1 0 0 0億円）。ところでインパータは、 I C、抵抗、コンデンサ、トランジスタなどの電子部品や冷却ファン、リレーなど多数の部品によって構成されている。これらの部品は永久的に使用できるものではなく、その耐用年数や寿命は使用環境によって大きく左右され、ほとんどの電子部品はその寿命がアルレ-ウスの法則（1 0 °C二倍則：周囲温度を 1 0 °C低下させるごとに寿命が 2倍に延びる）に従うので、ィンバータの定期点検が必要となる。

すなわち、インバータの異常及び劣化診断としては、トラプルの未然防止のため、 J EMA (日本電機工業会）では「汎用インパータ定期点検のすすめ」のガイドブックで、定期点検をすすめている。

しかし、インパータの異常及び劣化診断においては、異常及び劣化の原因や場所の特定がィンバータを停止もしくは休止分解して専門技術者による特殊な測定器を用いなければならず、現実にはィンパータが故障するまで使用し続ける場合が多い。'その間はインバータ機能の低下、例えば省エネルギー機能、保護機能や出力特性などの異常、また他の機器への悪影響、例えば口ポットなどの誤動作や電動機トラブルの発生がしばしば見られた。

発明の開示

電動機及びィンパータの異常及び劣化診断は、電動機については振動法が最も広く用いられているが、ピックアップの取付けが精度に関係するため、これを振動発生源の近くに固定する必要がある。また異常及び劣化個所の診断が軸受ゃ回転軸等の機械要素部に限られ、測定にも時間がかかり測定装置を含め診断費用も高くつくので、この診断方法は重要度の高レ、比較的大型機がメインとなる。電動機について、その他の診断方法については記述を省略したが、いずれも振動法のように異常及ぴ劣化原因や場所の特定ができず、異常負荷の診断のみを行うオンライン監視システムに至っては極めて高価なものである。

また、インバータの異常及び劣ィ匕診断については、前述したように異常及び劣化原因や場所の特定を行うにはィンバータを停止もしくは休止分解して、専門技術者が測定器を使用して行わねばならず甚だ面倒で時間もかかり診断に要するコストも高くつく。

次に、本願発明者による電動機及びインバータの劣化診断方法として、電流中の高調波含有率の大きさにより電動機及びィンパータの劣化の度合や、その原因及び場所を特定する新しい方法を特願 2 0 0 0— 3 8 6 6 0 3、特願 2 0 0 1— 2 6 5 9 4 9及ぴ特願 2 0 0 1— 3 5 8 7 1 8にて出願している。

し力し、本願発明者によるこれらの高調波診断法は、電動機やインバータの定格容量、電源ィンピーダンスや負荷率、また当該機器以外の負荷の並列等価容量、使用電圧、高調波対策の種類等を予め把握して計算する絶対法であり、必ずしも簡便な方法とは言えず診断に手間がかかった。更に、劣ィヒ場所すなわち劣ィヒ部位と高調波の関係が明確ではなかった。 '

本発明に係る電動機及びィンバータを対象とした電気設備の高調波診断法は、発明者による前述の絶対法をベースとした高調波診断が有する問題を解決するため、次のようにしている。

電気設備を構成する電動機ゃィンバータに流れる電流高調波より、前記電動機ゃィンパータの異常を判定する劣化診断方法において、前記電流高調波の各次数の高調波含有率を、あらかじめ定められた次数までの電流高調波の総合歪み率で除した指数値、該指数値よりなる各次数の高調波関数と、前記各次数の高調波含有率から演算して得られる各次数の診断計算値とを乗じて算出した判定基準値、該判定基準値と前記指数値とを比較する事によつて劣化判定を行う診断方法であつて、前記判定基準値に乗みをつけて前記電動機ゃィンバータの劣ィヒ度合いを区分し、更に劣化部位を前記電流高調波の特定の高調波次数より判定する。本発明の電気設備の高調波診断法は、電動機及びィンバータに流れる電流高調波を測定する事により行うものであるが、電動機及びインバータの容量には依存せず、更に電源インピーダンスや負荷率、また当該機器以外の負荷の並列等価容量、使用電圧、高調波対策の種類等に関係しない極めて簡便な診断法である。加えて、電動機ゃィンパータの劣化部位と高調波の関係が主成分分析法を用いる事により明らかになった。これをもとに劣化度を区分する事が可能になったので、本発明の高調波診断法は極めて実用性が高く、また広く産業社会に普及していく効果を有するものである。図面の簡単な説明

図 1は、インパータに係るブロック図である。

図 2は、高調波発生の説明図である。

図 3 A〜Hは、振動電流波形の一例とそれに対する自己相関関数である。 ' 図 4は、電動機の診断フローチャートである。

図 5 A〜Cは、インパータの診断フローチャートである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図 1は、インバータに係るブロック図である。 1は三相交流電源で、入力電力 I ⁷ が電動機 2を制御する A C— A Cコンバータ 3のコンバータ部 4に流入する c 5は平滑コンデンサ、 6はィンバータ部でコントロール部 7及びドライブ部 8により出力電力 2 ' が制御される。コントロール部 7及ぴドライブ部 8は I C、抵抗、コンデンサ、トランジスタなどの電子部品を搭載したコント口ール基板及びドライブ基板である。また、 A C— A Cコンバータ 3が正弦波 PWM方式の場合の入力電流と電動機電流（出力電流）は図 1に示したような波形となる。

A C— A Cコンバータ 3の入力電流が図 1で示したようになるのは、コンパ一タ部 4で全波整流した後、平滑コンデンサ 5を有しているためであり、この現象について次に述べる。

図 2は単相をサンプルにとりあげた高調波発生の説明図である。三相交流電源を直流電源に変換するのに、図 1で示した平滑コンデンサ 5を使用するので、このコンデンサ 5には充電時だけ図 2のようなパルス状の電流が流れる。ここで τ はパルス幅、 Ηはその高さである。このように、交流電源と直流電源の電流の流れ方が異なるために、高調波が発生する。

ところで、電動機の U相、 V相、 W相に正弦波電流を供給すると、各相に生ずる起磁力 F_u、 F_v、 F_wはそれぞれ次式で表される。

(数式 1) .

F_u = AI_U sin 6)t[cos > - (1 / 3) cos 3^ + (1 / 5) cos 5 + ...... ]

F_v = AI_V sinOt一 120° )[cos(6> - 120° )-(1/3) cos3( 一 120° ) +

(1/5) cos 5(^-120°) + ...... ]

F_w = AI_W sin ( ― 240° )[cos(^ - 240⁰ ) - (1 / 3) cos 3(θ - 240° ) +

(1/5) cos 5(^-240°) + ...... ]

数式 1は回転子の起磁力中心を基点として円周上 Θ (電気角）なる距離における起磁力で、 4は定数、また I _u、 I _v、 I _wはそれぞれ U相、 V相、 W相の電流の実効値、 ωは周波数を/としたとき 2 π / (r a d/ s ) で表される角速度、 tは時間である。従って、第 n次高調波を考慮した合成起磁力 Fは次のようになる。

(数式 2) .

F = (3B/ 2)F_m { η{θ - ωί) + (^_1>515) sin(5 + ωί) + (K_U717) sin(7^ - ωί) +

(Κ_ΙΛ！ / 11) sin(l \θ + ωΐ) + (K_ll3113) sin(13^ -ωί) + ...... } ただし、 Βは定数、また F_mは基本波起磁力の振幅の最大値、！^^は第！！次高調波の卷線係数を表す。

数式 2は次のことを示している。

(1) I _u= I _v= I _wの場合、 n = 3、 9、 1 5、 ...などの高調波は零となる。

(2) n = 5、 1 1、 1 7、 ...などの高調波は基本波と反対方向に ω/ηで回転する。

(3) η= 7、 1 3、 1 9、 ...高調波は基本波と同じ方向に ωΖηで回転する。 —方、図 2の電流波形を方形パルス波と仮定すると、この/ "(X)はフーリエ級数で表わせ次式のようになる。

(数式 3)

ここで、 x = ca t (ω ：角速度、 t ：時間）、 nは高調波の次数である。数式 3にて明らかなように、平滑コンデンサ 5が理想、的な場合は充電電流に起因するパルス状電流が流れないため y (_x) = 0となる。この平滑コンデンサ 5が劣ィ匕してくると、その静電容量が低減し、式 3の中で n= 5、 7といった低次数の高調波成分が増加してくる。なお、 n= 3すなわち第 3高調波は前述した式 1からも分かるように非常に小さい（I _u= I _v= I _wの場合は零）。

電動機ゃィンバータの劣化状態と電流高調波との関係については本願発明者が初めて明らかにしたものである、その内容について述べる。

電動機は前述数式 2で示したように、起磁力中に高調波成分を含むため、なるベく高調波を含まないよう設計されるが、それでも電源電圧のアンバランス等により理論値より大きい高調波が発生する。また、インバータが高調波を発生するのは周知の通りである。

次に、電動機の劣ィ匕部について述べると、これにはベアリングや回転軸等の機械要素部と固定子卷線等の電気要素部に大別出来る。特に劣化が機械要素部の場合には電動機電流に不規則な振動成分が含まれる。勿論この中に規則的な高調波成分も包含される。従って、ランダムな不規則電流波形より、本質的な高調波部分だけを取り出すには、次式のように R (τ) なる自己相関関数をとればよい。

(数式 4)

ここで、 t ：時刻、て： 1/f 0 (f 。 =回転周波数）、 T :時間

図 3A、図 3B、図 3C、図 3Dは基本波成分を除去したランダム電流波形の一例であり、またそれぞれに対する自己相関関数を図 3 E、図 3F、図 3 G、図 3 Hに示す。図 3 A〜図 3 Hにて示すところは、自己相関関数をとることにより、 f が各瞬間ごとに全くランダムに変化しているのであれば、 Rはて =0のときだけある値をとり、それ以外は 0になると言うことである。従って、図 3A、 B、 C、 Dのような波形の場合、図 3Dが最も高調波の相関性が高いと言える。また、劣化が固定子卷線等の電気要素部の場合には、巻線導体内部の磁束の変ィ匕によって、導体内部だけで渦状に流れる渦電流が発生する。この渦電流が卷線絶縁物の劣化部分で局部発熱を誘起し、各相電流のアンバランスを引き起こす。その結果、数式 1で I _u≠ I _v≠ I _wとなり第 3次高調波が顕著に現れる。更に第 3次高調波は劣化部分の局部発熱を一層増加せしめると言う現象を繰り返すプロセスをたどる。

—方、インバータの劣化については、図 1の平滑コンデンサ 5は前述したが、それ以外の電力素子（コンバータ部 4及びインパータ部 6 ) やコントロール部 7 及びドライブ部 8が劣化すると、図 1の出力電力 2 ' 中の電流に高調波成分が増え特異な値を示す。発明者は、インバータの劣ィヒと電動機の劣化が複数の特定高調波に関係している事を見出した。次にこの劣化判定について説明する。

図 4は電動機の診断フローチャートである。ステップ S 1 0で図 1の出力電力 2 ' 中の電流に含まれる高調波の総合歪み率（THD) を求める。ここで、電流高調波の検出はクランプ式測定器やサーチコイルによる非接触式電磁界測定器等の周知のものを用いればよい。総合歪み率を求める高調波次数は、例えば第 2次〜第 4 0次とする。ステップ S I 1は指数計算を行うもので、各次数の高調波含有率をステップ S 1 0で求まった総合歪み率で除した指数値 (T H_k) を算出するステップである

そして劣化判定を行うステップが S 1 2である。ここで、 C H_kは後述する第 K次高調波の判定基準値であり、ステップ S 1 1で求まつた T H _kと比較する。その結果、電動機が正常な状態ならステップ S 1 3、劣化状態ならステップ S 1 4へ移る。次に、インパータの診断フローチャートを図 5 A〜Cに示す。図 5 A は図丄の平滑コンデンサ 5を診断するフ口一で図 1の入力電力 1 ' の電流高調波を測定し劣化判定を行う。ステップ P 1 0 0、 P 1 1 1及び P 1 1 2は図 4のステツプ S 1 0、 S 1 1及び S 1 2で演算した内容と同様である。

図 5 Bは図 1のコンバータ部 4、インパータ部 6とコントロール部 7を診断するフローで、図 1の出力電力 2 の電流高調波を測定し劣化判定を行う。ステツプ P 2 0 0、 P 2 1 1及び P 2 1 2は図 5 Aのステップ P 1 0 0、 P 1 1 1及ぴ P 1 1 2で演算した内容と同様である。図 5 Cは図 1のドライブ部 8を診断するフローで、図 1の出力電力 2' の電流高調波を測定し劣化判定を行う。ステップ P 20 で第 38次高調波含有率を求め、ドライブ基板の診断を行う（ステップ P 201' ) 。ドライブ基板の診断は第 38次高調波の判定基準値 CH_k=l. 0とする（ステップ P 202' ) そして、ステップ 203' でこの CHkと第 38次高調波含有率（H₃₈) を比較しドライブ基板の良否を判定する。

ここで、図 4及び図 5 A、 B、 Cで記した判定基準値 CH_kは次のように求める。 Kは第 K次高調波、 C_kは第 K次高調波の診断計算値である。

電動機については

(数式 5)

CH_K =C_Kxf(M_K)

ただし、 f (M_k) は第 K次高調波関数である。

インバータについては

(数式 6)

C _K^C_Kxf(N_s)

CH_K=C_Kxf(N_c)

CH_K=C_Kxf(N_p)

CH_K=C_£xfN_d) ただし、 f (NJ 、 f (N_c) 、 f (N_p) は複数の第 K次高調波関数、 f (N _d) =1. 0 (この場合のみ CH_k= 1. 0)

数式 5と数式 6の中の C_k、 f (M_k) 、 f (N_s) 、 f (N_c) 、 f (N_p) については後述の実施例にて記す。

また、電動機やインバータ（以下、機器と記す）の劣化度合い（劣化度と呼ぶ）の区分として、質的判断を下すために「正常」、「要注意」及び「不良」に分け、便宜上「正常」を A、「要注意」を B、「不良」は Cと表わすが、その中で「要注意」の Bは機器の劣化度に応じ、軽度な劣ィ匕（約半年程度は運転に支障がない劣化）を B l、中度な劣化（約 3力月は運転が可能であるが傾向管理が必要な劣化）を B2、重度な劣化（機器のトラブル発生が懸念されるため部品交換や修理の準備が必要な劣化）を B 3として区分する。但し、劣化時よりの診断及び点検期間は機器の運転時間、周囲温度、通風状態等の環境条件によって異なるため、上記の点検期間は一応の目安とすればよレ、。ここで、 A、 B l、 B2、 B 3、 Cは、前述した判定基準値に重み係数を乗じて区分するが、この係数については後述の実施例にて記す。次に、電流高調波と機器の劣化部位の関連に着目して分析するには多変量解析法が有効であるので、これに関して以下説明する。本発明の機器の劣化診断のように、判定基準が初め ^ら明確に与えられていないような外的基準がない場合で、多次元事象の特性値間の関連性を分析するには、多変量解析に属する主成分分析法が最も適している。この主成分分析法に関する文献は数多くあるので、詳細な説明は省略するが、ここでは主成分分析法の寄与率を用いて電流高調波と機器の劣化部位の関連を、電動機とインバータに分けて述べる。以下、主成分の横に記した ( ) 内は寄与率である。また、主成分は固有値が大きい（主成分得点の分散が大きレ、）ものを順に取る。

1. 電動機について。

(1) 回転軸及び軸受（電動機本体）の異常もしくは電動機の据付け不良。主成分を 4個求めると、第 2次高調波（55) 、第 3次高調波（9) 、第 4次高調波（16) 、第 5次高調波（ 6 ) となり揉用主成分としては累積寄与率が 86 % となり、一般的に採用される数値の 60%以上を充分満足させている。

(2) 固定子卷線の絶縁不良（相間及ぴ対地間）。主成分を 4個求めると、第 2次高調波（7) 、第 3次高調波（61) 、第 4次高調波（5) 、第 5次高調波

(22) となり累積寄与率は 95 %である。

(3) ころがり軸受及びハウジング（電動機本体）の損傷。主成分を 4個求めると、第 2次高調波（23) 、第 3次高調波（10) 、第 4次高調波（41) 、第 5次高調波（8) となり累積寄与率は 82%である。

(4) 固定子と回転子間エアギャップの不均一（塵埃付着や部分過熱）。主成分を 4個求めると第 2次高調波（6)、第 3次高調波（20)、第 4次高調波（8)、第 5次高調波（59) となり累積寄与率は 93%である。

(5) 負荷回転軸のアンバランスもしくは負荷との接続部 (カップリング) 不良。主成分を 5個求めると、第 6次高調波（5) 、第 7次高調波（53) 、第 8 次高調波（7) 、第 9次高調波（11) 、第 10次高調波（15) となり累積寄与率は 91%であ'る。

(6)負荷側軸受部の損傷もしくは負荷側の系統（例えばポンプの配管バルブ) に異物付着。主成分を 5個求めると、第 6次高調波（ 7 )、第 7次高調波（29)、第 8次高調波（35) 、第 9次高調波（13) 、第 10次高調波（11) となり累積寄与率は 95%である。

(7) 負荷側回転軸の異常（例えば軸の曲がり）もしくは負荷側の系統（例えばポンプの配管とバルブの接触部）の磨耗。主成分を 5個求めると、第 6次高調波（5)、第 7次高調波（21)、第 8次高調波（25)、第 9次高調波（33)、第 10次高調波（8) となり累積寄与率は 92%である。

(8) 負荷側の歯車もしくはクラッチもしくは Vベノレト等の損傷。主成分を 5 個求めると、第 6次高調波. (6)、第 7次高調波（23)、第 8次高調波（17)、第 9次高調波（15) 、第 10次高調波（30) となり累積寄与率は 93%である。

2. インパータについて。

(1) 平滑コンデンサの劣化。

ィンパータ入力側の電流高調波を測定し主成分を 2個求めると、第 5次高調波 (62) 、第 7次高調波（36) となり累積寄与率は 98%である。

(2) コントロール基板の異常（特に電解コンデンサの劣化）。インバータ出力側の電流高調波を測定し主成分を 6個求めると、第 11次高調波（21) 、第

13次高調波（17) 、第 17次高調波（19) 、第 19次高調波（13) 、第 23次高調波（11) 、第 25次高調波（15) となり累積寄与率は 96%である。

(3) 電力素子の劣化（特に逆変換素子の劣化）。

インバータ出力側の電流高調波を測定し主成分を 16個求めると、第 2次高調波（3) 、 3次高調波（16) 、第 4次高調波（2) 、第 5次高調波（13) 、第 6次高調波（2) 、第 7次高調波（17) 、第 8次高調波（2) 、第 9次高調波（2)、第 10次高調波（2)、第 11次高調波（6)、第 13次高調波（4)、第 17次高調波（7) 、第 19次高調波（5) 、第 23次高調波（5) 、第 25 次高調波（6) 、第 38次高調波（7) となり累積寄与率は 99%である。

(4) ドライブ基板の劣ィ匕（主としてコンデンサの劣化）。インパータ出力側の電流高調波を測定する。主成分は 1個でよく、これを求めると第 38次高調波であり寄与率は 89 %となる。

なお、上記の電動機において、インバータ制御されていない電動機単独運転の場合は電動機の入力側の電流高調波を、またィンパータ制御されている竃動機の場合はインバータの出力側（電動機の入力になる）の電流高調波を測定する。以上をまとめると表 1及ぴ表 2のようになる。

(表 I)

電動機設備の劣化部位と電流高調波

(表 2) ィンバータ設備の劣化部位と電流高調波

但し、平滑コンデンサはインバータ入力側の高調波で、他はすべてインバータ出力測の高調波である。

(実施例）

本発明の実施例として電動機ゃィンバータの劣化判定を行う際に必要な診断計算値及び第 K次高調波関数に関して具体例をあげて説明すれば次の通りであるが、本発明はこの実施例に限定されることはない。なお、以下で示す H_kは第 K次高調波含有率である。

(1) 電動機の診断（電動機本体の診断）。但し、 K=2、 3、 4、 5で∑は Κ=2〜5をとる。 C_kを求める手 1噴は次の通りである。

① M₀= (∑H² _k) ^1/2

② A_k = H_k/M₀

③ T。 =∑A_k

④ C_k = A_k/T。

また、 ί (M_k) は次の値をとる。但し、 I _k：第 K次高調波の指数値

f (M₂) =S_X X (∑ I _k - I )

f (M₃) =S₂ X (∑ I _k- I ³ ₃)

f (M₄) = S ₁ X (∑ I _k - I ₄)

f (M₅) =S₂ X (∑ I _k— 1 %) ここで、ィンパータ駆動電動機の場合は S i = S ₂ = 1. 0、電動機単独（ィンバータなし）の場合は Si-l. 1 5、 S 2= 1. 25である。

(2) 電動機の診断（電動機負荷の診断）伹し、 K= 6、 7、 8、 9、 1 0で ∑は K=6〜l 0をとる。 C_kを求める手 MMは次の通りである。

① M₀= (∑H² _k) ^1/2

② A_k = H_k/M。

③ T。=∑A_k

④ C_k = A_kZT。

また、 f (M_k) は次の値をとる。但し、 I _k：第 K次高調波の指数値 f (M₇) =S₂X (∑ I「 I ³ ₇)

f (M₉) =S₂X (∑ I _k- I ₉)

f (M₁₀) =-S,X (∑ I _k— I ₁₀)

ここで、インバータ駆動電動機の場合は 3〗=^ ₂= 1· 0電動機単独（インパータなし）の場合は 1. 1 5、 S₂= 1. 25である。

(3) インバータの診断

3. 1. 平滑コンデンサの診断。但し、 K=5、 7で∑は Κ= 5〜7をとる。 C _kを求める手順は次の通りである。

① M₀= (∑H² _k) ^1/2

② A_k = H_k/M。

③ T。=∑A_k

④ C_k = A_k/T₀

また、 f (N_s) は次の値をとる。但し、 I _k：第 K次高調波の指数値 f (N_s) =∑ I _k

3. 2. コントロール基板の診断。伹し、 = 1 1、 1 3、 1 7、 1 9、 23、

25で∑は 1 1〜25をとる。 C_kを求める手順は次の通りである。

① M。= (∑H² _k) ^1/2

② A_k = H_k/M。

③ T。二∑A_k ④ C_k = A_kZT。

また、 f (N_c) は次の値をとる。但し、 I _¾：第 K次高調波の指数値 f (N_c) =∑ I _k- I ² _k： f (N_c) ₁₁ f (N_c) ₁₃、 f (N_c) ₁₇、 f (N _c) ₁₉、 f (Nj ₂₃、 f (Nj ₂₅の 6関数値 .

3. 3. 電力素子の診断。但し、 K=2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、

1 1、 13、 17、 19、 23、 25、 38で∑は 2〜 38をとる。 C_kを求める手順は次の通りである。 .

② A_k = H_k/M。

③ T。-∑A_k

④ C_k = A_k "T。

また、 f (N_p) は次の値をとる。但し、 I _k：第 K次高調波の指数値 f (N_p) =∑ I _k- I ² _k : f (N_p) ₂、 f (N_p) ₃、 f (N_p) ₄、 f (N_p)

₅、 f (N_p) _e、 f (N_p) ₇、 f (N_p) ₈、 f (N_p) ₉、 f (N_p) ₁₀、 f (N_p) iい f (N_p) ₁₃、 f (N_p) ₁₇、 f (N_p) ₁₉、 f (N_p) ₂₃、 f (N_P) ₂₅、 f (N_p) ₃₈の 16関数値

3. 4. ドライブ基板の診断。ドライブ基板の診断は前述した図 5 Cの通り第

38次高調波含有率の大きさのみで判定する。従って、 C_k=l. 0、 f (N_d)

= 1. 0となる。

次に、電気設備の劣化部位と前述した発明の実施の形態で述べた劣化度（A、 B l、 B2、 B3、 C) の区分をまとめた一例を表 3及び表 4に示す。

(表 3)

電動機設備の劣化部位と劣化度区分

電動機電動機設備の正常要注意 (B) 不良設備劣化部位 (Α) (B1) (B2) (B3) (c)

回転軸 ·軸受、 C₂ Xf(M₂) (A) XL 3 (Bl) XI.3 (B2) XI.2 (B3)以上本

体 1搪付け固定子卷線の C₃ Xf(M₃) (A) XI.3 (Bl) XL 3 (B2) XL 2 (B3)以上絶縁（相間もし

くは対地間）

軸受 ·ハウジン C₄ Xf(M₄) (A) XI.3 (Bl) XI.3 (B2) XI.2 (B3)以上グ損傷

エアギヤップ C₆ Xf(M₅) (A) XI.3 (Bl) X1.3 (B2) XI.2 (B3)以上不均一（塵埃付

着、部分過熱）

回転軸のアン C₇ Xf(M₇) (A) XI.2 (Bl) X1.2 (B2) X 1.1 (B3)以上バランス、カツ

プリング

軸受部損傷、異 C₈ Xf(M₈) (A) XL 2 (Bl) X1.2 (B2) X 1.1 (B3)以上物付着

回転軸、接触部 C₉ Xf(M₉) (A) XL 2 (Bl) X1.2 (B2) X 1.1 (B3)以上磨耗

歯車、ベルト系 C₁₀ Xf(M₁₀) (A) XI.2 (Bl) X1.2 (B2) X 1.1 (B3)以上損傷

伹し， C_k：第 K次高調波の診断計算値、 f (M_k) ：第 K次高調波関数

(表 4)

ィンバータ設備の劣化部位と劣化度区分

但し、 C _k：第 K次高調波の診断計算値、 f (N_s、 N_c、 N_p、 N_d) ：第 K次高調波関数

なお、表 4において C_k、 f (N_s、 N_c、 N_p、 N_d) の数はそれぞれ平滑コンデンサで 2個、コント口ール基板で 6個、電力素子で 1 6個、ドライブ基板は 1 個ある。従って、劣化度区分を行う場合、ドライブ基板を除き個別に劣化度を求め平均する。例えば、 A= 0、 B l = l、 B 2 = 2、 B 3 = 3 , C = 4とし算術平均をとる（少数点第 1位四捨五入）。

以上のように、電流高調波を測定する事により電気設備の電動機ゃィンバータの劣化部位が特定でき、また劣化度が区分できる。

Claims

請求の範囲

1 . 電気設備を構成する電動機やインバータに流れる電流高調波より、前記電動機ゃィンバータの異常を判定する劣ィヒ診断方法において、前記電流高調波の各次数の高調波含有率を、あらかじめ定められた次数までの電流高調波の総合歪み率で除した指数値、該指数値よりなる各次数の高調波関数と、前記各次数の高調波含有率から演算して得られる各次数の診断計算値とを乗じて算出した判定基準値、該判定基準値と前記指数値とを比較する事によって劣化判定を行う診断方法であつて、前記判定基準値に乗みをつけて前記電動機ゃィンバータの劣化度合いを区分し、更に劣化部位を前記電流高調波の特定の高調波次数より判定する亊を特徴とする電気設備の高調波診断方法。

2 . 特定の高調波次数が、奇数次及び偶数次の高調波である事を特徴とする請求項 1記載の電気設備の高調波診断方法。

3 . 劣化度合いを区分が正常、要注意及び不良として区分されていることを特徴とする請求項 1記載の電気設備の高調波診断方法。

4 . 奇数次及び偶数次が第 2次、第 3次、第 4次、第 5次、第 6次、第 7次、第 8次、第 9次、第 1 0次、第 1 1次、第 1 3次、第 1 7次、第 1 9次、第 2 3次、第 2 5次、第 3 8次である事を特徴とする請求項 2記載の電気設備の高調波診断方法。、

5 . 要注意は機器の劣化度に応じ軽度な劣化、中度な劣化及び重度な劣化として区分されるのを特徴とする請求項 3記載の電気設備の高調波診断方法。