BR202017015546U2

BR202017015546U2 - Dispositivo de monitoramento de condições para o monitoramento de uma máquina elétrica

Info

Publication number: BR202017015546U2
Application number: BR202017015546-9U
Authority: BR
Inventors: Pinto Cajetan; Krishnamoorthi Karthik; Orman Maciej; Mulay Prasad
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2018-02-06
Also published as: MY184376A; FI11831U1; AU2017100471A4; ES1180289Y; PL126070U1; ES1180289U; BR202017015546Y1; CN205992042U; CZ35060U1; FR3054388A3; AU2017100471B4; FR3054388B3

Abstract

o presente modelo refere-se a um dispositivo de monitoramento de condições que compreende uma pluralidade de sensores que incluem pelo menos uma unidade de medição de campo magnético para medir um primeiro valor da intensidade do campo magnético ao longo de um primeiro eixo substancialmente paralelo ao eixo do rotor de uma máquina elétrica e um segundo valor da intensidade do campo magnético ao longo de um segundo eixo, pelo menos um sensor de vibração, para medir um primeiro valor da vibração ao longo do primeiro eixo e um segundo valor da vibração ao longo do segundo eixo, um sensor de temperatura, para medir uma temperatura de uma área proximal à máquina elétrica; e um sensor acústico, para medir o som em torno da máquina elétrica. o dispositivo de monitoramento de condições também inclui um ou mais processadores configurados para receber as medições da pluralidade dos sensores e para determinar as condições da máquina elétrica com base nas medições recebidas.

Description

(54) Título: DISPOSITIVO DE

MONITORAMENTO DE CONDIÇÕES PARA O MONITORAMENTO DE UMA MÁQUINA ELÉTRICA (51) Int. Cl.: H02P 29/00; G01R 31/00 (30) Prioridade Unionista: 22/07/2016 CN 201620776803.0 (73) Titular(es): ABB SCHWEIZ AG (72) Inventor(es): CAJETAN PINTO; KARTHIK KRISHNAMOORTHI; MACIEJ ORMAN; PRASAD MULAY (74) Procurador(es): DANNEMANN, SIEMSEN, BIGLER & IPANEMA MOREIRA (57) Resumo: O presente modelo refere-se a um dispositivo de monitoramento de condições que compreende uma pluralidade de sensores que incluem pelo menos uma unidade de medição de campo magnético para medir um primeiro valor da intensidade do campo magnético ao longo de um primeiro eixo substancialmente paralelo ao eixo do rotor de uma máquina elétrica e um segundo valor da intensidade do campo magnético ao longo de um segundo eixo, pelo menos um sensor de vibração, para medir um primeiro valor da vibração ao longo do primeiro eixo e um segundo valor da vibração ao longo do segundo eixo, um sensor de temperatura, para medir uma temperatura de uma área proximal à máquina elétrica; e um sensor acústico, para medir o som em torno da máquina elétrica. O dispositivo de monitoramento de condições também inclui um ou mais processadores configurados para receber as medições da pluralidade dos sensores e para determinar as condições da máquina elétrica com base nas medições recebidas.

O o

ΓΜ

1/9

Relatório Descritivo da Patente de Modelo de Utilidade para

DISPOSITIVO DE MONITORAMENTO DE CONDIÇÕES PARA O MONITORAMENTO DE UMA MÁQUINA ELÉTRICA.

CAMPO TÉCNICO [0001] O presente modelo refere-se ao campo de monitoramento de condições de máquinas elétricas e, mais particularmente, o presente modelo refere-se à detecção e à determinação de falhas em um motor ao usar o dispositivo de monitoramento de condições que tem uma pluralidade de sensores.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [0002] Convencionalmente, a avaliação do status e a detecção de falhas em um motor são feitas ao usar uma pluralidade de dispositivos de diagnóstico, e técnicas foram desenvolvidas até a presente data. Entre elas, as mais extensamente usadas na indústria são o monitoramento da vibração e a análise da assinatura da corrente.

[0003] Os métodos acima mencionados são baseados na medição da corrente do motor e da vibração para detectar falhas no motor. Os métodos acima mencionados, para efetuar as medições, requerem sensores e outros equipamentos que são frequentemente incômodos de instalar, e são caros. Além disso, os sensores da corrente e da voltagem têm que ser instalados dentro da caixa terminal do motor, o que é frequentemente demorado e requer que o motor seja desativado. Além disso, a instalação inadequada dos sensores pode resultar em danos ao motor, o monitoramento defeituoso, ou pode causar problemas de segurança.

[0004] Portanto, à luz da discussão acima, há uma necessidade quanto a um dispositivo de monitoramento de condições que resolva os problemas acima mencionados.

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 7/26

2/9

SUMÁRIO DO MODELO [0005] São aqui solucionados os inconvenientes, as desvantagens e os problemas acima mencionados que serão compreendidos com a leitura e a compreensão do relatório descritivo a seguir.

[0006] Em um aspecto, o presente modelo divulga um dispositivo de monitoramento de condições para o monitoramento e a avaliação de uma condição de uma máquina elétrica. O dispositivo de monitoramento de condições compreende um corpo do invólucro que pode ser afixado a um corpo da máquina elétrica. O corpo do invólucro abriga uma pluralidade de sensores incluindo pelo menos uma unidade de medição do campo magnético, pelo menos um sensor de vibração, um sensor acústico e um sensor de temperatura. A unidade de medição do campo magnético mede um primeiro valor da intensidade do campo magnético ao longo de um primeiro eixo substancialmente paralelo ao eixo do rotor da máquina elétrica e um segundo valor da intensidade do campo magnético ao longo de um segundo eixo. O segundo eixo fica em um ângulo em relação ao primeiro eixo.

[0007] O sensor de vibração mede pelo menos um primeiro valor da vibração ao longo do primeiro do eixo e um segundo valor da vibração ao longo do segundo eixo. O sensor de temperatura mede uma temperatura de uma área proximal à máquina elétrica e a um sensor acústico, para medir o som em torno da máquina elétrica.

[0008] O dispositivo de monitoramento de condições inclui um ou mais processadores configurados para receber medições da pluralidade de sensores, e para determinar a condição da máquina elétrica com base nas medições recebidas. Além disso, o dispositivo de monitoramento de condições inclui uma interface de rede configurada para a comunicação com um dispositivo de serviço remoto 130.

[0009] Em uma modalidade, o corpo do invólucro é afixado ao corpo da máquina elétrica mediante o uso de um adaptador. O corpo do

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 8/26

3/9 invólucro é parafusado no adaptador. Em uma outra modalidade, a unidade do corpo do invólucro também compreende uma haste que pode ser inserida entre duas nervuras adjacentes da máquina elétrica para encaixar com pressão o corpo do invólucro ao corpo da máquina elétrica. Em uma outra modalidade, o dispositivo de monitoramento de condições inclui uma fonte de energia, abrigada no corpo do invólucro, para alimentar a pluralidade de sensores, em um ou mais processadores, e a interface de rede. Em uma outra modalidade, o dispositivo de monitoramento de condições inclui um módulo de coleta de energia para coletar a energia de pelo menos um dentre o campo magnético de fuga da máquina elétrica e fluxo de calor da máquina elétrica.

[0010] Sistemas de âmbito variado são descritos no presente documento. Além dos aspectos e das vantagens descritas nesta descrição resumida, outros aspectos e vantagens tornar-se-ão aparentes por meio de referência aos desenhos e em referência à descrição detalhada a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0011] O objeto do modelo de ultilidade será explicado em mais detalhes no texto a seguir com referência às modalidades exemplificadoras preferidas que são ilustradas nos desenhos, nos quais:

[0012] a Figura 1 ilustra um motor com um dispositivo de monitoramento de condições montado no corpo do motor, de acordo com várias modalidades do presente modelo;

[0013] a Figura 2 ilustra uma pluralidade de configurações de montagem para montar o dispositivo de monitoramento de condições no corpo do motor, de acordo com várias modalidades do presente modelo;

[0014] a Figura 3 ilustra os vários componentes do dispositivo de monitoramento de condições, de acordo com várias modalidades do presente modelo; e

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 9/26

4/9 [0015] a Figura 4 ilustra um adaptador afixado ao corpo da máquina elétrica, de acordo com várias modalidades do presente modelo. DESCRIÇÃO DETALHADA [0016] Na descrição detalhada a seguir, é feita referência aos desenhos anexos que formam uma parte da mesma, e nos quais são mostradas por modalidades específicas a título de ilustração, as quais podem ser praticadas. Essas modalidades são descritas em detalhes suficientes para permitir que os elementos versados na técnica pratiquem as modalidades, e deve ser compreendido que outras modalidade podem ser utilizadas e que alterações lógicas, mecânicas, elétricas e outras ainda podem ser feitas sem desviar do âmbito das modalidades. A descrição detalhada a seguir, portanto, não deve ser tomada em um sentido limitador.

[0017] A Figura 1 ilustra um dispositivo de monitoramento de condições 120 para monitorar e avaliar uma condição de uma máquina elétrica 110 (também indicada como motor 110), montada no corpo da máquina elétrica 110. O dispositivo de monitoramento de condições 120 compreende um corpo do invólucro que pode ser afixado a um corpo ou envoltório da máquina elétrica 110.

[0018] O corpo do invólucro abriga uma pluralidade de sensores (mostrados na Figura 3). A pluralidade dos sensores inclui uma unidade de medição do campo magnético 330, um sensor de vibração 340, um sensor acústico 350 e um sensor de temperatura 360. A unidade de medição do campo magnético 330 mede um primeiro valor da intensidade do campo magnético ao longo de um primeiro eixo (ilustrado na Figura 2 como eixo 260) substancialmente paralelo a um eixo do rotor (ilustrado na Figura 2 como eixo 230) da máquina elétrica 110. Além disso, a unidade de medição do campo magnético 330 mede um segundo valor da intensidade do campo magnético ao longo de um segundo eixo (ilustrado na Figura 2 como eixo 270) em um ponto de

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 10/26

5/9 referência, em que o segundo eixo 270 fica a um ângulo em relação ao primeiro eixo 260.

[0019] Deve ser observado no estado da técnica por um elemento versado na técnica que, embora a presente invenção divulgue uma única unidade de medição do campo magnético para medir a intensidade do campo magnético em dois eixos, tal unidade de medição do campo magnético pode incluir dois ou mais sensores de campo magnético para medir a intensidade do campo magnético ao longo de um eixo. Em uma outra modalidade, a unidade de medição do campo magnético compreende dois ou mais elementos de detecção magnéticos (por exemplo, bobinas) junto com um único transmissor. Em uma outra modalidade, a unidade de medição do campo magnético pode definir a intensidade do campo magnético em dois componentes ao longo do primeiro e do segundo eixo.

[0020] O sensor de vibração 340 mede um primeiro valor da vibração ao longo do primeiro eixo 260 e/ou um segundo valor da vibração ao longo do segundo eixo 270. O sensor de temperatura 360 mede uma temperatura de uma área proximal à máquina elétrica 110.

[0021] O sensor acústico 350 mede o som em torno da máquina elétrica 110, em particular o som em torno do lado de impulsão do motor 110. Para distinguir o som de fundo do ruído que origina do motor, em particular do rolamento, os valores relacionados às frequências que não são associadas com o rolamento são filtrados.

[0022] Em uma modalidade, um ou mais sensores da pluralidade de sensores são sensores digitais com a capacidade de tomar amostras equiespaçadas a intervalos periódicos. Em uma outra modalidade, um ou mais sensores da pluralidade de sensores consiste em sensores analógicos com um conversor digital em analógico integrado.

[0023] Em uma modalidade, para assegurar que as medições tomadas sejam durante a condição de funcionamento do motor 110, os

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 11/26

6/9 valores da medição são comparados contra limites predeterminados. Somente quando as medições são maiores do que os limites predeterminados é que as medições são registradas. Em uma modalidade, os limites predeterminados são decididos por meio de experimentação. Em uma outra modalidade, os limites predeterminados são determinados durante a instalação do motor.

[0024] Em uma outra modalidade, a unidade de medição do campo magnético 330, o sensor acústico 350 e o sensor de temperatura 360 gravam e transmitem dados das medições com a recepção de um sinal do sensor de vibração 340 ou um impulsor do motor que indica que foi dada a partida no motor 110.

[0025] Em uma modalidade, onde a taxa de amostragem da unidade de medição do campo magnético 330 não é constante ou onde as amostras do primeiro e do segundo eixos são tomadas em períodos de amostragem diferentes, a interpolação (linear, cúbica ou de ranhura) é executado, para obter dados de campo magnético aproximadamente equiespaçados e simultâneos da intensidade do campo magnético do primeiro e do segundo eixos. Com a obtenção dos dados do campo magnético contínuos interpolados do primeiro e do segundo eixos, os dados do campo magnético passam a não tender a remover o fluxo magnético de fundo estático e a tração experimentada pelas unidades de medição do campo magnético. A não tendência é executada ao usar técnicas conhecidas no estado da técnica.

[0026] O dispositivo de monitoramento de condições 120 inclui um ou mais processadores 320 configurados para receber medições da pluralidade de sensores, e para determinar a condição da máquina elétrica 110 com base nas medições recebidas. Em uma modalidade, os processadores 320 adquirem periodicamente dados da medição da pluralidade de sensores. Em uma modalidade exemplificadora, em que a máquina elétrica 110 é um motor de indução, os processadores 320

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 12/26

7/9 recebem dados do campo magnético, executam uma transformação de Fourier nos dados recebidos em relação aos dois eixos e verificam o desequilíbrio na amplitude da frequência de desvio nos dois machados. Se o desequilíbrio estiver acima de um limite predefinido, então uma falha é detectada.

[0027] Em uma modalidade, com a detecção de uma falha, os processadores 320 são configurados para classificar a falha e para determinar a gravidade da falha detectada. Continuando a modalidade exemplificadora em relação aos dados do campo magnético, a falha detectada é classificada subsequentemente como a barra quebrada do rotor ou um desalinhamento mediante a verificação se o componente dominante está presente no campo magnético axial ou radial. A gravidade da falha é diretamente proporcional à quantidade de desequilíbrio presente no campo magnético à frequência de desvio.

[0028] Além disso, o dispositivo de monitoramento de condições 120 inclui uma interface de rede 370 configurada para a comunicação com um dispositivo de serviço remoto 130 e um módulo de memória acoplados operativamente a um ou mais processadores 320. A gravidade do indicador de falha é armazenada na memória associada aos processadores 320 e enviada a um dispositivo de serviço remoto com o pedido. Em uma modalidade, a interface de rede 370 inclui uma antena 380 de um formato particular para permitir uma comunicação através da radiação EM enquanto e encontrar bastante próxima de superfícies metálicas.

[0029] Subsequente à análise, um ou mais processadores 320 se comunicam, através da interface de rede 370, com um dispositivo de serviço remoto e um concentrador de dados para indicar a condição da máquina elétrica 110. A interface de rede 370 pode se comunicar por meios sem fio, tais como Bluetooth, Wireless HART, etc.

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 13/26

8/9 [0030] O concentrador de dados transmite os dados a respeito da condição da máquina elétrica, recebidos do dispositivo de monitoramento de condições 120 ao histórico para o armazenamento remoto. [0031] Em uma modalidade, o corpo do invólucro é feito de plástico ou de material não ferromagnético. Quando o corpo do invólucro é feito de material metálico não ferromagnético, em uma modalidade, o corpo do invólucro inclui uma janela não metálica ou de plástico para permitir que uma comunicação de rádio frequência (que origina da interface de rede) passe através do mesmo.

[0032] Em uma modalidade, um adaptador 410 (tal como mostrado na Figura 4) é provido para afixar o corpo do invólucro ao corpo do motor 110. Em uma modalidade, o adaptador é afixado ao corpo do motor 110 mediante o uso de adesivo ou mecanismos de fixação conhecidos no estado da técnica. O corpo do invólucro é afixado ao adaptador ao parafusar o corpo do invólucro ao adaptador.

[0033] Em uma outra modalidade, a unidade do corpo do invólucro é afixada ao corpo da máquina elétrica 110 mediante o uso de uma haste que pode ser inserida entre duas nervuras adjacentes da máquina elétrica para encaixar por pressão o corpo do invólucro no corpo da máquina elétrica.

[0034] Em uma modalidade, o dispositivo de monitoramento de condições inclui uma fonte de energia 310, abrigada no corpo do invólucro, para alimentar a pluralidade de sensores, um ou mais processadores 320, e a interface de rede 370. Devido ao fato que tem uma fonte de energia 310 dentro do dispositivo de monitoramento de condições 120 e uma interface de rede sem fio 370, a necessidade de fios é eliminada. Em uma modalidade, é provido um módulo de coleta de energia (tal como um gerador termoelétrico, e outros do gênero) para coletar a energia de pelo menos um dentre o campo magnético de fuPetição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 14/26

9/9 ga da máquina elétrica, e a energia térmica da máquina elétrica, para carregar a fonte de energia.

[0035] O conjunto inteiro é voltado para a produção, a montagem e a instalação de baixo custo. Para tornar a instalação tão fácil quanto possível, o dispositivo é alimentado por uma bateria para eliminar completamente quaisquer requisitos de cabeamento. Desse modo, um monitoramento contínuo das condições do motor de baixo custo é obtido.

[0036] De acordo com a presente invenção, para executar o monitoramento das condições da máquina elétrica 110, o operador simplesmente tem que instalar o dispositivo de monitoramento de condições 120 na armação da máquina elétrica 110, de modo similar à placa do nome.

[0037] Esta descrição escrita usa exemplos para descrever o objeto no presente documento, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer elemento versado no estado da técnica faça e use o objeto. O âmbito patenteável do objeto é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorrem aos elementos versados na técnica. Tais outros exemplos devem estar dentro do âmbito das reivindicações se tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais da linguagem literal das reivindicações.

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 15/26

1/2

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de monitoramento de condições (120) para o monitoramento e a avaliação de uma condição de uma máquina elétrica (110), em que o dispositivo de monitoramento de condições (120) é caracterizado pelo fato de que compreende:

a. um corpo do invólucro que pode ser afixado a um corpo da máquina elétrica (110);

b. uma pluralidade de sensores abrigados dentro do corpo do invólucro, em que a pluralidade de sensores compreende:

i. pelo menos uma unidade de medição do campo magnético (330) para medir um primeiro valor da intensidade do campo magnético ao longo de um primeiro eixo substancialmente paralelo ao eixo elétrico do rotor da máquina e um segundo valor da intensidade do campo magnético ao longo de um segundo eixo, em que o segundo eixo fica a um ângulo em relação ao primeiro eixo;

ii. pelo menos um sensor de vibração (340), para medir pelo menos um primeiro valor da vibração ao longo do primeiro eixo e um segundo valor da vibração ao longo do segundo eixo;

iii. um sensor de temperatura (360), para medir uma temperatura de uma área proximal à máquina elétrica; e iv. um sensor acústico (350), para medir o som em torno da máquina elétrica (110);

c. um ou mais processadores (320) configurados para receber as medições da pluralidade de sensores, e para determinar a condição da máquina elétrica (110) com base nas medições recebidas;

d. uma interface de rede (370) configurada para a comunicação com um dispositivo de serviço remoto 130; e

e. um módulo de memória acoplado operativamente a um ou mais processadores.

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 16/26
2/2

2. Dispositivo de monitoramento de condições (120) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo do invólucro também compreende uma haste que pode ser inserida entre duas nervuras adjacentes da máquina elétrica (110) para encaixar com pressão o corpo do invólucro ao corpo da máquina elétrica (110).
3. Dispositivo de monitoramento de condições (120) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo do invólucro pode ser afixado a um adaptador unido ao corpo da máquina elétrica.
4. Dispositivo de monitoramento de condições (120) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de monitoramento de condições (120) inclui uma fonte de energia (310), abrigada no corpo do invólucro, para alimentar a pluralidade de sensores, um ou mais processadores (320) e a interface de rede (370).
5. Dispositivo de monitoramento de condições (120) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que também compreende um módulo de coleta de energia para coletar a energia de pelo menos um dentre o campo magnético de fuga da máquina elétrica (110), e o fluxo de calor da máquina elétrica (110).

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 17/26

1/4

100 ο ο

FIG 1

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 18/26

2/4 ο

CM

FIG 2

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 19/26

3/4

300 ο

οι

FIG 3

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 20/26

4/4

400

FIG 4

Petição 870170050809, de 20/07/2017, pág. 21/26

1/1