DE3617452A1

DE3617452A1 - Verfahren zur ueberwachung einer asynchronmaschine

Info

Publication number: DE3617452A1
Application number: DE19863617452
Authority: DE
Inventors: Stefan Nold
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1987-11-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Zustandes einer Asynchronmaschine mit Hilfe von verschiedenen bei laufender Asynchronmaschine gemessenen Betriebsdaten.

Die Überwachung laufender elektrischer Maschinen mit Hilfe von Meßinstrumenten, die Betriebsdaten, wie Drehzahl, Temperatur usw., übermitteln, erfolgte bisher insbesondere im Hinblick auf zu erfüllende Funktionen der Maschine. Daneben wurde aber auch eine Überwachung auf eintretende Störungen vorgenommen. Es lag allerdings in der Natur der verwendeten Verfahren und Instrumente, daß vielfach erst der eingetretene Schaden angezeigt wurde. Eine Fehlerfrüherkennung war damit weitgehend ausgeschlossen. Die Messung mechanischer Größen macht im übrigen einen hohen Aufwand notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei ans Netz angeschlossenen Asynchronmaschinen mit geringem Aufwand und ohne eine Messung mechanischer Größen einen hohen Aussagegehalt besitzt, also vor allem einen frühzeitigen Rückschluß auf sich anbahnende Maschinenfehler zuläßt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Hilfe des im Anspruch 1 genannten Verfahrens gelöst.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß deren Bestimmungsgleichung linear in den Parametern ist, so daß die Bestimmung der Parameter mit Hilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate oder mittels eines ähnlichen Verfahrens direkt möglich ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in dem Umstand, daß die Drehzahl und der Schlupf nicht erfaßt werden müssen und daß eine Veränderung des Läuferwiderstandes nicht berücksichtigt werden muß.

Die Unteransprüche nennen zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie beziehen sich insbesondere auf die durch dieses Verfahren ermöglichte Überwachung der Hauptinduktivität, der Streuinduktivität und des Ständerwiderstandes. Eine derartige Überwachung gibt beispielsweise Aufschluß über mechanische Brüche und Überhitzungen.

Vor allem kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine wenig aufwendige Luftspaltüberwachung realisiert werden, da die Hauptinduktivität umgekehrt proportional zum ideellen Luftspalt der Asynchronmaschine ist. Die Hauptinduktivität kann damit als Anzeige für die Größe des Luftspaltes angesehen werden. Diese Größe gibt wiederum Aufschluß über eine mögliche Korrosion, über Lagerdefekte oder eine Wellenverkrümmung. Aus dem Umstand, daß die überwiegende Mehrzahl der Maschinendefekte durch die vorgenannten Fehler hervorgerufen wird, ergibt sich der Wert des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Fehlerfrüherkennung.

Dem besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens soll die folgende Herleitung dienen:

Das T-Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine kann als Reihenschaltung zweier Impedanzen Z ₁ und Z ₂ aufgefaßt werden, die in Fig. 1 definiert sind. Danach gilt

Z = Z ₁ + Z ₂

Die Ortskurve der Admittanz Y ₂ ( ) ist ein Halbkreis, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Ortskurve der Impedanz Z ₂ ( ) ist ebenfalls ein Halbkreis, da Z ₂ = 1/Y ₂ eine lineare konforme Abbildung ist. Weil Z ₁ unabhängig von ist, ist die Ortskurve der Eingangsimpedanz Z = Z ₁ + Z ₂ ein Halbkreis, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Parameter des Kreises sind:

Koordinaten des Mittelpunktes:

D ist hierbei der Durchmesser des Halbkreises. Es gilt:

Die Gleichung für den Halbkreis lautet dann:

Diese kann direkt in die Schätzgleichung, wie sie im Hauptanspruch definiert ist, umgeformt werden:

[R ² + X ²] = A ₁ · X + A ₂ · R + A ₃ (6)

mit

Die Gleichungen (2), (3), (4) und (7) lassen sich jetzt leicht umformen. Aus Gleichung (4) folgt

X _σ X _H = (X _H-D) (X _σ + X _H-) (8)

Bei Einsetzen von (4) und (9) in (3) ergibt sich:

Daraus ergibt sich wiederum:

und

Die Haupt- und Streuinduktivitäten erhält man dann durch Division der Reaktanzen X _H und X _σ durch die mit 2π multiplizierte Netzfrequenz, so daß man die Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3 erhält. Die Gleichung (2) beinhaltet das Verfahren nach Anspruch 4.

Obwohl manche reale Asynchronmaschinen keine konstanten Induktivitäten und Widerstände für das Ersatzschaltbild aufweisen, führt die genannte Schätzgleichung zu einem Satz von konstanten Parametern. Sie ist damit auch zur Überwachung dieser Asynchronmaschine geeignet.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Zustandes einer Asynchronmaschine mit Hilfe von verschiedenen bei laufender Asynchronmaschine gemessenen Betriebsdaten, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens drei nicht identischen Betriebspunkten die komplexe Eingangsimpedanz (Z = R + jX) der Asynchronmaschine bestimmt wird, daß jedes Wertepaar für den Real- und den Imaginärteil der Eingangsimpedanz (R, X), das man pro Betriebspunkt erhält, jeweils in die Gleichung (R ² + X ²) = A ₁ · X + A ₂ · R + A ₃mit unbekannten Parametern (A ₁, A ₂ und A ₃) eingesetzt wird, daß aus dem so erhaltenen Gleichungssystem die den Zustand der Asynchronmaschine charakterisierenden Parameter (A ₁, A ₂ und A ₃) ermittelt werden und daß die ermittelten Parameter (A ₁, A ₂ und A ₃) mit Bezugswerten (A ₁*, A ₂* und A ₃*) verglichen werden, die einen Vergleichszustand charakterisieren.

2. Verfahren zur Überwachung der Hauptinduktivität (L _H) einer Asynchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 ermittelten Parameter (A ₁, A ₂ und A ₃) zur Bildung einer Hilfsgröße (D) herangezogen werden, wobei zusammen mit den Werten für A ₁ und f, welches die Frequenz der Spannung ist, mir der die Speisung der Asynchronmaschine erfolgt, in folgende, die Hauptinduktivität (L _H) ergebende Formel eingesetzt wird:

3. Verfahren zur Überwachung der Streuinduktivität (L _σ) einer Asynchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Parameter (A ₁, A ₂ und A ₃) zur Bildung einer Hilfsgröße verwendet werden, wobei sich aus den so gefundenen Werten die Streuinduktivität ergibt.

4. Verfahren zur Überwachung des Ständerwiderstandes einer Asynchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständerwiderstand mit Hilfe des ermittelten Parameters (A ₂) mittels der Gleichung bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Messungen des Real- und Imaginärteils der Eingangsimpedanz eine Auswahl in der Form getroffen wird, daß eine lineare Unabhängigkeit der aufgestellten Gleichungen gewährleistet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mit einer vorbestimmten Anzahl von Wiederholungen durchgeführt wird, wobei die so erhaltenen Maschinenparameter gespeichert werden, und daß die Maschinenparameter in der Folge zyklisch berechnet und mit den als Referenzgrößen dienenden abgespeicherten Maschinenparametern verglichen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der letzte Wert für den cosϕ der Asynchronmaschine verglichen wird mit den Werten für den cosϕ, die sich aus den letzten M Messungen ergeben, wobei M eine einstellbare natürliche Zahl ist, und daß das neue Wertepaar von Real- und Imaginärteil der Eingangsimpedanz nur dann für das Verfahren nach Anspruch 1 herangezogen wird, wenn der cosϕ um einen bestimmten einstellbaren Mindestbetrag von allen cosϕ der letzten M Messungen differiert.

8. Verfahren zur Überwachung des Luftspaltes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem identifizierten Wert der Hauptinduktivität L _H der ideelle Luftspalt der Maschine nach der Gleichung berechnet wird, wobei L _HN die vorab abgespeicherte Hauptinduktivität, L _H die aktuell geschätzte Induktivität und d _N der konstruktiv vorgesehene Luftspalt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Eingangsimpedanz nur jeweils eine Spannung, ein Strom und eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom herangezogen werden, wobei bei verketteter Spannung bzw. verkettetem Strom der Strangwert nach den bekannten Symmetriegesetzen ermittelt wird.