ES2340123B1 - Sistema de medida con sonda rogowski sin integrador. - Google Patents
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Abstract
Sistema medida con sonda Rogowski sin
integrador.
La presente invención consiste en un nuevo de
sistema de medida para la detección de fallos en motores eléctricos
de corriente alterna basado en la medida de corrientes mediante
sonda Rogowki sin integrador.
El uso de la bobina Rogowski y circuito
integrador como se ha usado tradicionalmente para la medida de
corrientes de baja frecuencia presenta problemas. Para el análisis
de los harmónicos de baja frecuencia de corriente utilizados en el
diagnóstico de motores eléctricos es válida la señal que proporciona
la sonda Rogowski sin integrador.
Description
Sistema de medida con sonda Rogowski sin
integrador.
La presente invención está relacionada, de forma
general con la medida de corrientes, y más específicamente con el
diagnóstico de motores para detección preventiva de fallos mediante
métodos no invasivos que permitan hacer el diagnóstico durante el
funcionamiento normal del motor.
El motor de inducción es la máquina eléctrica
más utilizada. Actualmente, el 70% de las aplicaciones industriales
utilizan motores de inducción, y más del 50% de la energía consumida
en los países industrializados es debida a este tipo de motores.
Un buen mantenimiento preventivo para detectar
fallos a tiempo es de especial importancia en el sector
industrial.
Existen diferentes técnicas para el diagnóstico
de fallos. Entre ellas destacan:
- -
- Análisis espectral de las vibraciones y el ruido acústico.
- -
- Monitorización del campo electromagnético y medición flujo axial.
- -
- Medición de temperatura, reconocimiento infrarrojo.
- -
- Análisis espectral de la corriente del motor (MCSA).
El método MCSA se basa en el análisis espectral
de las corrientes de estator del motor. Se utiliza con éxito para el
diagnostico de fallos como barras rotas, excentricidad, espiras
cortocircuitadas, daños en cojinetes, etc.
Analizando la evolución temporal de la amplitud
de los harmónicos correspondientes al fallo, se pude realizar una
prognosis del tiempo de vida útil antes de alcanzar el fallo
catastrófico.
Las bases de este método se han desarrollado
sobre el motor de inducción pero es perfectamente aplicable a otro
tipo de motores eléctricos de corriente alterna como pueden ser los
motores de imanes permanentes.
Para el uso el método de diagnóstico MCSA, es
necesario la medida de la corriente que circula por el estator del
motor. Para ello existen diferentes alternativas. Entre los métodos
que destacan están los siguientes:
- -
- Resistencia shunt
- -
- Sensores de efecto Hall
- -
- Transformadores de corriente
Otra alternativa como sensor de medida es el uso
de bobinas Rogowski que consiste en un toroide con núcleo de aire o
de material no magnético. La simplicidad del diseño y la ausencia de
núcleo magnético hacen que el coste de la bobina Rogowski sea
inferior al de los otros tipos de sensores para la medida de
corriente.
Para la medida de corrientes, ésta se coloca
alrededor de un cable conductor. Cuando por este conductor circula
una corriente variable, se produce un campo magnético que induce una
fuerza electromotriz en la bobina proporcional a la derivada de la
corriente.
Para obtener una seftal proporcional a la
corriente que circula por el motor se utilizan circuitos
integradores. La tensión final de salida de la sonda, depende del
núcleo y de la ganancia del circuito integrador.
Sin embargo, los circuitos integradores
presentan problemas de saturación debido a la no idealidad de los
componentes y debido al tipo de corrientes con sobrepicos
asimétricos que circulan por los motores.
Generalmente los motores son alimentados
mediante circuitos inversores de potencia, estos generan pulsos de
tensión superpuestos al harmónico fundamental con una cierta
asimetría, es decir, la parte positiva de la onda puede tener área
diferente de la negativa. Esto provoca que el condensador de
retroalimentación del circuito integrador se cargue hasta que el
circuito se satura, especialmente en las medidas de baja frecuencia
donde es difícil filtrar esta componente previamente al proceso de
integración. En general los circuitos integradores son difíciles de
ajustar para evitar estos problemas.
La tensión que proporciona la sonda Rogowski es
proporcional a los cambios di/dt en la corriente que circula por el
motor.
\vskip1.000000\baselineskip
El diagnóstico de motores mediante el método
MCSA se basa en el análisis espectral de la corriente de estator,
por lo tanto, no es necesario tener una señal proporcional a la
corriente del motor, con la derivada es suficiente. Podemos evitar
utilizar el circuito integrador, y por lo tanto desaparece el
problema de la saturación y por lo tanto el problema del ajuste, lo
que permite utilizar la sonda Rogowski en producción en serie.
La corriente que circula por el estator de un
motor eléctrico de alterna con avería se puede modelar por la
siguiente expresión.
\vskip1.000000\baselineskip
Donde 2\pi\omega_{i} se corresponde con las
frecuencias de los harmónicos y A_{i} con la amplitud de
éstos.
Las señal que obtenemos mediante la sonda
Rogowski sin integrador es la derivada.
Se obtiene una señal con la misma cantidad de
harmónicos y situados en las mismas frecuencias, únicamente cambia
la amplitud con un factor conocido a priori.
Sorprendentemente los harmónicos que obtenemos
tienen mayor amplitud, ya que están multiplicados por su respectiva
\omega, esto ayuda a su posterior tratamiento ya que se
discriminan mejor entre el ruido.
En resumen, las ventajas de utilizar la sonda
propuesta son:
- -
- Menor coste.
- -
- No presenta problemas de ajuste debido a la saturación del integrador.
- -
- Facilita el diagnóstico por el incremento de amplitud de los harmónicos.
Debido a que haciendo el análisis espectral, la
amplitud de cada harmónico queda multiplicada por su respectiva
frecuencia, a alta frecuencia los harmónicos presentan mayor
amplitud que en el caso de usar circuito integrador, esto se traduce
en un mejor aprovechamiento margen dinámico del convertidor AD
utilizado para el tratamiento de la señal. Esto es especialmente
útil para diagnóstico de motores mediante MCSA en caso de baja carga
mecánica en el eje del motor, cuando las amplitudes de los
harmónicos por encima de la fundamental resultan ser muy pequeñas.
Usando la sonda Rogowski sin integrador, la amplitud de éstos
harmónicos queda multiplicada por su respectiva frecuencia y
resultan ser más fácilmente detectables.
\vskip1.000000\baselineskip
Para el propósito de diagnóstico de motores de
tamaño 90 se ha diseñado una bobina Rogowski en un núcleo de
polietileno con n=500, A= 56.25 mm^{2}, y r= 3,75 mm. Con estos
valores la inductancia mutua es de M= 500 nH.
El equipo de medida y diagnóstico de máquinas
comprende una bobina Rogowski sin el circuito de integración Figura
nº 1.
La electrónica analógica está detallada en la
figura nº 2 y comprende una etapa de amplificación de la señal igual
a 1k, en una configuración de amplificación no inversora, más una
segunda etapa de filtrado, formando un filtro RC para evitar el
efecto de aliasing con una frecuencia de corte de aproximadamente
1,5 kHz, con unos valores de resistencia de 1 k Ohm y capacidad de
100 nF.
La figura nº 2 muestra el espectro obtenido de
un motor con 8 barras rotas y alimentado a 53 Hz, el espectro
superior muestra la medida con una sonda Rogowski sin integrador, el
inferior, con integrador.
La figura nº 3 muestra la misma información que
la figura nº 2 pero en un intervalo de frecuencia hasta los 350
Hz.
En las figuras nº 2 y nº 3 se muestra la
eficacia del equipo de medida propuesto.
Claims (17)
1. Equipo de medida de corrientes
caracterizado por el uso de medios para la captación de
corriente por métodos inductivos y una electrónica de
acondicionamiento compuesta por al menos una etapa de amplificación
y al menos una etapa de filtrado con exclusión de uso de circuito
integrador.
2. De acuerdo con la reivindicación número 1,
equipo de diagnóstico caracterizado porque los medios para la
captación de corriente son una sonda Rogowski.
3. De acuerdo con la reivindicación número 1,
equipo de medida de corrientes caracterizado porque los
medios para la captación de corriente son una sonda con núcleo
ferromagnético.
4. De acuerdo con la reivindicación número 2,
equipo de medida de corrientes caracterizado porque la sonda
Rogowski está desarrollada sobre un núcleo de polietileno con 500
espiras de cobre, un área sobre los 56.25 mm^{2}, y un radio sobre
3,75 mm.
5. De acuerdo con la reivindicación número 1,
equipo de medida de corrientes caracterizado porque el
circuito amplificador está formado en una etapa no inversora (figura
2) y un filtro RC pasa-bajos con una frecuencia de
corte de aproximadamente 1,5 kHz, con unos valores de resistencia de
1 k Ohm y capacidad de 100 nF (figura 2).
6. Uso del equipo de medida de corrientes para
el diagnóstico de equipos eléctricos.
7. De acuerdo con la reivindicación número 6,
uso del equipo de medida de corrientes para el diagnóstico de
máquinas eléctricas.
8. De acuerdo con la reivindicación número 7,
uso del equipo de medida de corrientes para el diagnóstico de
máquinas eléctricas de corriente alterna.
9. De acuerdo con la reivindicación número 8,
uso del equipo de medida de corrientes para el diagnóstico de
motores de inducción.
10. De acuerdo con la reivindicación número 8,
uso del equipo de medida de corrientes para el diagnóstico de
motores PMSM.
11. De acuerdo con la reivindicación número 8,
uso del equipo de medida de corrientes para el diagnóstico de
motores SRM.
12. Uso del equipo de medida de corrientes para
la prognosis de equipos eléctricos.
13. De acuerdo con la reivindicación número 12,
uso del equipo de medida de corrientes para la prognosis de máquinas
eléctricas.
14. De acuerdo con la reivindicación número 13,
uso del equipo de medida de corrientes para la prognosis de máquinas
eléctricas de corriente alterna.
15. De acuerdo con la reivindicación número 14,
uso del equipo de medida de corrientes para la prognosis de motores
de inducción.
16. De acuerdo con la reivindicación número 14,
uso del equipo de medida de corrientes para la prognosis de motores
PMSM.
17. De acuerdo con la reivindicación número 14,
uso del equipo de medida de comentes para la prognosis de motores
SRM.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200802045A ES2340123B1 (es) | 2008-07-04 | 2008-07-04 | Sistema de medida con sonda rogowski sin integrador. |
| EP08850035A EP2221597A1 (en) | 2007-11-14 | 2008-11-14 | System for diagnosing defects in electric motors |
| US12/742,835 US20100277199A1 (en) | 2007-11-14 | 2008-11-14 | System For Diagnosing Defects in Electric Motors |
| MX2010005296A MX2010005296A (es) | 2007-11-14 | 2008-11-14 | Sistema de diagnostico de fallos en motores electricos. |
| PCT/ES2008/000719 WO2009063118A1 (es) | 2007-11-14 | 2008-11-14 | Sistema de diagnóstico de fallos en motores eléctricos |
| CA2707519A CA2707519A1 (en) | 2007-11-14 | 2008-11-14 | System for diagnosing defects in electric motors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200802045A ES2340123B1 (es) | 2008-07-04 | 2008-07-04 | Sistema de medida con sonda rogowski sin integrador. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2340123A1 ES2340123A1 (es) | 2010-05-28 |
| ES2340123B1 true ES2340123B1 (es) | 2011-04-04 |
Family
ID=42166421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200802045A Active ES2340123B1 (es) | 2007-11-14 | 2008-07-04 | Sistema de medida con sonda rogowski sin integrador. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2340123B1 (es) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9918539D0 (en) * | 1999-08-06 | 1999-10-06 | Sentec Ltd | Planar current transformer |
| DE19939222A1 (de) * | 1999-08-18 | 2001-03-29 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Messung von Netzrückwirkungen insbesondere von Bahnfahrzeugen |
| US7638999B2 (en) * | 2006-04-07 | 2009-12-29 | Cooper Technologies Company | Protective relay device, system and methods for Rogowski coil sensors |
-
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- 2008-07-04 ES ES200802045A patent/ES2340123B1/es active Active
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| ES2340123A1 (es) | 2010-05-28 |
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