ES2930602B2 - Método y dispositivo para estimación de velocidad de una máquina asíncrona - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Método y dispositivo para estimación de velocidad de una máquina asincrona

Campo de la invención

La presente invención se refiere de manera general al campo de las máquinas asincronas, y más concretamente a un método y a un dispositivo para estimar la velocidad y diagnosticar fallos en máquinas asincronas.

Antecedentes de la invención

El análisis de la corriente de linea de motores asincronos (conocido en inglés como MCSA, “Motor Current Signature Analysis”) es uno de los procedimientos de diagnóstico con mayor potencial en la detección de averias en motores de inducción. Esto se debe a que se trata de un método no invasivo que puede aplicarse sin necesidad de detener el proceso productivo y que puede aportar gran fiabilidad en la detección de determinadas averias (sobre todo barras rotas y excentricidad, aunque también cortocircuitos). El método en ^sí consiste en localizar en el espectro de la corriente de linea del motor los armónicos generados por los fallos cuya presencia se quiere detectar; armónicos cuya posición en el espectro depende de la velocidad, y cuya amplitud significativa determina la presencia de la averia. Para llevar a cabo este procedimiento, la técnica se vale de la captura y descomposición en frecuencia mediante la transformada rápida de Fourier (FFT) de una o varias de estas corrientes.

Más concretamente, el proceso de diagnóstico en su conjunto se puede dividir en las siguientes cinco etapas:

- Captura: registrar la corriente o corrientes de linea de manera no invasiva para evitar la parada del proceso productivo.

- Descomposición: obtener el espectro de la corriente mediante FFT, descomponiendo dicha corriente en ^sus armónicos, cada uno a una frecuencia y con una amplitud distinta.

- Localización: determinar de manera precisa y no invasiva la frecuencia del armónico de fallo, la cual, al ser función de la velocidad, requiere la previa medida o estimación de la misma, para poder distinguirlo correctamente de otros armónicos cercanos propios del estado sano.

- Cuantificación: determinar la amplitud del armónico de fallo, la cual crece con la presencia de la avería.

- Diagnóstico: aplicar un criterio que permita relacionar la amplitud de los armónicos de fallo detectados con la severidad del fallo que los ocasiona.

El punto crítico del proceso descrito es la localización de los armónicos de fallo. Tal y como se ha explicado, la frecuencia de dichos armónicos depende de la velocidad; es por ello que se requiere de una medida o estimación precisa de la velocidad que permita realizar dicha etapa con garantías. Debido a la carencia de una forma efectiva de obtener la velocidad, la etapa de localización está actuando a día de hoy como cuello de botella en el proceso, impidiendo disponer de un procedimiento de diagnóstico basado en MCSA que sea fiable, preciso, automático y válido para cualquier motor. A continuación, se resumen las desventajas que presentan los métodos tradicionalmente usados para determinar la velocidad durante la etapa de localización:

- Estimación de la velocidad con sensor físico fijo (encóder).

• No todos los motores en la industria trabajan con un sensor físico acoplado ya que encarecen el precio y disminuyen la robustez del motor (menor validez).

• Las medidas se ven afectadas por las condiciones de operación e instalación; variaciones en la temperatura o el uso de largos cables de transmisión pueden alterar los resultados (menor fiabilidad).

• Acoplar un sensor al eje es un procedimiento altamente invasivo.

- Estimación de la velocidad con sensor físico manual (tacómetro).

• No todos los motores en la industria tienen accesible el eje para poder llevar a cabo las mediciones (menor validez).

• La precisión de las mediciones depende fuertemente de la habilidad del operario con el tacómetro (menor fiabilidad, menor automaticidad).

• Se precisa sincronizar la medida de la corriente con la de la velocidad.

- Estimación de la velocidad sin sensores, basándose en armónicos de ranura de rotor (ARR).

• No resulta trivial la localización de dichos armónicos en el espectro (menor validez).

• Es necesario conocer el número de ranuras de rotor, el cual es un parámetro raramente conocido en industria (menor validez).

• Para su uso , es necesario también conocer el parámetro v del ARR localizado (menor validez). A modo aclaratorio, el parámetro v es el orden del armónico temporal (múltiplo de la fundamental) presente en la tensión que genera el correspondiente ARR.

- Estimación de la velocidad sin sensores, basándose en armónicos de excentricidad mixta (AEM).

• Aunque toda máquina tiene un nivel de excentricidad inherente debido a cuestiones de fabricación y montaje, los armónicos asociados no siempre se manifiestan con la suficiente amplitud como para ser distinguidos en el espectro, especialmente en máquinas de dos pares de polos (menor validez).

• Incluso cuando aparecen con una amplitud relativamente significativa en el espectro, pueden tener a su alrededor armónicos asociados a oscilaciones de carga que ocasionen detecciones erróneas (menor fiabilidad).

• Incluso dándose el caso de que fuera posible detectarlos de manera inequívoca,

s u estrecho ancho de banda ocasiona que las estimaciones de velocidad no sean muy precisas: un pequeño error en la estimación de sus frecuencias se ve traducido en un gran error en la estimación de la velocidad (menor precisión).

En el documento WO2019167086A1 se da a conocer un sistema no invasivo para diagnosticar motores de inducción haciendo u s o exclusivamente de la corriente de línea. El sistema de detección de averías se basa en medir una corriente, digitalizar la corriente, acondicionar la señal, estimar la velocidad (lo cual incluye detectar los armónicos de excentricidad mixta (AEM), y calcular el deslizamiento/velocidad a partir de los mismos), determinar una banda donde buscar los armónicos de fallo haciendo uso de la velocidad estimada, detectar armónicos de fallo y diagnosticar.

En primer lugar, el método de estimación de la velocidad descrito en el documento WO2019167086A1 hace uso de los armónicos de excentricidad mixta, los cuales presentan principalmente los tres inconvenientes descritos más arriba.

Además, el método de estimación de la velocidad descrito en el documento WO2019167086A1 sólo hace uso de un único armónico dependiente de la velocidad, lo cual hace que el método sea muy poco robusto, al no comprobarse la coherencia de la estimación con el resto de información disponible en el espectro. Como consecuencia, puede dar lugar con bastante facilidad a estimaciones erróneas de la velocidad debidas, por ejemplo, a haber identificado un armónico como el AEM cuando no lo era.

Por otro lado, el método descrito en el documento WO2019167086A1 requiere conocer de antemano el número de ranuras, parámetro que rara vez se conoce en la industria y que requiere desmontar el motor o realizar previamente ensayos invasivos para determinarlo. Concretamente, utiliza dicho parámetro para posicionar los armónicos de excentricidad dinámica.

Por último, el método descrito en el documento WO2019167086A1 hace uso de una banda demasiado ancha para localizar el armónico de fallo (4 Hz centrada en la frecuencia calculada a partir de la estimación de la velocidad mediante Armónicos de Excentricidad Mixta). Al usar una banda de búsqueda tan ancha (incluso más ancha que el ancho de banda del armónico de fallo), las posibilidades de detectar otros armónicos no asociados a fallos aumentan. Por tanto, la fiabilidad del método disminuye.

El documento CN111398814A da a conocer un sistema para la detección de fallos y el diagnóstico inteligente para máquinas controladas mediante arrancador suave. El sistema usa la información de tiempo-frecuencia (velocidad, armónicos de fallo, medidas de corriente y medidas de tensión) como parámetro característico de fallo, para diagnosticar a continuación el motor mediante inteligencia artificial. El sistema lleva a cabo un método que consta de las siguientes etapas:

- medir sincrónicamente tensiones y corriente durante 1 segundo a 256 Hz ,

- digitalizar las señales,

- calcular los espectros,

- calcular la admitancia armónica (espectro de corriente / espectro de tensión),

- identificar las frecuencias que se distribuyen simétricamente a ambos lados de la fundamental,

- calcular la velocidad a partir de dichas frecuencias.

Como principal desventaja, el método descrito en el documento CN111398814A requiere medir tensiones, lo cual resulta invasivo, ya que para acoplar las sondas con seguridad es necesario desconectar el motor.

El método descrito en el documento CN11398814A hace uso de armónicos que, atendiendo a la frecuencia de muestreo que se utiliza (256 Hz), se trata de armónicos distintos a los armónicos ARR. Por la descripción que se da ("frecuencias que se distribuyen simétricamente a ambos lados de la fundamental”), puede deducirse que se trata probablemente de armónicos de excentricidad mixta. Tal y como ya se ha comentado, estos armónicos presentan tres inconvenientes que afectan a la aplicabilidad del método,

su fiabilidad y su precisión.

Por último, el método descrito en el documento CN11398814A hace uso de una red neuronal. Por tanto, requiere un entrenamiento previo, lo cual aumenta el carácter invasivo del método, impidiendo hacer un uso inmediato tras la conexión del dispositivo, alargando y, por consiguiente, encareciendo la aplicación del método relacionado.

El documento US2019324084A1 describe un sistema para la detección de fallos en motores de inducción para su implementación en motores controlados. Los fundamentos del método de diagnóstico son los siguientes:

- La corriente medida contiene la frecuencia fundamental y la(s) frecuencia(s) de fallo. - Se modula esta corriente con una(s) señal(es) sintética(s) de frecuencia igual a la(s) frecuencia(s) de fallo.

• Para determinar la frecuencia de las señales sintéticas se hace uso del sensor de velocidad del sistema.

- Al modular se obtienen cuatro señales con las siguientes características:

• Señal 1: lenta y grande (f_fundamental-f_sintética).

• Señal 2: rápida y grande (f_fundamental+f_sintética)

• Señal 3: lenta y pequeña (f_fallo-f_sintética).

• Señal 4: rápida y pequeña (f_fallo+f_sintética).

- De estas cuatro señales se elige la tercera para detectar el fallo, ya que es la más lenta de todas, facilitando así su detección mediante la técnica de paso por cero ("zerocrossing”), la cual es ostensiblemente sensible al ruido.

El método descrito en el documento US2019324084A1 no estima la velocidad, sino que hace uso de uno de los sensores físicos (encóder) presentes en el controlador, con los inconvenientes mencionados anteriormente para este tipo de técnicas.

Por último, en el artículo "Analysis of Non-lntrusive Rotor Speed Estimation Techniques for Inverter-Fed Induction Motors” (Chirindo Mathews; Khan Mohamed A; Barendse Paul, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, 20200707 IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US; voI. 36, n.01, pág. 338 - 347) se proporciona una revisión de técnicas de estimación de la velocidad no invasivas para usarse en la estimación de la eficiencia in situ. En este artículo no se propone ningún método nuevo, sino que se analizan varios de los existentes, concluyendo que los mejores son aquellos basados en la detección de armónicos en el espectro de la corriente gracias a su no invasividad y buena precisión (en comparación, por ejemplo, con los basados en análisis de vibraciones). Además, se muestra mediante ensayos experimentales que las técnicas basadas en armónicos de ranura de rotor (ARR) proporcionan mayor precisión que las basadas en armónicos de excentricidad mixta (AEM). Finalmente, también se resalta que, aunque son más precisas, las técnicas ARR tienen el problema de necesitar el número de ranuras del rotor, el cual es un parámetro raramente conocido en la industria.

Por tanto, sería deseable disponer de un dispositivo y método para estimar la velocidad de una máquina asincrona a través de la corriente de línea y realizar un diagnóstico de la misma a través de la localización de los armónicos de fallo presentes en el espectro y dependientes de la velocidad, que supere al menos algunos de los inconvenientes mencionados de la técnica anterior. En concreto, seria deseable disponer de un dispositivo y método que permita realizar dicha estimación de velocidad y diagnóstico de manera automática, precisa y fiable para cualquier máquina asincrona. Por último, seria deseable que dicho método y dispositivo puedan implementarse usando como única información de partida datos indicados en la placa de características de la máquina asincrona, y en particular, sin requerir ninguna etapa invasiva.

Sumario de la invención

La presente invención resuelve los inconvenientes de la técnica anterior dando a conocer un método y un dispositivo para la estimación de velocidad y el diagnóstico de una máquina asincrona (tanto motor como generador) de una manera automática, precisa, fiable, de aplicación general y no invasiva (basándose únicamente en datos conocidos a partir de la placa de características de la máquina). La presente invención mide la velocidad de la máquina asincrona a través de su corriente de línea, y realiza un diagnóstico de dicha máquina a través de la localización de uno o varios armónicos de fallo presentes en el espectro y dependientes de la velocidad.

Según un primer aspecto, la presente invención da a conocer un método no invasivo para la estimación de velocidad y el diagnóstico de una máquina asincrona. En concreto, el método comprende las siguientes etapas:

a) especificar un tiempo de captura de señal;

b) capturar una señal de corriente de linea de la máquina asincrona durante el tiempo de captura especificado en la etapa a);

^c) procesar la señal de corriente obtenida en la etapa b) y estimar la velocidad media de funcionamiento mediante la ecuación 0.6, en base a una detección automática de la posición de los ARR mediante unos medios de procesamiento programables, asignándoles sus parámetros v y O v;

donde

s es el deslizamiento,

Ovfo es el múltiplo de la fundamental sobre el cual se sitúa un determinado ARR cuando el deslizamiento (s) es cero,

fo es la frecuencia fundamental,

íarr es la frecuencia del ARR,

v el orden del armónico temporal presente en la tensión que genera el ARR correspondiente,

n es la velocidad media de funcionamiento,

p es el número de pares de polos de la máquina,

Ov es el orden del armónico impar de la fundamental inmediatamente superior a la frecuencia del ARR detectado, en el caso de funcionamiento de la máquina asincrona en un modo motor; o el orden del armónico impar de la fundamental inmediatamente inferior a la frecuencia del ARR detectado, en el caso de funcionamiento de la máquina asincrona en un modo generador;

con la particularidad de que Ov se relaciona con íarr,s=o y con fo según la siguiente ecuación:

donde íarr,s=o es la frecuencia de un determinado ARR cuando el deslizamiento (s) es cero; y

d) de manera opcional, a partir de la velocidad media estimada en la etapa ^c), determinar la posición y amplitud de uno ^o varios armónicos asociados a fallos cuya frecuencia en el espectro depende de la velocidad, y emitir un diagnóstico en base al resultado obtenido.

La aplicación de la ecuación 0.6 permite estimar la velocidad media de funcionamiento de la máquina asincrona sin necesidad de conocer el número de ranuras del rotor, ni hacer ensayos específicos para ^su obtención.

Según un segundo aspecto, la presente invención da a conocer un dispositivo para la estimación de velocidad y el diagnóstico de una máquina asincrona, que usa un método según el primer aspecto de la invención. El dispositivo comprende:

- un sistema de adquisición de datos mediante una sonda de corriente, siendo la sonda de corriente adecuada para capturar la señal física de una de las corrientes de línea de la máquina asincrona, y estando el sistema de adquisición de datos configurado para convertir la señal física captada por la sonda de corriente en una señal digital;

- una unidad de control configurada para controlar el sistema de adquisición de datos; y - medios de procesamiento programables adaptados para ejecutar la etapa ^c) del método. De manera opcional, los medios de procesamiento programables también están adaptados para ejecutar la etapa d) del método.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y ^sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes ^o pasos. Además, la palabra "comprende" incluye el caso "consiste en". Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. L^os siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones aquí indicadas.

Breve descripción de las figuras

La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran realizaciones preferidas de la invención, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invención de ninguna manera.

La figura 1 muestra un dispositivo portátil según una primera realización de la presente invención.

La figura 2 muestra un dispositivo integrado según una segunda realización de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La presente invención se refiere a un método y a un dispositivo de captación y tratamiento de la corriente de línea de una máquina asincrona para, a través de dicha corriente y de forma no invasiva, determinar la velocidad de funcionamiento de la máquina y, además, detectar averias presentes en la máquina que introducen frecuencias en el espectro de la corriente dependientes de la velocidad (tales como, por ejemplo, barras rotas, excentricidades, cortocircuitos, etc.). El dispositivo dado a conocer en el presente documento puede aplicarse de manera general a cualquier máquina asincrona (tanto motores como generadores), obtiene los resultados con alta precisión, de forma completamente automatizada, y puede obtenerlos disponiendo como única información de partida la velocidad, frecuencia y corriente nominales indicadas en la placa de características de la máquina. En concreto, el método y el dispositivo se basan en la detección espectral de los armónicos de ranura de rotor (ARR).

En primer lugar, se describirá de manera detallada un dispositivo según la realización preferida de la presente invención, haciendo referencia a las figuras 1 y 2. Dicho dispositivo consta de un sistema de adquisición de datos (14) con sonda de corriente (16) incorporada. Dicha sonda (16) es adecuada para capturar la señal física de corriente de uno de los conductores de línea de la máquina asincrona. El sistema de adquisición de datos (14) está configurado para convertir la señal física captada por la sonda de corriente (16) en una señal digital.

El sistema de adquisición de datos (14) se controla por una unidad de control (10), tal como un mini-ordenador. La unidad de control contiene un algoritmo para el control del sistema de adquisición de datos.

El dispositivo también comprende medios de estimación de la velocidad y el diagnóstico de averías (en esencia, averías que introducen armónicos en la corriente de línea cuya frecuencia en el espectro de la corriente depende de la velocidad: barras rotas, excentricidad, cortocircuitos, etc.). Los medios de estimación de la velocidad y el diagnóstico de averías son medios de procesamiento programables. Dichos medios están configurados para procesar la señal obtenida por el sistema de adquisición de datos (14).

Según una primera realización de la invención, el dispositivo es un dispositivo con pantalla (12) incorporada en la unidad de control (10). Según un ejemplo de esta primera realización, tal y como se muestra en la figura 1, el dispositivo es un dispositivo portátil que permite el diagnóstico de averías y/o la estimación de velocidad de tantas máquinas de inducción como se desee analizar (en este caso motores de inducción), pero que realiza análisis puntuales de cada máquina (monitorización puntual).

Según una segunda realización de la invención, el dispositivo es un dispositivo con pantalla (12) independiente y conectada de forma remota a la unidad de control (10). Según un ejemplo de esta segunda realización, tal y como se muestra en la figura 2, el dispositivo es un dispositivo fijo que analiza siempre la misma máquina de inducción (en este caso un motor de inducción), pero permite su monitorización continua en un contexto de industria 4.0. El dispositivo puede estar integrado, por ejemplo, en la propia máquina a monitorizar; preferiblemente, en el cuadro eléctrico que alimenta a dicha máquina.

En ambos casos, la pantalla (12) constituye medios de visualización de los resultados obtenidos por los medios de estimación de la velocidad y de diagnóstico.

Según una realización preferida, los medios de estimación de la velocidad y de diagnóstico están incorporados en la unidad de control (10).

Según otra realización preferida, los medios de estimación de la velocidad y de diagnóstico son independientes de, y están conectados de forma remota a, la unidad de control (10).

Es decir, se encuentran en otro ordenador centralizado que recibe la información de varias unidades de control (tal como mini-ordenadores) vinculadas a sendas máquinas asincronas específicas.

Según una realización adicional, el dispositivo comprende además medios de alarma para emitir una alarma en caso de detectar un fallo en la máquina asincrona mediante los medios de estimación de velocidad y de diagnóstico. En este caso, puede tratarse de una alarma sonora, visual, etc., así como de un aviso por SMS, correo electrónico o similar al encargado de la instalación.

Según otra realización adicional, el dispositivo comprende además una unidad de almacenamiento para almacenar al menos un dato seleccionado de la velocidad media estimada, la posición y amplitud de armónicos, y el resultado de diagnóstico.

A continuación, se describen más detalladamente cada uno de los elementos físicos constituyentes de un dispositivo según una realización preferida de la presente invención.

Sonda de corriente: S u función es capturar la señal física de corriente de una de las líneas que alimentan a la máquina. Como requisitos mínimos, el rango de medición de la sonda es de 0 - 500 A (o el rango adecuado a la corriente nominal de la máquina a monitorizar); y el ancho de banda de la sonda es de 0 - 10 kHz.

Sistema de adquisición de datos: su función es convertir la señal física de corriente captada por la sonda en una señal digital para su posterior procesamiento en la unidad de control (según esta realización, el mini-ordenador) o, según una alternativa, en un ordenador centralizado que recibe la información de varias unidades de control. Los requisitos mínimos del sistema de adquisición de datos son los siguientes:

- Memoria: 2 MS.

- Frecuencia de muestreo: 10 kS / s .

- Canales: 1.

- Resolución vertical: 12 bits.

- Salida: USB 2.0 o superior.

- Entrada: BNC.

Mini-ordenador: la primera función de la unidad de control o mini-ordenador es la de controlar el sistema de adquisición de datos; dando como resultado el guardar la corriente capturada. A continuación, el mini-ordenador pasa a procesarla (en el caso en el que los medios de estimación de velocidad y de diagnóstico están incorporados en dicho mini­ ordenador) aplicando un algoritmo que permite estimar la velocidad y/o diagnosticar la máquina de inducción. Al realizar la monitorización continua, debe enviar el resultado del diagnóstico a un sistema remoto centralizado. Alternativamente, puede enviar la corriente misma para que la estimación de la velocidad y/o diagnóstico se realicen también de forma remota para todo un conjunto de máquinas continuamente monitorizadas. En este caso, el algoritmo de estimación de velocidad y diagnóstico puede ejecutarse en el ordenador centralizado que controla a cada mini-ordenador. Los requisitos mínimos del mini­ ordenador son los siguientes:

- Sistema operativo: Windows 10 o sistema operativo similar.

- Memoria RAM: 6 GB o superior.

- Procesador: Intel 7 o similar.

- Entrada USB para teclado y mouse externo o panel táctil

- Memoria física: 32 GB o superior.

- Salida de video: HDMI o VDI.

- Puerto de entrada: USB 2.0 o superior.

Pantalla: en función de la variante, esta puede encontrarse integrada o bien en el propio mini-ordenador o bien en una sala de control en la que se realiza la monitorización continua del resto de datos de la instalación. Su función es mostrar, a través de una interfaz gráfica de usuario, los resultados del diagnóstico y/o estimación de la velocidad, así como permitir variar ciertos parámetros del análisis. La pantalla dispone de una entrada de vídeo HDMI

o VDI.

A continuación, se describe detalladamente un método no invasivo para la estimación de velocidad y el diagnóstico de una máquina asincrona, según la presente invención.

El método según la realización preferida de la presente invención comprende las siguientes etapas:

a) Especificar un tiempo de captura de señal. Preferiblemente, el usuario especifica el tiempo de captura de señal deseado, más preferiblemente a través de la interfaz gráfica, y da la orden de empezar el proceso. No obstante, según otras opciones, existe la posibilidad de que sea el propio dispositivo el que especifique el tiempo de captura de señal, por ejemplo mediante un valor preestablecido a modo de ajuste de fábrica, sin necesidad de que lo especifique el usuario. Según una realización particular, el tiempo de captura queda preestablecido por el dispositivo (ajuste de fábrica), por ejemplo, en 200 s; y partiendo del ajuste de fábrica, el usuario tiene la posibilidad de modificar el tiempo de captura en función de las necesidades.

b) Capturar una de las corrientes de linea de la máquina asincrona durante un periodo de tiempo igual al especificado en la etapa a).

c) Procesar la señal de corriente obtenida en la etapa b) y estimar la velocidad media de funcionamiento. Preferiblemente, la estimación de la velocidad media de funcionamiento se realiza mediante la ecuación 0.6, en base a una detección automática de la posición de los armónicos de ranura de rotor (ARR), asignándoles sus parámetros v y O v:

donde

s es el deslizamiento,

Ovfo es el múltiplo de la fundamental sobre el cual se sitúa un determinado ARR cuando el deslizamiento (s) es cero,

fo es la frecuencia fundamental,

í arr es la frecuencia del ARR,

v el orden del armónico temporal presente en la tensión que genera el ARR correspondiente,

n es la velocidad media de funcionamiento,

p es el número de pares de polos de la máquina.

La aplicación de la ecuación 0.6 permite estimar la velocidad media de funcionamiento de la máquina asincrona sin necesidad de conocer el número de ranuras del rotor, ni hacer ensayos específicos para su obtención.

d) De manera opcional, a partir de la velocidad media estimada en la etapa c), determinar la posición y amplitud de uno o varios armónicos asociados a fallos cuya frecuencia en el espectro depende de la velocidad, como, por ejemplo, roturas de barras, excentricidades, cortocircuitos, etc. (según una realización particular, para una correcta visualización de estos armónicos, se requiere un mínimo de 20 segundos de captura), y emitir un diagnóstico en base al resultado obtenido.

e) De manera opcional, visualizar los resultados obtenidos por el método, preferiblemente en una pantalla, integrada para la versión portátil o a distancia para la versión de monitorización continua.

f) De manera opcional, almacenar los resultados (preferiblemente, al menos un dato seleccionado de la velocidad media estimada, la posición y amplitud de armónicos, y el resultado de diagnóstico) en una base de datos que el usuario puede consultar. g) De manera opcional, emitir una alarma en caso de detectar un fallo durante la etapa d) de diagnóstico.

A modo aclaratorio, se expone lo siguiente: Durante el intervalo de tiempo que dura la captura de una señal de corriente, la velocidad de la máquina no es perfectamente estable, sino que sufre ligeras variaciones (no existe un régimen en el que la velocidad sea perfectamente constante). Por ello, cuando se utiliza el término "velocidad media” en el presente documento, se refiere a la velocidad media de la máquina durante el tiempo que dura la captura teniendo en cuenta dichas variaciones.

Además, de manera opcional, el usuario también dispone de la posibilidad de obtener información de la velocidad para cada segundo de señal registrada, lo que permite poder observar si existen oscilaciones de carga en la máquina.

Según una realización preferida, el usuario también tiene la opción de elegir entre realizar el método según un modo de monitorización continua y un modo de monitorización puntual.

Según una realización preferida, cuando se aplica el método por primera vez sobre la máquina, el procesamiento de la señal de corriente en la etapa c) comprende realizar operaciones de ajuste de los parámetros internos del método Ov y v, de manera que, cuando se aplica el método nuevamente en otro momento sobre la misma máquina, se utiliza los parámetros internos ajustados sin tener que realizar nuevamente las operaciones de ajuste, simplificando así notablemente el procesamiento de la señal de corriente y, en consecuencia, la estimación de la velocidad media de funcionamiento de la máquina. Opcionalmente, estas operaciones de ajuste también pueden repetirse cada cierto tiempo para actualizar los parámetros internos del método, ya que, debido a la degradación de la máquina, es posible que alguno de los parámetros internos varíe con el paso del tiempo. Más adelante, se explicarán las mencionadas operaciones de ajuste más detalladamente según una realización preferida, en la que dichas operaciones de ajuste se desarrollan en etapas denominadas "etapas de caracterización”.

Preferiblemente, para ajustar los parámetros internos del método, se captura la señal de corriente en régimen permanente con un índice de carga superior al 5% (en cuanto a potencia mecánica) y una duración mínima de 50 s. Preferiblemente, en el caso de que el método se aplique en un momento distinto al de las operaciones de ajuste, utilizando los parámetros internos ajustados sin realizar nuevamente las operaciones de ajuste, se contemplan las siguientes opciones:

- Si solo se desea estimar la velocidad media de funcionamiento sin realizar un diagnóstico, no hay un tiempo mínimo de captura de señal.

- Si además de la estimación de la velocidad media de funcionamiento se desea realizar un diagnóstico, la captura de señal de corriente se realiza, preferiblemente, con un mínimo de 20 segundos.

De manera general, el método según la realización preferida de la presente invención puede dividirse en dos partes claramente diferenciadas: algoritmo para el control del sistema de adquisición de datos de corriente; y algoritmo para la estimación de la velocidad y diagnóstico de averías con frecuencias en el espectro que son función de la velocidad (barras rotas, excentricidad, cortocircuitos, etc.).

Algoritmo para el control del sistema de adquisición de datos de corriente.

Se trata de un algoritmo programado para servir de interfaz de comunicación entre la unidad de control y el sistema de adquisición de datos. Además, permite al usuario seleccionar los siguientes parámetros:

- Modo de captura: análisis puntual o monitorización continua (en este segundo caso, se especifica el intervalo entre capturas).

- Escala de medida: amperios máximos a capturar (en función de la pinza usada y de la corriente nominal de la máquina a medir).

- Tiempo de captura: preferiblemente un mínimo de 50 segundos para el diagnóstico en régimen estable.

- Frecuencia de muestreo: normalmente fijo en 10 kHz.

No obstante, según una realización particular, el algoritmo dispone de unos ajustes recomendados para que el usuario sólo tenga que elegir entre el modo de captura y, en caso de monitorización continua, el intervalo de monitorización.

Algoritmo para la estimación de la velocidad y diagnóstico.

Se trata de un algoritmo que permite la estimación de la velocidad en máquinas asincronas (etapa c descrita anteriormente), asi como su diagnóstico (etapa d descrita anteriormente) (por ejemplo, detección de barras rotas, excentricidades y otras averias con frecuencias dependientes de la velocidad, como cortocircuitos); todo ello de manera precisa, automática, no invasiva, y que además solamente requiere conocer la frecuencia, velocidad y corriente nominales de la máquina, parámetros todos ellos conocidos ya que figuran en la placa de características, lo cual le confiere al método su carácter de aplicación general. Esto se consigue gracias a que el algoritmo se basa en la detección de los armónicos de ranura de rotor (ARR).

Los ARR son un conjunto de armónicos inducidos en la corriente de línea, cuyas frecuencias dependen de una serie de parámetros, tal y como se muestra en la siguiente fórmula:

que también puede escribirse como:

donde k es un número natural positivo 1, 2, 3..., p es el número de pares de polos de la máquina, s es el deslizamiento, v =1, 3, 5,..., es el orden del armónico temporal (múltiplo de la fundamental) presente en la tensión que genera el correspondiente ARR, fo es la frecuencia fundamental (o armónico principal de la tensión de alimentación), y R es el número de barras/ranuras del rotor.

Tal y como se ha mencionado, k es un número natural positivo. Más concretamente, k es un índice que ayuda a expresar, por ejemplo, el orden relativo h de los armónicos de campo generados por el rotor de la máquina asincrona, tal y como se muestra en la siguiente ecuación h = (kR/p) ±1, a modo de ejemplo explicativo. Estos armónicos de campo acaban induciendo en el estator los denominados armónicos de ranura de rotor (ARR), razón por la cual el índice k aparece en la fórmula de su frecuencia correspondiente.

El número de ranuras del rotor es un parámetro en principio desconocido, ya que no figura en la placa de características, ni en los catálogos, ni resulta fácil obtener dicha información directamente del fabricante. Por tanto, para disponer de un método automático y no invasivo, es necesario eliminarlo de la ecuación. Para eliminar R de la ecuación, se considera que la fórmula 0.2 en vacío ideal (s=0) se puede reescribir como:

donde í arr,s=o es la frecuencia de un determinado ARR cuando el deslizamiento (s) es cero.

Tal y como se ha mencionado, Ovfo (donde el subíndice v hace referencia al valor de v tomado) es el múltiplo de la fundamental sobre el cual se sitúa un determinado ARR cuando el deslizamiento es cero. Los ARR sólo manifiestan una alta amplitud en el espectro de la corriente de línea para números impares de k cuando R/p es par, y para números pares de k cuando R/p es impar. Por lo tanto, para ARR significativos, kR /p es el producto de un numero par por otro impar; si se suma o se resta otro número impar (v), el resultado, O v (véase la ecuación 0.3), es siempre un número impar. En definitiva, en vacío ideal (s=0) los ARR localizables se sitúan en múltiplos impares de la frecuencia fundamental Ovfo, y en carga, en modo motor (s>0) se sitúan a su izquierda (véase ecuación 0.2), mientras que en modo generador (s<0) se sitúan a su derecha. A modo aclaratorio, por múltiplo impar de la fundamental (también conocido como armónico impar de la fundamental) ha de entenderse la frecuencia resultante de multiplicar la fundamental por un número impar, tal y como es comúnmente empleado en el campo de la ingeniería eléctrica.

A continuación, se puede reformular la ecuación 0.2 para cualquier velocidad de funcionamiento como:

De esta última ecuación se extrae la siguiente información:

- Si se rescribe la ecuación 0.4 como íarr = Ovfo - ksfo R/p, se observa que la distancia de un ARR con respecto a Ovfo vale ksfo R/p. Como R/p no es variable y sfo (frecuencia de deslizamiento) es la misma para todos los ARR (v = 1, 2, 3...), si dichos ARR están asociados a una misma k, la distancia (en Hz) entre la frecuencia del ARR y la frecuencia de su múltiplo impar de la fundamental Ovfo, es para todos los ARR la misma. - Particularizando lo anterior para plena carga: de vacío a plena carga, cualquier ARR se desplaza una distancia igual a [Ov v ] - sN - f 0 Hz , a izquierdas (motor) o a derechas (generador), con respecto a su posición de vacío Ovfo (frecuencia múltiplo impar de la fundamental), donde Sn es el valor nominal de deslizamiento (es decir, el valor de deslizamiento a plena carga).

- Una vez localizado un ARR, es fácil localizar el múltiplo impar de la fundamental Ovfo que tiene a su derecha (en modo motor, que es el más común) o a su izquierda (en modo generador), y, conociendo la frecuencia de la fundamental fo, calcular el parámetro Ov, quedando por determinar con respecto a dicho ARR solamente el parámetro v, pues el número de ranuras del rotor R se ha eliminado de la ecuación.

Por tanto, teniendo en cuenta que la frecuencia fundamental es fácilmente obtenible, ya que es el pico de mayor amplitud en el espectro de la corriente, y que el número de ranuras de rotor se ha eliminado de la ecuación, solo es necesario aplicar un algoritmo para realizar la etapa c) descrita anteriormente, que comprende en concreto las siguientes etapas:

i) Localizar conjuntos de armónicos candidatos a ser familia de ARR (ARR: armónicos de ranura de rotor) asociados a un mismo valor de índice k.

Con el fin de simplificar la terminología utilizada, en el presente documento también se utiliza el término “conjunto candidato" para hacer referencia a un “conjunto de armónicos candidato a ser familia de ARR”. Además, también se utiliza el término “armónico candidato a ARR” para hacer referencia a un armónico perteneciente a un conjunto de armónicos candidato a ser familia de ARR”.

El índice k se utiliza para diferenciar conjuntos candidatos a ser familia de ARR, pues los ARR asociados a k=1 están a una distancia X del múltiplo impar de la fundamental inmediatamente superior, los ARR asociados a k=2 están a una distancia de 2X, y así sucesivamente. Según la realización preferida de la presente invención, en esta etapa no es relevante lo que valga el índice k, sino que los armónicos candidatos a ARR de un mismo conjunto candidato estén asociados a un mismo índice k, es decir, que estén separados la misma distancia respecto al múltiplo impar de la fundamental inmediatamente superior.

ii) Calcular el parámetro O v asociado a cada armónico candidato a ARR de cada conjunto candidato localizado, definido O v/o como múltiplo de la fundamental sobre el cual se sitúa un determinado armónico candidato a ARR cuando el deslizamiento (s) es cero, tal y como se refleja en la siguiente ecuación 0.5:

donde í arr,s=o es la frecuencia de un determinado armónico candidato a ARR cuando el deslizamiento (s) es cero.

iii) Determinar el parámetro v asociado a cada armónico candidato a ARR de cada conjunto candidato localizado; y

iv) Determinar cuál de todos los conjuntos de armónicos candidatos es la verdadera familia de ARR.

v) Estimar la velocidad media de funcionamiento n mediante la ecuación 0.6:

Según una realización preferida de la presente invención, una vez determinado cuál de todos los conjuntos candidatos es la verdadera familia de ARR en la etapa iv), se almacenan los parámetros Ov y v de los ARR de dicha familia para su utilización posterior, de manera que cuando se aplica el método nuevamente en otro momento sobre la misma máquina, se realiza directamente la etapa v) de estimar la velocidad media de funcionamiento n a partir de los parámetros Ov y v almacenados, en vez de realizar nuevamente las etapas i) ii) iii) y iv).

A continuación, se describirán más detalladamente algunas de las etapas del método.

Localización de conjuntos de armónicos candidatos a ser familia de ARR (etapa i).

Una familia de armónicos de ranura de rotor se define como el conjunto de dichos armónicos vinculados a un mismo índice K. A continuación, se describe la parte del algoritmo cuyo objetivo es identificar las frecuencias de los armónicos candidatos a ARR presentes en la máquina. Según una realización preferida, la etapa i) comprende las siguientes acciones:

- Obtener el espectro: El algoritmo calcula la transformada rápida de Fourier (FFT) de la señal aplicando relleno con ceros (para aumentar la resolución frecuencial), lo que se conoce como técnica “zero-padding”.

- Realizar un filtrado previo y estimar el nivel de ruido: Preferiblemente, se reduce la frecuencia hasta los 200/0 Hz a través de un filtro paso bajo de orden 8 de Chebyshev de tipo IRI, y, posteriormente, se estima el nivel de ruido a través del valor medio de la densidad espectral de la corriente, multiplicado por un coeficiente de 0,872 obtenido de forma experimental.

- Filtrar el ruido: Se eliminan todos los armónicos por debajo del nivel de ruido.

- Opcionalmente, filtrar armónicos del convertidor: Se filtran los armónicos producidos por el convertidor en caso de que la máquina esté alimentada por uno. Para ello, en primer lugar, se estiman los armónicos del convertidor a través de su fórmula teórica. Seguidamente se centra una banda alrededor de los mismos, y se elimina todo lo contenido en dicha banda.

- Definir ventanas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR: Se subdivide el espectro en ventanas de amplitud [fo(2m-1) fo(2m+1)], donde m es un número entero, que se incrementa de uno en uno a partir de 4, hasta cubrir el espectro.

A continuación, se expone más detalladamente cómo se definen las ventanas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR, en base a un ejemplo explicativo: Una vez filtrada la señal, la frecuencia de muestreo queda reducida a 200/0 Hz (tal y como se ha indicado anteriormente). A continuación, las ventanas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR se definen mediante [fo(2m-1) fo(2m+1)], incrementando m de uno en uno a partir de 4, dando lugar a las ventanas de búsqueda [7f09/0], [9/011/o], [11 fo 13/0], [13/015/0], y así sucesivamente hasta llegar a la zona límite del espectro, de manera que la última ventana de búsqueda es aquella cuyo límite superior se encuentra más cerca del límite del espectro sin sobrepasarlo (no se definen ventanas de búsqueda por debajo de 7f0, ya que en esa zona no se encuentran ARR). El espectro abarca desde 0 Hz hasta 100/0 Hz (la FFT da el espectro de señal desde 0 Hz hasta la frecuencia de muestreo dividido entre 2, es decir, 200/0/2 Hz). Según un ejemplo particular, en el que la frecuencia fundamental fo es 50 Hz , el límite del espectro es 5000 Hz y la última ventana de búsqueda es [4850 Hz 4950 Hz], que corresponde a m =49, pues con m=50 se sobrepasa el límite del espectro; por lo que las ventanas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR son [350 Hz 450 Hz], [450 Hz 550 Hz], [550 Hz 650 Hz], [650 Hz 750 Hz], y así sucesivamente hasta [4850 Hz 4950 Hz].

- Definir ventanas reducidas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR: Se reduce la amplitud de las ventanas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR por ambos lados, para excluir los múltiplos impares de la fundamental, los cuales pueden ser significativos. Preferiblemente, se reduce dicha amplitud ligeramente. Más preferiblemente, al límite superior de las ventanas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR se le resta 1,3 Hz y al límite inferior se le suma 0,26fo. Estas correcciones se han establecido experimentalmente, sometiendo a prueba su buen funcionamiento con una base de datos de 100 motores de la industria. El límite inferior se ha corregido en mayor medida, pues hay una mayor probabilidad de que en dicha zona aparezcan otros armónicos que no sean ARR.

- Identificar los posibles armónicos de ranura de rotor (también denominados armónicos candidatos a ARR): Dentro de cada ventana reducida de búsqueda de armónico candidato a ARR, el algoritmo identifica el valor máximo como armónico candidato a ARR y almacena su frecuencia.

- Clasificar en familias: A continuación, se clasifican por familias los máximos encontrados en las ventanas reducidas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR. En base a lo mencionado anteriormente, se considera que una serie de armónicos candidatos a ARR pertenece a una familia (es decir, están vinculados a un mismo índice k=1, 2, 3...J si están a la misma distancia del límite de su ventana reducida de búsqueda (preferiblemente, con una tolerancia de 0,5 Hz); más específicamente, del límite superior de su ventana reducida de búsqueda en caso de funcionamiento en modo motor, o del límite inferior en caso de funcionamiento en modo generador.

- Seleccionar los conjuntos a considerar: Se selecciona aquella familia de armónicos candidatos a ARR con más componentes. En caso de empate, se seleccionan todas las familias empatadas. Cada familia seleccionada se considera como un conjunto de armónicos candidato a ser familia de ARR; y cada componente de cada familia seleccionada se considera como un armónico candidato a ser ARR.

Cálculo del parámetro O v (etapa II), y determinación del parámetro v asociado a cada componente de la familia o familias seleccionadas (etapa III).

El procedimiento detallado a continuación se repite para cada armónico candidato a ARR perteneciente a cada uno de los conjuntos de armónicos candidatos a familia de ARR seleccionados anteriormente:

- Calcular O^v (etapa ii): De manera previa a la determinación del parámetro v se calcula Ov. Preferiblemente, en base a lo que ya se explicó anteriormente, una vez localizado un armónico candidato a ARR, se localiza en el espectro el múltiplo impar de la fundamental Ovfo que tiene a su derecha (en modo motor, que es el más común) o a su izquierda (en modo generador); y, conociendo la frecuencia de la fundamental fo, se calcula el parámetro Ov.

- Determinación del parámetro v (etapa iii). A continuación, se describe de manera secuencial el procedimiento iterativo mediante el cual se fija el parámetro v de cada armónico candidato a ARR de cada conjunto candidato. Según una realización preferida, la etapa iii) comprende:

• Fijar el valor de v: Se selecciona un valor de v, preferiblemente empezando en -27 y terminando en Ov - 10 (-27, -25, ... -1, 1, ... , Ov -8 , Ov - 10), y se realiza el siguiente procedimiento para dicho valor fijado (obsérvese que, como en la práctica, el parámetro v no puede tomar un valor par, solo se consideran valores impares de v; obsérvese también que, como Ov = k R p ± v , un valor máximo de v = Ov - 10 implica un valor mínimo de kR/p = 10):

> Calcular el deslizamiento: Usando la ecuación 0.6 con el valor de v considerado, el Ov calculado anteriormente y la frecuencia del armónico candidato a ARR, se determina el deslizamiento.

> Calcular valores derivados de deslizamiento: El deslizamiento calculado en el paso anterior se multiplica por 0,75 y 1,25 separadamente, obteniendo así dos valores derivados del deslizamiento, que en el presente documento se denominan deslizamiento inferior (0,75s) y deslizamiento superior (1,25s), respectivamente.

> Bandas de búsqueda de armónicos de fallo: El deslizamiento inferior y el deslizamiento superior obtenidos en el paso anterior se usan para determinar una o varias ventanas de búsqueda de uno o varios armónicos de fallo respectivamente (por ejemplo, armónicos de rotura de barras, armónicos de excentricidad mixta y/o armónicos de excentricidad dinámica) mediante las respectivas fórmulas teóricas de las frecuencias de dichos armónicos de fallo. Concretamente, para determinar una ventana de búsqueda de un armónico de fallo se realizan dos cálculos con la correspondiente fórmula teórica de frecuencia del armónico de fallo en cuestión: uno de los cálculos se realiza utilizando el valor del deslizamiento inferior como valor de deslizamiento en dicha fórmula, dando como resultado un valor de frecuencia de armónico de fallo; y el otro cálculo se realiza utilizando el valor del deslizamiento superior como valor de deslizamiento en la fórmula teórica de frecuencia, dando como resultado otro valor de frecuencia de armónico de fallo. El menor y el mayor de los valores de frecuencia obtenidos se toman como extremo inferior y extremo superior, respectivamente, de la ventana de búsqueda de armónico de fallo. Según una realización preferida, se determinan ventanas de búsqueda de hasta 16 armónicos de fallo (8 de rotura de barras, 4 de excentricidad mixta, 2 de excentricidad dinámica, y los armónicos principales de rotura de barras presentes en la corriente demodulada) mediante las fórmulas teóricas correspondientes que caracterizan dichos armónicos de fallo, según se expone a continuación.

Primera familia de armónicos de fallo asociados a barras rotas para K=1 y K=2:

Segunda familia de armónicos de fallo asociados a barras rotas para k/p=5 y K/p=7:

Armónicos de fallo asociados a excentricidad dinámica para N^d=1 (siendo N^d el orden de excentricidad):

Armónicos de fallo asociados a excentricidad mixta para K=1 y K=2:

Armónicos de fallo asociados a barras rotas en la corriente demodulada para K=1 y K=2:

A continuación, se expone un ejemplo explicativo en el que se determina la ventana de búsqueda del primer armónico de fallo de la primera familia de armónicos de fallo asociados a barras rotas:

La fórmula teórica que caracteriza a dicho armónico es f BR = ( l - 2 s ) f 0 (se toma k=1 con signo negativo); por lo que la ventana de búsqueda en este caso es [(1 — 2 - 1,25s) / 0 (1 —2-0 ,75 s ) / o].

> Localizar el armónico o los armónicos de fallo: Se calcula el máximo dentro de cada ventana de búsqueda de armónico de fallo.

> Validar el valor de v escogido: Si el máximo de una ventana de búsqueda de armónico de fallo se encuentra cerca del centro de dicha ventana de búsqueda (preferiblemente a una distancia menor al 7% de la amplitud de la ventana de búsqueda), la ventana de búsqueda posiciona bien al armónico de fallo y se da por válido dicho valor de v para localizar dicho armónico de fallo.

• Iteración: Se selecciona otro valor de v y se repite el procedimiento del paso anterior, terminándose la iteración, preferiblemente, cuando se ha cubierto el intervalo [-27, ... , O v -10].

• Valor de v definitivo: Para un determinado armónico candidato a ARR, se escoge como valor de v definitivo aquél que haya localizado correctamente al mayor número de armónicos de fallo (en caso de empate, se escoge el parámetro v menor).

Tal y como se ha mencionado anteriormente, el procedimiento se repite para todos los armónicos candidatos a ARR de cada uno de los conjuntos candidatos a familia de ARR. Así pues, para realizar la iteración y determinar el valor del parámetro v para cada armónico candidato a ARR de un mismo conjunto candidato, se utiliza un novedoso criterio basado en información ya disponible en la máquina que se está analizando: verificar que el deslizamiento predicho por el armónico candidato a ARR concuerda con la posición del resto de armónicos dependientes de la velocidad (concretamente, los armónicos de fallo), que pueden aparecer en una máquina de inducción. Este procedimiento no introduce errores debidos, por ejemplo, a tolerancias, o al hecho de haber realizado alguna simplificación o aproximación, tal y como s í hacen otras técnicas o dispositivos comerciales. Además, se tiene la ventaja añadida de que, a pesar de ser armónicos de fallo, también suelen aparecer en condiciones sanas, pues inherentemente todas las máquinas suelen tener cierto nivel de asimetría tanto eléctrica como constructiva (excentricidades), lo cual dota al método de mayor robustez (aparecen como mínimo algunos de estos armónicos).

Validación de la familia y consistencia de resultados (etapa ív).

Una vez terminado con todos los conjuntos candidatos a familia de ARR, y asignado a cada uno de sus armónicos candidatos a ARR un valor de v definitivo, se procede a determinar cuál de todos los conjuntos candidatos es efectivamente una familia de ARR. Según una realización preferida, esta etapa (etapa iv) comprende las siguientes acciones:

En primer lugar, se desechan aquellos conjuntos candidatos en los que uno de sus armónicos candidatos a ARR no consigue predecir la posición de ninguno de los armónicos de fallo para ningún parámetro v. En otras palabras, si existe un armónico candidato a ARR perteneciente al conjunto candidato considerado tal que, al probar con los distintos parámetros v, no hay ningún parámetro v que funcione para al menos un armónico de fallo, entonces este armónico candidato a ARR no es un ARR y se desecha el conjunto candidato. Si esto ocurre para cada uno de los conjuntos candidatos seleccionados: se filtran dichos conjuntos en el espectro; se vuelve a identificar armónicos candidatos a ARR recalculando el valor máximo para cada ventana reducida de búsqueda considerada, tal y como se explicó anteriormente con referencia a la etapa i); y se repiten las etapas subsiguientes. No obstante, cabe destacar que, en el procedimiento de validación del dispositivo según la realización preferida de la presente invención, para más del 90% de los casos analizados esta situación no se da.

A continuación, se comprueba que los conjuntos candidatos que no se hayan desechado por la razón anterior garantizan la consistencia de resultados. Dados dos armónicos candidatos a ARR pertenecientes a un mismo conjunto candidato y separados 2f0, el ajuste de sus respectivos parámetros v es consistente si su resta es igual a 2. Dicho de otro modo, si se recupera la definición de Ov = k R p ± v , puede escribirse k R p = Ov v . Dos parámetros v asociados a dos O v son consistentes entre sí sí, en la ecuación anterior, dan como resultado el mismo valor de kR/p (es decir, las mismas ranuras por par de polos R/p multiplicadas por k). Para asegurar la consistencia de un determinado conjunto candidato, el algoritmo calcula el % que supone la frecuencia del ajuste más repetido respecto al número total de ajustes. Si este valor es inferior al 50%, el conjunto candidato se descarta. Si esto ocurre para todos los conjuntos candidatos: se filtran dichos conjuntos en el espectro; se vuelve a identificar armónicos candidatos a ARR recalculando el valor máximo para cada ventana reducida de búsqueda considerada, tal y como se explicó anteriormente con referencia a la etapa i); y se repiten las etapas subsiguientes. Concretamente, según una realización preferida, se realizan los siguientes pasos para garantizar la consistencia de resultados:

- Se calcula el número de ranuras por par de polos multiplicado por el índice k, mediante la ecuación k R p = Ov + v , para cada armónico candidato a ARR del conjunto candidato considerado.

- Se queda con el valor de k R p más repetido en dicho conjunto candidato.

- Se calcula la ratio de consistencia, definida como el porcentaje de armónicos candidatos a ARR del conjunto candidato considerado que han dado como resultado el valor de k R p más repetido.

• Si la ratio de consistencia es inferior al 50%, el conjunto candidato se descarta.

• Si esto ocurre para todos los conjuntos candidatos: se filtran dichos conjuntos en el espectro; se vuelve a identificar armónicos candidatos a ARR recalculando el valor máximo para cada ventana reducida de búsqueda considerada, tal y como se explicó anteriormente con referencia a la etapa i); y se repiten las etapas subsiguientes.

• Si la ratio de consistencia es superior al 50%, el parámetro v de los armónicos candidatos a ARR del conjunto candidato es considerado un parámetro válido.

Seguidamente, una vez que cada armónico candidato a ARR de cada conjunto candidato tiene asignado un parámetro v válido y todos los conjuntos candidatos presentan una ratio de consistencia superior al 50%, se aplican los siguientes criterios para seleccionar la familia definitiva de ARR de entre los conjuntos candidatos considerados como válidos: - En primer lugar, se selecciona el conjunto candidato con la mayor ratio de consistencia. - En caso de empate entre varios conjuntos candidatos, se selecciona aquel conjunto candidato con la mayor ratio de consistencia y con el mayor número medio de coincidencias. El número de coincidencias para un armónico candidato a ARR de un determinado conjunto candidato, se define como el número de armónicos de fallo que son localizados usando el deslizamiento estimado a partir de este armónico candidato a ARR de acuerdo a las reglas descritas anteriormente. El número medio de coincidencias para un conjunto candidato se define como la media de todos los números de coincidencias asociados a los respectivos armónicos candidatos a ARR de dicho conjunto candidato. Según un ejemplo aclaratorio en el que un conjunto candidato tiene tres armónicos candidatos a ARR, el armónico candidato 1 localiza 5 armónicos de fallo, el armónico candidato 2 localiza 6 armónicos de fallo y el armónico candidato 3 localiza también 5 armónicos de fallo: El número medio de coincidencias para este conjunto candidato es (5+6+5)/3=5,33.

- En caso de un segundo empate, se selecciona el conjunto candidato con la mayor ratio de consistencia, mayor número medio de coincidencias y con el componente con mayor amplitud.

Finalmente, una vez que la familia definitiva ha sido seleccionada, se descartan los parámetros Ov y v inconsistentes de la misma (aquellos cuyo ajuste no coincide con el más repetido), y se almacenan los consistentes.

Estimación de la velocidad media de funcionamiento (etapa v).

Antes de explicar el procedimiento de estimación de la velocidad media de funcionamiento, a continuación, se exponen algunas cuestiones, a modo aclaratorio:

- Según la realización preferida, al finalizar la etapa iv) queda localizada la verdadera familia de ARR de la máquina y quedan determinados los parámetros Ov y v de los ARR de dicha familia. Estos parámetros se utilizan para estimar la velocidad media de funcionamiento. En base a ello, en el presente documento, las etapas i) ii) iii) y iv) se denominan "etapas de caracterización”; y el resultado de estas etapas se denomina "caracterización”. Cuando se analiza una máquina asincrona por primera vez es necesario realizar su caracterización, y también es recomendable realizarla nuevamente cada cierto tiempo, ya que con el paso del tiempo y debido a un cambio en las condiciones de operación de la máquina (por ejemplo, debido a la degradación de la máquina), es posible que la cantidad de ARR detectables cambie.

- Haber localizado los ARR en la caracterización no quiere decir que en futuras medidas se conozca su frecuencia exacta, ya que pueden cambiar si cambian las condiciones de funcionamiento. De todos modos, la localización de los ARR en la caracterización implica conocer, para cualquier momento, la zona del espectro donde aparecen los ARR (alrededor de qué múltiplo de la fundamental se encuentra cada ARR), asi como

sus parámetros Ov y v, lo que permite saber dónde buscar y tener claro que lo que se va a encontrar se trata de un ARR.

- Según la realización preferida, localizar un ARR en la caracterización significa saber junto a qué múltiplo de la fundamental se encuentra (que es lo mismo que conocer su parámetro Ov), asignarle su parámetro v y haber comprobado que el deslizamiento que predice es consistente con las frecuencias del armónico o armónicos de fallo presentes en la máquina que también dependen del deslizamiento (es decir, que efectivamente es un ARR). Una vez determinados, esos parámetros son almacenados en una base de datos y referenciados a dicha máquina. Por tanto, cada vez que se quiera realizar una nueva estimación de la velocidad de esa máquina, se puede hacer en base a los parámetros almacenados sin la necesidad de pasar por la caracterización (aunque como se ha comentado más arriba, es conveniente repetirla cada cierto tiempo). Es decir, una vez que se caracteriza la máquina, los análisis posteriores de la misma máquina son mucho más simples. En definitiva, la etapa c) se simplifica notablemente.

- Evidentemente, la primera vez que se analiza una máquina, la estimación de la velocidad se realiza de forma prácticamente simultánea a las etapas de caracterización, por lo que las condiciones de alimentación/carga son las mismas y, por consiguiente, los ARR que se detectan en las etapas de caracterización son los mismos que los que existen en la etapa de estimación de la velocidad. No obstante, pudiera darse el caso, que pasado un tiempo (por ejemplo, unos meses), se volviera a querer realizar una estimación de la velocidad, pero esta vez la máquina operase en otras condiciones y por tanto los ARR detectables no fueran exactamente los mismos (la mayoría sí lo serían). Así pues, parecería lógico en principio que siempre que se quiera realizar una nueva estimación se realizase la caracterización de la máquina; pero esto no es eficiente debido al elevado tiempo de captura que requiere la caracterización y por tanto el elevado consumo de memoria y tiempo de cómputo. Por tanto, resulta más eficiente realizar la estimación de la velocidad tal y como se describe a continuación, ya que al conocer de forma precisa las zonas del espectro donde se encuentran los ARR (pues se conocen los parámetros Ov y v), no es necesario realizar todo el proceso de caracterización, que requiere recorrer todo el espectro.

- Durante el intervalo de tiempo que dura la captura de una señal de corriente, la velocidad de funcionamiento de la máquina no es perfectamente estable (no tiene un valor perfectamente constante), sino que puede variar ligeramente, y de hecho, siempre varía un poco (no existe un régimen en el que la velocidad sea perfectamente constante). Por lo tanto, cuando en el presente documento se habla de velocidad media, se refiere a la velocidad media durante el intervalo de captura de la señal de corriente. Analicemos lo que hace el algoritmo según la realización preferida: La frecuencia de un ARR es función de la velocidad, y, por tanto, durante el tiempo que dura la captura de la señal de corriente, su frecuencia varía en concordancia con la velocidad de la máquina. Sin embargo, la FFT proporciona un único valor de frecuencia para cada armónico. Este único valor de frecuencia en el caso del ARR, se traduce en un único valor de velocidad, y dado que este valor de velocidad es el asignado al tiempo que dura la captura, en el presente documento también se hace referencia a esa velocidad como velocidad media en ese intervalo de tiempo.

Tras las aclaraciones realizadas, a continuación, se expone el procedimiento de estimación de la velocidad media de funcionamiento (etapa v).

Según una realización preferida, una vez localizado alrededor de qué múltiplos de la fundamental se encuentran los ARR para una determinada máquina (lo cual viene definido por sus parámetros Ov correspondientes), e identificados sus parámetros v, cada vez que se quiere estimar la velocidad media o realizar un diagnóstico, el algoritmo establece una ventana de búsqueda exacta de ARR para determinar la frecuencia exacta de cada uno de los ARR localizados en la caracterización. Luego, estima la velocidad a partir de cada uno de ellos. Seguidamente, aplica un procedimiento para descartar aquellos armónicos detectados que podrían no ser un ARR, pues las condiciones de alimentación y/o carga podrían haber cambiado respecto a la primera medida en la cual los conjuntos [Ov y v] fueron determinados y, por lo tanto, pudiera ocurrir que alguno de los ARR ya no fuera el armónico más alto en su banda de búsqueda. Finalmente, una vez localizados los ARR válidos, el ARR que se utiliza para estimar la velocidad media de funcionamiento es el asociado al parámetro v de menor valor, ya que así se consigue el menor error durante la estimación de la velocidad; según una opción alternativa, se utiliza un ARR válido cualquiera para estimar la velocidad media de funcionamiento.

A continuación, se describe de manera secuencial la etapa v) de estimación de la velocidad media de funcionamiento, que, según una realización más preferida, comprende las siguientes subetapas:

- Banda de búsqueda: Se establece una ventana de búsqueda exacta de ARR (calculada con la ecuación 0.4 anterior) para cada uno de los ARR determinados en la etapa iv) (es decir, para cada uno de los ARR localizados en la caracterización), asociados a sus parámetros v y Ov, cuyos límites se determinan preferiblemente de la siguiente manera:

• El límite inferior de la ventana de búsqueda exacta de ARR es el valor de la frecuencia del ARR determinado en la etapa iv) cuando s=Sn (donde Sn es el valor nominal de deslizamiento), multiplicado por un factor de corrección de 1,57 (para evitar problemas debido a la tolerancia en el valor de Sn en la placa de características).

• El límite superior de la ventana de búsqueda exacta de ARR es el valor de la frecuencia del ARR determinado en la etapa iv) cuando s=0 (vacío), restando 0,5 Hz (para evitar que el límite superior coincida con un armónico de devanado).

- Localizar los armónicos de ranura de rotor (ARR): Cada ARR se localiza mediante la detección del valor máximo dentro de su banda de búsqueda correspondiente (ventana de búsqueda exacta de ARR indicada en el párrafo anterior).

- Estimar el deslizamiento y la velocidad asociados a cada ARR: Una vez determinada la frecuencia de los ARR, se calcula el deslizamiento (s) asociado a cada ARR usando la ecuación 0.6 (conociéndose v y Ov), y, a partir del deslizamiento (s), la velocidad media (n).

- Determinar estimaciones válidas: Se descartan aquellas estimaciones de la velocidad media que se alejan de la mediana más de tres desviaciones medianas absolutas.

- Seleccionar la estimación de velocidad: De entre aquellas válidas, se utiliza finalmente la estimación de velocidad media y el correspondiente deslizamiento provenientes del ARR con menor parámetro v.

Opcionalmente, el procedimiento para estimar la velocidad media de funcionamiento de la máquina (etapa v) puede prescindir de las subetapas correspondientes a establecer ventanas de búsqueda exacta de ARR, y localizar los ARR. Esta opción puede ser ventajosa, por ejemplo, en casos en los que la caracterización y la estimación de la velocidad media se realicen sin lapso de tiempo entre ellas (de forma prácticamente simultánea), como la primera vez que se analiza una máquina, ya que, tal y como se ha comentado anteriormente, las condiciones de alimentación/carga no cambian y, por consiguiente, los ARR que se detectan en las etapas de caracterización son los mismos que existen en la etapa de estimación de la velocidad media. En base a lo expuesto, según una realización particular en la que la caracterización y la estimación de velocidad media de funcionamiento de una máquina se realizan sin lapso de tiempo entre ellas, el procedimiento de estimación de velocidad media (etapa v) comprende las subetapas mencionadas anteriormente de "Estimar el deslizamiento y la velocidad asociados a cada ARR” en base a los ARR detectados en la caracterización, seguido de "Determinar estimaciones válidas" y "Seleccionar la estimación de velocidad”. Según esta realización particular (caracterización y estimación de velocidad media sin lapso de tiempo entre ellas), no se captura una primera señal para la caracterización y posteriormente una segunda señal para la estimación de la velocidad media (y opcionalmente el diagnóstico), sino que se captura una única señal de corriente para todo ello, ya que las condiciones de alimentación/carga no cambian.

Posid onamiento y determinación de amplitud de armónico o armónicos de fallo (etapa d).

El diagnóstico de la máquina se puede realizar en base al análisis de uno o varios armónicos de fallo. Según una realización preferida, la etapa d) comprende las siguientes subetapas:

- Una vez estimada la velocidad media de funcionamiento (n) en la etapa c), se determina la frecuencia de cada armónico de fallo usando el deslizamiento (s) asociado a dicha velocidad media en la fórmula teórica de frecuencia del armónico de fallo correspondiente (por ejemplo, armónico de fallo asociado a rotura de barras, armónico de fallo asociado a excentricidad mixta, etc.).

Según una realización más preferida, se puede determinar la frecuencia de hasta 16 armónicos de fallo (8 de rotura de barras, 4 de excentricidad mixta, 2 de excentricidad dinámica, y los armónicos principales de rotura de barras presentes en la corriente demodulada) mediante las correspondientes fórmulas teóricas de frecuencia, que ya han sido mencionadas anteriormente con referencia a la etapa iii); es decir: primera familia de armónicos de fallo asociados a barras rotas para K=1 y K=2, según la fórmula (0.7); segunda familia de armónicos de fallo asociados a barras rotas para k/p=5 y K/p=7, según la fórmula (0.8); armónicos de fallo asociados a excentricidad dinámica para Nd=1 según la fórmula (0.9); armónicos de fallo asociados a excentricidad mixta para K=1 y K=2, según la fórmula (0.10); y armónicos de fallo asociados a barras rotas en la corriente demodulada para K=1 y K=2, según la fórmula (0.11).

- Con la frecuencia del armónico o armónicos de fallo se determina en el especto su posición y amplitud correspondientes.

- En función de la posición y amplitud del armónico o armónicos de fallo se emite el diagnóstico (por lo general, cuanto más alta es la amplitud de un armónico de fallo, más severo es el fallo).

El dispositivo y método según las realizaciones preferidas de la invención descritas anteriormente pueden aplicarse a diversos campos, tales como, por ejemplo, el diagnóstico de averías en motores de inducción y la estimación de la velocidad en ensayos de bombas sumergidas con motores asincronos.

En el caso de los motores de inducción, el dispositivo dado a conocer en el presente documento puede emplearse para el diagnóstico de barras rotas, excentricidades y cortocircuitos entre espiras del estator, asi como otros fallos que generen armónicos dependientes de la velocidad en el espectro de la corriente del motor de inducción. Además, gracias a sus características de diseño como dispositivo no invasivo con capacidad de transmisión de datos, que es además preciso, automático y de aplicabilidad general, resulta ideal para la monitorización continúa de la condición del motor en un contexto de industria 4.0, contexto en el cual se busca tener la mayor información posible sobre todos los elementos del sistema productivo con el objetivo de poder prevenir y solventar cualquier fallo antes de que sea catastrófico.

En el caso de las bombas sumergidas, el dispositivo y método dados a conocer en el presente documento solventan uno de los mayores problemas a los que se enfrentan los fabricantes de bombas sumergidas durante los ensayos que permiten obtener las curvas de eficiencia de las mismas: la imposibilidad de realizar mediciones de velocidad fiables a través de encóders ópticos debido a que la bomba se encuentra sumergida. Además, aun cuando el ensayo del motor no se estuviera realizando de manera completamente sumergida, la elevada precisión que proporciona el método según la presente invención,

su robustez, su bajo coste, así como su capacidad de realizar seguimiento de velocidad a lo largo del tiempo, lo hacen preferible a cualquier sensor físico que se pretendiera utilizar para el mismo propósito.

Como resumen de las principales ventajas que aportan el método y dispositivo dados a conocer en el presente documento con respecto a la técnica anterior, cabe destacar que se trata del primer dispositivo robusto, preciso y automático para el diagnóstico de barras rotas y excentricidades en máquinas de inducción que no requiere la intervención del usuario en ningún momento.

También se trata del primer dispositivo basado en detección de armónicos de ranura de rotor (ARR) que no necesita conocer el número de ranuras del rotor de manera previa, ni tener que determinarlas de manera invasiva o mediante ensayos off-line, todo ello gracias a un novedoso análisis de las frecuencias de estos armónicos.

Es también el primer dispositivo que permite una localización automática de las frecuencias de los ARR en el espectro, además de la asignación de sus parámetros v correspondientes.

Por otro lado, es el primer dispositivo que utiliza la presencia de hasta 16 armónicos de fallo (8 de rotura de barras, 4 de excentricidad mixta, 2 de excentricidad dinámica y los armónicos principales de rotura de barras presentes en la corriente demodulada), para confirmar la correcta localización de los ARR, así como la correcta estimación de sus parámetros asociados (Ov y v), lo cual le confiere una gran robustez, pues garantiza que la estimación del deslizamiento finalmente realizada, es consistente para todo este conjunto de armónicos.

Además, es el primer dispositivo que permite la instalación in situ para realizar monitorización continúa del estado de las barras y excentricidad de la máquina en un contexto de industria 4.0.

Por último, es el primer dispositivo con capacidad suficiente para proporcionar una estimación de la velocidad precisa y dinámica (información cada pocos segundos) que puede ser usado tanto como información para determinar las curvas de rendimiento de bombas que trabajan de manera sumergida, como para poder detectar oscilaciones de carga en el motor.

Con respecto al documento WO2019167086 anteriormente mencionado, que constituye el estado de la técnica más próximo a la invención dada a conocer en el presente documento, cabe destacar que el presente método y dispositivo se basan, para la estimación de la velocidad, en armónicos de ranura de rotor (ARR) los cuales aparecen con amplitud elevada y en una zona del espectro alejada de los armónicos de oscilaciones de carga (gran detectabilidad) y poseen un amplio ancho de banda (gran precisión). Todo esto supone una ventaja sustancial con respecto al documento WO2019167086, que se basa en armónicos de excentricidad mixta.

Por otro lado, el método de la presente invención muestra una gran robustez gracias a que no utiliza sólo uno de los ARR, sino todos aquellos que encuentra en el espectro (número mínimo 2, medio 8 y máximo 24), verificando que los resultados son consistentes entre cada uno de los ARR, es decir, que el número kR /p obtenido a partir de cada Ov y v es igual para todos ellos, y que sus deslizamientos permiten localizar el resto de armónicos de fallo dependientes de la velocidad. Por tanto, se utiliza toda la información disponible en la máquina para que los parámetros Ov y v sean coherentes con la misma. Por el contrario, el método de estimación de la velocidad descrito en el documento WO2019167086A1 sóIo hace uso de un único armónico dependiente de la velocidad. Esto hace que el método sea muy poco robusto, ya que no se comprueba la coherencia de la estimación con el resto de información disponible en el espectro. Por tanto, puede dar lugar con bastante facilidad a estimaciones erróneas de la velocidad debidas, por ejemplo, a haber identificado un armónico como el AEM cuando no lo era.

Por otro lado, la presente invención permite estimar con gran precisión, y de manera totalmente no invasiva, dos parámetros (Ov y v) asociados al número de ranuras. Con estos dos parámetros la presente invención puede posicionar correctamente los armónicos de excentricidad dinámica para diagnosticar este fallo. Por el contrario, el método para diagnosticar armónicos de excentricidad dinámica descrito en el documento WO2019167086A1 requiere conocer de antemano el número de ranuras, parámetro que rara vez se conoce en industria y que hasta ahora requería del desmontaje de la máquina

o de ensayos invasivos para determinarlo.

Por último, la presente invención puede posicionar con gran precisión y de manera no invasiva los armónicos de fallo gracias a su novedoso sistema de estimación de la velocidad. Por el contrario, el método descrito en el documento WO2019167086A1 emplea una banda demasiado ancha para localizar el armónico de fallo (4 Hz centrada en la frecuencia calculada a partir de la estimación de la velocidad mediante armónicos de excentricidad mixta). Al utilizar una banda de búsqueda tan ancha (más incluso que el ancho de banda del armónico de fallo), aumentan las posibilidades de detectar otros armónicos no asociados a fallos. Por tanto, disminuye la fiabilidad.

Aunque en el presente documento se han descrito con detalle realizaciones específicas de la presente invención, el experto en la técnica podrá aplicar fácilmente cambios y modificaciones a dichas realizaciones, basándose en las enseñanzas dadas a conocer en el presente documento y en el conocimiento general de la técnica. Se pretende que todas estas modificaciones evidentes de las realizaciones dadas a conocer en el presente documento queden abarcadas dentro del alcance de protección de la presente invención, definido únicamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Método no invasivo para la estimación de velocidad de una máquina asincrona, que comprende las siguientes etapas:

a) especificar un tiempo de captura de señal;

b) capturar una señal de corriente de linea de la máquina asincrona durante el tiempo de captura especificado en la etapa a);

c) procesar la señal de corriente obtenida en la etapa b), y estimar la velocidad media de funcionamiento mediante la ecuación 0.6, en base a una detección automática de la posición de los armónicos de ranura de rotor (ARR) mediante unos medios de procesamiento programables, asignándoles sus parámetros v y Ov;

donde

s es el deslizamiento,

Ovfo es el múltiplo de la fundamental sobre el cual se sitúa un determinado ARR cuando el deslizamiento (s) es cero,

fo es la frecuencia fundamental,

íarr es la frecuencia del ARR,

v el orden del armónico temporal presente en la tensión que genera el ARR correspondiente,

n es la velocidad media de funcionamiento,

p es el número de pares de polos de la máquina,

Ov es el orden del armónico impar de la fundamental inmediatamente superior a la frecuencia del ARR detectado, en el caso de funcionamiento de la máquina asincrona en un modo motor; o el orden del armónico impar de la fundamental inmediatamente inferior a la frecuencia del ARR detectado, en el caso de funcionamiento de la máquina asincrona en un modo generador; con la particularidad de que Ov se relaciona con íarr,s=o y con fo según la siguiente ecuación:

donde íarr,s=o es la frecuencia de un determinado ARR cuando el deslizamiento (s) es cero.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende además la etapa de visualizar los resultados obtenidos por el método.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa c) comprende las siguientes etapas:

i) localizar conjuntos de armónicos candidatos a ser familia de ARR asociados a un mismo valor de índice k, siendo k un número natural positivo, y teniendo en cuenta que los ARR asociados a un mismo valor de índice k se encuentran separados la misma distancia respecto al múltiplo impar de la fundamental inmediatamente superior;

ii) calcular el parámetro O v asociado a cada armónico candidato a ARR de cada conjunto candidato localizado;

iii) determinar el parámetro v asociado a cada armónico candidato a ARR de cada conjunto candidato localizado;

iv) determinar cuál de todos los conjuntos de armónicos candidatos es la verdadera familia de ARR; y

v) estimar la velocidad media de funcionamiento n mediante la ecuación 0.6.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado por que, una vez determinado cuál de todos los conjuntos candidatos es la verdadera familia de ARR en la etapa iv), se almacenan los parámetros O v y v de los ARR de dicha familia para su utilización posterior, de manera que cuando se aplica el método nuevamente en otro momento sobre la misma máquina, se realiza directamente la etapa v) de estimar la velocidad media de funcionamiento n a partir de los parámetros Ov y v almacenados, en vez de realizar nuevamente las etapas i) ii) iii) y iv).

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado por que la etapa i) comprende:

- obtener el espectro calculando la transformada rápida de Fourier (FFT) de la señal aplicando relleno con ceros (“ zern-padding”);

- realizar un filtrado previo y estimar el nivel de ruido;

- filtrar el ruido;

- definir ventanas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR subdividiendo el espectro en ventanas de amplitud [ fo (2m-1) fo (2m+1)], donde m es un número entero que se incrementa de uno en uno a partir de 4, hasta cubrir el espectro; - definir ventanas reducidas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR reduciendo la amplitud de las ventanas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR por ambos lados, para excluir los múltiplos impares de la fundamental;

- identificar armónicos candidatos a ARR, considerando como armónico candidato a ARR el valor máximo dentro de cada ventana reducida de búsqueda;

- clasificar por familias los máximos encontrados en las ventanas reducidas de búsqueda de armónicos candidatos a ARR, considerándose una familia aquellos máximos con el mismo índice k que están a la misma distancia del límite de su ventana reducida de búsqueda; y

- seleccionar la familia con más componentes y en caso de empate seleccionar todas las familias empatadas.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado por que la etapa i) comprende además, tras filtrar el ruido, en el caso en el que la máquina asincrona está alimentada por un convertidor, la etapa de filtrar los armónicos de dicho convertidor estimando dichos armónicos a través de su fórmula teórica, centrando una banda alrededor de los mismos y eliminando todo lo contenido en dicha banda.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por que la etapa iii) comprende realizar las siguientes acciones sobre cada armónico candidato a ARR de cada conjunto candidato localizado:

- fijar el valor de v, empezando en -27 y terminando en Ov-10, y realizar las siguientes subetapas para dicho valor fijado de v:

• calcular el deslizamiento aplicando a la ecuación 0.6 el valor de v considerado, el valor de Ov calculado anteriormente y la frecuencia del armónico candidato a ARR;

• multiplicar el deslizamiento calculado en la subetapa anterior por 0,75 y 1,25 separadamente, obteniendo asi dos valores denominados deslizamiento inferior y deslizamiento superior, respectivamente;

• determinar una o varias ventanas de búsqueda de uno o varios armónicos de fallo respectivamente, usando el deslizamiento inferior y el deslizamiento superior de la subetapa anterior en respectivas fórmulas teóricas de las frecuencias de dichos armónicos de fallo;

• localizar el armónico o los armónicos de fallo calculando el máximo dentro de cada ventana de búsqueda de armónico de fallo;

• si el máximo se encuentra cerca del centro de la ventana de búsqueda de armónico de fallo correspondiente se da por válido el valor de v para localizar dicho armónico de fallo;

- seleccionar otro valor para v y repetir el procedimiento del paso anterior, terminándose la iteración tras cubrir todo el intervalo anteriormente definido: [-27, • •• , CMO]; y

- escoger como valor definitivo de v para el armónico candidato a ARR considerado aquél que localiza correctamente el mayor número de armónicos de fallo.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 y 7, caracterizado por que la etapa iv) comprende las siguientes etapas:

- se desechan aquellos conjuntos candidatos en los que uno de sus armónicos candidatos a ARR no consigue predecir la posición de ninguno de los armónicos de fallo para ningún parámetro v;

- si esto último ocurre para cada uno de los conjuntos candidatos seleccionados, se filtran dichos conjuntos en el espectro, se vuelve a identificar armónicos candidatos a ARR, y se repiten las etapas subsiguientes;

- se comprueba que los conjuntos candidatos que no se hayan desechado por la razón anterior garantizan la consistencia de resultados, según las siguientes subetapas:

• se calcula el número de ranuras por par de polos multiplicado por el índice k mediante la ecuación k R p = Ov v , para cada armónico candidato a ARR del conjunto candidato considerado;

• se queda con el valor de k R i p más repetido en dicho conjunto candidato;

• se calcula la ratio de consistencia, definida como el porcentaje de armónicos candidatos a ARR del conjunto candidato considerado que han dado como resultado el valor de k R i p más repetido;

> si la ratio de consistencia es inferior al 50%, el conjunto candidato se descarta;

> si esto ocurre para todos los conjuntos candidatos, se filtran dichos conjuntos en el espectro, se vuelve a identificar amónicos candidatos a ARR, y se repiten las etapas subsiguientes;

> Si la ratio de consistencia es superior al 50%, el parámetro v de los armónicos candidatos a ARR del conjunto candidato es considerado un parámetro válido;

- se aplican los siguientes criterios para seleccionar la familia definitiva de ARR de entre los conjuntos candidatos considerados como válidos:

• en primer lugar, se selecciona el conjunto candidato con la mayor ratio de consistencia;

• en caso de empate entre varios conjuntos candidatos, se selecciona aquel conjunto candidato con la mayor ratio de consistencia y con el mayor número medio de coincidencias, definiendo el número de coincidencias para un armónico candidato a ARR de un determinado conjunto candidato como el número de armónicos de fallo que son localizados usando el deslizamiento estimado a partir de este armónico candidato a ARR; y definiendo el número medio de coincidencias para un conjunto candidato como la media de todos los números de coincidencias asociados a los respectivos armónicos candidatos a ARR de dicho conjunto candidato;

• en caso de un segundo empate, se selecciona el conjunto candidato con la mayor ratio de consistencia, mayor número medio de coincidencias y con el armónico candidato a ARR con mayor amplitud;

- finalmente, una vez que la familia definitiva ha sido seleccionada, se descartan los parámetros O v y v inconsistentes de la misma, entendiendo como parámetros inconsistentes aquellos cuyo ajuste no coincide con el más repetido, y se almacenan los consistentes.

9. Método según las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado por que la etapa iv) comprende las siguientes etapas:

- se desechan aquellos conjuntos candidatos en los que uno de sus armónicos candidatos a ARR no consigue predecir la posición de ninguno de los armónicos de fallo para ningún parámetro v;

- si esto último ocurre para cada uno de los conjuntos candidatos seleccionados, se filtran dichos conjuntos en el espectro, se vuelve a identificar armónicos candidatos a ARR, y se repiten las etapas subsiguientes;

- se comprueba que los conjuntos candidatos que no se hayan desechado por la razón anterior garantizan la consistencia de resultados, según las siguientes subetapas:

• se calcula el número de ranuras por par de polos multiplicado por el índice k mediante la ecuación k R p =Ov ± v , para cada armónico candidato a ARR del conjunto candidato considerado;

• se queda con el valor de k R i p más repetido en dicho conjunto candidato;

• se calcula la ratio de consistencia, definida como el porcentaje de armónicos candidatos a ARR del conjunto candidato considerado que han dado como resultado el valor de k R i p más repetido;

> si la ratio de consistencia es inferior al 50%, el conjunto candidato se descarta;

> si esto ocurre para todos los conjuntos candidatos, se filtran dichos conjuntos en el espectro, se vuelve a identificar amónicos candidatos a ARR, y se repiten las etapas subsiguientes;

> Si la ratio de consistencia es superior al 50%, el parámetro v de los armónicos candidatos a ARR del conjunto candidato es considerado un parámetro válido;

- se aplican los siguientes criterios para seleccionar la familia definitiva de ARR de entre los conjuntos candidatos considerados como válidos:

• en primer lugar, se selecciona el conjunto candidato con la mayor ratio de consistencia;

• en caso de empate entre varios conjuntos candidatos, se selecciona aquel conjunto candidato con la mayor ratio de consistencia y con el mayor número medio de coincidencias, definiendo el número de coincidencias para un armónico candidato a ARR de un determinado conjunto candidato como el número de armónicos de fallo que son localizados usando el deslizamiento estimado a partir de este armónico candidato a ARR; y definiendo el número medio de coincidencias para un conjunto candidato como la media de todos los números de coincidencias asociados a los respectivos armónicos candidatos a ARR de dicho conjunto candidato;

• en caso de un segundo empate, se selecciona el conjunto candidato con la mayor ratio de consistencia, mayor número medio de coincidencias y con el armónico candidato a ARR con mayor amplitud;

- finalmente, una vez que la familia definitiva ha sido seleccionada, se descartan los parámetros O v y v inconsistentes de la misma, entendiendo como parámetros inconsistentes aquellos cuyo ajuste no coincide con el más repetido, y se almacenan los consistentes.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizado por que la etapa

v) comprende:

- establecer una ventana de búsqueda exacta de ARR calculada con la ecuación

para cada uno de los ARR determinados en la etapa iv) asociados a sus parámetros v y O v, cuyos límites se determinan de la siguiente manera:

• el límite inferior de la ventana de búsqueda exacta de ARR es el valor de la frecuencia del ARR determinado en la etapa iv) cuando s=S n, multiplicado por un factor de corrección de 1,57, donde S n es el valor nominal de deslizamiento;

• el límite superior de la ventana de búsqueda exacta de ARR es el valor de la frecuencia del ARR determinado en la etapa iv) cuando s=0, restando 0,5 Hz ; - localizar los ARR mediante la detección del valor máximo dentro de cada ventana de búsqueda exacta de ARR; y

- estimar el deslizamiento asociado a cada ARR usando la ecuación 0.6 y, a partir del deslizamiento, la velocidad media;

- determinar las estimaciones válidas, descartando aquellas estimaciones de velocidad media que se alejan de la mediana más de tres desviaciones medianas absolutas; y

- seleccionar de entre las estimaciones válidas, aquella estimación de velocidad media realizada a partir del ARR con menor parámetro v.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que comprende una etapa d), en la que, a partir de la velocidad media estimada en la etapa c), se determina la posición y amplitud de uno o varios armónicos asociados a fallos cuya frecuencia en el espectro depende de la velocidad, y se emite un diagnóstico en base al resultado obtenido, comprendiendo la etapa d) las siguientes subetapas:

- a partir de la velocidad media estimada en la etapa c), se determina la frecuencia de cada armónico de fallo usando el deslizamiento (s) asociado a dicha velocidad media en la fórmula teórica de frecuencia del armónico de fallo correspondiente;

- a partir de la frecuencia del armónico o armónicos de fallo se determina en el especto su posición y amplitud correspondientes; y

- se emite el diagnóstico en función de la posición y amplitud del armónico o armónicos de fallo.

12. Método según la reivindicación 11, caracterizado por que comprende además la etapa de emitir una alarma en caso de detectar un fallo durante la etapa d) de diagnóstico.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que comprende además la etapa de almacenar al menos un dato seleccionado de la velocidad media estimada, la posición y amplitud de armónicos, y el resultado de diagnóstico.

14. Dispositivo para la estimación de velocidad de una máquina asincrona que usa un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende: - un sistema de adquisición de datos (14) mediante una sonda de corriente (16), siendo la sonda de corriente (16) adecuada para capturar la señal física de una de las corrientes de línea de la máquina asincrona, y estando el sistema de adquisición de datos (14) configurado para convertir la señal física captada por la sonda de corriente (16) en una señal digital;

- una unidad de control (10) configurada para controlar el sistema de adquisición de datos (14); y

- medios de procesamiento programables adaptados para ejecutar la etapa c) del método.

15. Dispositivo según la reivindicación 14, en el que los medios de procesamiento programables también están adaptados para ejecutar la etapa d) del método.

16. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 14 y 15, caracterizado por que la unidad de control (10) es un mini-ordenador.

17. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado por que los medios de procesamiento programables están incorporados en la unidad de control (10).

18. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado por que los medios de procesamiento programables son independientes de la unidad de control (10) y están conectados de forma remota a dicha unidad de control (10).

19. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado por que comprende además medios de visualización (12) de los resultados obtenidos por los medios de procesamiento programables.

20. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado por que los medios de visualización (12) están incorporados en la unidad de control (10).

21. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado por que los medios de visualización (12) son independientes y están conectados de forma remota a la unidad de control (10).

22. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 21, caracterizado por que comprende además medios de alarma para emitir una alarma en caso de detectar un fallo en la máquina asincrona mediante los medios de procesamiento programables.

23. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22, caracterizado por que comprende además una unidad de almacenamiento para almacenar al menos un dato seleccionado de la velocidad media estimada, la posición y amplitud de armónicos, y el resultado de diagnóstico.