ES2953493T3 - Dispositivo para el diagnóstico de una instalación mecánica accionada mediante un motor de accionamiento eléctrico - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para el diagnóstico de un sistema mecánico accionado mediante un motor de accionamiento eléctrico, su motor de accionamiento y su dispositivo de cambio, que comprende al menos un sensor para detectar la curva de corriente en un conductor (1, 2 , 3) de la conexión eléctrica del motor de accionamiento. La precisión y el grado de detalle del diagnóstico deben mejorarse en comparación con la técnica anterior y ampliarse para incluir el motor de accionamiento y el dispositivo de cambio para mejorar la eficiencia y el objetivo del proceso de mantenimiento llevado a cabo en respuesta al diagnóstico. Según la invención, esto se consigue porque el dispositivo presenta además sensores para detectar las curvas de tensión en los conductores de la conexión eléctrica del motor de accionamiento, estando emparejado cada conductor (1, 2, 3) con un sensor (4.1, 4.2, 4.3) para detectar la curva de corriente y con un sensor (5.1, 5.2, 5.3) en interacción con un sensor (6) para detectar la curva de voltaje. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para el diagnóstico de una instalación mecánica accionada mediante un motor de accionamiento eléctrico

La invención se refiere a un dispositivo para el diagnóstico de una instalación mecánica accionada mediante un motor de accionamiento eléctrico, que comprende al menos un sensor para la detección de la curva de corriente en un conductor de la conexión eléctrica del motor de accionamiento, así como sensores para la detección de las curvas de tensión en los conductores de la conexión eléctrica del motor de accionamiento, de modo que a cada conductor está asignado, respectivamente, un sensor para la detección de la curva de corriente y un sensor para la detección de la curva de tensión. Asimismo, el accionamiento eléctrico puede ser alimentado con corriente continua, corriente alterna o corriente alterna trifásica.

Los dispositivos de diagnóstico de este tipo son conocidos por el estado de la técnica. Su función consiste en monitorizar el correcto funcionamiento de la instalación mecánica y, en particular, reconocer lentitudes en las instalaciones mecánicas accionadas por los motores. Así, por ejemplo, una lentitud en una instalación mecánica causada por el desgaste o un ajuste insuficiente se notaría en que el consumo de corriente del motor de accionamiento cambia en comparación con un estado teórico (es decir, por regla general aumenta). Por lo tanto, la curva de corriente durante un ciclo de accionamiento completo - esto es, desde el arranque hasta el estado de parada posterior del motor de accionamiento - es utilizado como criterio para el estado mecánico del sistema mecánico. Si el consumo de corriente del motor de accionamiento es superior a los valores de referencia de un estado según está previsto o se deteriora (es decir, cambia a valores más altos) entre dos ciclos de accionamiento sucesivos en un intervalo de tiempo, se supone que el mayor consumo de corriente está directamente relacionado con el movimiento de la instalación mecánica accionada por el motor. Por lo tanto, un consumo de energía creciente representa un indicio de la lentitud de la instalación mecánica y de sus crecientes necesidades de mantenimiento y/o reparación. Tales dispositivos de diagnóstico se utilizan en particular en sistemas de accionamiento que se caracterizan por un gran número de ciclos de funcionamiento repetitivos, como por ejemplo es el caso de un funcionamiento reversible entre dos estados. Un ejemplo típico de esto son los actuadores de agujas.

El documento DE 37 15478 A1 describe una disposición de circuito para la monitorización de un accionamiento de agujas, que es alimentado mediante un circuito de 4 hilos a través de una red trifásica. Interruptores de línea y monitores de corriente están dispuestos en los respectivos conductores del circuito de 4 hilos. Durante la rotación accionada por motor de la aguja desde una primera a una segunda posición, se mide el flujo de corriente en los monitores de corriente y a partir de ello se determina un patrón de bits mediante el cual se pueden sacar conclusiones sobre el estado de la aguja. Sin embargo, con tal dispositivo solo se puede monitorizar el alcance de las posiciones finales del sistema de ajuste accionado por motor. Una eventual lentitud del sistema de accionamiento no es reconocido mientras este no impida alcanzar una posición final.

Por el documento WO 2008/089502 A2 es conocido un dispositivo que determina el requerimiento de energía de un motor de accionamiento de aguja trifásico, a partir del cual se puede deducir a su vez el estado de la aguja. La determinación del requerimiento de energía se realiza mediante la medición aproximada de la cantidad de corriente activa en un conductor del motor de accionamiento mediante una bobina de choque conectada en paralelo con el conductor, de modo que el conductor conectado a la bobina de choque es guiado en la dirección opuesta al conductor respectivo a través de un sensor Hall de un solo eje.

Finalmente, por el documento DE 102014223234 B3 es conocido un dispositivo de diagnóstico según el preámbulo que determina el campo magnético de un conductor por medio de un sensor Hall multidimensional que rodea al conductor, y de esta manera mide la curva de corriente en el conductor respectivo del accionamiento de aguja. En este caso, la curva de corriente en cada uno de estos conductores es medida en al menos dos conductores diferentes. La dirección de giro del motor de accionamiento de aguja es determinada por comparación de los valores medidos determinados en dos conductores diferentes. Además, por comparación de los valores medidos actuales obtenidos en un conductor con valores medidos anteriores del mismo conductor, se pueden sacar conclusiones sobre el desarrollo de la lentitud de la aguja. Dichos sensores de campo magnético multidimensionales pueden medir también las partes del campo magnético (generado por la corriente que fluye en el conductor del motor de accionamiento) que no inciden en el sensor de forma perpendicular. Además, los sensores de este tipo se pueden aplicar directamente al conductor respectivo como una tira de medición y, por lo tanto, pueden ser reequipados de una manera que ahorra mucho espacio y sin interferir con el cableado existente.

Sin embargo, con estos dispositivos ya conocidos solo se puede detectar una lentitud que cambia con el tiempo, sin que sea posible un diagnóstico que especifique de forma más precisa la posible causa de esta lentitud. En particular, debido a que tales mediciones registran las curvas de corriente sobre el eje del tiempo, la segmentación de la curva de corriente en relación con la trayectoria mecánica es difícil y no permite diagnósticos detallados sobre la ubicación exacta de la lentitud en el proceso mecánico. Por lo tanto, en el curso del mantenimiento continuo es necesario analizar el sistema mecánico completo en el sitio y realizar una búsqueda de daños.

El documento JP 2005 354881 A da a conocer un control de dispositivos de protección en sistemas de distribución eléctrica, en el que los valores de corriente y tensión son detectados por sensores y alimentados a un dispositivo de evaluación, que acciona un disyuntor cuando existe un cortocircuito.

El documento US 5,514,978 A da a conocer un dispositivo para el diagnóstico de fallos en devanados en motores asíncronos, en el que se mide tanto la curva de corriente como la curva de tensión en los conductores de la conexión eléctrica del motor asíncrono. Basándose en esto, mediante el cálculo de la inductancia se extraen conclusiones sobre el comportamiento eléctrico del motor y en particular de sus devanados.

El documento WO 01/85523 A1 trata de una configuración de prueba para la medición de tensión ligada a contactos, que se puede desacoplar de las líneas a medir para un estado operativo "desactivado". El acoplamiento y desacoplamiento se realiza a través de un circuito de relé que es conmutado mediante un sensor Hall y un amplificador. Tan pronto como la corriente fluye a través de la línea a medir y, por lo tanto, también a través del sensor Hall, se conectan los relés y por lo tanto también la medición de tensión.

Por medio de tales sensores de tensión pueden ser detectados los campos eléctricos también bidireccionalmente de forma individual en cada conductor del motor de accionamiento. Además de las amplitudes, también se pueden detectar en particular los cruces por cero de las curvas de tensión en cada conductor. Tal detección metrológicamente inequívoca de los cruces por cero de las curvas de tensión sinusoidales en los conductores del motor de accionamiento permite la determinación exacta de los momentos de activación y desactivación de la medición y, por lo tanto, también es la base para una segmentación correcta de la curva de corriente activa de un proceso de conmutación. Además, en las curvas de tensión también son visibles los procesos de conmutación como por ejemplo la conmutación estrellatriángulo o los procesos de conmutación en el circuito de 4 hilos en los accionamientos de aguja y pueden utilizarse como puntos fijos adicionales en la segmentación de la curva de corriente activa de un proceso de conmutación. Sin embargo, en los sistemas de diagnóstico ya conocidos, la asociación entre las curvas de corriente medidas en los conductores y las etapas funcionales reales de la instalación mecánica accionada se realizaba generalmente usando un esquema determinista basado en conocimiento empírico. Por lo tanto, los sistemas de diagnóstico de este tipo se basan en una suposición derivada más o menos empíricamente de que las diversas etapas o estados funcionales de una instalación mecánica durante el curso temporal de un ciclo de accionamiento tienen un intervalo de tiempo fijo definido para el arranque del motor de accionamiento para el uso (es decir, son iniciados siempre después de transcurrido el mismo período de tiempo después del arranque del motor de accionamiento). Sin embargo, tal diagnóstico basado en suposiciones hipotéticas solo puede arrojar resultados imprecisos y relativamente inespecíficos, ya que no hay comparación con las secuencias funcionales reales que tienen lugar en la instalación. Está claro que incluso en el caso de una lentitud creciente de la instalación mecánica, las secuencias funcionales reales deben desviarse casi inevitablemente de las secuencias de tiempo originales determinadas en un estado "no lento". Con los métodos de medición ya conocidos, no se tuvo en cuenta que los motores trifásicos asíncronos tienen una velocidad rotacional menor bajo cargas más altas, lo que significa que los procesos funcionales mecánicos reales se ralentizan.

Una complicación adicional es que con la medición de las curvas de corriente en los conductores mediante sensores Hall, que ya se conoce por el estado de la técnica, no es posible determinar los tiempos de activación y desactivación exactos. En el estado de la técnica ya conocido, la corriente medida primero debe estar presente en el registrador de datos durante un cierto tiempo para iniciar la medición. Sin embargo, el inicio de la medición generada de esta manera no es idéntico a la conexión real del accionamiento.

Sin embargo, otros enfoques destinados a la aplicación de filtros matemáticos a las curvas de corriente activa también han demostrado ser inadecuados.

El documento US 3621 392 A da a conocer un dispositivo para medir el valor instantáneo de la potencia que fluye en un conductor eléctrico. En este caso la medición de la corriente se realiza mediante una bobina en la que es inducida una corriente. La tensión es representada por el campo eléctrico entre el conductor y el potencial de tierra.

La medición exacta del ángulo de desplazamiento de fase $ entre corriente y tensión permite el registro exacto de una curva cos $ y el cálculo del componente de corriente activa exacta, que corresponde a la lentitud mecánica de la instalación accionada. Las mejoras así conseguidas en cuanto a precisión y grado de detalle en la determinación de la corriente activa conducen a una mejora del diagnóstico basado en esta. Como resultado, los fallos en la instalación mecánica pueden evitarse de forma más fiable por los datos obtenidos mediante el dispositivo según la invención. Un diagnóstico más preciso conduce a un uso más eficiente y específico del personal de mantenimiento que responde al diagnóstico. Además, la invención proporciona las proporciones exactas de corriente activa, corriente reactiva y corriente aparente, así como las curvas asociadas de los factores de potencia. La observación a largo plazo de estos valores permite un diagnóstico fiable del motor. Para motores cuyos valores son simétricos y se comportan de modo estacionario no existe riesgo de fallo a corto plazo.

En el estado de la técnica es necesario un funcionamiento permanente de los sensores y del registrador de datos. Las instalaciones mecánicas a ser diagnosticadas con procesos que se repiten, como por ejemplo puertas o agujas, no suelen estar en funcionamiento de forma permanente. Gracias a la detección según la invención y metrológicamente inequívoca de los cruces por cero de las curvas de tensión sinusoidales en los conductores del motor de accionamiento es posible también un control automático del dispositivo. Para ello, las señales de los sensores de tensión son alimentadas a una unidad de evaluación. Tan pronto como esta detecta un campo eléctrico sinusoidal, el dispositivo es activado. De esta manera se puede implementar un modo de espera de ahorro de energía para el dispositivo de diagnóstico.

No obstante, también se puede implementar una activación externa de las mediciones, lo que puede tener sentido por ejemplo en el caso de motores de accionamiento de funcionamiento permanente. Para ello, la instalación mecánica accionada por el motor de accionamiento está provista de un punto de disparo que, al ser detectado por los sensores, genera una señal de inicio para el comienzo de la medición y - después de por ejemplo una revolución completa de la instalación mecánica accionada por motor - se genera una señal de parada para el final de la medición. Un dispositivo de diagnóstico según la invención en conexión con motores de accionamiento de funcionamiento permanente tiene sentido por ejemplo en el caso de escaleras mecánicas o instalaciones de transporte similares que operan en funcionamiento unidireccional permanente.

El documento DE 102010043254 A1 da a conocer un sistema de medición para la monitorización de al menos una fase de un consumidor eléctrico, en el que los valores de corriente y tensión de la fase son determinados por medio de sensores de corriente y tensión capacitivos, realizándose una medición de la tensión de fase contra el potencial de tierra.

Por lo tanto, los procedimientos o dispositivos ya conocidos por el estado de la técnica siempre se basan en que la medición de tensión en los conductores de fase individuales se realiza de forma ligada al contacto frente a un potencial de referencia, que suele ser el potencial de tierra. Tales procedimientos no se pueden utilizar en entornos espaciales que deban estar libres de potencial o retroactividad, por ejemplo para evitar retroacoplamientos e influencias no deseados de la instalación eléctrica. Este es el caso por ejemplo de los enclavamientos ferroviarios.

Por lo tanto, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo para el diagnostico de una instalación mecánica accionada mediante un motor de accionamiento eléctrico, que comprende al menos un sensor para la detección de la curva de corriente en un conductor de la conexión eléctrica del motor de accionamiento y sensores para la detección de las curvas de tensión en los conductores de la conexión eléctrica del motor de accionamiento, en el que a cada conductor se le asigna un sensor para la detección de la curva de corriente y un sensor para la detección de la curva de tensión, que pueden ser utilizados en entornos espaciales en los que se deba garantizar una ausencia de retroactividad respecto a otros equipos eléctricos y la ausencia de tierra como protección frente a contactos accidentales.

Esto se logra según la invención porque los sensores para la detección de las curvas de tensión en los conductores están realizados como sensores sin contacto para la detección del campo eléctrico en el conductor respectivo y el dispositivo también tiene un sensor para la detección del campo eléctrico total de los tres conductores de una conexión eléctrica de un motor de accionamiento trifásico. Tal sensor suma los campos eléctricos de los tres conductores del motor de accionamiento para obtener un valor total. De esta manera se crea dentro del dispositivo de diagnóstico un punto de referencia específico para medir y evaluar los campos eléctricos de los conductores. Este método de medición es especialmente adecuado para medir tensión alterna trifásica, ya que la suma de los tres valores seno es cero.

Esto elimina la introducción costosa sin retroalimentación de un potencial de referencia externo, por ejemplo a través del suministro de corriente del dispositivo de diagnóstico, que está sujeto a interferencias debido a las trayectorias de línea. Aquí se mide la curva sinusoidal exacta de las tensiones a lo largo del tiempo. Tal sensor puede estar realizado muy simple, por ejemplo en forma de una plaquita o alambre eléctricamente conductor sobre el cual la carga eléctrica es desplazada por el campo eléctrico. Esta transferencia de carga, denominada inducción, es medida y evaluada con la técnica de medición. La configuración de medición del dispositivo según la invención proporciona la curva sinusoidal exacta con los instantes de ü (valor de techo o pico de U) y los cruces por cero de las tensiones medidas.

Por lo tanto, en un dispositivo de diagnóstico según la invención la tensión de suministro puede provenir de una fuente libre de potencial independiente. Por ejemplo, una batería, una célula solar o una fuente de alimentación de laboratorio que esté aislada galvánicamente por un transformador de aislamiento podría usarse como fuente de tensión. La independencia de cualquier potencial de referencia lograda de esta manera también abre la posibilidad de utilizar interfaces de radio y fibra óptica.

La invención comprende también el diagnóstico de sistemas de accionamiento para agujas de carril o instalaciones de transporte que comprenden, respectivamente, al menos un motor de accionamiento accionado eléctricamente y un dispositivo de diagnostico diseñado según las características mencionadas anteriormente.

La presente invención se explica con más detalle a continuación mediante un ejemplo de realización y el dibujo asociado.

La figura 1 muestra una representación esquemática de la configuración de medición de un dispositivo de diagnóstico según la invención, no estando representados en la figura 1 el motor de accionamiento ni la instalación mecánica accionada por este para una mayor claridad. Su realización concreta corresponde al estado de la técnica habitual y tampoco es relevante para la comprensión de la invención. El dispositivo está diseñado para alojar un máximo de tres cables de conexión del motor, los conductores (1,2, 3). En cada conductor individual (1,2, 3) está colocado un sensor Hall (4.1,4.2, 4.3) que detecta la curva de corriente en el conductor respectivo con la técnica de medición. Además, en cada conductor individual (1, 2, 3) está colocado un sensor (5.1, 5.2, 5.3) para detectar el campo eléctrico del conductor, que detecta la curva de tensión en el conductor respectivo con la técnica de medición. Además hay un sensor (6) adicional para detectar el campo eléctrico. Este sensor detecta el campo eléctrico total de los conductores (1, 2, 3) y genera el potencial de referencia para la medición de la tensión. Los sensores individuales (5.1, 5.2, 5.3) son medidos contra el sensor total (6). Todos los sensores, incluidos los sensores Hall (4.1, 4.2, 4.3), están configurados para la detección bipolar de los respectivos campos magnéticos o eléctricos, es decir para la medición de la curva sinusoidal de la respectiva intensidad de campo, incluidos sus cruces por cero. Los sensores (5.1,5.2, 5.3) individuales miden los campos eléctricos de cada conductor (1,2, 3) que están sincronizados con la curva de tensión sinusoidal en el conductor respectivo. Los sensores Hall (4.1, 4.2, 4.3) miden los campos magnéticos de cada conductor (1,2, 3) que están sincronizados con la curva de corriente sinusoidal en el conductor respectivo. Eventuales diferencias en el curso del tiempo, que están causadas por los diferentes principios de medición, son compensadas matemáticamente en el curso de la evaluación de la señal. Como resultado de estas mediciones son determinados los cruces por cero de las curvas de tensión y corriente en cada conductor. Los ángulos de fase 9 que son registrados durante todo el proceso de medición se pueden determinar a partir de las diferencias de tiempo entre estos cruces por cero. La curva cos $ registrada de esta manera reacciona de manera muy sensible a las variaciones en la carga mecánica y, junto con la curva de corriente activa, pueden mejorar el diagnóstico. Además, en la curva cos $ se muestran procesos de conmutación tal como se utilizan para el control y la monitorización en la conmutación estrellatriángulo o en el circuito de agujas de 4 hilos. Estos procesos de conmutación se pueden utilizar como puntos fijos para la segmentación de la secuencia mecánica.

El campo eléctrico medido con los sensores de tensión reacciona de manera muy sensible a las perturbaciones en el suministro de tensión. Rebotes de contacto o interrupciones breves de tensión debidas a dispositivos de conmutación defectuosos son reconocidos de forma fiable.

Por lo tanto, el dispositivo proporciona datos que pueden ser utilizados en conexión con un sistema de diagnóstico para la monitorización y el diagnostico del dispositivo de conmutación, el accionamiento eléctrico y la instalación mecánica.

Lista de símbolos de referencia

1 conductor 1

2 conductor 2

3 conductor 3

4.1 / 4.2 / 4.3 sensores Hall

5.1 / 5.2 / 5.3 sensores para la detección del campo eléctrico de un conductor (1,2, 3) individual

6 sensor para la detección del campo eléctrico total de los conductores (1, 2, 3)

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para el diagnóstico de una instalación mecánica accionada por medio de un motor eléctrico, que comprende al menos un sensor para detectar la curva de corriente en un conductor (1,2, 3) de la conexión eléctrica del motor eléctrico, así como sensores para detectar las curvas de tensión en los conductores de la conexión eléctrica del motor eléctrico, estando asignado a cada conductor (1, 2, 3), respectivamente, un sensor (4.1, 4.2, 4.3) para la detección de la curva de corriente y un sensor (5.1,5.2, 5.3) para la detección de la curva de tensión y en el que cada sensor (5.1,5.2, 5.3) para la detección de la curva de tensión está realizado como sensor sin contacto para detectar el campo eléctrico alrededor del conductor respectivo, caracterizado por que el dispositivo tiene además un sensor (6) para detectar el campo eléctrico total de todos los conductores de la conexión eléctrica del motor eléctrico.

2. Sistema de accionamiento para una aguja de carril, que comprende al menos un motor accionable eléctricamente y un dispositivo para el diagnostico según la reivindicación 1.

3. Sistema de accionamiento para una instalación de transporte, que comprende al menos un motor accionable eléctricamente y un dispositivo de diagnóstico según la reivindicación 1.