PL223547B1 - Method and system for induction motor diagnostic tests, especially its bearings - Google Patents
Method and system for induction motor diagnostic tests, especially its bearingsInfo
- Publication number
- PL223547B1 PL223547B1 PL400007A PL40000712A PL223547B1 PL 223547 B1 PL223547 B1 PL 223547B1 PL 400007 A PL400007 A PL 400007A PL 40000712 A PL40000712 A PL 40000712A PL 223547 B1 PL223547 B1 PL 223547B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- voltage
- induction motor
- current
- bearings
- transformer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego, zwłaszcza jego łożysk.The subject of the invention is a method and a system for diagnostic tests of an induction motor, especially its bearings.
W trakcie eksploatacji silniki indukcyjne ulegają różnego rodzajom uszkodzeniom, w szczególności takim jak przerwy i zwarcia w uzwojeniach stojana i wirnika, uszkodzenia łożysk, uszkodzenia mechaniczne obwodów magnetycznych stojana i wirnika.During operation, induction motors are subject to various types of damage, in particular, such as interruptions and short circuits in the stator and rotor windings, damage to the bearings, mechanical damage to the magnetic circuits of the stator and rotor.
Jednym z sygnałów pojawiających się uszkodzeń jest to, że następuje odkształcanie prądu zasilającego silniki indukcyjne. Mierząc chwilowe wartości tego prądu i poddając uzyskany przebieg analizie widmowej otrzymuje się szereg składowych, które mogą zastać przypisane określonym typom uszkodzeń.One of the signals of occurring faults is that the current supplying induction motors is distorted. By measuring the instantaneous values of this current and subjecting the obtained waveform to spectral analysis, a series of components is obtained that can be assigned to specific types of damage.
W przypadku uszkodzeń takich elementów jak uzwojenia stojana i wirnika amplitudy składowe widma, związane z tymi uszkodzeniami, mają dużą wartość w stosunku do amplitudy podstawowej.In the case of damage to elements such as the stator and rotor windings, the spectral components associated with these damage have a large value in relation to the basic amplitude.
Natomiast w przypadku uszkodzeń łożyska silnika indukcyjnego, amplitudy składowych są bardzo małe w stosunku do amplitudy podstawowej. Pomiary małych składowych, przy dużej, wymaganej dynamice pomiarów, stwarzają duże trudności.However, in the event of damage to the bearing of an induction motor, the amplitudes of the components are very small in relation to the basic amplitude. Measurements of small components, with high, required dynamics of measurements, pose great difficulties.
Znane i stosowane są sposoby diagnostyki silnika indukcyjnego, wykorzystujące pomiar i analizę widmową prądu zasilającego. Sposoby te polegają na pomiarze prędkości kątowej silnika i częstotliwości napięcia sieci zasilającej, za pomocą dodatkowych urządzeń pomiarowych, a następnie na obliczeniu na tej podstawie częstotliwości charakterystycznych dla określonych uszkodzeń łożyska. Znany jest również czasowo-częstotliwościowy sposób do detekcji uszkodzeń łożyska w silnikach. Według tego sposobu pobierana jest próbka czasowa krzywej prądu, którą następnie poddaje się analizie czasowo-częstotliwościowej, dla różnych stanów pracy maszyny.Methods of induction motor diagnostics are known and applied, using the measurement and spectral analysis of the supply current. These methods consist in measuring the angular velocity of the motor and the frequency of the mains voltage with the use of additional measuring devices, and then on this basis calculating the frequencies characteristic for specific bearing failures. A time-frequency method for detecting bearing damage in motors is also known. According to this method, a time sample of the current curve is collected, which is then subjected to time-frequency analysis for various operating states of the machine.
Znane czasowo-częstotliwościowe sposoby detekcji składają się z czterech etapów postępowania: procesu wstępnego, nauki, testu i procesu końcowego. W znanej procedurze postępowania, na etapie wstępnym, analogowy sygnał proporcjonalny do prądu silnika przechodzi przez filtr antyaliasi ngowy i dalej jest przekształcony do postaci cyfrowej. Na etapie nauki wyznacza się przedziały możliwych wartości wokół składowych o częstotliwościach uszkodzeniowych i tworzy wektor z tych przedziałów. Utworzone wektory są dalej grupowane wzdłuż osi czasu w przestrzeni czasowo-częstotliwościowej. Jednolite obszary uzyskane z grupowania są definiowane jako normalne tryby pracy maszyny bez uszkodzeń. Następnie dane uczące należące do każdego normalnego trybu pracy są statystycznie analizowane i na ich podstawie następuje określenie składowych repreze ntatywnych dla uszkodzeń i ich wartości progowych. Składowe i ich wartości progowe są zapamiętywane jako parametry odniesienia. Na etapie testu pobierane są czasowo-częstotliwościowe widma prądu testowanego silnika oraz następuje detekcja i pomiar parametrów istotnych dla stanu uszkodzenia. W sposobie tym, identyfikacja uszkodzenia silnika określana jest w przypadku, gdy któryś z pomierzonych, w etapie testu, parametrów jest większy niż parametr odniesienia. Podczas procesu końcowego testowanie powtarzane jest wielokrotnie w celu zwiększenia precyzji decyzji końcowej.The known time-frequency detection methods consist of four stages: preliminary process, learning, test and final process. In a known procedure, in a preliminary step, an analog signal proportional to the motor current passes through the anti-aliasing filter and is further digitized. At the learning stage, ranges of possible values are determined around the components with failure frequencies and a vector is created from these intervals. The created vectors are further grouped along a time axis in the time-frequency space. Uniform areas obtained from grouping are defined as the normal operating modes of the machine without damage. The training data belonging to each normal operating mode is then statistically analyzed and the failure representative components and their threshold values are determined. The components and their threshold values are stored as reference parameters. At the test stage, time-frequency spectra of the current of the tested motor are collected and the parameters relevant to the fault condition are detected and measured. In this method, the motor failure identification is determined in the event that any of the parameters measured in the test step is greater than the reference parameter. During the final process, testing is repeated many times to increase the precision of the final decision.
Znana i stosowana analiza widm czasowo-częstotliwościowych wymaga rozległego etapu nauki wykorzystywanego na późniejszych etapach. Dane dotyczące parametrów maszyny w różnych stanach jej pracy są inne dla każdej maszyny, co powoduje, że badanie diagnostyczne łożysk maszyny jest możliwe, jeśli uprzednio stworzono dla danej maszyny bazę parametrów odniesienia przy nieus zkodzonych łożyskach. W eksploatacji znacznie zawęża to zakres stosowalności metody. Określenie składowych odpowiedzialnych za uszkodzenia wymaga wykonania wielokrotnych pomiarów, a potrzeba ich wykonania wynika z braku systemu pomiarowego, zdolnego do wykonania wiarygodnych pomiarów wartości chwilowych prądu zasilającego.Known and applied analysis of time-frequency spectra requires an extensive learning phase to be used in the later stages. The data on the parameters of the machine in different operating states are different for each machine, which means that diagnostic testing of machine bearings is possible, if a database of reference parameters has been previously created for a given machine with undamaged bearings. In operation, it significantly reduces the scope of the method's applicability. Determining the components responsible for the damage requires multiple measurements, and the need for them results from the lack of a measurement system capable of making reliable measurements of the instantaneous values of the supply current.
Sposób badania diagnostycznego silnika indukcyjnego, zwłaszcza jego łożysk polegający na pomiarze prądu zasilającego, który uzyskuje się ze źródła zasilania zainstalowanego w układzie pomiaru prądu charakteryzuje się według wynalazku tym, że prąd zasilający silnik indukcyjny przekształca się na napięcie przy pomocy rezystora pomiarowego o wartości rezystancji wynoszącej od 1 μΩ do 10 Ω. Napięcie na rezystorze pomiarowym izoluje się galwanicznie poprzez transformator o przekładni napięciowej wynoszącej od 0,001 do 10000. Napięcie na wyjściu transformatora wzmacnia się przy pomocy wzmacniacza napięciowego o rezystancji wejściowej wynoszącej od 0,1 Ω do 500 GΩ i wzmocnieniu napięciowym wynoszącym od -100 dBu do +100 dBu, a następnie wzmocnione napięcie przekształca się na postać cyfrową przez przetwornik analogowo-cyfrowy i analizuje w maszynie cyfrowej.The method of diagnostic testing of an induction motor, especially its bearings, consisting in the measurement of the supply current that is obtained from the power source installed in the current measuring system, is characterized according to the invention in that the current supplying the induction motor is converted into a voltage by means of a measuring resistor with a resistance value 1 μΩ to 10 Ω. The voltage across the measuring resistor is galvanically isolated through a transformer with a voltage ratio of 0.001 to 10000. The voltage at the transformer output is amplified by a voltage amplifier with an input resistance of 0.1 Ω to 500 GΩ and a voltage gain of -100 dBu to + 100 dBu, then the amplified voltage is digitized by an analog-to-digital converter and analyzed in a digital machine.
PL 223 547 B1PL 223 547 B1
Układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego, zwłaszcza jego łożysk charakteryzuje się według wynalazku tym, że układ do pomiaru prądu składa się z rezystora pomiarowego połączonego z transformatorem, który z kolei połączony jest ze wzmacniaczem napięciowym zawierającym re2ystancję wejściową i wzmocnienie napięciowe.The diagnostic system for an induction motor, in particular its bearings, is characterized according to the invention in that the current measuring system consists of a measuring resistor connected to a transformer which in turn is connected to a voltage amplifier having input resistance and voltage amplification.
Układ według wynalazku charakteryzuje się niskimi szumami własnymi, umożliwiając w ten sposób wierne przetworzenie sygnału prądu i przeprowadzenie odpowiedniej diagnostyki uszkodzeń silnika indukcyjnego. Sposób według wynalazku umożliwia sprawne i ścisłe wykrycie uszkodzeń siln ika indukcyjnego, a zwłaszcza jego łożysk.The system according to the invention is characterized by low self-noise, thus enabling faithful processing of the current signal and carrying out appropriate diagnostics of induction motor failures. The method according to the invention enables efficient and accurate detection of damages to the induction motor, especially its bearings.
Wynalazek jest opisany w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym przedstawiono schemat układu do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego.The invention is described in an exemplary embodiment and in the drawing, which shows a diagram of a system for diagnostic testing of an induction motor.
P r z y k ł a dP r z k ł a d
Układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego składa się ze źródła zasilania ZAS, układu do pomiaru prądu UP, przetwornika analogowo-cyfrowego AC i maszyny cyfrowej MC. Układ do pomiaru prądu UP składa się z rezystora pomiarowego RB połączonego z transformatorem TR. Transformator TR połączony jest ze wzmacniaczem napięciowym WZN zawierającym rezystancję wejściową R|N i wzmocnienie napięciowe Ku.The induction motor diagnostic test system consists of the ZAS power source, the UP current measurement system, the AC analog-to-digital converter and the MC digital machine. The UP current measurement system consists of a measuring resistor RB connected to a transformer TR. The TR transformer is connected to the WZN voltage amplifier containing the input resistance R | N and voltage gain K u .
Diagnozowany silnik indukcyjny M przyłącza się do źródła zasilania ZAS. Prąd zasilający diagnozowany silnik indukcyjny M przekształca się na napięcie przy pomocy rezystora pomiarowego RB o regulowanej skokowo wartości rezystancji wynoszącej 1 mQ, 10 mQ i 100 mQ. Napięcie na rezystorze pomiarowym RB izoluje się galwanicznie poprzez transformator TR o przekładni napięciowej w ynoszącej 20. Napięcie na wyjściu transformatora TR wzmacnia się przy pomocy wzmacniacza napięciowego WZN o rezystancji wejściowej RIN wynoszącej 1 GQ i wzmocnieniu napięciowym Ku wynoszącym 40 dBu. Następnie wzmocnione napięcie przekształca się na postać cyfrową przez przetwornik analogowo-cyfrowy AC i analizuje w maszynie cyfrowej MC.The diagnosed M induction motor is connected to the ZAS power source. The current supplying the diagnosed induction motor M is converted into voltage by means of a measuring resistor RB with a step-adjustable resistance value of 1 mΩ, 10 mΩ and 100 mΩ. The voltage across the measuring resistor RB is galvanically isolated through a TR transformer with a voltage ratio of 20. The voltage at the output of the TR transformer is amplified by a WZN voltage amplifier with an input resistance R IN of 1 GQ and a voltage gain K u of 40 dBu. The amplified voltage is then digitized by an AC analog-to-digital converter and analyzed in an MC digital machine.
Pomiar wykazał, że układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego posiada szumy własne o wartości -120 dBu. Dzięki tak niskim szumom własnym układu, w widmie pomierzonego sygnału prądu zasilającego silnik indukcyjny M zaobserwowano składowe o bardzo małych amplitudach, związane z jego uszkodzeniami. Analiza tych składowych w maszynie cyfrowej MC wykazała uszkodzenie łożyska silnika indukcyjnego M, co zostało potwierdzone po rozebraniu silnika indukcyjnego M na części.The measurement showed that the system for the diagnostic tests of the induction motor has self-noise of -120 dBu. Due to such a low internal noise of the system, components with very small amplitudes related to its damage were observed in the spectrum of the measured signal of the current supplying the induction motor M. The analysis of these components in the MC digital machine showed damage to the bearing of the induction motor M, which was confirmed after dismantling the induction motor M into parts.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL400007A PL223547B1 (en) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Method and system for induction motor diagnostic tests, especially its bearings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL400007A PL223547B1 (en) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Method and system for induction motor diagnostic tests, especially its bearings |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL400007A1 PL400007A1 (en) | 2014-01-20 |
| PL223547B1 true PL223547B1 (en) | 2016-10-31 |
Family
ID=49920838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL400007A PL223547B1 (en) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Method and system for induction motor diagnostic tests, especially its bearings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL223547B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL423580A1 (en) * | 2017-11-24 | 2019-06-03 | Politechnika Gdanska | Method for diagnostics of rolling bearings in the induction motor |
-
2012
- 2012-07-17 PL PL400007A patent/PL223547B1/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL423580A1 (en) * | 2017-11-24 | 2019-06-03 | Politechnika Gdanska | Method for diagnostics of rolling bearings in the induction motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL400007A1 (en) | 2014-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bartoletti et al. | Vibro-acoustic techniques to diagnose power transformers | |
| US10088506B2 (en) | Method for detecting a fault condition in an electrical machine | |
| Saidi et al. | Diagnosis of broken-bars fault in induction machines using higher order spectral analysis | |
| EP2790028B1 (en) | Broken rotor bar detection based on current signature analysis of an electric machine | |
| EP2221597A1 (en) | System for diagnosing defects in electric motors | |
| Climente-Alarcon et al. | Diagnosis of induction motors under varying speed operation by principal slot harmonic tracking | |
| KR20100094452A (en) | A method for detection and automatic identification of damage to rolling bearings | |
| Corne et al. | Comparing MCSA with vibration analysis in order to detect bearing faults—A case study | |
| Ahmed et al. | Detection of eccentricity faults in machine usingfrequency spectrum technique | |
| Çira et al. | A new approach to detect stator fault in permanent magnet synchronous motors | |
| Antonino-Daviu et al. | Detection of rotor faults via transient analysis of the external magnetic field | |
| Balakrishna et al. | An autonomous electrical signature analysis-based method for faults monitoring in industrial motors | |
| Costa et al. | Improving the signal data acquisition in condition monitoring of electrical machines | |
| US20180306864A1 (en) | Method and apparatus to detect faults in rotary machines | |
| Antonino-Daviu et al. | Evaluation of the detectability of rotor faults and eccentricities in induction motors via transient analysis of the stray flux | |
| Pastor-Osorio et al. | Misalignment and rotor fault severity indicators based on the transient DWT analysis of stray flux signals | |
| PL223547B1 (en) | Method and system for induction motor diagnostic tests, especially its bearings | |
| Frosini et al. | An improved diagnostic system to detect inter-turns short circuits in low voltage stator windings | |
| Mirzaeva et al. | Ac motor instrumentation and main air gap flux measurement for fault diagnostics | |
| Yeolekar et al. | Outer race bearing fault identification of induction motor based on stator current signature by wavelet transform | |
| Cristaldi et al. | Condition based maintenance through electrical signature analysis: a case study | |
| Zöller et al. | Separation of fundamental wave and transient components of the current signal for machine insulation state monitoring | |
| Ibragimov et al. | Exploration of the combined vibration parameters and external magnetic field in diagnosing asynchronous electric motors | |
| Kumar et al. | Static eccentricity failure diagnosis for induction machine using wavelet analysis | |
| Zoeller et al. | Detection of AC machines insulation health state based on evaluation of switching transients using two current sensors and eigenanalysis-based parameter estimation |