RU2269759C1 - Способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем - Google Patents

Способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем Download PDF

Info

Publication number
RU2269759C1
RU2269759C1 RU2004118454/28A RU2004118454A RU2269759C1 RU 2269759 C1 RU2269759 C1 RU 2269759C1 RU 2004118454/28 A RU2004118454/28 A RU 2004118454/28A RU 2004118454 A RU2004118454 A RU 2004118454A RU 2269759 C1 RU2269759 C1 RU 2269759C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
amplitude modulation
frequency
electric
measured
Prior art date
Application number
RU2004118454/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2004118454A (ru
Inventor
Алексей Васильевич Барков (RU)
Алексей Васильевич Барков
Original Assignee
Алексей Васильевич Барков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Васильевич Барков filed Critical Алексей Васильевич Барков
Priority to RU2004118454/28A priority Critical patent/RU2269759C1/ru
Priority to PCT/RU2005/000237 priority patent/WO2005121741A1/ru
Priority to DE112005000995T priority patent/DE112005000995T5/de
Publication of RU2004118454A publication Critical patent/RU2004118454A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2269759C1 publication Critical patent/RU2269759C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50—Reduction of harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике диагностики исполнительных агрегатов на основе измерения спектра частот амплитудной модуляции тока, потребляемого электрическим двигателем. Технический результат - повышение достоверности. Для достижения данного результата измеряют спектр частот амплитудной модуляции электрического тока, потребляемого исполнительным электрическим двигателем. При этом на каждой частоте амплитудной модуляции измеряют глубину амплитудной модуляции тока. По измеренной частоте амплитудной модуляции определяют дефектный агрегат механизма или системы, вызывающий появление переменной нагрузки на электрический двигатель, а по измеренной глубине амплитудной модуляции определяют величину этого дефекта. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к диагностике агрегатов, механизмов и систем, в которых приводом является электрический двигатель.
Известны способы диагностики работы механизмов и агрегатов, в которых состояние агрегата оценивается с помощью измерения потребляемого электрическим двигателем электрического тока.
Измерение величины тока потребляемого электрическим двигателем, который приводит в действие агрегаты, механизмы и системы позволяет оценить состояние этих систем. Увеличение потребляемого тока свидетельствует о повышении нагрузки на двигатель, что косвенно свидетельствует о состоянии агрегата или механизма. В качестве примеров таких способов можно привести патент RU 2206794, "Способ диагностирования погружного электрического центробежного насоса", МПК F 04 D 13/10, опубл. 20.06.03; патент DE 3844960 "Диагностический соединитель для электрического насоса", МПК G 01 M 15/00, опубл. 20.11.97.
Известны способы диагностики работы механизмов и агрегатов, в которых состояние механизма и агрегата оценивается путем анализа потребляемого электрическим двигателем тока.
В патенте JP 05-018813 "Измеритель механических вибраций", МПК G 01 H 17/00, опубл. 26.01.93, производится сравнение спектров вибраций и частоты вращения двигателя при нормальной работе механизмов и текущей, что позволяет заметить появление дополнительной вибрации.
В патенте RU 2213270 "Способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти", МПК F 04 D 13/10, опубл. 27.09.03, регистрируют сигнал от переменной составляющей суммы фазных токов питания двигателя, анализируют форму и амплитуду измеренного сигнала и сравнивая со значениями предыдущих измерений, оценивают возможность дальнейшей эксплуатации установки.
Все перечисленные способы диагностики по потребляемому току электродвигателя не позволяют судить о состоянии отдельных агрегатов или частей механизма или системы, работающих под действием электрического двигателя.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ по патенту RU 2213270 "Способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти".
В данном способе регистрируют сигнал от переменной составляющей суммы фазных токов питания двигателя путем установки датчика тока (токовых клещей) одновременно на три фазы питающего кабеля. Анализ формы и амплитуды полученного сигнала производят сравнением с ранее выполненными измерениями. В описании утверждается, что причиной изменений могут являться дефекты обмоток электродвигателя или увеличение тормозного момента. Более точную дефектоскопию, то есть выявление дефектного узла, данным способом выполнить невозможно.
Заявляемый способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем решает техническую задачу выявления дефектного узла (агрегата) механизма или системы, а также определения величины этого дефекта.
Способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем состоит в том, что измеряют частоты амплитудной модуляции потребляемого электрическим двигателем электрического тока и для каждой частоты модуляции измеряют глубину амплитудной модуляции. По измеренной частоте модуляции определяют дефектный агрегат механизма или системы, вызывающий появление переменной нагрузки на электрический двигатель, а по измеренной глубине модуляции определяют величину этого дефекта.
Отличие данного способа от известных состоит в том, что измеряют параметры амплитудной модуляции основной составляющей электрического тока, потребляемого электрическим двигателем. Частота модуляции характеризует дефектный агрегат механизма или системы потому, что каждый агрегат механизма или системы имеет свои характерные частоты вращения или перемещения отдельных элементов, и возникающий дефект дает амплитудную модуляцию тока именно этими частотами. По глубине амплитудной модуляции тока можно судить о величине дефекта агрегата. Таким образом, способ позволяет установить дефектный агрегат механизма или системы вне зависимости от того, какой тип электрического двигателя применяется в механизме.
Данный способ также позволяет определять дефекты не только агрегатов, но их составных частей.
Для того чтобы ускорить диагностику механизма или системы данным способом, можно предварительно создать перечень характерных частот вращения или перемещения элементов агрегата.
Способ диагностики поясняется чертежами.
На Фиг.1 представлен спектр потребляемого бездефектным электронасосом электрического тока в диапазоне частот от 0 до 400 Гц.
На Фиг 2 приведен спектр потребляемого тока у дефектного электронасоса.
На Фиг.3 показан спектр потребляемого тока у бездефектного, а на Фиг.4 - у дефектного конвейеров, приводимых в движение синхронным электродвигателем с трехступенчатым понижающим редуктором и звездочкой на последней оси.
На Фиг.5 показан спектр переменной составляющей тока якоря привода постоянного тока бездефектной, а на Фиг.6 - дефектной клети прокатного стана.
Асинхронный двигатель, входящий в состав электронасоса, имеет частоту вращения 24,5 Гц, а рабочее колесо центробежного насоса имеет семь лопастей. Основная составляющая потребляемого тока имеет частоту ƒ1=50 Гц. Кроме нее в спектре тока есть и несколько кратных по частоте слабых гармоник, определяемых магнитными свойствами сердечника двигателя и дискретностью обмоток статора.
При появлении дефектов в насосе спектр потребляемого тока резко усложняется. На фиг.2 приведен спектр потребляемого тока у дефектного электронасоса той же модели, в котором один из подшипников насоса имел дефект сепаратора, в результате которого вал сместился относительно оси насоса и лопасти рабочего колеса начали касаться неподвижных частей направляющего аппарата. Характерной частотой подшипника является частота вращения сепаратора ƒc, составляющая около 40% от частоты вращения подшипника, а характерной частотой рабочего колеса является лопастная частота ƒл, которая у этой модели насоса в 7 раз выше частоты вращения рабочего колеса. В спектре тока двигателя появились признаки дефекта сепаратора подшипника в виде амплитудной модуляции основной составляющей тока с частотой ƒ1, периодическим процессом с частотой ƒс, т.е. появились боковые составляющие тока с частотами ƒ1±ƒс. Кроме этого, появились признаки амплитудной модуляции тока седьмой гармоникой частоты вращения, т.е. составляющие тока с частотами ƒ1-ƒл=122,5 Гц и ƒ1+ƒл=222,5 Гц, а из-за того, что лопасти не идентичны и задевают неподвижные части насоса с разной силой, все составляющие тока двигателя пробрели дополнительную амплитудную модуляцию частотой вращения ротора (рабочего колеса) ƒвр.
Важным обстоятельством является то, что при указанных дефектах ни потребляемый двигателем ток (мощность), ни величина скольжения ротора не изменились на величину, превышающую статистическую ошибку измерения.
Аналогичные результаты могут быть получены и в механизмах с синхронным двигателем. Так, на фиг.3 показан спектр потребляемого тока бездефектного, а на фиг.4 - дефектного конвейеров, приводимых в движение синхронным двигателем с трехступенчатым понижающим редуктором и звездочкой на последней оси.
Износ цепи, приводящей в движение детали, установленные на конвейере, приводит к импульсным нагрузкам на звездочку с характерной частотой зацепления звездочки и цепи, равной ƒZ4=222,5 Гц, а неравномерный износ звездочки - к амплитудной модуляции импульсной нагрузки частотой вращения выходной ƒвр4=3,7 Гц оси редуктора. В результате фазный ток синхронной машины оказывается модулированным по амплитуде и частотой ƒZ4, и частотой ƒвр4. Степень износа цепи определяется отношением амплитуд составляющих тока на боковых частотах ƒ1±ƒZ4 к амплитуде основной составляющей на частоте ƒ1. Степень износа звездочки - аналогичным отношением составляющих тока, но на боковых частотах ƒ1±ƒвр4, к основной составляющей на частоте ƒ1. Кроме указанных дефектов по представленному спектру тока двигателя видно, что в редукторе есть еще и дефект зубьев на второй оси, который стал причиной амплитудной модуляции основной составляющей тока двигателя частотой вращения второй оси редуктора ƒ1±ƒвр2.
Несколько иначе в спектре тока якоря проявляется амплитудная модуляция потребляемого тока в машинах постоянного тока, в которых модулирующий процесс представляет собой переменную составляющую тока якоря. Так, на фиг.5 показан спектр переменной составляющей тока якоря привода постоянного тока бездефектной клети прокатного стана. Машина постоянного тока питается от электромашинного преобразователя, и в токе якоря не должно быть переменных составляющих. Однако из-за двухсекционного промежуточного вала, имеющего несколько опор вращения, соосность которых не может быть полностью обеспечена, ток якоря оказывается модулирован частотой вращения первой оси редуктора kƒвр1, и, незначительно, зубцовой частотой первой ступени ƒZ1.
Одним из опасных дефектов клетей является перекос шестерен выходного вала, возникающий, например, из-за более быстрого износа подшипников с одной стороны клети. Характерной частотой - признаком такого дефекта - является вторая гармоника частоты вращения вала, одна из шестерен которого имеет перекос. На фиг.6 представлен спектр переменных составляющих тока якоря при таком дефекте клети. В спектре тока появляется ряд гармоник частоты вращения выходного (дефектного) вала kƒвр3, причем наибольшую амплитуду имеет вторая гармоника. В данном конкретном случае перекос шестерни привел и к росту пульсирующих нагрузок на двигатель с частотой зацепления дефектной шестерни и ее гармониками kƒZ2, причем эти нагрузки также оказались модулированными второй гармоникой частоты вращения вала, т.е. в спектре тока якоря появилось большое количество составляющих с частотами kƒZ2±2k1ƒвр3.
Для оценки величины дефекта необходимо определять глубину модуляции тока якоря, т.е. отношение переменной составляющей тока якоря с частотой 2ƒвр3 или 2ƒZ2 к постоянной составляющей тока якоря.

Claims (2)

1. Способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем, заключающийся в том, что измеряют частоты амплитудной модуляции потребляемого электрическим двигателем электрического тока и для каждой частоты модуляции измеряют глубину амплитудной модуляции тока, по измеренной частоте модуляции определяют дефектный агрегат механизма или системы, вызывающий появление переменной нагрузки на электрический двигатель, а по измеренной глубине модуляции определяют величину этого дефекта.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно создают перечень характерных частот вращения или перемещения агрегатов механизма или системы, а также их отдельных элементов.
RU2004118454/28A 2004-06-10 2004-06-10 Способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем RU2269759C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118454/28A RU2269759C1 (ru) 2004-06-10 2004-06-10 Способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем
PCT/RU2005/000237 WO2005121741A1 (fr) 2004-06-10 2005-04-25 Procede de diagnostic pour mecanismes et systemes dotes d'un moteur electrique
DE112005000995T DE112005000995T5 (de) 2004-06-10 2005-04-25 Diagnostikverfahren von Vorrichtungen und Systemen mit Elektromotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118454/28A RU2269759C1 (ru) 2004-06-10 2004-06-10 Способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004118454A RU2004118454A (ru) 2005-12-10
RU2269759C1 true RU2269759C1 (ru) 2006-02-10

Family

ID=35503185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004118454/28A RU2269759C1 (ru) 2004-06-10 2004-06-10 Способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112005000995T5 (ru)
RU (1) RU2269759C1 (ru)
WO (1) WO2005121741A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2453855C1 (ru) * 2011-03-15 2012-06-20 Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика" - Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация" Способ диагностики электрических цепей с переменной структурой

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5197859A (en) * 1970-11-29 1993-03-30 Siff Elliott J Well pump system
SU1271970A1 (ru) * 1985-04-03 1986-11-23 Научно-производственное объединение по созданию и выпуску средств автоматизации горных машин "Автоматгормаш" Способ диагностики технического состо ни трансмиссий горных машин с приводным двигателем
DE3828207A1 (de) * 1988-08-19 1990-02-22 Oplaender Wilo Werk Gmbh Diagnosestecker
RU2213270C2 (ru) * 2001-12-26 2003-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "ГРЭЙ" Способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Каплан Л.С. и др. Эксплуатация осложненных скважин центробежными электронасосами. - М.: Недра, 1994, с.109-114. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2453855C1 (ru) * 2011-03-15 2012-06-20 Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика" - Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация" Способ диагностики электрических цепей с переменной структурой

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004118454A (ru) 2005-12-10
WO2005121741A1 (fr) 2005-12-22
DE112005000995T5 (de) 2007-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thomson et al. Case histories of current signature analysis to detect faults in induction motor drives
Li et al. Detection of induction motor faults: a comparison of stator current, vibration and acoustic methods
Tsypkin Induction motor condition monitoring: Vibration analysis technique-A practical implementation
US8405339B2 (en) System and method for detecting fault in an AC machine
US11378947B2 (en) System and methods of failure prediction and prevention for rotating electrical machinery
Fenger et al. Development of a tool to detect faults in induction motors via current signature analysis
Alwodai et al. A comparison of different techniques for induction motor rotor fault diagnosis
Zhang et al. Detection of gearbox bearing defects using electrical signature analysis for doubly fed wind generators
Bogiatzidis et al. Detection of backlash phenomena appearing in a single cement kiln drive using the current and the electromagnetic torque signature
Li et al. A spectrum synch technique for induction motor health condition monitoring
Pons-Llinares et al. Transient detection of close components through the chirplet transform: Rotor faults in inverter-fed induction motors
RU2339049C1 (ru) Способ диагностики электродвигателя переменного тока и связанных с ним механических устройств
RU2005110648A (ru) Способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств
Kang et al. Electrical monitoring of mechanical defects in induction motor-driven V-Belt–Pulley speed reduction couplings
Bessous et al. New vision about the overlap frequencies in the MCSA-FFT technique to diagnose the eccentricity fault in the induction motors
Fournier et al. Effects of transmission belt looseness on electrical and mechanical measurements of an induction motor
JP2013224853A (ja) 昇降機の低速回転軸受の異常診断方法
Bonci et al. Fault Diagnosis in a belt-drive system under non-stationary conditions. An industrial case study
RU2269759C1 (ru) Способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем
Hyun et al. Fault diagnosis of belt driving power transfer facility using vibration analysis
CN117056790A (zh) 用于检测电动马达的结构故障的方法
RU2213270C2 (ru) Способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти
LUPEA CONSIDERATIONS ON ORDER ANALYSIS OF A ROTATING MACHINERY TEST RIG
Akbari et al. Axial static eccentricity detection in induction machines by wavelet technique
Bacha et al. Diagnosis of induction motor rotor broken bars

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070611

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20100710

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20101110

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170611