RU2532762C1 - Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока - Google Patents
Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2532762C1 RU2532762C1 RU2013135607/28A RU2013135607A RU2532762C1 RU 2532762 C1 RU2532762 C1 RU 2532762C1 RU 2013135607/28 A RU2013135607/28 A RU 2013135607/28A RU 2013135607 A RU2013135607 A RU 2013135607A RU 2532762 C1 RU2532762 C1 RU 2532762C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- power
- current
- signals
- low
- Prior art date
Links
Landscapes
- Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к диагностике технического состояния силового электрооборудования. Осуществляют запись зависимостей от времени напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, выполняемую с помощью датчиков напряжения. Обрабатывают сигналы фильтром низких частот. Определяют расхождение амплитуд сигналов токов, напряжений и мощности каждой фазы. Рассчитывают коэффициенты несимметрии тока, напряжений, мощности и коэффициенты гармонических колебаний, используя фильтр низких частот. Отфильтровывают спектр исследуемых частот от общего сигнала. Затем определяют уровень влияния качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих и на основе получаемых данных с учетом текущего задания выходной координаты определяют техническое состояние электропривода и оценивают остаточный ресурс. Технический результат заключается в повышении эффективности обнаружении неисправности на ранней стадии возникновения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к диагностике технического состояния силового электрооборудования и может применяться для диагностики электрических приводов, работающих в тяжелых условиях и размещенных в труднодоступных местах.
Известен способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ним механических устройств (патент РФ №2300116, МПК G01R 31/34), основанный на спектральном анализе потребляемого электродвигателем тока. Недостатком данного способа является то, что в нем не учитывается влияние на спектр сигнала величины и характера нагрузки электропривода, а также влияние показателей качества электроэнергии, особенно при питании электродвигателя от статического силового преобразователя.
Известен способ функциональной диагностики асинхронных двигателей (патент РФ №2351048), согласно которому контролируются две величины - сопротивление изоляции обмоток статора относительно корпуса электродвигателя и отношение полных сопротивлений обмоток для каждой пары обмоток электродвигателя.
Недостатком данного способа является применимость только для отдельных типов повреждений электродвигателя, связанных с возникновением несимметрии сопротивлений обмоток статора, и неприменимость к иным типам повреждений, например к повреждениям обмоток ротора.
Известен способ определения технического состояния (диагностики) электродвигателя, (патент РФ №2213270), при котором регистрируют и анализируют сигнал, порождаемый вибрацией электродвигателя, при этом также регистрируют сигнал от переменной составляющей суммы фазных токов питания, анализируют форму и амплитуду полученного сигнала и, сравнивая со значениями предыдущих измерений, делают вывод от возможности дальнейшей эксплуатации.
Недостатком этого способа является то, что он требует непосредственного доступа к диагностируемому двигателю, а также не позволяет с достаточной достоверностью выявить конкретный вид повреждения.
Известен способ диагностики и прогнозирования остаточного ресурса взрывозащищенного электропривода насосно-компрессорного оборудования нефтехимических производств (патент РФ №2431152). Сущность способа заключается в записи в течение заданного интервала времени значений фазных токов и напряжений электродвигателя, их разложение на гармонические составляющие и измерение амплитуды и фазы гармонических составляющих, при этом производится фильтрация гармонических составляющих, поступающих из сети. По совокупности параметров гармонических составляющих с помощью искусственной нейронной сети производится идентификация технического состояния и прогнозирование ресурса безаварийной работы диагностируемого объекта.
Недостатком данного способа является то, что при определении остаточного ресурса анализируются только гармонические составляющие напряжения, генерируемые только двигателем электропривода, а составляющие, генерируемые сетью питающего напряжения, отфильтровываются и не рассматриваются. Однако значительные искажения питающего напряжения, которые имеют нерегулярный характер, обусловленный изменением режима работы двигателя, непостоянством нагрузки, наличием статических преобразователей, а также характеристиками питающей сети, негативно сказываются на изоляции диагностируемого оборудования, вызывая ее преждевременное старение, что, в свою очередь, может привести к пробою изоляции и выходу из строя оборудования.
Известен способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока (патент РФ №2425390), выбранный в качестве прототипа, основанный на записи зависимостей от времени тока и напряжения, потребляемых электродвигателем, выполняемой с помощью датчиков напряжения и тока с последующим пропусканием через фильтр низких частот.
Недостатком указанного способа является то, что он использует фильтр низких частот для преобразования поступающего сигнала.
Технический результат заключается в повышении эффективности обнаружении неисправности на ранней стадии возникновения при помощи программного обеспечения, позволяющего убрать ненужный спектр частот, что приведет к повышению качества обработки полученных данных и более точному определению остаточного ресурса электропривода переменного тока. Также помимо точности системы повышается ее надежность за счет исключения одного функционального узла и переноса его функций в ранее существовавший блок - персональный компьютер.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока, в котором путем записи зависимостей от времени напряжения и тока потребляемых электродвигателем, выполняемой с помощью датчиков напряжения и тока с последующим пропусканием через фильтр низких частот, определяется техническое состояние электропривода и оценивается его остаточный ресурс, в предлагаемом способе определяется расхождение амплитуд сигналов токов, напряжений и мощности каждой фазы, рассчитываются коэффициенты несимметрии тока, напряжений, мощности и коэффициенты гармонических колебаний, с помощью программного обеспечения, используемого в качестве фильтра низких и высоких частот, отфильтровывается спектр исследуемых частот от общего сигнала, затем определяется уровень влияния качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих и при помощи программного обеспечения на основе получаемых данных, с учетом текущего задания выходной координаты, определяется техническое состояние электропривода и оценивается остаточный ресурс.
Благодаря пропусканию полученных сигналов тока и напряжения через программный фильтр высоких и низких частот повышается качество обработки полученных данных, точность определения остаточного ресурса электропривода переменного тока, а также надежность системы.
Повышение качества обработки полученных данных и точность определения остаточного ресурса достигается за счет фильтрации полученных сигналов тока и напряжения через программный фильтр низких и высоких частот, поскольку амплитуда гармоник зависит не только от степени проявления дефекта, а также от напряжения питания. Если качество сетевого напряжения невысокое, то спектральный состав фазных напряжений сильно отличается от идеального, в нем появляются высокочастотные гармоники. При этом искажения напряжения питания могут носить нерегулярный характер, что, в свою очередь, приводит к ошибочной оценке остаточного ресурса двигателя переменного тока.
Надежность системы достигается за счет исключения одного функционального узла - «фильтр низких частот» и перенося его функции в ранее существовавший блок - «персональный компьютер», где на языке графического программирования осуществляют фильтрацию полученных сигналов тока и напряжения на низких и высоких частотах.
Согласно изобретению в персональном компьютере на языке графического программирования осуществляют фильтрацию полученных сигналов тока и напряжения на низких и высоких частотах, производят вычисление мгновенных мощностей каждой фазы, производят спектральный анализ полученных сигналов напряжения, тока и мощности, рассчитывают коэффициенты несимметрии (тока, напряжений, мощности) и коэффициенты гармоник (тока и мощности), на основе известной величины отдаваемой мощности электропривода с учетом текущего задания выходной координаты вычисляют величину потерь электрической энергии, определяется техническое состояние электропривода и оценивают остаточный ресурс путем сравнения с эталонными сигналами, полученными на заведомо исправном агрегате.
Предлагаемый способ поясняется чертежом, где показана принципиальная схема измерительного комплекса, на основе которой реализуется предлагаемый способ. Измерительный комплекс содержит следующие оборудование. 5 - датчик тока; 6 - датчик напряжения; 7 - сумматор сигнала; 8 - устройство сбора данных; 9 - устройство выборки хранения; 10 - аналого-цифровой преобразователь; 11 - портативный компьютер. Также на фиг.1 изображены: 1 - статический силовой преобразователь; 2 - электрический двигатель; 3 - механический преобразователь; 4 - рабочий орган. Символами на фиг.1 обозначены: P0 - мощность на входе статического преобразователя, P1 - мощность питания электродвигателя, P2 - мощность на входе механического преобразователя, Pn - мощность, поступающая на рабочий орган, [u(t)] - измеряемый сигнал фазных напряжений в фазах A, B, C, [i(t)] - измеряемый сигнал фазных токов в фазах A, B, A, уз - сигнал задания (мощности, координаты, момента).
Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока реализуется следующим образом.
На вход статического силового преобразователя 1 из питающей сети поступает мощность P0, который осуществляет в соответствии с введенным в него заданием уз управление координатами скорости, момента и положения электродвигателя 2. С выхода преобразователя 1 сигнал мощности P1 поступает на вход электродвигателя 2, в котором после преобразования мощность на выходе будет равна P2. Сигнал мощности P2 поступает на вход механического преобразователя 3, с выхода которого мощность Pn поступает на рабочий орган 4. Сигналы трехфазного напряжения [u(t)] и трехфазного тока [i(t)] с преобразователя 1 поступают на датчики тока 5 и напряжения 6, аналоговый сигнал с датчиков 5 и 6 поступает в сумматор сигнала 7, также в сумматор 7 от преобразователя 1 поступает сигнал задания уз. Обработанные сигналы с выхода сумматора 7 поступают на вход устройства сбора данных 8, в состав которого входят устройство выборки хранения 9, необходимое для хранения оперативной информации, и аналогово-цифровой преобразователь 10, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой и передает его на портативный компьютер 11. Сигналы, поступившие на компьютер 11, обрабатываются программным фильтром частоты, после чего вносятся в базу данных и обрабатываются программой, осуществляющей расчет остаточного ресурса электропривода переменного тока.
Возможность получения технического результата основана на том, что любые неисправности электрических машин и механизмов, сопряженных с ними, в конечном итоге приводят к возникновению электромагнитной несимметрии поля в зазоре машины, а, следовательно, к изменению спектрального состава токов и напряжений. Также в качестве критерия для оценки энергетических процессов в реальной машине, обладающей неравномерным полем в воздушном зазоре и, как следствие, имеющей полигармонический состав спектра токов и напряжений, используют сравнение величины потерь мощности на характерных для определенных повреждений частотах.
Преобразуют полученный сигнал из аналоговой в цифровую форму с помощью аналогово-цифрового преобразователя АЦП, выделяют анализируемые частоты с помощью программного фильтра низких частот на ЭВМ. Также производят анализ качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих с целью выявления причин преждевременного выхода из строя оборудования, обусловленных качеством питающего электропривод напряжения. Измерения и анализ производят с определенной периодичностью и создают базу данных измерений и результатов их анализа. В результате сравнения измеренных значений с эталонными и критическими производят контроль развития повреждений и определяют остаточный ресурс электропривода.
Влияние на работоспособность следует оценивать по четырем уровням состояния - отличное, хорошее, удовлетворительное, неудовлетворительное. Результаты обследования заносятся в базу данных, которая предназначена для ввода, хранения, отображения, сортировки и обработки диагностических параметров технологического оборудования. Также база данных обеспечивает возможность анализа данных, осуществление поиска и выборку по различным параметрам, формирование журнала регистрации контроля, вычисление остаточного ресурса оборудования на основе результатов анализа. Величину остаточного ресурса определяют по формуле:
где:
Kэп - динамический коэффициент мощности;
Kг - коэффициент гармоник (тока и мощности);
KнесимU - коэффициент несимметрии напряжения;
KнесимI - коэффициент несимметрии тока;
KнесимP - коэффициент несимметрии мощности;
KΔP - коэффициент потери мощности;
ki - весовой коэффициент, определяемый на основе статистических данных.
Получившееся значение остаточного ресурса сравнивают с предельным значением δпр, определяемым для каждого агрегата на основе статистических баз данных, причем должно выполняться условие δ≤δпр. В случае невыполнения данного условия агрегат выводится из работы.
Регулярный мониторинг электропривода позволяет выявлять неисправности на ранней стадии возникновения, отслеживать динамику их развития, определять остаточный ресурс и планировать рациональные сроки проведения ремонтов.
Аппаратная реализация предлагаемого способа может быть осуществлена с помощью существующих силовых электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств при надлежащем выборе и настройке соответствующих параметров.
Claims (1)
- Способ диагностики технического состояния силового электрооборудования, включающий запись зависимостей от времени напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, выполняемую с помощью датчиков напряжения, обработку сигналов фильтром низких частот с последующей программной обработкой полученных сигналов для диагностики и оценки остаточного ресурса, отличающийся тем, что определяют расхождение амплитуд сигналов токов, напряжений и мощности каждой фазы, рассчитывают коэффициенты несимметрии тока, напряжений, мощности и коэффициенты гармонических колебаний, используя программный фильтр низких частот, отфильтровывают спектр исследуемых частот от общего сигнала, затем определяют уровень влияния качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих и при помощи программного обеспечения на основе получаемых данных с учетом текущего задания выходной координаты определяют техническое состояние электропривода и оценивают остаточный ресурс.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135607/28A RU2532762C1 (ru) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135607/28A RU2532762C1 (ru) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2532762C1 true RU2532762C1 (ru) | 2014-11-10 |
Family
ID=53382481
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013135607/28A RU2532762C1 (ru) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2532762C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106556799A (zh) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | 大亚湾核电运营管理有限责任公司 | 一种发电机故障分析方法和装置 |
RU2655948C1 (ru) * | 2017-03-21 | 2018-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | Устройство регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей |
RU2794240C1 (ru) * | 2022-11-22 | 2023-04-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Способ диагностирования технического состояния асинхронных электрических двигателей и устройство для его осуществления |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4533862A (en) * | 1982-10-12 | 1985-08-06 | Otis Elevator Company | Polyphase motor drive imbalance detection |
US4536686A (en) * | 1984-07-26 | 1985-08-20 | Gartner Joseph J | Electric motor fault and dynamic braking protection system |
RU2213270C2 (ru) * | 2001-12-26 | 2003-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ГРЭЙ" | Способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти |
RU2425390C1 (ru) * | 2009-11-16 | 2011-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока |
RU2431152C2 (ru) * | 2009-11-23 | 2011-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Способ диагностики механизмов и систем с электрическим приводом |
-
2013
- 2013-07-29 RU RU2013135607/28A patent/RU2532762C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4533862A (en) * | 1982-10-12 | 1985-08-06 | Otis Elevator Company | Polyphase motor drive imbalance detection |
US4536686A (en) * | 1984-07-26 | 1985-08-20 | Gartner Joseph J | Electric motor fault and dynamic braking protection system |
RU2213270C2 (ru) * | 2001-12-26 | 2003-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ГРЭЙ" | Способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти |
RU2425390C1 (ru) * | 2009-11-16 | 2011-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока |
RU2431152C2 (ru) * | 2009-11-23 | 2011-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Способ диагностики механизмов и систем с электрическим приводом |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106556799A (zh) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | 大亚湾核电运营管理有限责任公司 | 一种发电机故障分析方法和装置 |
RU2655948C1 (ru) * | 2017-03-21 | 2018-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | Устройство регистрации, идентификации перенапряжений и оценки остаточного ресурса изоляции погружных электродвигателей |
RU2794240C1 (ru) * | 2022-11-22 | 2023-04-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Способ диагностирования технического состояния асинхронных электрических двигателей и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Trujillo-Guajardo et al. | A multiresolution Taylor–Kalman approach for broken rotor bar detection in cage induction motors | |
Pineda-Sanchez et al. | Application of the Teager–Kaiser energy operator to the fault diagnosis of induction motors | |
CN111758036B (zh) | 用于监测运行中的电力设备的运行状态的系统和方法 | |
US10408879B2 (en) | Method and apparatus for diagnosing a fault condition in an electric machine | |
US10088506B2 (en) | Method for detecting a fault condition in an electrical machine | |
EP2790028B1 (en) | Broken rotor bar detection based on current signature analysis of an electric machine | |
EP2942867B1 (en) | Induction motor speed estimation | |
Climente-Alarcon et al. | Particle filter-based estimation of instantaneous frequency for the diagnosis of electrical asymmetries in induction machines | |
CN106199424B (zh) | 一种永磁同步电机匝间短路故障诊断方法 | |
CA2749089A1 (en) | System and method for motor fault detection using stator current noise cancellation | |
JP6945371B2 (ja) | 回転機システムの診断装置、電力変換装置、回転機システム、および回転機システムの診断方法 | |
RU2431152C2 (ru) | Способ диагностики механизмов и систем с электрическим приводом | |
EP2574947A1 (en) | A method of determining stationary signals for the diagnostics of an electromechanical system | |
CN106771895A (zh) | 一种基于磁场谐波检测的电缆老化检测方法 | |
Pons-Llinares et al. | Electric machines diagnosis techniques via transient current analysis | |
RU2339049C1 (ru) | Способ диагностики электродвигателя переменного тока и связанных с ним механических устройств | |
RU2425390C1 (ru) | Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока | |
KR20090027086A (ko) | 고정자 전류를 이용한 발전기 결함 진단 장치 | |
RU2532762C1 (ru) | Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока | |
CN117289022B (zh) | 一种基于傅里叶算法的电网谐波检测方法及系统 | |
JP2020020611A (ja) | 絶縁診断装置、絶縁診断方法、および絶縁診断プログラム | |
RU2552854C2 (ru) | Способ диагностики технического состояния электроприводного оборудования | |
JP2020137327A (ja) | 故障判定装置、モータ駆動システム、及び故障判定方法 | |
Jensen et al. | A more robust stator insulation failure prognosis for inverter-driven machines | |
KR101133234B1 (ko) | 전동기 3상 전류신호의 합성을 통한 기기결함 신호의 해상도 증가방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180730 |