RU2641318C1 - Способ диагностирования обобщённого технического состояния электродвигателя - Google Patents

Способ диагностирования обобщённого технического состояния электродвигателя Download PDF

Info

Publication number
RU2641318C1
RU2641318C1 RU2016131678A RU2016131678A RU2641318C1 RU 2641318 C1 RU2641318 C1 RU 2641318C1 RU 2016131678 A RU2016131678 A RU 2016131678A RU 2016131678 A RU2016131678 A RU 2016131678A RU 2641318 C1 RU2641318 C1 RU 2641318C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vector
electric motor
generalized
diagnosing
technical condition
Prior art date
Application number
RU2016131678A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Викторович Агунов
Наталья Александровна Баркова
Дмитрий Николаевич Семенов
Дмитрий Вячеславович Грищенко
Олег Витальевич Маслов
Артем Владимирович Чирцов
Original Assignee
Дмитрий Николаевич Семенов
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 Дмитрий Николаевич Семенов filed Critical Дмитрий Николаевич Семенов
Priority to RU2016131678A priority Critical patent/RU2641318C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2641318C1 publication Critical patent/RU2641318C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к диагностике агрегатов, механизмов и систем, в которых приводом является электрический двигатель. Техническим результатом является повышение надежности, производительности, безопасности эксплуатации механизмов с электроприводом. В предлагаемом способе диагностирования технического состояния электрических машин методом вектора обобщенного технического состояния электродвигателя за координаты вектора принимаются оси вибрации, температуры и тока. Масштаб и значение по каждой из осей выбирается пропорционально выбранному методу обработки сигнала с соответствующего датчика и в простейшем случае прямо пропорционально максимальному измеренному значению отдельного параметра. Измеренные значения преобразуются входными нелинейными функциями, масштабируются, суммируются с формированием обобщенного трехмерного вектора технического состояния, упомянутый вектор оценивается по заданным пороговым значениям с последующей визуализацией на дисплее. Достоверность диагностирования дефекта значительно увеличивается при применении трех диагностических параметров, обобщенных в один. Таким образом можно компенсировать недостатки одного метода достоинствами другого. 4 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к диагностике агрегатов, механизмов и систем, в которых приводом является электрический двигатель.
Уровень техники
Из уровня техники известны следующие способы диагностики состояния асинхронного электродвигателя: [патент РФ №2495444], включающий регистрацию значений фазных токов асинхронного электродвигателя в течение заданного интервала времени и с заданной периодичностью, при этом предварительно фиксируют пороговое значение интегральной оценки асинхронного электродвигателя в безаварийном состоянии, для этого, используя мгновенные значения фазных статорных токов асинхронного электродвигателя в установившемся режиме работы, определяют результирующий модуль вектора тока, который раскладывают на высокочастотные и низкочастотные вейвлет-коэффициенты, используя высокочастотные вейвлет-коэффициенты, определяют интегральную оценку, на основе которой формируют допустимую зону работы электродвигателя в виде порогового значения, после этого снова регистрируют мгновенные значения фазных статорных токов асинхронного электродвигателя в установившемся режиме работы и определяют результирующий модуль вектора тока, который раскладывают на высокочастотные и низкочастотные вейвлет-коэффициенты, и, используя высокочастотные вейвлет-коэффициенты, определяют интегральную оценку, по отклонению которой от допустимой зоны работы асинхронного электродвигателя судят о состоянии электродвигателя: если полученная интегральная оценка не входит в допустимую зону порогового значения, то делают вывод о неисправности асинхронного двигателя.
Способ диагностирования при работе с перегрузкой электродвигателей магистральных насосов нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода [патент РФ на изобретение №2256100], заключающийся в следующем. Измеряют уровень шумов и температурный режим электродвигателя, и при превышении максимально допустимых пределов упомянутых выше параметров отключают электродвигатель или снижают его нагрузку для устранения возникшего рассогласования измеренных и максимально допустимых шумовых и температурных параметров, отличающийся тем, что разбивают степень перегрузки электродвигателя на три диапазона, первый диапазон перегрузки 10%, второй диапазон от 10 до 20% и третий диапазон перегрузки более 20% номинальной мощности электродвигателя соответственно, при этом в первом диапазоне перегрузки ведут диагностирование технического состояния по уровню шумов, во втором диапазоне перегрузки – по температуре и в третьем диапазоне диагностируют техническое состояние электрических обмоток электродвигателя по изменению динамической вольтамперной характеристики, определяемому степенью ее изломанности, путем подсчета в единицу времени числа смен знаков первой производной тока по напряжению, и при превышении этим числом заданной величины отключают электродвигатель или снижают степень его перегрузки.
Способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств [патент РФ на изобретение №2300116] заключается в том, что в течение заданного интервала времени производят запись значений фазного тока, потребляемого электродвигателем, с помощью датчика тока с линейной амплитудно-частотной характеристикой, выделяют анализируемые характерные частоты с помощью фильтра низких частот, преобразуют полученный сигнал из аналоговой в цифровую форму, а затем производят спектральный анализ полученного сигнала, и сравнение значений амплитуд на характерных частотах с уровнем сигнала на частоте питающей сети, при этом если амплитуды на характерных частотах ниже амплитуды основного пика на частоте питающей сети на заданную величину, делают вывод о хорошем техническом состоянии электродвигателя, а в случае, если указанная разница между амплитудами меньше заданной величины, делают вывод о развитии повреждения.
Недостатком данного способа является сложность распознавания большого числа отдельных спектральных составляющих. Это увеличивает трудоемкость процесса диагностики, увеличивает время реакции оператора.
Целью настоящего изобретения является сокращение трудоемкости диагностики, уменьшение ее продолжительности, простота интерпретации результата и как следствие увеличение скорости реакции оператора на появление дефекта или внештатную ситуацию. Также в связи с анализом большего числа диагностических параметров увеличивается точность диагностики.
Условия полноты диагностических данных совместно с их наглядностью и простотой интерпретации особенно актуальны при первых пусках механизмов после ремонта, для предотвращения выхода из строя электродвигателя в случае внезапного повышения температуры подшипников или скачков тока и вибрации вследствие скрытых дефектов.
Способ диагностирования обобщенного технического состояния электродвигателя.
Раскрытие изобретения
В настоящее время в связи с ростом производительности и энергонапряженности механизмов (основным приводом которых служит асинхронный двигатель), важными задачами являются повышение надежности, производительности, безопасности эксплуатации механизмов с электроприводом. Одним из основных способов улучшения данных показателей является своевременное обслуживание по фактическому техническому состоянию, которое должно производиться по результатам мониторинга основных диагностических параметров электрической машины, проводимого с помощью специализированных систем, реализующих различные методы диагностики. Данная система должна решать следующие задачи: обнаруживать неисправности системы статора, неисправности системы ротора, определять состояние вращающихся механических узлов, неисправности смазочного материала. В основном измерительные комплексы реализуют способы диагностики вращающегося электрооборудования по параметрам вибрации, т.к. это наиболее распространенный и проработанный вид диагностики. Для поиска и идентификации дефектов подшипников скольжения, качения, дисбаланса, плохой центровки, дефектов фундамента, дефектов приводного механизма, применяются различные виды анализа вибрации: общих уровней вибрации, ударных импульсов, спектра огибающей, кепстральный, узкополосный частотный анализ и др.
Однако для электрических машин вибрационные методы диагностики не охватывают достаточно точно и полно всех признаков дефектов составных частей электромагнитной системы (дефектов обмоток статора, ротора, активного железа, эксцентриситета, неравномерности зазора, асимметрии и искажения питающего напряжения, т.к. они проявляются опосредованно, передаваясь через электромагнитное поле на корпус машины). Способ обнаружения дефектов путем анализа питающих токов лучше вибрационного анализа показывает дефекты электромагнитной системы, позволяет их диагностировать с большой достоверностью.
Ухудшение состояния смазки (ее загрязнение, высыхание, недостаток или избыток) и перегрузка электропривода являются одними из основных причин выхода из строя подшипника, развитые дефекты наиболее очевидно проявляются в нагреве подшипникового узла.
Как показывает опыт, для повышения достоверности диагностики необходимо применять несколько методов диагностики. Достоверность диагностирования дефекта значительно увеличивается при применении двух-трех методов (анализ вибрации - анализ питающих токов - температуры). Таким образом можно компенсировать недостатки одного метода достоинствами другого.
Предлагаемый способ диагностирования обобщенного технического состояния электродвигателя заключается в следующем. За координаты трехмерного вектора обобщенного технического состояния берутся оси вибрации, тока и температуры. Величина проекции вектора по каждой из осей выбирается пропорционально выбранному методу обработки сигнала с соответствующего датчика и в простейшем случае прямо пропорционально максимальному измеренному значению отдельного параметра, так, например, если установлено три датчика температуры (на корпус и два щита электрической машины), то отображается температура датчика, имеющего большее значение. Выбор метода нелинейной обработки сигнала производится в зависимости от режима работы электродвигателя.
Для оси вибрации при штатном продолжительном режиме работы целесообразно брать отношение, в числителе которого среднеквадратичное значение гармоник вибрации без гармоники на частоте вращения, а в знаменателе среднеквадратичное значение гармоник вибрации в диапазоне 10-1000 Гц.
V(t)=Vскз(10-fвр, fвр-1000 Гц)/Vскз(10-1000 Гц),
где Vскз(10-fвр, fвр-1000 Гц) - среднеквадратичное значение гармоник вибрации без гармоники на частоте вращения, Vскз(10-1000 Гц) - среднеквадратичное значение гармоник вибрации в диапазоне 10-1000 Гц.
При увеличении износа подшипника, появлении расцентровки и дефектах подшипникового узла V(t) будет увеличиваться пропорционально развивающемуся дефекту.
При питании электродвигателя от сети синусоидального напряжения для оси тока необходимо взять отношение, в числителе которого среднеквадратичное значение гармоник тока без гармоники на частоте сети, а в знаменателе среднеквадратичное значение гармоник тока в диапазоне 45-2000 Гц.
I(t)=Iскз(45-fсети, fсети-2000 Гц)/Iскз(45-2000 Гц),
где I(45-fсети, fсети-2000 Гц) - среднеквадратичное значение гармоник тока без гармоники на частоте сети, Iскз(45-2000 Гц) - среднеквадратичное значение гармоник тока в диапазоне 45-2000 Гц.
Для оси температуры при первом пуске агрегата (после ремонта) для избежания теплового перегрева и заклинивания ротора наиболее целесообразно брать производную температуры по времени T'(t)=ν(t) (т.е. измерять скорость нагрева электродвигателя), в установившемся тепловом режиме необходимо преобразовывать сигнал температуры в линейном масштабе. Полученный вектор сравнивается визуально с эталонным вектором, взятым на исправно работающей машине.
Обобщенный вектор является оптимальным набором контролируемых параметров, позволяющим достаточной полно охарактеризовать технического состояние и работоспособность электродвигателя и механизма в целом. Метод достаточно прост и требует минимальных затрат времени на реакцию оператора, его применение целесообразно в стационарных системах диагностики и контроля за ответственными объектами.
Данный способ реализуется системой диагностики, представленной на фигуре 1. Система состоит из электродвигателя с рабочим механизмом 1, датчиков тока 2 (от одной до четырех штук, на одну фазу или на три фазы и нулевой провод), датчиков вибрации 3 (от двух до шести штук, устанавливающихся на подшипниковые щиты в вертикальном, горизонтальном и осевом направлениях, либо в одном из направлении), датчиков температуры 4 (от одной до трех штук на щитах и корпусе электропривода, либо на наиболее ответственном узле механизма), датчика оборотов 5. Сигналы, поступают с датчиков на блок обработки сигналов 6 и выводятся на устройство графического вывода (дисплей) 7.
Результаты диагностики данным способом иллюстрируются фигурами 2-4, полученными при помощи многоканального измерительного комплекса.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 изображена блок-схема измерительного комплекса, реализующего данный способ диагностики асинхронного двигателя. На фигуре 2 панель оператора с вектором обобщенного технического состояния электродвигателя работающего в режиме холостого хода. На фигуре 3 изображена панель оператора с вектором обобщенного технического состояния электродвигателя, имеющего повышенный дисбаланс. На фигуре 4 изображена панель оператора с вектором обобщенного технического состояния электродвигателя, имеющего перекос по фазам.

Claims (1)

  1. Способ диагностирования технического состояния электрических машин, реализуемый на базе вычислительного комплекса, путем измерения вибрации, потребляемого тока, температуры, отличающийся тем, что измеренные значения преобразуются входными нелинейными функциями, масштабируются, суммируются с формированием обобщенного трехмерного вектора технического состояния, упомянутый вектор оценивается по заданным пороговым значениям с последующей визуализацией на дисплей.
RU2016131678A 2016-08-01 2016-08-01 Способ диагностирования обобщённого технического состояния электродвигателя RU2641318C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016131678A RU2641318C1 (ru) 2016-08-01 2016-08-01 Способ диагностирования обобщённого технического состояния электродвигателя

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016131678A RU2641318C1 (ru) 2016-08-01 2016-08-01 Способ диагностирования обобщённого технического состояния электродвигателя

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2641318C1 true RU2641318C1 (ru) 2018-01-17

Family

ID=68235682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016131678A RU2641318C1 (ru) 2016-08-01 2016-08-01 Способ диагностирования обобщённого технического состояния электродвигателя

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2641318C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683583C1 (ru) * 2018-07-05 2019-03-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ диагностики эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока
RU2711647C1 (ru) * 2019-04-08 2020-01-17 ОАО "Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта" (ОАО "НИИТКД") Устройство и способ оценки технического состояния асинхронных двигателей
RU226102U1 (ru) * 2024-01-23 2024-05-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Электронное устройство для измерения диагностических параметров электродвигателя

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4684858A (en) * 1985-09-03 1987-08-04 Capetronic (Bsr) Ltd. Motor pulse extraction system
US6297742B1 (en) * 1996-08-22 2001-10-02 Csi Technology, Inc. Machine monitor with status indicator
RU2256100C1 (ru) * 2004-08-18 2005-07-10 Гаспарянц Рубен Саргисович Способ диагностирования при работе с перегрузкой электродвигателей магистральных насосов нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода (нпс мн)
RU2300116C2 (ru) * 2005-04-13 2007-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Центр электромагнитной безопасности" Способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств
US20120191384A1 (en) * 2006-09-21 2012-07-26 Impact Technologies, Llc Systems and methods for predicting failure of electronic systems and assessing level of degradation and remaining useful life
RU146950U1 (ru) * 2014-04-28 2014-10-20 Дмитрий Маркович Шпрехер Устройство диагностики работоспособности электромеханической системы
US8930146B2 (en) * 2008-04-11 2015-01-06 Mitsubishi Electric Corporation Apparatus state detector, method for detecting apparatus state, apparatus state detection server and apparatus state detection system; living persons' anomaly detector, living persons' anomaly detection system and method for detecting living persons' anomaly, and apparatus-state database maintenance server

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4684858A (en) * 1985-09-03 1987-08-04 Capetronic (Bsr) Ltd. Motor pulse extraction system
US6297742B1 (en) * 1996-08-22 2001-10-02 Csi Technology, Inc. Machine monitor with status indicator
RU2256100C1 (ru) * 2004-08-18 2005-07-10 Гаспарянц Рубен Саргисович Способ диагностирования при работе с перегрузкой электродвигателей магистральных насосов нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода (нпс мн)
RU2300116C2 (ru) * 2005-04-13 2007-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Центр электромагнитной безопасности" Способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств
US20120191384A1 (en) * 2006-09-21 2012-07-26 Impact Technologies, Llc Systems and methods for predicting failure of electronic systems and assessing level of degradation and remaining useful life
US8930146B2 (en) * 2008-04-11 2015-01-06 Mitsubishi Electric Corporation Apparatus state detector, method for detecting apparatus state, apparatus state detection server and apparatus state detection system; living persons' anomaly detector, living persons' anomaly detection system and method for detecting living persons' anomaly, and apparatus-state database maintenance server
RU146950U1 (ru) * 2014-04-28 2014-10-20 Дмитрий Маркович Шпрехер Устройство диагностики работоспособности электромеханической системы

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683583C1 (ru) * 2018-07-05 2019-03-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ диагностики эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока
RU2711647C1 (ru) * 2019-04-08 2020-01-17 ОАО "Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта" (ОАО "НИИТКД") Устройство и способ оценки технического состояния асинхронных двигателей
RU226102U1 (ru) * 2024-01-23 2024-05-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Электронное устройство для измерения диагностических параметров электродвигателя

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pineda-Sanchez et al. Application of the Teager–Kaiser energy operator to the fault diagnosis of induction motors
JP5875734B2 (ja) 電動機の診断装置および開閉装置
EP3797304B1 (en) System and method for monitoring an operating condition of an electrical device when in operation
US8405339B2 (en) System and method for detecting fault in an AC machine
García-Escudero et al. Robust condition monitoring for early detection of broken rotor bars in induction motors
Kokko Condition monitoring of squirrel-cage motors by axial magnetic flux measurements
Mehla et al. An approach of condition monitoring of induction motor using MCSA
EP2942867B1 (en) Induction motor speed estimation
RU2300116C2 (ru) Способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств
Zoubek et al. Frequency response analysis for rolling-bearing damage diagnosis
Blodt et al. Mechanical fault detection in induction motor drives through stator current monitoring-theory and application examples
Pons-Llinares et al. Pursuing optimal electric machines transient diagnosis: The adaptive slope transform
Pezzani et al. A PLL-based resampling technique for vibration analysis in variable-speed wind turbines with PMSG: A bearing fault case
RU2339049C1 (ru) Способ диагностики электродвигателя переменного тока и связанных с ним механических устройств
RU2641318C1 (ru) Способ диагностирования обобщённого технического состояния электродвигателя
Blödt et al. Mechanical fault detection in induction motor drives through stator current monitoring-theory and application examples
RU2425390C1 (ru) Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока
KR101267946B1 (ko) 모터 수명예측방법
US11952997B2 (en) Operating method of a compressor of a refrigerating machine and compressor of a refrigerating machine
Ouerghemmi et al. V-belt fault detection using Extended Park Vector Approach (EPVA) in centrifugal fan driven by an induction motor
Chaturvedi et al. Condition monitoring of induction motor
RU2213270C2 (ru) Способ определения технического состояния электропогружных установок для добычи нефти
Ahmed Investigation of single and multiple faults under varying load conditions using multiple sensor types to improve condition monitoring of induction machines.
Szentirmai et al. Computerised fault diagnosis of induction motor drives
da Silva Gazzana et al. An automated system for incipient fault detection and diagnosis in induction motors based on MCSA

Legal Events

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

Effective date: 20180802