RU2679669C1 - Device for diagnosis and quickly protection of asynchronous engine - Google Patents
Device for diagnosis and quickly protection of asynchronous engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2679669C1 RU2679669C1 RU2017144326A RU2017144326A RU2679669C1 RU 2679669 C1 RU2679669 C1 RU 2679669C1 RU 2017144326 A RU2017144326 A RU 2017144326A RU 2017144326 A RU2017144326 A RU 2017144326A RU 2679669 C1 RU2679669 C1 RU 2679669C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- outputs
- magnetic induction
- block
- signal
- Prior art date
Links
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 50
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000007659 motor function Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
- G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам диагностирования и быстродействующей защиты асинхронных двигателей.The invention relates to electrical engineering, in particular to diagnostic devices and high-speed protection of induction motors.
Большинство технических средств, способов защиты и диагностирования асинхронных двигателей базируется на измерении механических, тепловых или электрических координат защищаемого или диагностируемого объекта, к которым относятся вибродиагностика, тепловизионный контроль, спектральный анализ мгновенных значений токов и напряжений. Среди них не существует способов или устройств инвариантных к мощности, габаритным размерам, управляемости и области применения асинхронных электрических машин.Most of the technical means, methods of protection and diagnosis of induction motors is based on measuring the mechanical, thermal or electrical coordinates of the protected or diagnosed object, which include vibration diagnostics, thermal imaging control, spectral analysis of instantaneous values of currents and voltages. Among them, there are no methods or devices invariant for power, overall dimensions, controllability, and the field of application of asynchronous electric machines.
Известно устройство (см. Патент РФ 2415504, Н02Н 7/08, 2011) содержащее три датчика тока, коммутатор, частотный фильтр, преобразователь тока в напряжение, микроконтроллер, блок индикации, блок выбора режимов работы и управления, трансформатор напряжения, блок преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный, счетчик импульсов, блок управления электродвигателем, выключатель, датчик температуры окружающей среды, датчик температуры корпуса двигателя, датчик атмосферного давления, блок тепловой модели, состоящий из микроконтроллера и встроенной программы, реализующих функции тепловой модели асинхронного двигателя.A device is known (see RF Patent 2415504, Н02Н 7/08, 2011) containing three current sensors, a switch, a frequency filter, a current to voltage converter, a microcontroller, an indication unit, an operating and control mode selection unit, a voltage transformer, a sinusoidal signal conversion unit rectangular, pulse counter, motor control unit, switch, ambient temperature sensor, engine housing temperature sensor, atmospheric pressure sensor, thermal model unit, consisting of a microcontroller and built-in th program implementing a thermal model of the induction motor function.
Недостатком устройства является низкий уровень быстродействия вследствие высокой инерционности канала измерения температуры и наличия в схеме датчиков тока и напряжения трансформаторного типа с относительно большими постоянными времени.The disadvantage of this device is the low level of performance due to the high inertia of the temperature measurement channel and the presence of transformer type current and voltage sensors in the circuit with relatively large time constants.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является автоматизированный диагностический комплекс (см. Жарков, В.В. Метод диагностирования асинхронных электродвигателей и устройство для его реализации / В.В. Жарков, В.И. Смирнов, Д.В. Чернов // Вестник УлГТУ. Приборостроение и электроника. 2004. №3. С. 39-44), содержащий индуктивные датчики магнитной индукции, преобразователь параметров индуктивных датчиков, интерфейсный модуль, подключенный к системной шине персонального компьютера и программное обеспечение для цифровой обработки сигналов датчиков, включая вычисление спектральных характеристик, корреляционных функций и выполнение других математических операций. Метод диагностирования, реализуемый устройством, основан на измерении и вычислении характеристик полей рассеяния электрической машины и выявлении диагностических признаков, соответствующих тем или иным дефектам.The closest in technical essence to the proposed device is an automated diagnostic complex (see Zharkov, V.V. Method for diagnosing asynchronous electric motors and a device for its implementation / V.V. Zharkov, V.I. Smirnov, D.V. Chernov // Vestnik UlSTU Instrument-making and electronics. 2004. No. 3. P. 39-44), containing inductive magnetic induction sensors, a converter of parameters of inductive sensors, an interface module connected to the system bus of a personal computer and digital software processing sensor signals, including the calculation of the spectral characteristics, correlation functions and perform other mathematical operations. The diagnostic method implemented by the device is based on measuring and calculating the characteristics of the scattering fields of an electric machine and identifying diagnostic signs corresponding to one or another defect.
Основным недостатком известного комплекса является тот факт, что поля рассеяния многократно слабее рабочих полей асинхронного двигателя. Следовательно, информативность полей рассеяния применительно к технической диагностике многократно ниже. В частности, (см. Копылов, И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. - Москва: Высш. шк.; Логос; 2000. стр. 281) добавочные потери, учитывающие неточности в расчете потерь из-за насыщения и полей рассеяния, составляют 0,5% номинальной мощности. То есть в абсолютном значении амплитудная составляющая полей рассеяния минимум в 200 раз меньше величины рабочих полей.The main disadvantage of the known complex is the fact that the scattering fields are many times weaker than the working fields of an induction motor. Therefore, the information content of scattering fields in relation to technical diagnostics is many times lower. In particular, (see Kopylov, IP Electric machines: Textbook for high schools. - 2nd ed., Revised. - Moscow: Higher school; Logos; 2000. p. 281) additional losses that take into account inaccuracies in the calculation of losses due to saturation and scattering fields, make up 0.5% of the rated power. That is, in absolute value, the amplitude component of the scattering fields is at least 200 times less than the magnitude of the working fields.
Магнитная индукция в воздушном зазоре для большинства асинхронных двигателей лежит в диапазоне 0,3-0,9 Тл, в то время как магнитная индукция полей рассеяния составляет величину, как минимум в 200 раз меньшую, что сопоставимо с величиной инструментальной погрешности существующих датчиков магнитной индукции и измерительных устройств. Следовательно, с учетом шумов и помех достоверность выявления диагностических признаков в полях рассеяния представляется низкой.The magnetic induction in the air gap for most induction motors lies in the range of 0.3-0.9 T, while the magnetic induction of the scattering fields is at least 200 times smaller, which is comparable with the value of the instrumental error of the existing magnetic induction sensors and measuring devices. Therefore, taking into account noise and interference, the reliability of the detection of diagnostic signs in the scattering fields seems to be low.
Целью изобретения является повышение быстродействия защиты, повышение достоверности диагностирования за счет регистрации параметров основного магнитного потока в зазоре асинхронного двигателя и обеспечение инвариантности применительно к большинству известных электрических машин с индукцией в зазоре 0,3-0,9 Тл.The aim of the invention is to increase the speed of protection, increase the reliability of diagnosis by registering the parameters of the main magnetic flux in the gap of an induction motor and ensuring invariance with respect to most known electric machines with an induction in the gap of 0.3-0.9 T.
Для достижения указанной цели в устройстве диагностирования и быстродействующей защиты асинхронного двигателя, подключенного через управляемый коммутационный аппарат к контактам питающей сети и содержащего датчик магнитной индукции, выход которого подключен к входу масштабирующего усилителя, датчик магнитной индукции размещен в воздушном зазоре асинхронного двигателя и предназначен для измерения мгновенных значений магнитной индукции, масштабированный сигнал о значении которой с выхода масштабирующего усилителя поступает на блок полосовых фильтров, настроенных на частоты гармоник диагностических признаков, выходами подключенного к первым входам блока компараторов, вторые входы которых соединены с выходами формирователя амплитуд эталонных сигналов, соответствующих диагностическим признакам, выходы блока компараторов соединены с установочными входами блока триггеров и входами логического элемента ИЛИ, подключенного выходом к управляющему входу управляемого коммутационного аппарата, входы сброса блока триггеров объединены между собой и являются входом сброса кода ошибки, визуальное отображение которой осуществляется блоком индикации сигнала кода ошибки, входы которого подключены к выходам блока триггеров.To achieve this goal in the diagnostic device and high-speed protection of an induction motor connected via a controlled switching device to the mains contacts and containing a magnetic induction sensor, the output of which is connected to the input of the scaling amplifier, the magnetic induction sensor is located in the air gap of the induction motor and is designed to measure instantaneous values of magnetic induction, a scaled signal about the value of which is output from the output of the scaling amplifier to bl to bandpass filters tuned to the harmonic frequencies of the diagnostic features, outputs connected to the first inputs of the comparator unit, the second inputs of which are connected to the outputs of the amplitude driver of the reference signals corresponding to the diagnostic features, the outputs of the comparator unit are connected to the installation inputs of the trigger unit and the inputs of the OR logic element connected an output to the control input of a controlled switching device, the reset inputs of the trigger block are interconnected and are an input with dew error code, a visual display indicating unit which the error code signal inputs of which are connected to the outputs of flip-flops block.
Включение в схему устройства перечисленных элементов и связей обеспечивает следующий технический результат:The inclusion in the device circuit of the listed elements and relationships provides the following technical result:
- повышенное быстродействие, так как в устройстве время срабатывания защиты определяется суммой времен задержки быстродействующих электронных компонентов;- increased speed, since in the device the response time of the protection is determined by the sum of the delay times of high-speed electronic components;
- повышение достоверности диагностирования за счет измерения величины магнитной индукции в рабочей зоне электрического двигателя без потери информации;- increasing the reliability of diagnosis by measuring the magnitude of the magnetic induction in the working area of the electric motor without loss of information;
- обеспечение инвариантности применительно к большинству известных электрических машин с индукцией в зазоре 0,3-0,9 Тл.- ensuring invariance with respect to most known electrical machines with induction in the gap of 0.3-0.9 T.
Устройство (фиг. 1) содержит: контакты 1 питающей трехфазной сети, управляемый коммутационный аппарат 2, трехфазный асинхронный двигатель 3, датчик 4 магнитной индукции, расположенный в рабочей зоне асинхронного двигателя (воздушном зазоре), масштабирующий усилитель 5 сигнала магнитной индукции, блок 6 полосовых фильтров, настроенных на частоты гармоник, соответствующих диагностическим признакам, блок 7 компараторов, логический элемент 8 ИЛИ, формирователь 9 амплитуд эталонных сигналов, соответствующих диагностическим признакам, блок 10 триггеров для сохранения кода ошибки, блок 11 индикации кода ошибки, выход 12 сигнала на отключение управляемого коммутационного аппарата, вход 13 сброса кода ошибки. Количество полосовых фильтров в блоке 6 полосовых фильтров, число компараторов в блоке 7 компараторов, количество входов логического элемента 8 ИЛИ, число выходов формирователя 9 амплитуд эталонных сигналов и количество триггеров в блоке 10 триггеров одинаково и равно числу диагностических признаков.The device (Fig. 1) contains:
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Во время работы асинхронного двигателя 3, подключенного к контактам сети 1 через управляемый коммутационный аппарат 2, в его рабочей зоне (воздушном зазоре) измеряется индукция магнитного поля асинхронного двигателя 3 при помощи датчика 4 магнитной индукции. Полученный с датчика 4 магнитной индукции сигнал величины магнитной индукции масштабируется усилителем 5 сигнала магнитной индукции и поступает на входы блока 6 полосовых фильтров. Блок 6 полосовых фильтров выделяет гармонические составляющие частот, соответствующих диагностическим признакам для данного типа асинхронного двигателя. Далее сигналы с блока 6 полосовых фильтров и формирователя 9 амплитуд эталонных сигналов, где зафиксированы пороговые значения амплитуд гармоник сигнала магнитной индукции, соответствующие диагностическим признакам, поступают на блок 7 компараторов. Сигналы с выходов блока 7 компараторов поступают на входы логического элемента 8 ИЛИ, который генерирует сигнал 12 отключения для управляемого коммутационного аппарата 2 по критерию превышения амплитуды сигнала любого из диагностических признаков его эталонному значению. Также сигналы с выходов блока 7 компараторов поступают на S входы блока 10 триггеров для сохранения кода ошибки, который сбрасывается при помощи сигнала 13 сброса кода ошибки, поступающего на входы R блока 10 триггеров. Выходы блока 10 триггеров нагружены на блок 11 индикации сигнала кода ошибки. Время срабатывания защиты, отключающей питание, не превышает длительности одного периода сети, от которой запитана электрическая машина, так как одного периода сети достаточно для выявления соответствующей гармонической составляющей любым из полосовых фильтров.During operation of the
Практическая применимость устройства подтверждается следующими экспериментальными данными. Фиг. 2 демонстрирует вариант размещения датчика магнитной индукции, использующего эффект Холла, на зубце статора в рабочей зоне асинхронного двигателя. Исполнение датчика в пластиковом корпусе требует снятия части зубца, так как толщина датчика больше величины воздушного зазора.The practical applicability of the device is confirmed by the following experimental data. FIG. 2 shows an embodiment of the placement of a magnetic induction sensor using the Hall effect on a stator tooth in the working area of an induction motor. The execution of the sensor in a plastic case requires the removal of part of the tooth, since the thickness of the sensor is greater than the size of the air gap.
На фиг. 3 и 4 соответственно представлена кривая магнитной индукции в воздушном зазоре и ее спектральный состав при отсутствии дефектов в асинхронном двигателе.In FIG. Figures 3 and 4 respectively show the magnetic induction curve in the air gap and its spectral composition in the absence of defects in an induction motor.
Витковые замыкания в асинхронном двигателе вызывают практически двукратный рост зубцовых гармоник, которым соответствуют частоты 600 и 700 Гц. Кривая магнитной индукции и ее спектральный состав для этого случая приведены на фиг. 5 и 6 соответственно. Диагностическим признаком витковых замыканий является существенное возрастание амплитуд зубцовых гармоник.Circuit closures in an induction motor cause almost twofold growth of tooth harmonics, which correspond to frequencies of 600 and 700 Hz. The magnetic induction curve and its spectral composition for this case are shown in FIG. 5 and 6, respectively. The diagnostic sign of winding circuits is a significant increase in the amplitude of the tooth harmonics.
Основным диагностическим признаком несимметрии напряжений питающей сети является рост амплитуды третьей гармоники (частота 150 Гц). Дополнительным диагностическим признаком является рост амплитуд зубцовых гармоник. Кривая магнитной индукции и ее спектральный состав при несимметрии питающих напряжений представлены на фиг. 7 и 8 соответственно.The main diagnostic sign of the asymmetry of the supply voltage is the increase in the amplitude of the third harmonic (
При неправильной фазировке (перепутаны начало и конец фазной обмотки) основным диагностическим признаком является пятикратное увеличение амплитуды основной гармоники питающей сети. Кривая магнитной индукции и ее спектральный состав для указанного случая показаны на фиг. 9 и 10 соответственно.If the phasing is incorrect (the beginning and end of the phase winding are mixed up), the main diagnostic sign is a five-fold increase in the amplitude of the main harmonic of the supply network. The magnetic induction curve and its spectral composition for this case are shown in FIG. 9 and 10, respectively.
Таким образом, приведенные примеры экспериментальных исследований подтверждают применимость предлагаемого устройства для быстродействующей защиты и диагностирования асинхронных двигателей вне зависимости от их мощности и габаритных размеров.Thus, the above examples of experimental studies confirm the applicability of the proposed device for high-speed protection and diagnosis of induction motors, regardless of their power and overall dimensions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017144326A RU2679669C1 (en) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | Device for diagnosis and quickly protection of asynchronous engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017144326A RU2679669C1 (en) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | Device for diagnosis and quickly protection of asynchronous engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2679669C1 true RU2679669C1 (en) | 2019-02-12 |
Family
ID=65442740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017144326A RU2679669C1 (en) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | Device for diagnosis and quickly protection of asynchronous engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2679669C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1250998A1 (en) * | 1984-06-01 | 1986-08-15 | Киевский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Method of checking inhomogeneity of air gap of induction motor |
SU1288636A1 (en) * | 1985-03-22 | 1987-02-07 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Method of checking uniformity of air gap of induction motor with three-phase winding on stator |
US7956637B2 (en) * | 2007-06-04 | 2011-06-07 | Eaton Corporation | System and method to determine electric motor efficiency using an equivalent circuit |
EP2933647A1 (en) * | 2014-04-14 | 2015-10-21 | ABB Technology AG | A model based diagnostic of induction machine |
-
2017
- 2017-12-18 RU RU2017144326A patent/RU2679669C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1250998A1 (en) * | 1984-06-01 | 1986-08-15 | Киевский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Method of checking inhomogeneity of air gap of induction motor |
SU1288636A1 (en) * | 1985-03-22 | 1987-02-07 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Method of checking uniformity of air gap of induction motor with three-phase winding on stator |
US7956637B2 (en) * | 2007-06-04 | 2011-06-07 | Eaton Corporation | System and method to determine electric motor efficiency using an equivalent circuit |
EP2933647A1 (en) * | 2014-04-14 | 2015-10-21 | ABB Technology AG | A model based diagnostic of induction machine |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Жарков В.В., В.И. Смирнов, Д.В. Чернов. Метод диагностирования асинхронных электродвигателей и устройство для его реализации. Вестник УлГТУ. Приборостроение и электроника. 2004. N3. С. 39-44. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3090269B1 (en) | System for condition monitoring of electric machine, mobile phone and method thereof | |
Urresty et al. | Detection of demagnetization faults in surface-mounted permanent magnet synchronous motors by means of the zero-sequence voltage component | |
US8841917B2 (en) | Ground scheme identification method | |
Khezzar et al. | On the use of slot harmonics as a potential indicator of rotor bar breakage in the induction machine | |
CN106199424B (en) | Permanent magnet synchronous motor turn-to-turn short circuit fault diagnosis method | |
RU2014107933A (en) | METHOD AND DEVICE FOR IDENTIFICATION IN ONLINE MODE OF DETERIORATION OF THE STATE OF THE INSULATION OF THE ELECTRIC MOTOR | |
KR20150080063A (en) | Device and method of trouble diagnosis for synchronous generator using an extended Kalman filter | |
Grantham et al. | Rapid parameter determination for induction motor analysis and control | |
Saleh et al. | Performance Evaluation of an Embedded $ d $–$ q $ WPT-Based Digital Protection for IPMSM Drives | |
Hu et al. | PWM ripple currents based turn fault detection for multiphase permanent magnet machines | |
RU2679669C1 (en) | Device for diagnosis and quickly protection of asynchronous engine | |
EP2681572B1 (en) | Method for adaptation of ground fault detection | |
Dos Santos et al. | Synchronous generator fault investigation by experimental and finite-element procedures | |
JP2014160045A (en) | Partial discharge inspection device and inspection method | |
Jensen et al. | A more robust stator insulation failure prognosis for inverter-driven machines | |
Stojčić et al. | Increasing sensitivity of stator winding short circuit fault indicator in inverter fed induction machines | |
Stojičić et al. | A method to detect missing magnetic slot wedges in AC machines without disassembling | |
Bengtsson et al. | Innovative injection-based 100% stator earth-fault protection | |
Liu et al. | Stator inter-turn fault detection for the converter-fed induction motor based on the adjacent-current phase-shift | |
EP3795966A1 (en) | Circuit interrupter and method of estimating a temperature of a busbar in a circuit interrupter | |
RU195978U1 (en) | AUTOMATED STAND FOR RESEARCH AND TEST OF FREQUENCY-REGULATED ELECTRIC DRIVES | |
Aarniovuori et al. | Measurement accuracy requirements for the efficiency classification of converters and motors | |
CN114441962B (en) | Method and system for diagnosing internal faults of stator and rotor windings of electro-magnetic synchronous motor | |
CN108955984B (en) | Principal stress direction judgment method capable of directly indicating direction | |
CN112951670B (en) | Circuit breaker with current detection function and communication power supply |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191219 |