WO2012038567A1 - Equipo y método de diagnosis de averías de motores de inducción - Google Patents

Equipo y método de diagnosis de averías de motores de inducción Download PDF

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induction motors
current
motor
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Manuel PINEDA SÁNCHEZ
José ROGER FOLCH
Martín Víctor RIERA GUASP
Juan PÉREZ CRUZ
José Alfonso ANTONINO DAVIU
Rubén PUCHE PANADERO
Joan Pons Llinares
Vicente CLIMENTE ALARCÓN
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Universidad Politecnica de Valencia
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Universidad Politecnica de Valencia
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    • 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

Definitions

  • the present invention aims at a device and a method of diagnosis of induction motor faults that carries out a demodulation process that suppresses the fundamental component of current in the signal from the capture of the phase current of an electric motor , so that harmonics, failures are easily detectable, even in the case of fully discharged machines.
  • the equipment of diagnosis of failures of induction motors carries out a subsequent filtering on the spectrum, after the application of the Fast Fourier Transform to the demodulated signal.
  • This filtering increases the amplitude of the peaks related to fault harmonics, facilitating their detection on background noise, especially in an automated way.
  • the diagnostic method can be implemented in variable speed drives by simply entering the relevant programming code, allowing its computation in parallel with other processes of the induction motor control.
  • Some of the anomalies that induction motors present are rotational asymmetries, among which are the breakage of a squirrel cage bar.
  • the characteristic harmonic is identified as it is a frequency equal to twice the slip frequency is separated from the fundamental component of the current.
  • this detection by this method is not simple because the large amplitude of the main component of the current makes it difficult to appreciate the small harmonic of failure.
  • the present invention solves all the above drawbacks by using an induction motor diagnostic method that allows to obtain current spectra where harmonics related to the anomalies of induction motors can be clearly observed.
  • the present invention relates to an induction motor diagnostic equipment that has a set of sensors that capture the phase current signal of an induction motor.
  • the method of diagnosis of induction motors comprises two stages carried out on the motor phase current signal by means of a digital processor of the DSP signal:
  • a first stage of demodulation suppresses the fundamental component of current in the signal from the capture of the phase current of an electric motor, so that the fault harmonics are easily detectable, even in the case of fully discharged machines.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the digital processor of the DSP signal is adapted to the control of electrical machines, for which it also counts on the analog-digital conversion module where the signal containing the waveform of the phase current is conducted power supply, with a QEP pulse detector (acronym * in English for "Quadrature Encoder Pulse").
  • the DSP continuously executes all the blocks, starting with the reading of the analog-to-digital converter registers after which the DC component introduced by the signal conditioning circuit is eliminated. Then proceed to demodulate. the signal thus obtained, eliminating the main component of the current, and to perform the Fast Fourier Transform on the result.
  • a subsequent filtering improves the identification of the components of interest, whose variation will activate the corresponding alarms, capable of being managed by commercial equipment present in the industry, such as PLCs (15), normally in charge of controlling electric motors.
  • PLCs connected to the network, are programmed to control different speed drives that act on the motors of a certain machinery
  • the speed controller has a small microcontroller capable of translating the operating orders programmed in the PLC, which in turn informs the PC that supervises the operation of the entire installation through a SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition (Supervision, Control and Acquisition of Data)
  • the proposed invention allows the method of diagnosis to be implemented in the microcontroller of the variable speed drives, which also has inputs corresponding to the signals to be processed.
  • the speed controller microcontroller informs the PLC it depends on and the information is reflected in the SCADA.
  • Figure 1 shows the spectrum of a breakage anomaly of a squirrel cage bar according to one of the methods of diagnosis of the state of the art / where the rapid Fourer transform (FET) of the signal is carried out of current in one of the motor supply phases, and the characteristic harmonic is identified, separated from the fundamental component of the current a frequency equal to twice the slip frequency, where the large amplitude of the main component of the current makes it difficult the appreciation of the small harmonic of failure.
  • FET rapid Fourer transform
  • Figure 2 shows a block diagram of the fault diagnosis equipment in induction motors applied in a variable speed drive that is in turn controlled by a PLC integrated in a network of PLCs connected to a PC that is controlled by a SCADA.
  • Figure 3 shows a block diagram of the modules executed by the digital signal processor.
  • Figure 4 shows the spectrum of the breakage anomaly of a squirrel cage rod of Figure 1 to which the diagnostic method of the present invention has been applied.
  • the induction motor diagnostic equipment has an amperemeter or a shunt that acts as a sensor for capturing the phase current signal (13.1) and an encoder that acts as a sensor that captures the rotation speed. (13.2) of the engine (10).
  • the pulse train from the encoder and the waveform of the current captured from one of the motor power phases (10) are led to a conditioner (12) of the signal that performs two tasks: 1. Perform a Galvanic separation between the sensors (11), clamp meter or shunt and encoder, and a digital processor of the DSP signal (13). This is carried out by an optocoupler in the case of the pulse train and by a capacitor in the case of the shape wave of the current captured from one of the motor power phases (10).
  • the signals thus formed are introduced into the digital processor of the DSP signal (13).
  • Said DSP (13) is specially adapted to the control of electrical machines, for which it has a QEP module (13.8) (in English "Quadrature Encoder Pulse") capable of acquiring and processing the signals from the commercial speed meter or encoder .
  • the signal containing the waveform of the motor power phase current (10) is, however, conducted to an ADC analog-digital conversion module (13.3).
  • phase current signal once captured and returned to its initial state by eliminating the DC component added in the signal conditioner, is treated in the digital processor of the DSP signal (13), which performs two main tasks: l.
  • a demodulation (13.4) by the Teager-Kaiser algorithm that suppresses the fundamental component of current in the signal from the capture of the phase current of an electric motor (10), so that the harmonics of failure are easily detectable Due to the simplicity of the Teager algorithm- Kaiser, which only uses three consecutive samples of the captured signal, according to the known Teager-Kaiser operator obtaining it in a mathematical way, namely,
  • This filtering increases the amplitude of the peaks related to the fault harmonics, facilitating their detection (13.7) on the background noise, especially in an automated way.
  • This filtering is also carried out using the Teager-Kaiser algorithm.
  • the DSP (13) continuously executes all the blocks, both the demodulation (13.4), the filtering (13.6) and the analog-digital conversion (13.3), starting by reading the records of said analog converter -digital.
  • an alarm will be activated, which will be conducted to commercial equipment present in the industry, such as PLCs (15), normally in charge of controlling electric motors (10).
  • PLCs normally in charge of controlling electric motors (10).
  • the amplitude of the fault harmonic is generally very low compared to the harmonic of the current ( ⁇ «1).
  • the harmonic corresponding to the bar break is between 40 - 60 dB below the fundamental harmonic.
  • the dominant term in the previous expression is that of the main harmonic, but being a constant term, it can be easily eliminated by subtracting the average value of the transformed current from the Teager-Kaiser operator. This is the value used in this preferred embodiment for the diagnosis of the machines.
  • This value does not suffer the effect of lateral lobes of the main harmonic of the current, and generates a line of spectrum associated with the characteristic fault frequency, whose amplitude depends on the severity of the fault, so that it can be used to characterize the presence and severity of the failure.
  • the two lateral terms of approximately twice the supply frequency can be used for future failure analysis.
  • the component whose frequency equals the frequency of failure is proportional to the current envelope, so that all the necessary diagnostic information is available, and is free from the influence of the lateral lobes of the fundamental harmonic of the current.
  • a An example of application is the detection (13-7) of rotational asymmetries due to the breakage of a squirrel cage bar of the induction motor (10).
  • Applying the diagnostic method of the present invention that is, by applying demodulation using the Teager-Kaiser algorithm, the spectrum shown in Figure A is obtained, where the results obtained are clearly observed, where said demodulation moves the main component, in this case located at 50 Hz, as shown in Figure 1 without the application of the diagnostic method, towards 0 Hz, where it is removed and towards 100 Hz ⁇ 3), the low frequency zone remaining - of great interest for the diagnosis of electric motors (10) - clear of interference.
  • harmonic base values related to the breakage of bars (4) or even the eccentricity of the machine axis in its housing inside the stator (5) can be detected with great differentiation.
  • the component that detects the rotational asymmetry has gone from 47 Hz (2), that is to say, it constitutes a side modulation band with respect to the main component and is in many cases below the base values of this component, at 3 Hz (4), completely free of its influence.
  • the 100 Hz component (3) is also detected. Before this breakage of bars, the process of aggravation of said fault will be visualized, being able to evaluate the need for maintenance of the engine (10) and program it well in advance. In the case of eccentricities, the deterioration process is not always as predictable.
  • the Teager-Kaiser algorithm it can be carried out using a Hilbert filter that is implemented on a FIR structure (finite impulse response) optimized for 33 stages.

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Abstract

La presente invención tiene por objeto un equipo y un método de diagnosis de averias de motores de inducción que lleva a cabo un proceso de demodulación que suprime la componente fundamental de corriente en la señal proveniente de la captura de la corriente de fase de un motor eléctrico, de manera que los armónicos de fallo son fácilmente detectables, incluso en el caso de máquinas completamente descargadas, seguido el proceso de demodulación de un filtrado posterior sobre el espectro, tras la aplicación de la Transformada Rápida de Fourier a la señal demodulada que incrementa la amplitud de los picos relacionados con los armónicos de fallo, facilitando su detección sobre el ruido de fondo, en especial de forma automatizada.

Description

EQUIPO Y MÉTODO DE DIAGNOSIS DE AVERIAS DE MOTORES DE
INDUCCIÓN
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto un equipo y un método de diagnosis de averías de motores de inducción que lleva a cabo un proceso de demodulación que suprime la componente fundamental de corriente en la señal proveniente de la captura de la corriente de fase de un motor eléctrico, de manera que los armónicos, de fallo son fácilmente detectables, incluso en el caso de máquinas completamente descargadas.
Asimismo, el equipo de diagnosis de averías de motores de inducción lleva a cabo un filtrado posterior sobre el espectro, tras la aplicación de la Transformada Rápida de Fourier a la señal demodulada. Este filtrado incrementa la amplitud de los picos relacionados con los armónicos de fallo, facilitando su detección sobre el ruido de fondo, en especial de forma automatizada.
Por otra parte, el método de diagnosis es implementable en variadores de velocidad sin más que introducir el pertinente código de programación, permitiendo su computación en paralelo con otros procesos propios del control del motor de inducción.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Tradicionalmente el diagnóstico de averías en motores de inducción se ha venido realizando mediante la captura por un sensor adecuado -shunt o pinza amperimétrica- de una o más corrientes de fase de alimentación del motor, seguida de una descomposición en frecuencia de la misma mediante la transformada rápida de Fourier (FFT) .
Sobre el espectro resultado de esta transformada se procedía a una identificación de componentes de fallo, gracias a su frecuencia, y de ahí se deducía el defecto.
Este procedimiento presenta desventajas, entre las que se encuentran las siguientes:
• Imposibilidad de detectar ciertos componentes de fallo cuyas frecuencias se encuentran muy próximas a la componente principal de la corriente de alimentación del motor.
• Aparición de estos armónicos de fallo alrede- dor del componente principal y no en sus frecuencias verdaderas.
• Elevada complejidad de los cálculos que dificultan su programación en equipos no diseñados ex- profeso para el diagnóstico de máquinas.
• Dificultad de detección sobre el ruido de fondo de los picos que indican las componentes de fallo en el espectro.
Algunas de las anomalías que presentan los motores de inducción son las asimetrías rotóricas, entre las que se encuentran la rotura de una barra de la jaula de ardilla. Con los métodos de diagnóstico arriba descritos el armónico característico se identifica ya que se en- cuentra separado de la componente fundamental de la corriente una frecuencia igual a dos veces la frecuencia de deslizamiento. Sin embargo esta detección mediante este método no es sencilla debido a que la gran amplitud de la componente principal de la corriente dificulta la apreciación del pequeño armónico de fallo. La presente invención solventa todos los inconvenientes anteriores mediante el empleo de un método de diagnosis de motores de inducción que permite obtener unos espectros de corriente donde se pueden observar con claridad los armónicos relacionados con las anomalías propias de los motores de inducción.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un equipo de diagnosis de motores de inducción que presenta un conjunto de sensores que capturan la señal de corriente de fase de un motor de inducción.
El método de diagnosis de motores de inducción comprende dos etapas llevadas a cabo sobre la señal de corriente de fase del motor mediante un procesador digital de la señal DSP:
- Un primera etapa de demodulación suprime la componente fundamental de corriente en la señal proveniente de la captura de la corriente de fase de un motor eléctrico, de manera que los armónicos de fallo son fácilmente detectables, incluso en el caso de máquinas completamente descargadas. - Una segunda etapa de filtrado posterior sobre el espectro, tras la aplicación de la Transformada Rápida de Fourier (FFT) a la señal demodulada obtenida en la primera etapa. Este filtrado incrementa la amplitud de los picos relacionados con los armónicos de fallo conservando su posición en el espectro, facilitando su detección sobre el ruido de fondo, en especial de forma automatizada. Sin perdida de generalidad, el procesador digital de la señal DSP se encuentra adaptado al control de máquinas eléctricas, para lo que cuenta además de del módulo de conversión analógico-digital donde es conducida la señal que contiene la forma de onda de la corriente de fase de alimentación del motor, con un detector de pulsos QEP {siglas* en inglés de "Quadrature Encoder Pulse") .
El DSP ejecuta de manera continua todos los blo- ques, comenzando por la lectura de los registros del conversor analógico-digital tras lo cual la componente DC introducida por el circuito acondicionador de la señal es eliminada. Después se procede a demodular. la señal así obtenida, eliminando la componente principal de la corriente, y a efectuar la Transformada Rápida de Fourier sobre el resultado. Un filtrado posterior mejora la identificación de los componentes de interés, cuya variación activará las alarmas correspondientes, capaces de ser gestionadas por los equipos comerciales presentes en la industria, como PLCs (15), normalmente encargados del control de los motores eléctricos.
Estos PLCs, conectados a la red, están programados para controlar diferentes variadores de velocidad que actúan sobre los motores de una determinada maquinaria. El variador de velocidad tiene un pequeño microcontrolador capaz de traducir las órdenes operativas programadas en el PLC, que a su vez informa al PC que supervisa el funcionamiento de toda la instalación mediante un SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) .
La invención propuesta permite implementar el método de diagnosis en el microcontrolador de los variadores de velocidad, que además dispone de entradas correspondientes a las señales que se van a procesar. El microcontrolador del variador de velocidad informa al PLC del que depende y la información se refleja en el SCADA.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo preferente y nunca limitativo de la invención.
La Figura 1 muestra el espectro de una anomalía por rotura de una barra de la jaula de ardilla según unos de los métodos de diagnosis del estado de la técnica/ donde se lleva a cabo la transformada rápida de Fou- rier (FET) de la señal de corriente en una de las fases de alimentación del motor, y se identifica el armónico característico, separado de la componente fundamental de la corriente una frecuencia igual a dos veces la frecuencia de deslizamiento, donde la gran amplitud de la componente principal de la corriente dificulta la apreciación del pequeño armónico de fallo.
La Figura 2 muestra un diagrama de bloques del equipo de diagnosis de averias en motores de inducción aplicado en un variador de velocidad que es controlado a su vez por un PLC integrado en una red de PLCs conectados a un PC que es controlado por un SCADA.
La Figura 3 muestra un diagrama de bloques de los módulos que ejecuta el procesador digital de la señal. La Figura 4 muestra el espectro de la anomalía por rotura de una barra de la jaula de ardilla de la Figura 1 al que se le ha aplicado el método de diagnosis de la presente invención. EXPLICACIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El equipo de diagnosis de motores de inducción presenta en este ejemplo de realización preferente una pinza amperimétrica o un shunt que actúa como sensor de captura de la señal de corriente (13.1) de fase y un encoder que actúa como sensor que captura la velocidad de rotación (13.2) del motor (10).
El tren de pulsos proveniente del encoder y la forma de onda de la corriente capturada desde una de las fases de alimentación del motor (10) son conducidas a un acondicionador (12) de la señal que lleva a cabo dos cometidos: 1. Efectuar una separación galvánica entre los sensores (11), pinza amperimétrica o shunt y encoder, y un procesador digital de la señal DSP (13) . Esto se lleva a cabo mediante un optoacoplador en el caso del tren de pulsos y mediante un condensador en el caso de la forma de onda de la corriente capturada desde una de las fases de alimentación del motor (10) .
.Adecuar la tensión de la señal a los valores de captura del procesador digital de la señal DSP {13) . En este caso en particular, una fuente de tensión flotante y dos divisores de tensión conforman la señal de manera que su variación se encuentre entre los valores de voltaje admisible del DSP (13) que en este caso es de 0 a 3 V.
Las señales asi conformadas son introducidas en el procesador digital de la señal DSP (13) . Dicho DSP (13) se encuentra especialmente adaptado al control de máquinas eléctricas, para lo que cuenta con un módulo QEP (13.8) (en inglés "Quadrature Encoder Pulse") capaz de adquirir y procesar las señales provenientes del medidor de velocidad comercial o encoder. La señal que contiene la forma de onda de la corriente de fase de alimentación del motor (10) es conducida, sin embargo, a un módulo de conversión analógico-digital ADC (13.3).
La señal de corriente de fase una vez capturada y vuelta a su estado inicial al eliminar la componente DC adicionada en el acondicionador de la señal, es tratada en el procesador digital de la señal DSP (13), que lleva a cabo dos tareas principales: l.üna demodulación (13.4) mediante el algoritmo de Teager-Kaiser que suprime la componente fundamental de corriente en la señal proveniente de la captura de la corriente de fase de un motor (10) eléctrico, de manera que los armónicos de fallo son fácilmente detectables. Debido a la simplicidad del algoritmo de Teager- Kaiser, que solo hace uso de tres muestras consecutivas de la señal capturada, de acuerdo al operador de Teager-Kaiser conocida su obtención de manera matemática, a saber,
Ψ(x(f)) -x(f)x(f)
que para señales discretas es de la siguiente forma
2. Un filtrado (13.6) posterior sobre el espectro, tras la aplicación de la Transformada Rápida de Fourier (13.5) a la señal demodulada.
Este filtrado incrementa la amplitud de los picos relacionados con los armónicos de fallo, facilitando su detección (13.7) sobre el ruido de fondo, en especial de forma automatizada. Este filtrado también se lleva a cabo mediante el algoritmo de Teager-Kaiser.
El DSP (13) ejecuta de manera continua todos los bloques, tanto los de demodulación (13.4), como los de filtrado (13.6) y los de conversión analógico-digital (13.3), comenzando por la lectura de los registros de dicho conversor analógico-digital. Una vez identificada la componente de interés se activará una alarma, que será conducida a los equipos comerciales presentes en la industria, como PLC's (15), normalmente encargados del control de los motores eléctricos (10) . Estas mismas operaciones las puede realizar el microcontrolador de un variador (14) de velocidad, para lo que emplearla los sensores de corriente y velocidad del motor (10) que poseen dichos equipos.
La obtención del operador de Teager-Kaiser empleado tanto en la etapa de demodulación como en la de filtrado se desarrolla teóricamente a continuación: Se parte de la corriente de fase para una máquina sin fallos, que es puramente sinusoidal:
Figure imgf000011_0001
Donde "f" es la frecuencia de alimentación {50/60 Hz) . Aplicando directamente el operador de Teager-Kaiser a la corriente de fase se obtiene lo siguiente:
Figure imgf000011_0002
Que es un valor constante correspondiente a la envolvente de la señal de corriente. En el caso de alteraciones periódicas, como la producida por una rotura de barra, excentricidad o fallos cíclicos en las carreras internas y externas de los rodamientos, la amplitud de la corriente en cada fase se modula con la frecuencia principal fo característica del fallo.
Figure imgf000011_0003
donde β denota la profundidad de la demodulación {índice de demodulación y el valor de
Figure imgf000011_0004
se establece teóricamente para diferentes tipos de fallo tales como
Figure imgf000012_0001
rotura de barras, y
excentricidad mixta
Figure imgf000012_0002
y sus múltiplos/ y donde s es el deslizamiento y p el número de pares de polos del motor (10) . La corriente de fallo es dada por
Figure imgf000012_0003
Que muestra los armónicos de fallos que aparecen como líneas espectrales laterales alrededor del armónico principal. La aplicación del operador de Teager-Kaiser a la corriente de fallo de la máquina da
Figure imgf000012_0004
La amplitud del armónico de fallo es generalmente muy bajo en comparación con el armónico de la corriente (β«1) . Por ejemplo, el armónico correspondiente a la rotura de barra está entre 40 - 60 dB por debajo del armónico fundamental. De esta manera, despreciando los términos de la expresión anterior que contienen términos al cuadrado de β, y expresándolo como valores unitarios con respecto a los términos de corriente continua se obtiene
Figure imgf000012_0005
donde aparecen tres componentes
•Un término constante, que corresponde al armónico principal de alimentación
•Un término oscilante con la frecuencia de fallo •Y dos términos laterales de aproximadamente dos veces la frecuencia de alimentación.
El término dominante en la anterior expresión es el del armónico principal, pero siendo un término cons- tante, puede ser fácilmente eliminado restando el valor medio de la corriente transformada del operador de Tea- ger-Kaiser. Este es el valor que se emplea en este ejemplo de realización preferente para la realización del diagnóstico de las máquinas.
Figure imgf000013_0001
Que puede ser obtenido de la corriente medida como
Figure imgf000013_0002
Este valor no sufre el efecto de lóbulos latera- les del armónico principal de la corriente, y genera una linea de espectro asociada a la frecuencia característica de fallo, cuya amplitud depende de la gravedad del fallo, de manera que puede usarse para caracterizar la presencia y gravedad del fallo. Los dos términos latera- les de aproximadamente dos veces la frecuencia de alimentación se pueden emplear para futuros análisis de fallo.
La componente cuya frecuencia iguala la frecuen- cia de fallo es proporcional a la envolvente de la corriente, de manera que se tiene toda la información de diagnóstico necesaria, y está libre de la influencia de los lóbulos laterales del armónico fundamental de la corriente.
Como ya se ha comentado anteriormente, un ejemplo de aplicación es la detección (13-7) de asimetrías rotóricas debidas a la rotura de una barra de jaula de ardilla del motor (10) de inducción. Aplicando el método de diagnosis de la presente invención, es decir, mediante la aplicación de la demodulación mediante el algoritmo de Teager-Kaiser, se obtiene el espectro mostrado en la Figura A, donde se observan con claridad los resultados obtenidos, donde dicha demodulación traslada el componente principal, en este caso situado a 50 Hz, tal como se muestra en la Figura 1 sin la aplicación del método de diagnosis, hacia 0 Hz, donde es eliminado y hacia 100 Hz {3), permaneciendo la zona de bajas frecuencias -de gran interés para el diagnóstico de motores eléctricos (10)- despejada de interferencias. De esta manera se pueden detectar con gran diferenciación de los valores de base armónicos relacionados con la rotura de barras (4) o incluso la excentricidad del eje de la máquina en su alojamiento dentro del estátor (5) .
La componente que detecta la asimetría rotórica ha pasado de 47 Hz (2), es decir, de constituir una banda lateral de modulación respecto a la componente principal y quedar en muchos casos por debajo de los valores de base de esta componente, a los 3 Hz (4), liberándose completamente de su influencia. También se detecta la componente de 100 Hz (3) . Ante esta rotura de barras se va a ir visualizando el proceso de agravamiento de dicho fallo siendo posible evaluar la necesidad de mantenimiento del motor (10) y programarlo con gran antelación. En el caso de excentricidades, el proceso de deterioro no siempre es tan predecible. En lugar de la primera etapa de demodulación mediante el algoritmo de Teager-Kaiser, ésta se puede llevar a cabo mediante un filtro de Hilbert que está implementado sobre una estructura FIR (siglas en inglés de "finite impulse response") optimizada para 33 etapas.
No alteran la esencialidad de esta invención variaciones en materiales/ forma, tamaño y disposición de los elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando ésta para proceder a su reproducción por un experto.

Claims

REIVINDICACIONES Ia.- Método de diagnosis de motores de inducción caracterizado porque comprende dos etapas llevadas a cabo sobre la señal de corriente (13.1) de fase del motor (0) : - Una etapa de demodulación (13.4) que suprime la componente fundamental de corriente en la señal proveniente de la captura de la corriente de fase del motor (10) eléctrico para detectar los armónicos de fallo, y - Una etapa de filtrado (13.6) posterior sobre el espectro, tras la aplicación de la Transformada Rápida de Fourier (FFT) (13.5) a la señal demodulada obtenida en la primera etapa, incrementando la amplitud de los picos relacionados con los armónicos de fallo. 2a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 1 caracterizado porque la etapa de demodulación se lleva a cabo mediante el algoritmo de Teager-Kaiser. 3a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 1 caracterizado porque la etapa de filtrado se lleva a cabo mediante el algoritmo de Teager-Kaiser. 4a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 1 caracterizado porque la corriente de fallo para un motor (10) adopta la siguiente expresión en relación a la corriente de fase para una máquina sin fallos, que es puramente sinusoidal: donde β denota la profundidad de la demodulación y el valor de se establece para diferentes tipos de fallo tales como rotura de barras, y excentricidad mixta y sus múltiplos, donde s es el deslizamiento y ρ el número de pares de polos del motor (10), donde la corriente de fallo muestra los armónicos de fallos que aparecen como lineas espectrales laterales alrededor del armónico principal. 5a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicaciones 2 y 4 caracterizado porque la aplicación del operador de Teager-Kaiser a la corriente de fallo de la máquina da 6a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 5 caracterizado porque debido a que la amplitud del armónico de fallo es generalmente muy baja en comparación con el armónico de la corriente se desprecian los términos del operador de Teager-Kaiser que contienen términos al cuadrado de β, ob- teniéndose una expresión de dicho operador expresándolo como valores unitarios con respecto a los términos de corriente continua tal como: donde aparecen tres componentes •Un término constante, que corresponde al armónico principal de alimentación •Un término oscilante con la frecuencia de fallo•Y dos términos laterales de aproximadamente dos veces la frecuencia de alimentación. 7a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 6 caracterizado porque el término dominante es el del armónico principal, que es eliminado restando el valor medio de la corriente transformada del operador de Teager-Kaiser, de manera que el valor empleado para la realización del diagnóstico de las máquinas es el siguiente: que puede ser obtenido de la corriente medida como 8a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 6 caracterizado porque el valor em- pleado en la realización del diagnóstico obtenido de la corriente medida no sufre el. efecto de los lóbulos laterales del armónico fundamental de la corriente, y genera una línea de espectro asociada a la frecuencia característica de fallo. 9a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 6 caracterizado porque la amplitud del valor empleado en la realización del diagnóstico obtenido de la corriente medida depende de la gravedad del fallo . 10a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 1 caracterizado porque la etapa de filtrado se lleva a cabo mediante un filtro de Hilbert que está implementado sobre una estructura FIR. 11a.- Método de diagnosis de moloies de inducción según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque después de la etapa de filtrado se identifica la componente de interés y se activa una alarma, que es conducida a un PLC (15) encargado del control del motor (10) eléctrico. 12a.- Método de diagnosis de motores de inducción según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque previamente a la etapa de demodulación se convierte la señal que contiene la forma de onda de la corriente de fase de alimentación del motor de analógica a digital mediante un procesado digital. 13a.- Método de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 12 caracterizado porque un tren de pulsos proveniente de la velocidad de rotación del motor (10) se procesa digitalmente. Método de diagnosis de motores inducción según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se emplea para detectar la rotura de barras de jaula de ardilla. 15a.- Método de diagnosis de motores de inducción según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 caracterizado porque se emplea para detectar excentricidades del motor (10) . 16a.- Equipo de diagnosis de motores de inducción caracterizado porque presenta un conjunto de sensores (11) que capturan la señal de corriente de fase de un motor (10) de inducción, señal que es tratada en un procesador digital de la señal DSP (13), que lleva a cabo dos tareas principales:
1. Una demodulación que suprime la componente fundamental de corriente en la señal proveniente de la captura de la corriente de fase de un motor (10) eléctrico,
2. Un filtrado posterior sobre el espectro, tras la aplicación de la Transformada Rápida de Fourier (FFT) a la señal demodulada.
17a.- Equipo de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 16 caracterizado porque el procesador digital de la señal DSP (13) cuenta con un módulo de conversión analógico-digital (13.3) donde es conducida la señal que contiene la forma de onda de la corriente de fase de alimentación del motor (10) .
18a.-- Equipo de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 17 caracterizado porque el procesador digital de la señal DSP (13) ejecuta de manera continua todos los bloques, tanto los de demodulación, como los de filtrado y los de conversión analógico-digital, comenzando por la lectura de los registros de dicho conversor analógico-digitai, donde la forma de onda muestreada es devuelta a su estado original eliminando la componente continua DC.
19a.- Equipo de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 18 caracterizado porque una vez que el procesador digital de la señal DSP (13) identifica la componente de interés se activa una alarma.
20a.- Instalación de diagnosis de motores de inducción que comprende al menos un equj.po según la reivindicación 19 caracterizada porque la componente de interés es conducida a un PLC (15) encargado del control del motor (10) eléctrico. 21a.- Instalación de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 20 caracterizada porque los PLCs se encuentran conectados a un red y están programados para controlar diferentes variadores (14) de velocidad que actúan sobre los motores (10), donde cada variador (14) de velocidad tiene un microcontrolador capaz de gestionar ciertos eventos actuando sobre el motor (10) .
22a.- Instalación de diagnosis de motores de inducción según reivindicación 21 caracterizada porque el microcontrolador suministra información al que a su vez informa a un PC (16) que controla toda la instalación mediante un SCADA (17) .
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