Procedimiento y aparato de detección de los fallos internos del motor en una máquina de inducción.

Un procedimiento de identificación de información de fallos de la carga y del motor en un sistema de supervisión de las condiciones que comprende las etapas de:

simultáneamente tomar datos de muestra de la tensión y de la corriente

(40) de una máquina de inducción en funcionamiento; caracterizado por la determinación de un indicador de la potencia reactiva (48) a partir de una parte de los datos de muestra de la tensión y de la corriente; y

la determinación de un fallo interno del motor utilizando el indicador de la potencia reactiva.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E03028107.

Solicitante: EATON CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: EATON CENTER, 1111 SUPERIOR AVENUE CLEVELAND, OHIO 44114-2584 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: HABETLER,THOMAS GERARD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación... > Circuitos de protección de seguridad especialmente... > H02H7/085 (contra una carga excesiva)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación... > Circuitos de protección de seguridad para desconexión... > H02H3/42 (sensibles al producto de la tensión por la corriente)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación... > Circuitos de protección de seguridad para desconexión... > H02H3/46 (sensibles a las desviaciones de frecuencia)

PDF original: ES-2454018_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Procedimiento y aparato de detección de los fallos internos del motor en una máquina de inducción Antecedentes de la invención La presente invención se refiere globalmente a la supervisión de una máquina de inducción y, más particularmente, a un procedimiento y un aparato para la determinación de la información de fallos del motor en una máquina de inducción.

Los motores eléctricos, tales como los motores de inducción de corriente alterna de tres fases, se utilizan en una variedad de entornos comerciales e industriales. Sistemas de refrigeración, prensas de impresión, líneas de montaje y una miríada de otras aplicaciones utilizan motores de este tipo. Sin tener en cuenta la aplicación, la detección a tiempo de un fallo del motor es de la máxima importancia. Generalmente, un fallo del motor no se detecta hasta una ruptura completa del motor eléctrico, creando, de ese modo, una situación la que se unen un coste indebido, retrasos por el tiempo de averías y reparaciones, así como, condiciones de riesgo potencial. Como resultado, es necesario detectar eficaz y eficientemente un fallo del motor.

Es deseable determinar cuándo una máquina de inducción tal como un motor o un generador está experimentando un problema mecánico o eléctrico antes de que ocurra un fallo total. Una serie de problemas pueden conducir a la avería o a un fallo prematuro de una máquina de inducción. Por ejemplo, desequilibrios eléctricos, desalineación, espacios de aire y desequilibrio del rotor pueden conducir a un funcionamiento inapropiado de la máquina de inducción. Otros problemas pueden aparecer como resultado de un defecto que sea interno a la máquina tal como un fallo de rodamientos, defectos materiales estructurales introducidos en la máquina durante la fabricación y

sobrecalentamiento.

Los sistemas de supervisión de motores típicos supervisan la potencia real de una máquina de inducción como un indicador de la salud/condición del motor y su carga accionada. Sin embargo, la potencia real distribuida a una máquina de inducción o a un motor depende de factores externos o consideraciones fuera del propio motor. La 30 inspección de la potencia real distribuida a la máquina de inducción a menudo se hace para determinar condiciones de fallos atribuibles a la carga en la máquina así como a la propia máquina. Por ejemplo, la supervisión del espectro de la frecuencia de la potencia real de la máquina de inducción para armónicos inesperados o perturbaciones a armónicos esperados proporcionaría información de fallos asociados con una combinación de la carga y el motor. Sin embargo, los armónicos en el espectro de la frecuencia de la potencia real se consideran que son un mejor

indicador de los fallos de la carga que de los fallos internos del motor. Como tal, es difícil discernir fallos atribuibles al propio motor frente a aquellos fallos atribuidos a la carga o al moto propulsor.

Por consiguiente, han sido desarrollados una serie de procedimientos para distinguir entre un fallo interno del motor y un fallo atribuible a la carga de la máquina. Un procedimiento de este tipo utiliza valores de la corriente y de la 40 tensión en las tres fases de una máquina de inducción para estimar la corriente la cual no está sustancialmente afectada por los efectos del momento de torsión de la carga de la máquina. Este procedimiento compara un valor de la corriente estimado con un valor de la corriente real para determinar si está presente un fallo. Como tal, es necesario un modelo del funcionamiento de la máquina de inducción, o alternativamente, generar un conjunto de valores fundamentales que sean comunes a más de una máquina de inducción. Sin embargo, la generación de 45 valores fundamentales que no sean particulares para una máquina determinada no logra tener en cuenta los matices en el funcionamiento de cada máquina lo cual puede conducir a una detección impropia o falsa de condiciones de fallo. Adicionalmente, este procedimiento requiere el cálculo del acoplamiento inductivo en el motor el cual incrementa la complejidad así como el coste del sistema de supervisión de las condiciones.

Por lo tanto sería deseable diseñar un sistema más eficaz para discernir un fallo interno del motor en una máquina de inducción.

Se dirige la atención hacia el documento EP 0 698 795 el cual describe un procedimiento para la determinación del comportamiento eléctrico y mecánico de un sistema de motor eléctrico polifásico que comprende la detección de la 55 señal de la corriente instantánea y la señal de la tensión instantánea como una función del tiempo para por lo menos una fase eléctrica del motor. Las señales de la corriente detectadas y las señales de la tensión detectadas son ambas procesadas para proporcionar un factor de la potencia instantánea de por lo menos una fase eléctrica del motor como una función del tiempo. El factor de la potencia resultante se utiliza para determinar la potencia real total y la potencia reactiva total del motor como una función del tiempo. Las señales de la potencia real total y de la 60 potencia reactiva total son de ancho de banda limitado y de tiempo limitado. La potencia real total filtrada y limitada en el tiempo es entonces representada de forma cruzada como una función de la señal de potencia reactiva total filtrada y limitada en el tiempo, generando un diagrama del comportamiento del funcionamiento. Las características del comportamiento mecánico son entonces extrapoladas a partir del diagrama de comportamiento durante el funcionamiento.

Breve descripción de la invención Según la presente invención se proporcionan un procedimiento y un aparato como se establece en las 5 reivindicaciones independientes. Formas de realización preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones subordinadas.

La presente invención se dirige a un sistema de supervisión de las condiciones para la determinación de un fallo interno del motor en una máquina de inducción que supera las desventajas mencionadas antes en este documento. 10 De acuerdo con ello, datos de la tensión y de la corriente son obtenidos a partir de la máquina de inducción en funcionamiento. A partir de los datos de la tensión y de la corriente, se calculan las tensiones en los ejes "d" y "q" y las corrientes "d" y "q". Las tensiones y las corrientes en los ejes sufren entonces una transformación de marco de referencia. A partir de los valores transformados de la tensión de la corriente, se determina la potencia reactiva instantánea y real instantánea distribuida a la máquina de inducción. Una inspección del espectro de la frecuencia de la potencia real instantánea así como de la potencia reactiva instantánea se utiliza entonces para averiguar información de fallos de la carga y del motor. Específicamente un análisis del espectro de la frecuencia de la potencia reactiva instantánea proporciona una indicación de un fallo interno del motor mientras el espectro de la frecuencia de la potencia real instantánea proveerá una indicación de fallos del moto propulsor o la carga.

Por lo tanto, según un aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de identificación de la información de fallos de la carga y del motor en un sistema de supervisión de las condiciones. El procedimiento incluye la etapa de simultáneamente tomar muestras de datos de la tensión y de la corriente de una máquina de inducción en funcionamiento. Un indicador de la potencia reactiva se determina entonces a partir de una parte de los datos de la tensión y de la corriente de muestra. El procedimiento adicionalmente incluye la etapa de la determinación de un fallo interno del motor utilizando el indicador de la potencia reactiva.

Según una forma de realización de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de identificación de información de fallos de la carga y del motor en un sistema de supervisión de las condiciones que comprende las etapas de:

simultáneamente tomar datos de muestra de la tensión y de la corriente (40) de una máquina de inducción en funcionamiento; caracterizado por la determinación de un indicador de la potencia reactiva (48) a partir de una parte de los datos de muestra de la tensión y de la corriente; y

la determinación de un fallo interno del motor utilizando el indicador de la potencia reactiva.

2. El procedimiento de la reivindicación 1 adicionalmente comprendiendo las etapas de la determinación de un indicador de la potencia real (48) a partir de otra parte de los datos de muestra de la tensión y de la corriente y la determinación de un fallo de la carga a partir del indicador de la potencia real.

3. El procedimiento de la reivindicación 2 adicionalmente comprendiendo la etapa de la determinación de un espectro de la frecuencia de la potencia real y un espectro de la frecuencia de la potencia reactiva (50) .

4. El procedimiento de la reivindicación 3 adicionalmente comprendiendo las etapas del análisis del espectro de la frecuencia de la potencia reactiva para determinar un fallo del motor y del análisis del espectro de la frecuencia del indicador de la potencia real para determinar un fallo de la carga.

5. El procedimiento de la reivindicación 4 en el que el fallo de la carga incluye un fallo del moto propulsor.

6. El procedimiento de la reivindicación 1 adicionalmente comprendiendo las etapas de:

la determinación de valores de las tensiones de dos fases y de la corriente de dos fases (42) a partir de los datos de muestra de la tensión y de la corriente;

la determinación de un ángulo de transformación del marco de referencia (44) a partir de los valores de la tensión de dos fases; y

la transformación de los valores de la corriente de dos fases y de los valores de la tensión de dos fases (46) a una referencia giratoria.

7. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que la potencia reactiva es una potencia reactiva instantánea.

8. Un detector de fallos del motor para un motor de inducción de corriente alterna (14) , el detector comprendiendo:

medios para la obtención de datos de la tensión y de la corriente de un motor de corriente alterna (14) en funcionamiento; y

medios para la determinación de la potencia reactiva instantánea en el motor de corriente alterna (14) a partir de los 45 datos de la tensión y de la corriente; caracterizado por medios para la determinación de un fallo interno en el motor de corriente alterna (14) a partir de la potencia reactiva instantánea.

9. El detector de la reivindicación 8 en el que los medios para la obtención de los datos de la tensión y de la corriente comprenden por lo menos un sensor de la tensión (26a, 26b) y por lo menos un sensor de la corriente (22a, 22b) ; y en el que los medios para la determinación de la potencia reactiva instantánea y de un fallo interno comprenden un control (18) conectado al por lo menos un sensor de la tensión (26a, 26b) y al por lo menos un sensor de la corriente (22a, 22b) y configurado para:

recibir los datos de la tensión y de la corriente a partir del por lo menos un sensor de la tensión (26a, 26b) y el por lo 55 menos un sensor de la corriente (22a, 22b) ;

determinar la potencia reactiva instantánea (48) a partir de los datos de la tensión y de la corriente;

generar un espectro de la frecuencia de la potencia reactiva instantánea (50) ; y

determinar un fallo del motor a partir de por lo menos el espectro de la frecuencia.

10. El detector de la reivindicación 9 en el que el por lo menos un sensor de la tensión (26a, 26b) incluye un par

de sensores de la tensión (26a, 26b) configurados para obtener tensiones línea - línea de dos fases y un motor de 65 inducción (14) y en el que el por lo menos un sensor de la corriente (22a, 22b) incluye un par de sensores de la corriente (22a, 22b) configurados para obtener las corrientes línea - línea de las dos fases del motor de inducción (14) y en el que el control (18) está adicionalmente configurado para determinar los valores de la tensión de dos fases y de la corriente de dos fases (42) a partir de los datos de la tensión y de la corriente.

11. El detector de la reivindicación 10 en el que el control (18) está adicionalmente configurado para determinar un ángulo de transformación del marco de referencia (44) y aplicar una transformación del marco de referencia para transformar los valores de la tensión de dos fases y de la corriente de dos fases (46) a una referencia giratoria utilizando el ángulo de transformación del marco de referencia.

12. El detector de la reivindicación 11 en el que el control (18) está adicionalmente configurado para determinar la potencia reactiva instantánea a partir de los valores transformados de la tensión de dos fases y los valores transformados de la corriente de dos fases.

13. El detector de la reivindicación 12 en el que el control (18) está adicionalmente configurado para determinar

un valor de la potencia real instantánea (48) a partir de los valores transformados de la tensión de dos fases y los valores transformados de la corriente de dos fases.

14. El detector de la reivindicación 8 en el que los medios para la obtención de los datos de la tensión y de la corriente comprenden:

por lo menos dos sensores de la corriente (22a, 22b) para la obtención de por lo menos dos señales de la corriente del motor de corriente alterna;

por lo menos dos sensores de la tensión (26a, 26b) para la obtención de por lo menos dos señales de la tensión del 25 motor de corriente alterna; y

en el que los medios para la determinación de la potencia reactiva instantánea y de un fallo interno comprenden:

un convertidor de analógico a digital (20) para convertir las por lo menos dos señales de la corriente del motor de 30 corriente alterna a señales digitalizadas de la corriente y las por lo menos dos señales de la tensión del motor de corriente alterna a señales digitalizadas de la tensión; y

un microprocesador (30) para recibir las señales digitalizadas y comparar los valores de la potencia reactiva instantánea con un conjunto de valores fundamentales de la potencia reactiva para determinar un fallo del motor en 35 el motor.

15. El detector de la reivindicación 14 en el que el microprocesador (30) calcula un espectro de la frecuencia de los valores de la potencia reactiva instantánea (50) y compara el espectro de la frecuencia con un espectro fundamental de la frecuencia de la potencia reactiva para determinar el fallo del motor.

16. El detector de la reivindicación 14 en el que el microprocesador (30) aplica una transformación del marco de referencia (46) a las señales digitalizadas antes de calcular los valores de la potencia reactiva instantánea (50) .

17. El detector de la reivindicación 14 en el que el procesador (30) calcula los valores de la potencia real

instantánea (48) a partir de las señales digitalizadas y compara los valores de la potencia real instantánea con un conjunto de valores fundamentales de la potencia real para determinar un fallo del moto propulsor en el motor de corriente alterna (14) .

18. El detector de la reivindicación 17 en el que el procesador (30) calcula un espectro de la frecuencia de los 50 valores de la potencia real instantánea (50) y compara el espectro de la frecuencia con un espectro fundamental de la frecuencia de la potencia real para determinar el fallo del moto propulsor.

19. Un medio de almacenaje legible por ordenador que tiene un programa de ordenador almacenado en el

mismo para determinar fallos en un motor de inducción de corriente alterna (14) y que representa un conjunto de 55 instrucciones que cuando son ejecutadas por un ordenador causan que el ordenador:

modele el funcionamiento de un motor de corriente alterna provisto de una carga en el mismo y que se sepa que funciona normalmente y determine el funcionamiento fundamental a partir del mismo;

obtenga datos de la tensión en tiempo real y de la corriente en tiempo real (40) del motor de corriente alterna (14) en funcionamiento;

determine la potencia reactiva (48) del motor de corriente alterna (14) a partir de los datos de la tensión en tiempo real y de la corriente en tiempo real; 65

compare la potencia reactiva con el funcionamiento fundamental; y

determine la presencia de condiciones de fallos en el motor de corriente alterna (14) a partir de por lo menos la comparación. 5

20. El medio de almacenaje legible por ordenador de la reivindicación 19 en el que el conjunto de instrucciones adicionalmente causa que el ordenador emita un aviso si se encuentra que está presente una condición de fallo en el motor de corriente alterna.

21. El medio de almacenaje legible por ordenador de la reivindicación 19 en el que el conjunto de instrucciones adicionalmente causa que el ordenador aplique una transformación del marco de referencia a los datos de la tensión en tiempo real y de la corriente en tiempo real (46) .

22. El medio de almacenaje legible por ordenador de la reivindicación 19 en el que el conjunto de instrucciones adicionalmente causa que el ordenador genere un espectro de la frecuencia de la potencia reactiva (50) y visualice el espectro de la frecuencia en una consola para un análisis visual por un usuario.

23. El medio de almacenaje legible por ordenador de la reivindicación 22 en el que el conjunto de instrucciones adicionalmente causa que el ordenador visualice el espectro de la frecuencia de la potencia reactiva con relación a un espectro de la frecuencia de funcionamiento fundamental para indicar visualmente una condición de fallo en el motor de corriente alterna (14) .

Suministro Motor

de energía