Sistema (10) para el control de corriente para la predicción de fallos de cojinetes que comprende:

como mínimo, un sensor de corriente no invasivo (22), configurado para captar datos de corriente de estator de un motor en funcionamiento (12); y

un procesador (18) conectado para recibir los datos de corriente de estator del, como mínimo, un sensor de corriente no invasivo (22), estando el procesador (18) programado para :

recibir un primer conjunto de datos de corriente de estator desde el, como mínimo, un sensor de corriente (22), comprendiendo el primer conjunto de datos de corriente de estator datos de corriente base representativos de funcionamiento normal del motor;

definir una componente sin fallo de los datos de corriente base;

recibir repetidamente datos de corriente de funcionamiento en tiempo real del motor en funcionamiento (12); eliminar la componente sin fallo de los datos de corriente de funcionamiento en tiempo real para aislar datos de corriente residual;

procesar los datos de corriente residual para identificar posibles fallos de cojinetes;

generar un índice de fallo para cualesquiera fallos de cojinetes identificados; y

generar un aviso si el índice de fallo supera un umbral de índice de fallo.

Sistema y procedimiento para la detección de fallos de cojinetes utilizando la supresión de ruido de la corriente del estator

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a motores y, más particularmente a un sistema y procedimiento para la detección de condiciones incipientes indicativas de fallos de motor.

Los motores trifásicos de inducción consumen un gran porcentaje de la capacidad de electricidad generada. Muchas aplicaciones para este "caballo de labor" de la industria son ventiladores y bombas industriales. Por ejemplo, en una fábrica integrada típica de papel, los motores de bajo voltaje y medio voltaje pueden comprender cerca del 70% de la totalidad de cargas eléctricas. Debido a la prevalencia de estos motores en la industria, es muy importante que el motor trifásico sea fiable. Las encuestas de fiabilidad en la industria sugieren que los fallos de motor se encuentran típicamente en una de cuatro categorías principales. De modo específico, los fallos de motor resultan de manera típica de fallos de cojinetes, fallos de espiras del estator, fallos de las barras del rotor u otros fallos de tipo general. Dentro de estas cuatro categorías, los fallos de cojinetes, de estator y de rotor representan aproximadamente el 85% de todos los fallos de motor.

Se cree que este porcentaje se podría reducir significativamente si los equipos impulsados estuvieran mejor alineados cuando se instalan y permanecieran alineados con independencia de cambios en las condiciones operativas. No obstante, los motores fueron acoplados frecuentemente a cargas de bombas desalineadas o cargas con desequilibrios en rotación y fallos prematuramente debido a los esfuerzos impartidos en los cojinetes del motor. Además, la detección manual de las condiciones que provocan dichos fallos es difícil, como mínimo, porque el proceder de este modo requiere que el motor funcione. Por lo tanto, el operario debe desmontar habitualmente el motor del lugar de trabajo para llevar a cabo una revisión de mantenimiento y el diagnóstico. No obstante, el desmontar el motor del lugar de trabajo es poco deseable en muchas aplicaciones, porque los periodos de paro del motor pueden ser extremadamente costosos.

Por su parte, algunos dispositivos de detección han sido diseñados para generar realimentación con respecto a un motor en funcionamiento. La realimentación es revisada por un operario para determinar las condiciones operativas del motor. No obstante, la mayor parte de sistemas que controlan motores en funcionamiento proporcionan simplemente realimentación de fallos que probablemente ya han averiado el motor. Por lo tanto, si bien se envía al operario realimentación operativa, habitualmente es demasiado grande para tomar acciones preventivas.

Se han inventado algunos sistemas para proporcionar al operario una realimentación de aviso de fallos temprana o anticipada. Por ejemplo, se ha utilizado el control de la vibración para proporcionar información sobre desalineaciones o fallos basados en desequilibrios. No obstante, cuando tiene lugar una resonancia mecánica, las vibraciones de la máquina se amplifican. Debido a esta amplificación, son posibles falsos positivos indicativos de diferentes asimetrías mecánicas. Además, los sistemas de control basados en las vibraciones requieren típicamente sistemas de control muy especializados e invasivos para su despliegue dentro del sistema del motor.

Teniendo en cuenta los inconvenientes del control basado en vibraciones, se han desarrollado técnicas de control basadas en las corrientes para proporcionar una técnica más económica, no invasiva, para la detección de fallos de los cojinetes. También existen limitaciones e inconvenientes en los presentes sistemas de detección de fallos basados en la corriente. Es decir, en la detección de fallos de cojinetes basada en la corriente puede ser un reto el extraer una característica o "firma" de los fallos, a partir de la corriente del estator del motor. Para diferentes tipos de fallos de cojinetes, las características de los fallos pueden tener formas distintas. De acuerdo con procesos generales de desarrollo de fallos, los fallos de cojinetes se pueden facilitar en defectos de punto único o defectos de tipo generalizado. La mayor parte de técnicas de detección de fallos de cojinetes basadas en la corriente que se utilizan en la actualidad, están dirigidas a la detección de defectos de punto único y se basan en la localización y proceso de las frecuencias de fallos de cojinetes características en la corriente del estator. No obstante, estas técnicas pueden no ser adecuadas para detectar fallos por mal estado general. Es decir, los fallos por mal estado general muestran superficies de cojinetes degradas pero no necesariamente defectos claros y, por lo tanto, pueden no existir en la corriente del estator frecuencias características de fallos. Dado que muchos fallos de cojinetes se desarrollan inicialmente en forma de fallos generalizados de cojinetes, especialmente en una etapa temprana, sería ventajoso para las técnicas de detección de fallos de cojinetes basadas en la corriente, el tener la capacidad de detectar dichos fallos de cojinetes de tipo generalizado.

Por lo tanto, sería deseable diseñar una técnica de detección de fallos de cojinetes basada en la corriente que supere los inconvenientes antes mencionados. Una técnica de detección de fallos de cojinetes basada en la corriente que permite la detección de fallos generalizados de los cojinetes sería ventajosa al proporcionar detección en una etapa temprana de fallos de cojinetes.

Se hace referencia al documento US 2003/067277 A1 que describe un procedimiento y sistema para la detección temprana de fallos incipientes en un motor eléctrico. En primer lugar, se miden los valores de la corriente y el voltaje para una o más fases del motor eléctrico durante el funcionamiento del motor. Se determina entonces un conjunto de predicciones de corriente mediante un predictor neural basado en la corriente de red, basado en los valores de voltaje medidos y en una estimación de valores de velocidad del motor eléctrico. A continuación, se genera un conjunto de residuales al combinar el conjunto de predicciones de corriente con los valores de corriente medidos. Finalmente, se lleva a cabo una determinación de si existe o no un fallo incipiente eléctrico, mecánico y/o electromecánico, basado en el resultado de la comparación del conjunto de indicadores de fallo y un conjunto de valores base predeterminados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con la presente invención, se da a conocer un sistema y un procedimiento, tal como se define en las reivindicaciones independientes respectivamente. Se describen en las reivindicaciones dependientes realizaciones preferentes de la invención.

La presente invención da a conocer un sistema y procedimiento para la detección de fallos mecánicos de motor inminentes mediante la supresión de ruidos de la corriente. Los datos de la corriente son descompuestos en una componente sin fallos (es decir, ruido) y una componente de fallo y la supresión de ruidos es llevada a cabo para aislar la componente de fallo de la corriente y generar un identificador de fallo.

De acuerdo con un aspecto de la invención, un controlador configurado para detectar indicios de fallos mecánicos inminentes del motor incluye un procesador programado para recibir un conjunto de datos de la corriente de un motor durante un funcionamiento normal conocido, definir un ruido de base basándose en el conjunto de datos de corriente captados del motor con funcionamiento normal conocido y recibir de manera repetida datos de corriente de funcionamiento en tiempo real del motor en funcionamiento. El procesador está programado además para eliminar el ruido base de los datos de corriente en funcionamiento para identificar cualesquiera componentes de fallo presentes en los datos de corriente en funcionamiento y generar un índice de fallo para los datos de corriente de funcionamiento basándose en cualesquiera componentes de fallo aislados.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se da a conocer un procedimiento no invasivo para la detección de fallos inminentes de cojinetes en máquinas eléctricas que comprende las etapas de captar una serie de datos de corriente de estator de una máquina eléctrica durante el funcionamiento, aplicar cada uno de los juegos de datos de corriente del estator a un filtro de datos de la corriente en tiempo real para generar una corriente de estator con supresión de ruidos y determinando un índice de fallo a partir... [Seguir leyendo]

1. Sistema (10) para el control de corriente para la predicción de fallos de cojinetes que comprende: como mínimo, un sensor de corriente no invasivo (22) , configurado para captar datos de corriente de estator de un motor en funcionamiento (12) ; y un procesador (18) conectado para recibir los datos de corriente de estator del, como mínimo, un sensor de corriente no invasivo (22) , estando el procesador (18) programado para :

recibir un primer conjunto de datos de corriente de estator desde el, como mínimo, un sensor de corriente (22) , comprendiendo el primer conjunto de datos de corriente de estator datos de corriente base representativos de funcionamiento normal del motor; definir una componente sin fallo de los datos de corriente base; recibir repetidamente datos de corriente de funcionamiento en tiempo real del motor en funcionamiento (12) ; eliminar la componente sin fallo de los datos de corriente de funcionamiento en tiempo real para aislar datos de corriente residual; procesar los datos de corriente residual para identificar posibles fallos de cojinetes; generar un índice de fallo para cualesquiera fallos de cojinetes identificados; y generar un aviso si el índice de fallo supera un umbral de índice de fallo.

2. Sistema (10) para el control de corriente, según la reivindicación 1, en el que el procesador (18) está

programado además para: analizar una serie de índices de fallo generados; y aplicar una técnica de control de proceso estadístico a la serie de índices de fallo para determinar el umbral del índice de fallo.

3. Sistema (10) para el control de corriente, según la reivindicación 1, en el que el procesador (18) está programado además para configurar un filtro Wiener (36) basado en los datos de corriente de base, estando configurado el filtro Wiener (36) para definir la componente sin fallo a partir de los datos de corriente de base.

4. Sistema (10) para el control de corriente, según la reivindicación 1, en el que el procesador (18) está programado además para calcular el valor de la raíz de los mínimos cuadrados de los datos de corriente residual para determinar el índice de fallo.

5. Sistema (10) para el control de corriente, según la reivindicación 1, en el que el procesador (18) está programado además para detectar fallos generalizados de cojinetes a partir del índice de fallos.

6. Procedimiento no invasivo de detección de fallos inminentes de cojinetes en máquinas eléctricas que

comprende: captación de una serie de conjuntos de datos de corriente de estator de la máquina eléctrica (12) durante el funcionamiento; captación de datos de corriente de estator de base antes de la captación de la serie de conjuntos de datos de corriente de estator, los datos de corriente de estator de base captados de la máquina eléctrica (12) en condiciones de funcionamiento normal; definir una componente sin fallo a partir de los datos de corriente de base; recibir repetidamente datos de corriente en funcionamiento en tiempo real del motor en funcionamiento (12) ; eliminar la componente sin fallo de los datos de corriente en funcionamiento en tiempo real para aislar datos de corriente residual; procesar los datos de corriente residual para identificar posibles fallos de cojinetes; generar un índice de fallos para cualesquiera datos de cojinete identificados; y generar un aviso si el índice de fallo supera un umbral de índice de fallo.

7. Procedimiento, según la reivindicación 6, que comprende además: analizar una serie de índices de fallo generados; y aplicar una técnica de control de proceso estadístico a la serie de índices de fallo para determinar el umbral de índice de fallo.

8. Procedimiento, según la reivindicación 6, que comprende además: configurar un filtro Wiener (36) basado en los datos de corriente de base, cuyo filtro Wiener (36) está configurado para definir el componente sin fallo a partir de los datos de corriente de base.

9. Procedimiento, según la reivindicación 6, que comprende además: calcular el valor de la raíz de los cuadrados mínimos de los datos de corriente residual para determinar el índice de fallo.

10. Procedimiento, según la reivindicación 6, que comprende además: detectar fallos de cojinetes generalizados a partir del índice de fallo.