Equipo de diagnóstico de rodamientos.Método de diagnóstico para cojinetes aplicado a motores de inducción mediante corrientes en modo común y dispositivo para la puesta en marcha de dicho método.

El equipo comprende la adquisición de señales de corriente en modo común desde la alimentación trifásica de un motor de corriente alterna gestionado mediante un inversor, la adecuación de estas señales para ser gestionadas por un dispositivo procesador, y el diagnóstico del estado de los cojinetes en función de la evolución en número y amplitud de las descargas en modo común adquiridas

Equipo de diagnóstico de rodamientos.

Como se indica en su título, la presente invención, se refiere a un equipo de diagnóstico para cojinetes; este equipo puede ser aplicado a todo tipo de motores trifásicos como son los de inducción. El método de diagnóstico se realiza mediante el sensado de corrientes en modo común.

Las averías en los cojinetes son las más habituales en los motores de inducción. Las principales causas que deterioran los cojinetes se pueden clasificar por un lado en las de origen mecánico; donde se englobarían todas las que proceden de la fricción entre los cojinetes y su raíl, como excentricidad, golpes en el eje y otras. Y por otro lado las de origen eléctrico; en su gran mayoría descargas de corriente en modo común. Las corrientes en modo común se generan, en gran medida, debido al uso de variadores para el control de motores que crean tensiones en modo común. Esta corriente se propaga sobre el motor por diferentes caminos para volver de nuevo al variador. Uno de los caminos más perjudiciales es a través de los cojinetes del motor, pues esta corriente acaba por desgastar físicamente los cojinetes. Esta corriente de alta frecuencia se manifiesta como una descarga a través del cojinete, el raíl y el lubricante, ya que estos tres elementos forman un efecto condensador que almacena energía hasta sobrepasar el nivel de potencial necesario para producir un descarga de corriente. Este fenómeno se conoce como EDM (Electric Discharge Machining). Las descargas se producen a alta frecuencia y a un alto período de repetición, lo que provoca una aceleración en el desgaste de los cojinetes.

Actualmente, el modo de diagnóstico más utilizado para la detección de fallos en rodamientos es el uso de acelerómetros, que nos indican mediante la detección de vibraciones en el motor, que los cojinetes se encuentran desgastados. Mediante el método que proponemos, analizando corrientes eléctricas, se puede detectar con antelación la evolución en el desgaste de los cojinetes.

La invención está relacionada, de forma general, con el diagnóstico del estado de los cojinetes de los motores eléctricos de corriente alterna con el fin de detectar preventivamente fallos en los mismos, mediante la utilización de métodos no invasivos que permitan hacer el mencionado diagnóstico durante el funcionamiento del motor.

El sistema de diagnóstico objeto de la presente invención servirá preferentemente para detectar fallos en motor de inducción, pero también se podrá aplicar eficientemente para cualquier tipo de motor trifásico de corriente alterna, tal como los motores de imanes permanentes.

El procedimiento diagnóstico propuesto en la presente invención se basa en el análisis de los pulsos de corriente en modo común. Se puede observar de manera clara, que contando el número de pulsos de corriente de descarga en modo común que sobrepasan un nivel de corriente fijado por unidad de tiempo se puede distinguir entre un motor sano y otro con daño en cojinetes.

Sorprendentemente observando el número de descargas que superan el nivel escogido, podemos notar que un número menor de descargas que sobrepasan el nivel es indicativo de un estado de desgaste en los cojinetes del motor y por lo tanto este número nos sirve para diagnosticar un estado de fallo de los cojinetes.

La elección del nivel de corriente a configurar para contar así los pulsos que sobrepasan de este nivel y llegar al diagnóstico se debe escoger con el motor instalado y en funcionamiento, y se escogerá un nivel por debajo de los niveles máximos que se observaran de corriente de descarga en modo común para el motor recién instalado o considerado como sano en ese momento.

Para llevar a cabo este método se presenta un dispositivo completo que permite la lectura de estas señales de corriente en modo común, su adecuación, su procesamiento, y la indicación del diagnóstico de manera visual.

Las fases para llevar acabado la metodología propuesta, se resumen en los tres bloques que podemos ver en la figura nº 1, que son: captación de la señal de corriente en modo común, transformación de la señal a un pulso si supera la amplitud configurada, y lectura por parte del sistema procesador de los pulsos en un tiempo fijado para mostrar un diagnóstico de los motores.

A continuación, se expone el diseño de la sonda de captación de las descargas de corriente y el circuito de acondicionamiento para convertir estos pulsos en señales cuadradas capaces de ser captadas por un sistema procesador digital.

A. Sonda de captación

Los tres cables correspondientes a las fases pasan juntos a través del sensor de corriente. Es importante retirar la pantalla metálica protectora de estos en caso de que la lleven.

Esta sonda de corriente de alta frecuencia con núcleo magnético tiene que ser calibrada y validada.

Finalmente, las características eléctricas y físicas de la sonda propuesta se resumen en la tabla II.

B. Circuito de acondicionamiento

El circuito de acondicionamiento de la señal propuesto, que se situaría a continuación de la sonda de captación, se compone de dos partes. La primera consiste en una adaptación de tensiones y pre-acondicionamiento de la señal recibida figura nº 3, la segunda se basa en una comparación entre la salida de la primera etapa y la tensión analógica de referencia que puede provenir de una CPU o DSP externa que deberá ser también la que cuente los pulsos durante un tiempo fijado que se generarán en esta última etapa para detectar el estado de los cojinetes. De esta manera, nuestro circuito únicamente debe recibir la señal captada por la sonda, la alimentación necesaria (+3,3Vdc y GND en este diseño), y el valor en tensión correspondiente al umbral de amplitud que queremos detectar.

Finalmente, como podemos observar en la figura nº 4, las descargas captadas por la sonda, acaban transformándose en pulsos de una amplitud fija y un ancho considerable para la detección posterior por un equipo digital figura nº 5. En función del umbral de tensión que fijemos en la etapa de comparación del circuito electrónico, obtendremos un número mayor o menor de pulsos que nos diagnosticará el estado de los cojinetes del motor.

El objetivo de las pruebas realizadas sobre motores con la sonda anteriormente explicada, es determinar el desgaste de los cojinetes mediante el análisis de las corrientes en modo común.

Este análisis se realiza mediante las adquisiciones de corrientes de descarga mediante la sonda encargada de adquirir y procesar la señal colocada en la salida del inversor que gestiona el motor. El objetivo, es monitorizar el número de descargas que superan un umbral. Esta información nos ayudará a determinar el estado de los cojinetes y el lubricante.

Se han utilizado 18 motores de inducción de 1,1 KW y 13 de 4 KW para ser testeados, incluyendo motores sanos y dañados. Las características de estos motores se pueden ver en las tablas III y IV respectivamente. El objetivo es determinar la influencia del fallo de cojinetes en las descargas de corriente en modo común.

C. Procedimiento de test

1) Montaje del motor sin carga.

2) Montaje del correspondiente inversor (diferentes modelos apropiados para motores de 1,1 KW y 4 KW). Unión de la masa procedente del inversor a la carcasa del motor.

3) Medidas con la sonda, midiendo simultáneamente las tres fases procedentes del inversor al motor.

4) Configuración y puesta en marcha del inversor haciendo uso del software del fabricante.

Los motores utilizados, los cuales se han testeado a tres velocidades diferentes (15 Hz, 25 Hz y 50 Hz), tienen las siguientes características:

 

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Reivindicaciones:

1. Equipo para el diagnóstico de cojinetes en motores trifásicos de corriente alterna caracterizado por comprender medios para la adquisición de corrientes en modo común y medios para el procesado de corrientes consistente en un recuento del número de descargas por unidad de tiempo.

2. De acuerdo con la reivindicación número 1, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué los medios para la adquisición de corrientes comprenden al menos una sonda de efecto inductivo.

3. De acuerdo con la reivindicación número 2, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué la sonda de efecto inductivo tiene un núcleo ferromagnético (figura nº 2).

4. De acuerdo con la reivindicación número 3, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué la sonda de efecto inductivo tiene un radio interno sobre 9 mm, un radio externo sobre 16 mm, una altura sobre 10 mm, aproximadamente 10 vueltas de hilo a lo largo del núcleo, hilo de cobre tipo Linz y núcleo de polvo de hierro.

5. De acuerdo con la reivindicación número 2, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué la sonda de efecto inductivo es del tipo Rogowski.

6. De acuerdo con la reivindicación número 1, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué los medios para el procesado de corrientes comprenden un circuito electrónico que permite el recuento del número de descargas y su posterior comparación.

7. De acuerdo con la reivindicación número 6, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué el circuito electrónico tiene al menos una parte tipo analógica y comprende al menos un comparador analógico.

8. De acuerdo con la reivindicación número 6, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué el circuito electrónico tiene al menos una etapa analógica y una segunda etapa digital.

9. De acuerdo con la reivindicación número 8, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué la etapa analógica comprende el uso de una etapa de preacondicionamiento del señal y una etapa comparador (figura nº 3).

10. De acuerdo con la reivindicación número 8, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué la etapa de circuito digital comprende un PLD para la cuenta de pulsos.

11. De acuerdo con la reivindicación número 8, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué preferiblemente el circuito analógico comprende una etapa de preacondicionamiento y una etapa de comparador según la figura nº 3 y que el circuito digital de tratamiento de señal está preferiblemente desarrollado sobre un Microcontrolador.

12. De acuerdo con la reivindicación número 8, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué preferiblemente el circuito analógico comprende una etapa de preacondicionamiento y una etapa de comparador según la figura nº 3 y que el circuito digital de tratamiento de señal está preferiblemente desarrollado sobre una DSP.

13. De acuerdo con la reivindicación número 8, equipo de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué preferiblemente el circuito analógico comprende una etapa de preacondicionamiento y una etapa de comparador según la figura nº 3 y que el circuito digital de tratamiento de señal está preferiblemente desarrollado sobre un Microcontrolador el cual está empotrado dentro de una FPGA.

14. Método de diagnóstico de cojinetes en motores de corriente alterna caracterizado por monitorizar las corrientes de modo común, aplicar un procesado de señal sobre las corrientes adquiridas.

15. De acuerdo con la reivindicación número 14, método de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué el procesado consiste en un recuento del número de descargas que superan un nivel determinado.

16. De acuerdo con la reivindicación número 15, método de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué el nivel determinado de descargas está comprendido entre 0,5 y 1,5 veces la corriente nominal.

17. De acuerdo con la reivindicación número 16, método de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué el nivel de descargas es preferiblemente 1,2 veces la corriente nominal.

18. De acuerdo con la reivindicación 14, método de diagnóstico de cojinetes caracterizado porqué el tiempo de adquisición del señal es de 3,2 ms.

 

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