METODO Y EQUIPO DE DIAGNOSTICO DE FALLOS EN MOTORES ELECTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA.

Método y equipo de diagnóstico de fallos en motores eléctricos de corriente alterna.

Este nuevo método y equipo supone una alternativa más genérica y de menor coste computacional a los sistemas o clásicos para el diagnóstico de motores como son el análisis de corrientes o de vibraciones mediante el análisis espectral clásico, los cuales introducen errores en caso de condiciones no estacionarias. Consiste en un nuevo sistema de diagnóstico de fallos en motores eléctricos de corriente alterna basado en la medida de corrientes, utilizándose la función de Wavelet Agnesi para definir bancos de filtros fácilmente sintonizables que permiten el estudio temporal de las diferentes frecuencias características de fallo, y su posterior procesado. El citado procesado se basa en el análisis de la componente energética de cada una de estas bandas previamente sintonizadas y el establecimiento del factor de fallo (F)

Método y equipo de diagnóstico de fallos en motores eléctricos de corriente alterna.

La presente solicitud de Patente de Invención consiste, conforme indica su enunciado, en un nuevo método y equipo de diagnóstico de fallos en motores eléctricos de corriente alterna mediante el uso de filtros auto-sintonizables basados en la convolución de la función Wavelet Agnesi con las corrientes de alimentación, cuyos nuevos diseños cumplen la misión para la que específicamente han sido concebido con una seguridad y eficacia máximas, proporcionando numerosas ventajas tal y como se detallará en la presente memoria.

La invención está relacionada, de forma general, con el diagnóstico del estado 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 eléctrico de corriente alterna, tal como los motores de imanes permanentes.

El motor de inducción, o también llamado asíncrono, es un tipo de motor eléctrico de corriente alterna y en la actualidad es la máquina eléctrica más utilizada: alrededor del 70% de las aplicaciones industriales utilizan motores de inducción, y más del 50% de la energía consumida en los países industrializados es debida a este tipo de motores.

Un buen mantenimiento preventivo para detectar fallos a tiempo es de especial importancia en el sector industrial. Para ello en la actualidad se emplean diferentes técnicas, entre las que destacan: el análisis espectral de las vibraciones y del ruido acústico, la monitorización del campo electromagnético y medición flujo axial, la medición de temperatura, el reconocimiento infrarrojo, y el análisis espectral de la corriente del motor (MCSA).

En particular referencia a la última técnica, el método MCSA es el más utilizado hoy en día y se basa en el análisis espectral de las corrientes de estator del motor eléctrico. Esta técnica tan solo requiere un sensor de corriente por máquina, por lo que se trata de una solución simple y económica. Se utiliza con éxito para el diagnóstico de fallos mecánicos en motores, tales como las barras rotas, excentricidad, espiras cortocircuitadas, daños en cojinetes; y también de fallos eléctricos, tales como fase abierta y conexiones anormales. Sin embargo, si bien el método MCSA funciona adecuadamente para un régimen de alimentación de frecuencia fija, no se puede utilizar en condiciones no estacionarias de los motores eléctricos.

Es por lo que la finalidad de la presente invención es diseñar un método de detección preventiva de fallos en motores eléctricos de corriente alterna fiable que sirva para realizar el diagnóstico de fallos on-line (es decir durante el funcionamiento normal del motor) en motores síncronos, y a la vez sirva para realizar el diagnóstico de fallos on-line (es decir durante el funcionamiento normal del motor) y off-line en motores asíncronos.

Otra finalidad de la presente invención es diseñar un equipo para la detección preventiva de fallos en motores eléctricos de corriente alterna que comprenda unos medios adecuados para llevar a cabo de forma óptima y autónoma dicho diagnóstico.

Y otra finalidad de la presente invención es diseñar un método y equipo de detección preventiva de fallos en motores eléctricos de corriente alterna que tenga unos costes económicos, para que sea una solución rentable.

El procedimiento de diagnóstico de fallos propuesto por la invención se basa en trabajar en el dominio temporal, estudiando la evolución de los diferentes harmónicos característicos, y más concretamente analizando la evolución temporal de la amplitud de los harmónicos correspondientes al fallo. Con esta información se puede realizar una prognosis del tiempo de vida útil antes de alcanzar el fallo catastrófico.

Más específicamente, el método de diagnóstico preventivo de fallos en motores consiste en la medida de las corrientes del estator y su posterior procesado y análisis. Se basa principalmente en la utilización de bancos de filtros, que son filtros auto-sintonizables, junto con el posterior análisis de la componente energética de cada una de estas bandas previamente sintonizadas y el establecimiento del factor de fallo (F).

El método de diagnóstico objeto de la invención comprende las siguientes etapas:

El factor de fallo (F) se define como la energía asociada a cada una de las bandas.

En referencia a la etapa "b", es decir para poder hallar la velocidad y el deslizamiento, que son parámetros fundamentales para el correcto posicionamiento de los diferentes filtros y por tanto para la optimización del diagnóstico, preferentemente se utilizará el siguiente procedimiento a partir de las corrientes del estator:

, dos veces porqué el paso por cero corresponde a media onda.

P = U • I

En referencia a la etapa "d", a continuación se detalla el proceso de cálculo de los diferentes bancos de filtros a sintonizar por cada valor diferente de la frecuencia de fallo a lo largo del tiempo.

Las tres fases de la intensidad de alimentación (i_R, i_S, i_T) del motor tendrán la siguiente descomposición matemática siendo "f_n" la frecuencia de los harmónicos correspondientes a cada uno de los fallos presentes en el motor eléctrico:

 

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Reivindicaciones:

1. Método de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna de los que sirven para diagnosticar los fallos on-line en motores eléctricos de alterna mediante métodos no invasivos que permitan hacer el mencionado diagnóstico durante el funcionamiento normal del motor, caracterizado en que utiliza unos filtros auto-sintonizables basados en convolución de la función Wavelet Agnesi con las corrientes de alimentación del motor.

2. Método de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna de los que sirven para diagnosticar los fallos on-line en motores eléctricos de alterna mediante métodos no invasivos que permitan hacer el mencionado diagnóstico durante el funcionamiento normal del motor, caracterizado en que comprende las siguientes etapas:

a)Medida de las corrientes del estator. b)Obtención de la evolución de la velocidad (n) y el deslizamiento (s). c)Localización de las frecuencias de fallo (f₁, f₂, ... f_n). d)Cálculo del conjunto de banco de filtros (ψ(t)) aplicado a cada tipo de fallo, a partir de la convolución de la función Wavelet Agnesi con las corrientes de alimentación. e)Sintonización de los diferentes bancos de filtros, según el valor de las diferentes frecuencias de fallo a lo largo del tiempo. f)Análisis de la componente de señal de cada una de estas bandas previamente sintonizadas, mediante una convolución de la muestra de corriente de alimentación medida por los diferentes bancos de filtros. g)Obtención del factor de fallo (F) mediante la integral del cuadrado del resultado de la convolución.

3. Método de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna según la 1ª o 2ª reivindicación, caracterizado en que la obtención de la evolución de la velocidad y el deslizamiento (etapa "b") se realiza a través de las propias corrientes del estator.

4. Método de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna según la 1ª o 2ª reivindicación, caracterizado en que el procedimiento podrá ser igualmente aplicable al análisis de vibraciones o emisión acústica, según las frecuencias características en cada momento.

5. Método de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna según la 2ª reivindicación, caracterizado en que las etapas "f" y "g" se pueden hacer en una o varias fases a la vez, obteniéndose idénticos resultados.

6. Método de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna según la 1ª o 2ª reivindicación, caracterizado en que se utiliza para motores síncronos de imanes permanentes.

7. Método de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna según la 1ª o 2ª reivindicación, caracterizado en que se utiliza para motores asíncronos.

8. Equipo de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna de los que sirven para diagnosticar los fallos on-line en motores síncronos mediante métodos no invasivos, caracterizado en que comprende unos bancos de filtros fácilmente sintonizables para el estudio temporal de las diferentes frecuencias características de fallo definidos por la convolución de funciones Wavelet.

9. Equipo de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna de los que sirven para diagnosticar los fallos on-line en motores síncronos mediante métodos no invasivos, caracterizado en que comprende unos medios de medida de las corrientes del estator del motor, unos medios de cálculo de la evolución de la velocidad y el deslizamiento del motor, unos medios de cálculo de los diferentes bancos de filtros correspondientes a cada condición de fallo, y unos medios de cálculo de los diferentes factores de fallo.

10. Equipo de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna según la 9ª o 10ª reivindicación, caracterizado en que los medios de medida de las corrientes del estator del motor son cualquier tipo de sonda con un rango de adquisición entre 2 y 5 kHz.

11. Equipo de detección de fallos en motores eléctricos de corriente alterna según la 9ª o 10ª reivindicación, caracterizado en que comprende unos medios de cálculo de los diferentes factores de fallo basados en la convolución del vector de corriente de alimentación con los diferentes bancos de filtros correspondientes a cada condición de fallo y la posterior integración del vector resultante al cuadrado.

 

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