Sistema de identificación robusto de faltas entre espiras de un estator en línea.

Un procedimiento para determinar faltas entre espiras en un motor (10) de inducción,

que comprende:

determinar una tensión (Vn) de secuencia negativa y una tensión (Vp) de secuencia positiva;

determinar una corriente (In) de secuencia negativa y una corriente (Ip) de secuencia positiva;

determinar una impedancia (Znn) de secuencia negativa del motor (10); y que está caracterizado por,

determinar una impedancia de retroacoplamiento normalizada, en el cual la impedancia de retroacoplamientonormalizada es una impedancia diferencial (Znp) positiva a negativa normalizada por la impedancia (Znn) desecuencia negativa o una impedancia (Zpp) de secuencia positiva; y

determinar si la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de una falta entre espiras.

Sistema de identificación robusto de faltas entre espiras de un estator en línea

Antecedentes La invención se refiere, en general, a la detección de faltas entre espiras en el estator de motores de inducción de corriente alterna (CA) .

Los motores de inducción de CA se utilizan en una amplia gama de aplicaciones y procesos. Un motor de inducción de CA normalmente incluye una porción estacionaria, un “estator”, y una porción rotativa, un “rotor”. En un motor de CA trifásico, se aplica corriente al estator para inducir un campo magnético, haciendo que el rotor gire y genere energía mecánica. El estator puede incluir cualquier número de “devanados”, o polos enrollados que llevan la corriente necesaria para inducir el campo magnético. Estos devanados también pueden estar caracterizados por las “espiras” en los devanados.

En muchos ámbitos, los devanados del estator están sometidos a cortocircuitos entre las espiras de los devanados, lo que comúnmente se denomina “faltas entre espiras”. Dependiendo del material utilizado para los devanados y el aislamiento, pueden producirse cualquier número o tipo de faltas. Tales faltas pueden ser mecánicas, químicas, o eléctricas, y pueden ser el resultado de la degradación del aislamiento, del material del devanado, de un defecto de fabricación, etc. Estas faltas entre espiras dan como resultado gradualmente faltas mayores de los devanados y eventualmente dan como resultado una avería que lleva al reemplazo o reparación de componentes del motor o del propio motor. La reparación o el reemplazo del motor, o de componentes del motor, puede ser imprevisible y crear un tiempo de parada no deseado de la aplicación o del proceso que esté utilizando el motor cuando se ponga el motor fuera de servicio.

El documento US 5514978 describe un detector de faltas entre espiras para estator en el cual se miden las formas de onda de la corriente y la tensión del motor, y se convierten en formas de onda de corriente y tensión digitalizadas. Se aplica una transformación discreta de Fourier ponderada a las formas de onda de corriente y tensión digitalizadas para obtener unos fasores de corriente y de tensión de secuencia negativa, y se utilizan los fasores de corriente y de tensión de secuencia negativa para determinar la existencia de una falta entre espiras.

Breve descripción Se proporciona un procedimiento para determinar faltas entre espiras en un motor de inducción. El procedimiento incluye determinar una tensión de secuencia negativa, determinar una corriente de secuencia negativa y una corriente de secuencia positiva, determinar una impedancia de secuencia negativa, determinar una impedancia de retroacoplamiento normalizada, en el cual la impedancia de retroacoplamiento normalizada comprende una impedancia diferencial positiva a negativa normalizada por la impedancia de secuencia negativa o la impedancia de secuencia positiva, y determinar si la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de una falta entre espiras.

Se proporciona un sistema para determinar faltas entre espiras en un motor de inducción que incluye un dispositivo, tal como un relé protector o un contador, acoplado al motor de inducción y configurado para determinar un tensión de secuencia negativa, una corriente de secuencia negativa, un tensión de secuencia positiva y una corriente de secuencia positiva, en el cual el dispositivo incluye una memoria. La memoria incluye instrucciones para determinar una impedancia de retroacoplamiento normalizada, en el cual la impedancia de retroacoplamiento normalizada comprende una impedancia diferencial positiva a negativa normalizada por una impedancia de secuencia negativa o una impedancia de secuencia positiva, y la determinación de la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de una falta entre espiras.

Dibujos Estos y otros aspectos, características, y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor tras la lectura de la siguiente descripción detallada, con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales los mismos caracteres representan las mismas partes a través de los dibujos, en los cuales:

La FIG. 1 es una ilustración esquemática en perspectiva de un motor de inducción de acuerdo con una realización de la presente invención;

La FIG. 2 es un diagrama de bloques de un sistema que incluye el motor de inducción de la FIG. 1 de acuerdo con una realización de la presente invención;

La FIG. 3 es un diagrama que ilustra las tensiones y corrientes del devanado principal de estator de un devanado general polifásico;

La FIG. 4 es un gráfico de la relación entre las faltas entre espiras con impedancia de secuencia negativa de acuerdo con una realización de la presente invención;

La FIG. 5 representa un proceso para determinar una falta entre espiras de estator en una realización de la presente invención; y

La FIG. 6 representa un proceso para responder ante una falta entre espiras de estator de acuerdo con una realización de la presente invención.

Descripción detallada La FIG. 1 es una ilustración esquemática en perspectiva de un motor 10 de inducción. La FIG. 1 se proporciona únicamente con fines ilustrativos, y la realización de la presente invención no está limitada a ningún motor de inducción específico, o a ninguna configuración del mismo. En el ejemplo ilustrado, el motor 10 incluye un conjunto 12 de rotor, que incluye un eje 14 del rotor que se extiende a través de un núcleo del rotor. El conjunto 12 de rotor, junto con el eje 14, puede girar dentro del conjunto 16 de estator. Unos conjuntos 18 de cojinetes que rodean el eje 14 del rotor pueden facilitar dicha rotación dentro del conjunto 16 de estator. El conjunto 16 de estator incluye una pluralidad de devanados 19 del estator que se extienden circunferencialmente alrededor del eje 14 del rotor, y axialmente a lo largo del mismo, a través del conjunto 16 de estator. Durante el funcionamiento, un campo magnético giratorio inducido en los devanados 19 del estator reacciona con la corriente inducida en el conjunto 12 de rotor para hacer girar el conjunto 12 de rotor, convirtiendo la energía eléctrica en energía mecánica entregada a través del eje 14. En algunas realizaciones, el motor 10 es un motor síncrono, y en otras realizaciones, el motor 10 es un motor asíncrono. Los motores síncronos giran exactamente a la frecuencia de la fuente multiplicada por el número de pares de polos, mientras que los motores asíncronos presentan una frecuencia más lenta caracterizada por la presencia de deslizamiento.

Los devanados 19 del estator pueden ser de cualquier material adecuado, tal como hilo de cobre, y pueden incluir aislamiento entre los devanados y otras partes del conjunto 16 de estator. Los devanados 19 pueden ser susceptibles a una degradación química, mecánica, o eléctrica que afecte al rendimiento del conjunto 16 de estator, lo que a su vez afectará al conjunto 12 de rotor y a la energía entregada por el motor. Los defectos de fabricación también pueden causar un bajo rendimiento de los devanados 19. Las faltas entre espiras de los devanados 19 pueden interferir con el flujo de la corriente y el campo magnético inducidos en el conjunto 16 de estator. Aunque el funcionamiento del motor 10 se explica con un sencillo diagrama, los ejemplos del motor 10 no están limitados a este diseño sencillo particular. También son aplicables otros diseños más complicados y pueden beneficiarse de las técnicas analizadas en detalle a continuación.

La FIG. 2 es un diagrama de bloques de un sistema 20 que incluye el motor 10 de inducción de la FIG. 1. El motor 10 de inducción puede estar acoplado a una fuente 21 de energía eléctrica trifásica, tal como una red eléctrica de CA u otra fuente de electricidad de CA. La electricidad de CA trifásica se suministra al motor 10, tal como indican las líneas 22. Para controlar y monitorizar el motor 10, un dispositivo 24, tal como un relé, un contador, o cualquier otro dispositivo adecuado, puede estar acoplado al motor 10. Debe observarse que el dispositivo 24 puede incluir componentes de ordenador, o ser un ordenador. Por ejemplo, tal como se representa en la FIG. 2, el dispositivo 24 incluye un procesador 26 y una memoria 28. La memoria 28 puede ser cualquier memoria volátil, memoria no volátil adecuadas, o una combinación de las mismas. La memoria 28 puede almacenar cualesquiera parámetros, algoritmos, u otros datos para controlar y monitorizar el motor 10, y permitir el acceso a estos datos mediante el procesador 26.

El dispositivo 24 puede monitorizar diversos parámetros del motor 10 de inducción. Por ejemplo, el dispositivo 24 puede estar acoplado... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para determinar faltas entre espiras en un motor (10) de inducción, que comprende:

determinar una tensión (Vn) de secuencia negativa y una tensión (Vp) de secuencia positiva;

determinar una corriente (In) de secuencia negativa y una corriente (Ip) de secuencia positiva;

determinar una impedancia (Znn) de secuencia negativa del motor (10) ; y que está caracterizado por,

determinar una impedancia de retroacoplamiento normalizada, en el cual la impedancia de retroacoplamiento normalizada es una impedancia diferencial (Znp) positiva a negativa normalizada por la impedancia (Znn) de secuencia negativa o una impedancia (Zpp) de secuencia positiva; y

determinar si la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de una falta entre espiras.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual determinar si la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de una falta entre espiras comprende comparar la impedancia de retroacoplamiento normalizada con un umbral.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, que comprende comparar la impedancia de retroacoplamiento normalizada con un primer umbral para indicar una falta entre espiras, con un segundo umbral para indicar dos faltas entre espiras, y con un tercer umbral para indicar tres faltas entre espiras.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende proveer una alarma si la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de una falta entre espiras.

5. El procedimiento de la reivindicación 3, que comprende proveer una alarma si la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de una falta entre espiras, una segunda alarma si la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de dos faltas entre espiras, y una tercera alarma si la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de tres faltas entre espiras.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual determinar la impedancia de retroacoplamiento normalizada (Znn) comprende determinar la impedancia (Znn) de secuencia negativa a partir de una pluralidad de parámetros del motor (10) de inducción.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el cual la pluralidad de parámetros comprende una potencia nominal en caballos del motor (10) de inducción, unos polos del motor (10) de inducción, y una tensión nominal del motor

(10) de inducción.

8. Un sistema para determinar faltas entre espiras en un motor (10) de inducción, que comprende:

un dispositivo (24) acoplado al motor (10) de inducción y configurado para determinar una tensión (Vn) de secuencia negativa y una tensión (Vp) de secuencia positiva, una corriente (In) de secuencia negativa y una corriente (Ip) de secuencia positiva, y una impedancia (Znn) de secuencia negativa del motor (10) ; comprendiendo el dispositivo una memoria (28) ;

caracterizado porque la memoria (28) comprende instrucciones para:

determinar una impedancia de retroacoplamiento normalizada, en el cual la impedancia de retroacoplamiento normalizada es una impedancia diferencial (Znp) positiva a negativa normalizada por la impedancia (Znn) de secuencia negativa o una impedancia (Zpp) de secuencia positiva; y

determinar si la impedancia de retroacoplamiento normalizada indica la presencia de una falta entre espiras.

9. El sistema de la reivindicación 8, en el cual dispositivo comprende un relé.

10. El sistema de la reivindicación 8, en el cual dispositivo comprende un contador.

11. El sistema de la reivindicación 8, en el cual la memoria (28) comprende instrucciones para determinar la impedancia (Znn) de secuencia negativa a partir de una pluralidad de parámetros del motor de inducción.