Detección de una cuña de ranura de estator que falta o ausente en una máquina eléctrica.

Un método para detectar una cuña (10) de ranura de estator que falta o está ausente en una máquina eléctrica,

comprendiendo el método las operaciones de:

- medir una primera corriente procedente de una primera máquina;

- proporcionar un espectro de primera corriente a partir de la medición de la primera corriente, alcanzando el espectro de la primera corriente un área de alta frecuencia superior a dos veces la frecuencia principal; y

- utilizar valores del espectro de la primera corriente en el área de alta frecuencia para determinar si una cuña (10) de ranura de estator falta o no.

Detección de una cuña de ranura de estator que falta o ausente en una máquina eléctrica

CAMPO TÉCNICO

El presente invento se refiere a la vigilancia del estado de una máquina eléctrica. Un espectro corriente de la máquina es analizado con el fin de determinar si falta o no una cuña de ranura de estator.

TÉCNICA ANTECEDENTE

Con referencia a la fig. 1, una cuña 10 de ranura de estator es un elemento que sujeta una bobina 20 de estator en su sitio en una ranura 30 de estator de una máquina eléctrica. Un lado de la cuña 10 de ranura de estator está enfrentada a la bobina 20 del estator mientras el lado opuesto está enfrentado a un espacio de aire entre el estator 40 y un rotor. Las cuñas de ranura del estator magnéticas son utilizadas corrientemente ya que ofrecen varios beneficios comparadas con las no magnéticas. Tales beneficios son: pérdidas de núcleo reducidas y por tanto elevación de temperatura reducida, corriente de magnetización inferior y por tanto factor de potencia mejorado, corriente de entrada reducida, motor más eficiente. Un material típico de cuña de ranura de estator magnética puede comprender un 75% de polvo de hierro, 7% de fibra de vidrio y un 18% de resina epoxi.

Sin embargo, las cuñas de ranura de estator magnéticas son más frágiles que las no magnéticas, debido al elevado porcentaje de polvo de hierro. Es sabido que las cuñas de ranura de estator magnéticas tienen tendencia a aflojarse y caerse de las ranuras del estator. Esto es causado por fuerzas magnéticas que actúan en el espacio de aire y que producen vibraciones. Las cuñas de ranura del estator están bajo fuerzas variables consistentes, y si no están fuertemente asentadas en las ranuras del estator comienzan a moverse y desgastarse en sus bordes para aflojarse en último término lo suficiente como para que sean extraídas de las ranuras o se rompan.

Una cuña de ranura de estator que falta puede causar un fallo del arrollamiento del rotor o del estator (un fallo catastrófico para la máquina) , y por ello es importante detectar una cuña de ranura de estator que falta en una etapa temprana. Un procedimiento convencional para detectar una cuña de ranura de estator que falta es abrir la máquina y mediante inspección visual buscar restos en el estator. Esta metodología es costosa ya que la máquina debe ser desarmada. Por ello existe la necesidad de mejorar los métodos de vigilancia de estado existentes para máquinas eléctricas.

Davis, M., quot;Problemas y Soluciones con Cuñas de Estator Magnéticasquot;, Iris Rotating Machine Conf., San Antonio, Tejas, Junio de 2007, págs. 1-5 describe la ausencia de una cuña de ranura de estator basándose en el análisis de espectro de corriente.

RESUMEN DEL INVENTO

Un objeto del invento es proporcionar un método para detectar una cuña de ranura de estator que falta en una máquina eléctrica sin necesidad de abrir la máquina.

Este objeto es conseguido mediante el método de acuerdo con la reivindicación 1 adjunta.

El invento está basado en la realización de que las cuñas de ranura de estator que faltan causan alteración en el espectro de corriente de máquina en un área de alta frecuencia, y que esta quot;firmaquot; puede ser utilizada como un indicador del estado de las cuñas de ranura de estator.

De acuerdo con un primer aspecto del invento, se ha proporcionado un método para detectar una cuña de ranura de estator que falta en una máquina eléctrica, comprendiendo el método las operaciones de: medir una primera corriente procedente de una primera máquina; proporcionar un espectro de primera corriente a partir de la medición de la primera corriente, alcanzando el espectro de la primera corriente un área de alta frecuencia superior dos veces a la frecuencia principal; y utilizar valores del espectro de la primera corriente en el área de alta frecuencia para determinar si una cuña de ranura de estator falta o no. Mediante esta medida puede detectarse una cuña de ranura de estator que falta en una máquina eléctrica sin necesidad de abrir la máquina.

De acuerdo con una realización del invento el espectro de la primera corriente alcanza un área de alta frecuencia superior a diez veces, tal como veinte, treinta, cuarenta o cincuenta veces la frecuencia principal. Una desviación entre los espectros de corriente de una máquina en buen estado y de una máquina a la que le faltan cuñas de ranura de estator es particularmente evidente a ciertas frecuencias más elevadas. Es por ello ventajoso observar el espectro de corriente en esta rango de frecuencia más elevada para determinar si falta o no una cuña de ranura de estator.

De acuerdo con una realización del invento, la primera máquina es una máquina de inducción y el espectro de la primera corriente alcanza un área de alta frecuencia definida por la ecuación:

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F ( Rr p fs%∀

en la que Rr es un número de ranuras de rotor, s es un deslizamiento del motor, p es un número de pares de polos por fase, y fs es una frecuencia de alimentación. Simulaciones muestran que en el caso de máquinas de inducción la desviación entre espectros de corriente de una máquina en buen estado y de una máquina a la que le faltan cuñas de ranura de estator es particularmente evidente alrededor del área de frecuencia definida por la ecuación dada.

De acuerdo con una realización del invento, el método comprende además la operación de detectar si una amplitud del espectro de la primera corriente excede o se encuentra por debajo de un valor de umbral en el área de alta frecuencia para determinar si una cuña de ranura de estator falta o no. Definiendo valores de umbral dentro de los cuales se ha concluido que la máquina está en buen estado, una única medición de corriente basta para determinar si falta o no una cuña de ranura de estator.

De acuerdo con una realización del invento, el método comprende además la operación de detectar si una amplitud de un armónico en el área de alta frecuencia del espectro de la primera corriente excede o se encuentra por debajo de un valor de umbral para determinar si una cuña de ranura de estator falta o no.

Simulaciones muestran que la desviación entre el espectro de corriente de una máquina en buen estado y de una máquina a la que le faltan cuñas de ranura de estator es particularmente evidente en ciertos armónicos. Es por ello ventajoso observar la amplitud de estos ciertos armónicos para determinar si falta o no una cuña de ranura de estator.

De acuerdo con una realización del invento, el armónico que ha de ser observado es uno de los armónicos definidos por la ecuación:

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p

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en la que Rr es un número de ranuras de rotor, s es un deslizamiento del motor, p es un número de pares de polos por fase, y fs es una frecuencia de alimentación, y m es un número entero 0, 1, 2 ó 3. Simulaciones muestran que en el caso de máquinas de inducción la desviación entre espectros de corriente de una máquina en buen estado y de una máquina a la que le faltan cuñas de ranura de estator es particularmente evidente en los armónicos definidos por la ecuación dada.

De acuerdo con una realización del invento, el método comprende además la operación de detectar si un cierto armónico está presente para determinar si falta o no una cuña de ranura de estator. Simulaciones muestran que en ciertos casos una cuña de ranura de estator que falta hace que aparezca un nuevo armónico. En esos casos basta con detectar una presencia de tal armónico para determinar si falta o no una cuña de ranura de estator.

De acuerdo con una realización del invento, el método comprende además las operaciones de: medir una corriente de referencia procedente de una máquina de referencia; proporcionar un espectro de corriente de referencia a partir de la medición de la corriente de referencia; comparar el espectro de la primera corriente con el espectro de la corriente de referencia para determinar si una cuña de ranura de estator falta o no. Se obtiene información fiable acerca de la presencia de las cuñas de ranura de estator cuando el espectro de corriente de la máquina en la que se tiene interés es comparado con un espectro de corriente de una máquina de referencia.

De acuerdo con una realización del invento, el método comprende además la operación de detectar si el espectro de la primera corriente se desvía del espectro de la corriente de referencia por un cierto valor de umbral para determinar si una cuña de ranura de estator falta o no. Un valor de umbral es un criterio simple para concluir que falta una cuña de ranura de... [Seguir leyendo]

1. Un método para detectar una cuña (10) de ranura de estator que falta o está ausente en una máquina eléctrica, comprendiendo el método las operaciones de:

-medir una primera corriente procedente de una primera máquina;

- proporcionar un espectro de primera corriente a partir de la medición de la primera corriente, alcanzando el espectro de la primera corriente un área de alta frecuencia superior a dos veces la frecuencia principal; y

-utilizar valores del espectro de la primera corriente en el área de alta frecuencia para determinar si una cuña (10) de ranura de estator falta o no.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que el espectro de la primera corriente alcanza un área de alta frecuencia 10 superior a diez veces, tal como veinte, treinta, cuarenta o cincuenta veces la frecuencia principal.

3. Un método según la reivindicación 1, en el que la primera máquina es una máquina de inducción y el espectro de la primera corriente alcanza un área de alta frecuencia definida por la ecuación:

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s

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F

(

Rr

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f

p

s en la que Rr es un número de ranuras de rotor, s es un deslizamiento del motor, p es un número de pares de polos por 15 fase, y fs es una frecuencia de alimentación.

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el método comprende además la operación de:

-detectar si una amplitud del espectro de la primera corriente excede o se encuentra por debajo de un valor de umbral en el área de alta frecuencia para determinar si una cuña (10) de ranura de estator falta o no.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el método comprende además la operación de:

-detectar si una amplitud de un armónico en el área de alta frecuencia del espectro de la primera corriente excede o se encuentra por debajo de un valor de umbral en el área de alta frecuencia para determinar si una cuña (10) de ranura de estator falta o no.

6. Un método según la reivindicación 5, en el que el armónico es uno de los armónicos definidos por la ecuación:

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∋

s

# ∀

F

(

R

r

f

s

)

2mf

s

p

en la que Rr es un número de ranuras de rotor, s es un deslizamiento del motor, p es un número de pares de polos por fase, y fs es una frecuencia de alimentación, y m es un número entero 0, 1, 2 ó 3.

7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el método comprende además la 30 operación de:

-detectar si un cierto armónico está presente para determinar si una cuña (10) de ranura de estator falta o no.

8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el método comprende además las operaciones de:

-medir una corriente de referencia procedente de una máquina de referencia.

35. proporcionar un espectro de corriente de referencia a partir de la medición de la corriente de referencia;

-comparar el espectro de la primera corriente con el espectro de la corriente de referencia para determinar si una cuña

(10) de ranura de estator falta o no. 9. Un método según la reivindicación 8, en el que el método comprende además la operación de:

-detectar si el espectro de la primera corriente se desvía del espectro de la corriente de referencia en un cierto valor de 40 umbral para determinar si una cuña (10) de ranura de estator falta o no.

10. Un método según la reivindicación 9, en el que la máquina de referencia corresponde a la primera máquina, y el estado de las cuñas (10) de ranura del estator en la máquina de referencia es bien conocido. 6

11. Un método según la reivindicación 10, en el que las cuñas (10) de la ranura de estator en la máquina de referencia están completas.

12. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el método comprende además las operaciones de:

-medir una segunda corriente procedente de la primera máquina, representando la segunda corriente una fase eléctrica diferente que la primera corriente;

-proporcionar un espectro de segunda corriente a partir de la medición de la segunda corriente;

-comparar el espectro de la primera corriente con el espectro de la segunda corriente para determinar si una cuña (10) de ranura de estator falta o no.

1.

13. Un método según la reivindicación 12, en el que el método comprende además la operación de:

-detectar si el espectro de la primera corriente se desvía del espectro de la segunda corriente en un cierto valor de umbral para determinar si una cuña (10) de ranura de estator falta o no.

14. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la primera corriente es una corriente de derivación.

1.

15. Un método según la reivindicación 14, en el que el método comprende además la operación de:

-detectar si un armónico de acuerdo con la siguiente ecuación está presente para determinar si una cuña (10) de ranura de estator falta o no:

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F (R f ∋ 2f ,

r ss

p

% ∀

en la que Rr es un número de ranuras de rotor, s es un deslizamiento del motor, p es un número de pares de polos por 20 fase, y fs es una frecuencia de alimentación.