Un método para el diagnóstico de un sistema electromecánico basado en análisis de impedancia.

Un método para supervisar el estado de un sistema electromecánico en el que se usa una maquinaria rotatoria eléctrica,

que comprende las etapas de:

- medir por lo menos dos intensidades de fase y dos tensiones de fase para las mismas fases respectivas que alimentan a la máquina rotatoria,

- procesar los valores medidos usando un dispositivo de procesamiento informático que está adaptado para transformar los valores medidos del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia, creando unas señales de espectro de tensión V1F, V2F, V3F, ... , VnF y unas señales de espectro de intensidad I1F, I2F, I3F, ... , InF,

- procesar las señales de espectro de intensidad I1F, I2F, I3F, ... , InF para obtener los espectros de intensidad invertidos I1F, inv, I2F, inv, I3F, inv, ... , InF, inv,

- procesar los espectros de intensidad invertidos I1F, inv, I2F, inv, I3F, inv, ... , InF, inv para obtener las señales de espectro de impedancia Y1F, Y2F, Y3F, ... , YnF de la máquina rotatoria, caracterizado por

- extraer un vector de amplitudes a unas frecuencias de interés a partir de las señales de espectro de impedancia que son necesarias para diagnosticar el sistema electromecánico,

- calcular el valor máximo de la diferencia entre las amplitudes a unas frecuencias de interés que se extraen a partir de las señales de espectro de impedancia,

- comparar el valor máximo de la diferencia entre las amplitudes a unas frecuencias de interés que se extraen a partir de las señales de espectro de impedancia con un umbral que se da como un límite,

- indicar una alarma al usuario cuando se supera el límite.

Un método para el diagnóstico de un sistema electromecánico basado en análisis de impedancia La presente invención se refiere a un método para diagnosticar el estado de sistemas electromecánicos en los que se usa una maquinaria rotatoria eléctrica sobre la base de un análisis de impedancia que se estima a partir de la intensidad y la tensión, que se miden durante una operación del sistema electromecánico. El método puede ser especialmente útil en la supervisión del estado de motores eléctricos y generadores.

Antecedentes de la invención

Las mejoras de diseño en curso están conduciendo a una fiabilidad y a una robustez crecientes y, lo más importante, a una mayor eficiencia de la maquinaria rotatoria eléctrica. Junto con las mejoras en los métodos de control de estas máquinas, estos cambios de diseño han conducido al uso creciente de los motores eléctricos y los generadores en la maquinaria rotatoria. En paralelo con la creciente relevancia de la maquinaria rotatoria eléctrica, ha ido el desarrollo de unos enfoques más considerados de supervisión del estado de motores y generadores. Por lo general, la ausencia de defectos de estas máquinas se ha evaluado sobre la base de temperaturas y vibraciones medidas.

Recientemente, el análisis de las intensidades de devanado de estátor, que se miden por lo general a partir de los cables de alimentación que conectan las máquinas rotatorias eléctricas a la fuente de alimentación, se ha desarrollado al reconocerlo como un método para identificar el estado de máquinas eléctricas, así como algunos otros componentes determinados que forman parte de la línea del eje. El análisis espectral de estas intensidades de devanado de estátor medidas, que se conoce más habitualmente como análisis de firma de intensidad de motor (MCSA, Motor Current Signature Analysis) , representa un método ampliamente adoptado de análisis de la ausencia de defectos de la maquinaria rotatoria eléctrica usando unas señales que se miden a partir de los cables de alimentación. Los defectos en la máquina eléctrica dan como resultado unas variaciones en la carga así como unas variaciones en el tamaño del entrehierro entre el rotor y el estátor. Ambas de estas variaciones sirven para modular las grandes intensidades de suministro de alimentación de corriente alterna (CA) , lo que da como resultado que unas bandas laterales de la frecuencia de suministro sean visibles en el espectro de frecuencia de la intensidad. Los modos de defecto específicos pueden estar relacionados con unas frecuencias específicas en el espectro de intensidad; por lo tanto, es posible identificar el tipo y la gravedad de un defecto en una máquina eléctrica.

Existen diversas ventajas del MCSA. Además de ser comparativamente económico de implementar, existen unas ventajas inherentes que están asociadas a la medición directa de señales a partir de los cables de alimentación que conectan las máquinas rotatorias eléctricas a la fuente de alimentación. En primer lugar, los sensores de intensidad y de tensión pueden considerarse como no invasivos, debido a que la máquina rotatoria eléctrica forma parte del sistema electromecánico. En segundo lugar, los efectos de trayectoria de transmisión que están asociados con la ubicación del transductor en relación con un defecto son menos graves.

A pesar de que el MCSA representa una herramienta potente, este no está exento de limitaciones. Una suposición que a menudo no se desvela en este análisis es que las tensiones de fase que se suministran a la máquina eléctrica son unas sinusoides idealizadas que no se ven influenciadas por el estado de la máquina. En realidad, es probable que las fuerzas electromagnéticas (EMF, electromagnetic force) contrarias que se generan en una máquina difieran entre máquinas defectuosas y sin defectos y, por lo tanto, es probable que las tensiones que se miden en los 45 terminales de motor incluyan unas ciertas firmas dinámicas que pueden examinarse en busca de una información de diagnóstico. A pesar de que es cierto que, en el caso de una máquina con suministro en línea directo, las firmas dinámicas en las señales de intensidad se disciernen mucho más fácilmente que las firmas equivalentes en la tensión, también es cierto que al despreciar las mediciones de tensión, también se desprecia una cierta información relevante para una supervisión del estado. Esta situación es particularmente relevante en el caso de máquinas eléctricas que se alimentan mediante una unidad de accionamiento, en la que las acciones del controlador pueden actuar para transferir información de las señales de intensidad a la tensión que se suministra a la máquina. Por lo tanto, los métodos que combinan tanto intensidades como tensiones que se miden a partir de los cables de alimentación que conectan las máquinas rotatorias eléctricas a la fuente de alimentación pueden asegurar que no se ignora información de diagnóstico potencialmente útil alguna. Un ejemplo de un método de este tipo es el análisis de 55 los pares de fuerzas electromagnéticos que se estiman sobre la base de las intensidades y las tensiones medidas. No obstante, los métodos de estimación del par de fuerzas de una máquina requieren unas estimadas precisas de valores de parámetro de máquina tales como la resistencia de estátor. Tales valores no son siempre fáciles de obtener y su estimación precisa es no trivial.

Las intensidades y las tensiones medidas pueden combinarse para obtener la admitancia o impedancia de la máquina eléctrica, la cual, a su vez, puede analizarse para identificar la ausencia de defectos de la máquina. La descripción de la patente de EE. UU. US2007/0282548A, describe un método para determinar estados de un sistema mecánico que se acciona mediante un motor, mediante la supervisión de una admitancia o impedancia en una entrada al motor a lo largo de un periodo de tiempo. La admitancia o impedancia se calcula usando unas 65 mediciones de intensidad y de tensión. La variación en la admitancia o en la impedancia está asociada con estados conocidos, incluyendo defectos. Mientras que la descripción de la patente de EE. UU. US2007/0282548A describe

un método de obtener y analizar la admitancia o impedancia de una única fase de suministro, a menudo es el caso que puede obtenerse una cantidad más grande de información de diagnóstico mediante la comparación de las diferencias entre las fases independientes de una máquina eléctrica rotatoria polifásica. Un ejemplo de cuándo este enfoque puede demostrar ser una limitación es en el caso del diagnóstico de una excentricidad estática en una 5 máquina eléctrica trifásica. En esta situación, a pesar de que determinadas características de la impedancia que se estima a partir de las intensidades y las tensiones que se miden a partir de dos de las tres fases diferirán de las estimadas de impedancia equivalentes a partir de una máquina sin defectos, en la tercera fase la diferencia entre la impedancia que se estima en el caso sin defectos y en el caso con una excentricidad estática puede ser despreciable. Como resultado, existe un riesgo de que los enfoques de supervisión basados en la impedancia que se estima a partir de las intensidades y las tensiones que se miden a partir de solo una fase de una máquina eléctrica no sean sensibles a determinados defectos que se desarrollen, con el potencial para muchas alarmas pasadas por alto.

Sumario de la invención

En contraposición a descartar la información disponible en los terminales de motor, la invención combina la información a partir de las señales tanto de tensión como de intensidad que pueden medirse en los terminales de motor. En concreto, las mediciones de tensión y de intensidad a partir de dos o más fases de una máquina eléctrica polifásica se combinan para estimar la impedancia de la máquina, siendo la impedancia la resistencia al flujo de intensidad que muestra un circuito cuando se aplica una tensión al mismo. La invención presentada tiene muchas ventajas frente a los métodos de supervisión de estado existentes que están relacionados con un análisis de impedancia o admitancia que se conocen en el estado de la técnica. Principalmente, mediante la comparación de la impedancia que se estima a partir de cada fase de una máquina eléctrica rotatoria polifásica, la invención reduce de forma significativa la probabilidad de alarmas pasadas por alto.

Un método de acuerdo con la invención comprende las etapas de:

â?¢ medir por lo menos dos intensidades de fase y dos tensiones de fase para las mismas fases respectivas que alimentan a la máquina rotatoria, â?¢ procesar los valores medidos usando un dispositivo de procesamiento informático que está adaptado para transformar... [Seguir leyendo]

1. Un método para supervisar el estado de un sistema electromecánico en el que se usa una maquinaria rotatoria eléctrica, que comprende las etapas de:

- medir por lo menos dos intensidades de fase y dos tensiones de fase para las mismas fases respectivas que alimentan a la máquina rotatoria, -procesar los valores medidos usando un dispositivo de procesamiento informático que está adaptado para transformar los valores medidos del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia, creando unas señales de espectro de tensión V1F, V2F, V3F, ... , VnF y unas señales de espectro de intensidad I1F, I2F, I3F, ... , InF, -procesar las señales de espectro de intensidad I1F, I2F, I3F, ... , InF para obtener los espectros de intensidad invertidos I1F, inv, I2F, inv, I3F, inv, ... , InF, inv, -procesar los espectros de intensidad invertidos I1F, inv, I2F, inv, I3F, inv, ... , InF, inv para obtener las señales de espectro de impedancia Y1F, Y2F, Y3F, ... , YnF de la máquina rotatoria, caracterizado por -extraer un vector de amplitudes a unas frecuencias de interés a partir de las señales de espectro de impedancia que son necesarias para diagnosticar el sistema electromecánico, -calcular el valor máximo de la diferencia entre las amplitudes a unas frecuencias de interés que se extraen a partir de las señales de espectro de impedancia, -comparar el valor máximo de la diferencia entre las amplitudes a unas frecuencias de interés que se extraen a partir de las señales de espectro de impedancia con un umbral que se da como un límite, -indicar una alarma al usuario cuando se supera el límite.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el vector de amplitudes a una frecuencia de interés es un tercer armónico de la frecuencia de suministro. 25

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que el vector de amplitudes a una frecuencia de interés indica la presencia de una excentricidad en el sistema electromecánico.

4. Un sistema para supervisar el estado de un sistema electromecánico en el que se usa una maquinaria rotatoria

eléctrica (3) , que comprende unos medios para medir por lo menos dos intensidades de fase y dos tensiones de fase para las mismas fases respectivas que alimentan a la máquina rotatoria, unos medios para procesar los valores medidos y para crear unas señales de espectro de impedancia Y1F, Y2F, Y3F, ... , YnF de la máquina rotatoria, unos medios para extraer unos datos de interés a partir de las señales de espectro de impedancia, unos medios para indicar una alarma al usuario, caracterizado por que tiene unos medios para calcular el valor máximo de la diferencia entre las amplitudes a unas frecuencias de interés que se extraen a partir de las señales de espectro de impedancia y para comparar el valor máximo de la diferencia entre las amplitudes a unas frecuencias de interés que se extraen a partir de las señales de espectro de impedancia con un umbral que se da como un límite.

5. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 1 -3 caracterizado por que la maquinaria rotatoria (3) en el 40 sistema electromecánico es un motor o un generador.

6. Un producto de programa informático para el método para supervisar el estado de un sistema electromecánico en el que se usa una maquinaria rotatoria eléctrica (3) , pudiéndose dicho producto de programa informático cargarse y ejecutarse en el dispositivo informático de medición (4) , caracterizado por que durante una ejecución de programa 45 este ejecuta el método de acuerdo con las reivindicaciones 1 -3 y 5.