PL219709B1 - Sposób i układ do wykrywania uszkodzeń łożysk w silnikach indukcyjnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wykrywania uszkodzeń w silnikach indukcyjnych poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością dzięki zastosowaniu impedancji odniesienia.

Znany jest sposób i układ do wykrywania uszkodzeń w silnikach indukcyjnych oparty na analizie odkształceń prądu zasilającego silnik. W omawianym sposobie wyznacza się sygnał proporcjonalny do wartości chwilowej prądu zasilającego stojan badanego silnika. Sygnał ten d oprowadzany jest do urządzenia, w którym poddawany jest on obróbce informatycznej, w ramach której wyznacza się widmo częstotliwościowe prądu zasilającego silnik. Z uzyskanego widma wyodrębniane są następnie składowe o częstotliwościach charakterystycznych dla różnego typu uszkodzeń występujących w silnikach indukcyjnych. Opisany sposób wykorzystywany jest przede wszystkim do wykrywania uszkodzeń uzwojeń stojana oraz wirnika, prętów klatki wirnika oraz niecentryczności wału. W przypadku tego typu uszkodzeń zależności określające składowe częstotliwościowe w prądzie zasilającym silnik, informujące o uszkodzeniu są znane, a ich amplitudy w stosunku do amplitudy składowej podstawowej prądu stojana są stosunkowo duże. Opisany sposób jest natomiast mało skuteczny przy wykrywaniu uszkodzeń łożysk tocznych występujących w silnikach indukcyjnych gdyż amplitudy składowych charakterystycznych dla uszkodzeń łożysk są z reguły bardzo małe. Ponadto układ przeznaczony do wyznaczania częstotliwości charakterystycznych z prądu stojana wykorzystywany w tej metodzie charakteryzują się małą czułością gdyż zakres pomiarowy tego układu musi być dopasowany do wartości maksymalnej składowej podstawowej prądu zasilającego silnik. Rozwiązania tego typu mogą być efektywne jedynie w przypadku dużych uszkodzeń, powodujących powstanie składowych charakterystycznych dla uszkodzeń łożysk o stosunkowo wysokich amplitudach w odniesieniu do amplitudy składowej podstawowej prądu stojana. W przypadku początkowych faz rozwoju uszkodzeń amplitudy składowych charakterystycznych, wynikających z odkształceń prądu zasilającego maszynę są bardzo małe, zatem nie jest możliwa poprawna diagnoza stanu technicznego łożyska.

Znany jest również sposób i układ do wykrywania uszkodzeń łożysk w silnikach indukcyjnych poprzez analizę widmową mocy chwilowej zasilania silnika. W metodzie tej wytwarza się sygnały proporcjonalne do wartości chwilowych prądu i napięcia zasilających badany silnik. Sygnały te doprowadzone są do urządzenia, w którym poddawane są obróbce informatycznej, w ramach której wyznacza się przebieg mocy chwilowej pobieranej przez silnik oraz widmo częstotliwościowe tej mocy. Z uzyskanego widma wyodrębniane są następnie składowe o częstotliwościach charakterystycznych dla uszkodzeń łożysk tocznych w silnikach indukcyjnych. W opisanym rozwiązaniu amplitudy składowych charakterystycznych dla uszkodzeń łożysk, obecne w widmie mocy chwilowej są niewielkie w odniesieniu do składowej podstawowej. Mała czułość wykorzystywanych układów pomiarowych uniemożliwia poprawną detekcję i jednoznaczną identyfikację składowych charakterystycznych, obecnych w widmie mocy chwilowej. W konsekwencji dokonanie poprawnej oceny stanu technicznego łożysk jest bardzo utrudnione. Fakt ten oznacza również, iż znany i opisany sposób i układ pomiarowy nie znajdują zastosowania w przypadku diagnostyki w początkowej fazie uszkodzeń łożysk tocznych silników indukcyjnych.

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie wykrywania i identyfikacji uszkodzeń łożysk tocznych w silnikach indukcyjnych poprzez analizę widmową prądu stojana silnika i wyodrębnienie składowych charakterystycznych o małych amplitudach z dużą czułością dzięki zastosowaniu impedancji odniesienia.

Sposób wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością, w którym wyznacza się wartości chwilowe prądu zasilającego badany silnik oraz prądu przepływającego przez impedor o liniowej charakterystyce, a także wytwarza się sygnał proporcjonalny do różnicy wartości chwilowych prądów stojana i impedora oraz wyznacza się widmo częstotliwościowe tego sygnału różnicowego według wynalazku charakteryzuje się tym, że podczas badania silnik jest obciążony stałym momentem w wyniku czego reprezentuje on dla przepływającego przezeń prądu impedancję o określonym argumencie i module zaś tym samym napięciem co silnik zasilany jest impedor o nastawnym argumencie, który regulowany jest w taki sposób, aby dopasować fazowo przepływający przezeń prąd do prądu stojana badanego silnika. Po dopasowaniu fazowym obu prądów wyznaczana jest różnica ich wartości chwilowych z dużą czułością dobraną do wartości maksymalnej sygnału różnicowego. Dla różnicy prądów stojana i impedora wyznacza się następnie widmo częstotliwościowe, w którym składowe charakterystyczne wynikające z uszkodzeń w silniku mają amplitudy

PL 219 709 B1 o znacznych wartościach w stosunku do amplitudy sygnału różnicowego, dzięki czemu można jednoznacznie wykryć i zidentyfikować uszkodzenia występujące w badanym silniku.

Układ do wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością, zawierający liniowy impedor o regulowanym argumencie, układ różnicowy, układ pomiarowo-rejestracyjny oraz dwa przetworniki prądu, przy czym co najmniej jeden z nich z regulowanym wzmocnieniem według wynalazku charakteryzuje się tym, że z tego samego źródła zasilane są poprzez przetworniki prądu silnik badany oraz impedor o nastawnym argumencie, przy czym wyjścia przetworników prądu połączone są z dwoma wejściami układu różnicowego, zaś wyjście tego układu połączone jest z wejściem układu pomiarowo-rejestracyjnego, który dokonuje analizy sygnału różnicowego oraz poprzez wyjścia połączone z wejściami sterującymi impedora i przetwornika prądu impedora, reguluje wzmocnienie tego przetwornika oraz argument impedora.

Dzięki zastosowaniu w układzie według wynalazku impedora o regulowanym argumencie i liniowej charakterystyce można wytworzyć sygnał zgodny fazowo z prądem badanego silnika oraz o wartości proporcjonalnej do wartości prądu tego silnika, ale pozbawiony składowych charakterystycznych wynikających z uszkodzeń występujących w silniku. W różnicy wartości chwilowych wytworzonego prądu i prądu silnika poszukiwane składowe charakterystyczne mają znacznie większe amplitudy w stosunku do amplitudy składowej podstawowej sygnału różnicowego niż w prądzie zasilającym silnik dzięki czemu można jednoznacznie wykryć i zidentyfikować uszkodzenia występujące w badanym silniku.

Wynalazek jest szczegółowo opisany na przykładzie jego wykonania i zobrazowany na rysunku przedstawiającym uproszczony schemat blokowy układu pomiarowego.

Jak pokazano na rysunku, układ do wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością zawiera silnik badany M zasilany poprzez przetwornik prądu PI1 oraz impedor Z₀ o liniowej charakterystyce i nastawnym argumencie, zasilany tym samym napięciem co silnik, ale poprzez przetwornik prądu PI2 o regulowanym wzmocnieniu. Wyjścia sygnałowe przetworników prądów połączone są z wejściami układu różnicowego UR przy czym do wejścia „+” doprowadzony jest sygnał proporcjonalny do prądu silnika M zaś do wejścia „-” sygnał proporcjonalny do prądu impedora Z₀. Sygnał z wyjścia układu różnicowego UR doprowadzany jest do wejścia układu pomiarowo-rejestracyjnego UPR, którego wyjścia z kolei poprzez odpowiednie wejścia steruj ące regulują wzmocnienie przetwornika prądu PI2 oraz argument impedora Z₀.

Opisany w przykładzie wykonania układ działa następująco. W pierwszym etapie układ pomiarowo-rejestrujący UPR zapamiętuje przebieg sygnału na wyjściu układu różnicowego UR, który ma dwa wejścia. Do wejścia nieodwracającego „+” układu różnicowego jest przyłożony sygnał proporcjonalny do prądu stojana badanego silnika M. Do wejścia odwracającego układu różnicowego, jest podłączony sygnał proporcjonalny do prądu przepływającego przez liniowy impedor Z₀ o nastawianym argumencie, który jest podłączony równolegle do badanego silnika do tej samej fazy napięcia zasilającego, która wymusza przepływ mierzonego prądu silnika. Argument impedora Z₀ jest nastawiany przy pomocy wyjścia z układu pomiarowo-rejestrującego UPR i jest zmieniany do momentu, kiedy wartość skuteczna sygnału na wyjściu układu różnicowego UR, mierzona przez układ pomiarowo-rejestrujący UPR osiągnie minimum. Na tym etapie przetwornik PI2 prądu impedora Z₀ pracuje z małym wzmocnieniem zaś układ pomiarowo-rejestrujący UPR pracuje z małą czułością.

W kolejnym etapie zwiększa się wzmocnienie przetwornika PI2 prądu impedora i szuka się minimum wartości skutecznej sygnału na wyjściu układu różnicowego UR, mierzonego przez układ pomiarowo-rejestrujący. Po znalezieniu tego minimum zwiększa się czułość układu pomiaroworejestrującego UPR do takiej wartości, aby mierzony sygnału różnicowy nie przekroczył wartości dopuszczalnej.

Przy tak dobranych nastawach w układzie pomiarowo-rejestrującym UPR zostaje zarejestrowany sygnał różnicowy, dla którego jest następnie wyznaczane widmo częstotliwościowe zawierające składowe charakterystyczne wynikające z uszkodzeń w silniku badanym. Poszukiwane składowe charakterystyczne mają znaczne amplitudy w stosunku do amplitudy składowej podstawowej sygnału różnicowego dzięki czemu można jednoznacznie wykryć i zidentyfikować uszkodzenia występujące w badanym silniku.

Claims (2)

1. Sposób wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością, w którym wyznacza się wartości chwilowe prądu zasilającego badany silnik oraz prądu przepływającego przez impedor o liniowej charakterystyce, a także wytwarza się sygnał proporcjonalny do różnicy wartości chwilowych prądów stojana i impedora oraz wyznacza się widmo częstotliwościowe tego sygnału różnicowego, znamienny tym, że poprzez regulację argumentu impedora wytwarza się prąd zgodny fazowo z prądem stojana badanego silnika oraz o wartości proporcjonalnej do wartości prądu silnika lecz pozbawiony składowych charakterystycznych prądu silnika wynikających z uszkodzeń w silniku, a następnie wytwarza się sygnał różnicowy proporcjonalny do różnicy wartości prądów stojana i impedora, w którym to prądzie różnicowym wyodrębnia się składowe charakterystyczne wynikające z uszkodzeń w badanym silniku.

2. Układ do wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością, zawierający liniowy impedor, układ różnicowy, układ pomiarowo-rejestracyjny oraz dwa przetworniki prądu, znamienny tym, że silnik badany (M) zasilany jest poprzez przetwornik prądu (PI1) z tego samego źródła co poprzez przetwornik prądu (PI2) zasilany jest impedor (Z₀) o regulowanym argumencie, przy czym wyjścia sygnałowe przetworników prądu (PI1 i PI2) dołączone są do wejść układu różnicowego (UR), z którego wyjścia sygnał różnicowy dostarczany jest do wejścia układu pomiarowo-rejestracyjnego (UPR) wyposażonego w wyjścia połączone z wejściami sterującymi impedora (Z₀) oraz przetwornika prądu (PI2).