PL223547B1 - Sposób i układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego, zwłaszcza jego łożysk - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego, zwłaszcza jego łożysk.

W trakcie eksploatacji silniki indukcyjne ulegają różnego rodzajom uszkodzeniom, w szczególności takim jak przerwy i zwarcia w uzwojeniach stojana i wirnika, uszkodzenia łożysk, uszkodzenia mechaniczne obwodów magnetycznych stojana i wirnika.

Jednym z sygnałów pojawiających się uszkodzeń jest to, że następuje odkształcanie prądu zasilającego silniki indukcyjne. Mierząc chwilowe wartości tego prądu i poddając uzyskany przebieg analizie widmowej otrzymuje się szereg składowych, które mogą zastać przypisane określonym typom uszkodzeń.

W przypadku uszkodzeń takich elementów jak uzwojenia stojana i wirnika amplitudy składowe widma, związane z tymi uszkodzeniami, mają dużą wartość w stosunku do amplitudy podstawowej.

Natomiast w przypadku uszkodzeń łożyska silnika indukcyjnego, amplitudy składowych są bardzo małe w stosunku do amplitudy podstawowej. Pomiary małych składowych, przy dużej, wymaganej dynamice pomiarów, stwarzają duże trudności.

Znane i stosowane są sposoby diagnostyki silnika indukcyjnego, wykorzystujące pomiar i analizę widmową prądu zasilającego. Sposoby te polegają na pomiarze prędkości kątowej silnika i częstotliwości napięcia sieci zasilającej, za pomocą dodatkowych urządzeń pomiarowych, a następnie na obliczeniu na tej podstawie częstotliwości charakterystycznych dla określonych uszkodzeń łożyska. Znany jest również czasowo-częstotliwościowy sposób do detekcji uszkodzeń łożyska w silnikach. Według tego sposobu pobierana jest próbka czasowa krzywej prądu, którą następnie poddaje się analizie czasowo-częstotliwościowej, dla różnych stanów pracy maszyny.

Znane czasowo-częstotliwościowe sposoby detekcji składają się z czterech etapów postępowania: procesu wstępnego, nauki, testu i procesu końcowego. W znanej procedurze postępowania, na etapie wstępnym, analogowy sygnał proporcjonalny do prądu silnika przechodzi przez filtr antyaliasi ngowy i dalej jest przekształcony do postaci cyfrowej. Na etapie nauki wyznacza się przedziały możliwych wartości wokół składowych o częstotliwościach uszkodzeniowych i tworzy wektor z tych przedziałów. Utworzone wektory są dalej grupowane wzdłuż osi czasu w przestrzeni czasowo-częstotliwościowej. Jednolite obszary uzyskane z grupowania są definiowane jako normalne tryby pracy maszyny bez uszkodzeń. Następnie dane uczące należące do każdego normalnego trybu pracy są statystycznie analizowane i na ich podstawie następuje określenie składowych repreze ntatywnych dla uszkodzeń i ich wartości progowych. Składowe i ich wartości progowe są zapamiętywane jako parametry odniesienia. Na etapie testu pobierane są czasowo-częstotliwościowe widma prądu testowanego silnika oraz następuje detekcja i pomiar parametrów istotnych dla stanu uszkodzenia. W sposobie tym, identyfikacja uszkodzenia silnika określana jest w przypadku, gdy któryś z pomierzonych, w etapie testu, parametrów jest większy niż parametr odniesienia. Podczas procesu końcowego testowanie powtarzane jest wielokrotnie w celu zwiększenia precyzji decyzji końcowej.

Znana i stosowana analiza widm czasowo-częstotliwościowych wymaga rozległego etapu nauki wykorzystywanego na późniejszych etapach. Dane dotyczące parametrów maszyny w różnych stanach jej pracy są inne dla każdej maszyny, co powoduje, że badanie diagnostyczne łożysk maszyny jest możliwe, jeśli uprzednio stworzono dla danej maszyny bazę parametrów odniesienia przy nieus zkodzonych łożyskach. W eksploatacji znacznie zawęża to zakres stosowalności metody. Określenie składowych odpowiedzialnych za uszkodzenia wymaga wykonania wielokrotnych pomiarów, a potrzeba ich wykonania wynika z braku systemu pomiarowego, zdolnego do wykonania wiarygodnych pomiarów wartości chwilowych prądu zasilającego.

Sposób badania diagnostycznego silnika indukcyjnego, zwłaszcza jego łożysk polegający na pomiarze prądu zasilającego, który uzyskuje się ze źródła zasilania zainstalowanego w układzie pomiaru prądu charakteryzuje się według wynalazku tym, że prąd zasilający silnik indukcyjny przekształca się na napięcie przy pomocy rezystora pomiarowego o wartości rezystancji wynoszącej od 1 μΩ do 10 Ω. Napięcie na rezystorze pomiarowym izoluje się galwanicznie poprzez transformator o przekładni napięciowej wynoszącej od 0,001 do 10000. Napięcie na wyjściu transformatora wzmacnia się przy pomocy wzmacniacza napięciowego o rezystancji wejściowej wynoszącej od 0,1 Ω do 500 GΩ i wzmocnieniu napięciowym wynoszącym od -100 dBu do +100 dBu, a następnie wzmocnione napięcie przekształca się na postać cyfrową przez przetwornik analogowo-cyfrowy i analizuje w maszynie cyfrowej.

PL 223 547 B1

Układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego, zwłaszcza jego łożysk charakteryzuje się według wynalazku tym, że układ do pomiaru prądu składa się z rezystora pomiarowego połączonego z transformatorem, który z kolei połączony jest ze wzmacniaczem napięciowym zawierającym re2ystancję wejściową i wzmocnienie napięciowe.

Układ według wynalazku charakteryzuje się niskimi szumami własnymi, umożliwiając w ten sposób wierne przetworzenie sygnału prądu i przeprowadzenie odpowiedniej diagnostyki uszkodzeń silnika indukcyjnego. Sposób według wynalazku umożliwia sprawne i ścisłe wykrycie uszkodzeń siln ika indukcyjnego, a zwłaszcza jego łożysk.

Wynalazek jest opisany w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym przedstawiono schemat układu do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego.

P r z y k ł a d

Układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego składa się ze źródła zasilania ZAS, układu do pomiaru prądu UP, przetwornika analogowo-cyfrowego AC i maszyny cyfrowej MC. Układ do pomiaru prądu UP składa się z rezystora pomiarowego RB połączonego z transformatorem TR. Transformator TR połączony jest ze wzmacniaczem napięciowym WZN zawierającym rezystancję wejściową R|_N i wzmocnienie napięciowe K_u.

Diagnozowany silnik indukcyjny M przyłącza się do źródła zasilania ZAS. Prąd zasilający diagnozowany silnik indukcyjny M przekształca się na napięcie przy pomocy rezystora pomiarowego RB o regulowanej skokowo wartości rezystancji wynoszącej 1 mQ, 10 mQ i 100 mQ. Napięcie na rezystorze pomiarowym RB izoluje się galwanicznie poprzez transformator TR o przekładni napięciowej w ynoszącej 20. Napięcie na wyjściu transformatora TR wzmacnia się przy pomocy wzmacniacza napięciowego WZN o rezystancji wejściowej R_IN wynoszącej 1 GQ i wzmocnieniu napięciowym K_u wynoszącym 40 dBu. Następnie wzmocnione napięcie przekształca się na postać cyfrową przez przetwornik analogowo-cyfrowy AC i analizuje w maszynie cyfrowej MC.

Pomiar wykazał, że układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego posiada szumy własne o wartości -120 dBu. Dzięki tak niskim szumom własnym układu, w widmie pomierzonego sygnału prądu zasilającego silnik indukcyjny M zaobserwowano składowe o bardzo małych amplitudach, związane z jego uszkodzeniami. Analiza tych składowych w maszynie cyfrowej MC wykazała uszkodzenie łożyska silnika indukcyjnego M, co zostało potwierdzone po rozebraniu silnika indukcyjnego M na części.

Claims (2)

1. Sposób badania diagnostycznego silnika indukcyjnego, zwłaszcza jego łożysk polegający na pomiarze prądu zasilającego który uzyskuje się ze źródła zasilania (ZAS) zainstalowanego w układzie pomiaru prądu (UP), a który przetwarza się przy pomocy przetwornika analogowo-cyfrowego (AC) i analizuje się w maszynie cyfrowej (MC), znamienny tym, że prąd zasilający silnik indukcyjny (M) przekształca się na napięcie przy pomocy rezystora pomiarowego (RB) o wartości rezystancji wyn oszącej od 1 μΩ do 10Ω, przy czym napięcie na rezystorze pomiarowym (RB) izoluje się galwanicznie poprzez transformator (TR) o przekładni napięciowej wynoszącej od 0,001 do 10000, po czym napięcie na wyjściu transformatora (TR) wzmacnia się przy pomocy wzmacniacza napięciowego (WZN) o rezystancji wejściowej (R_IN) wynoszącej od 0,1 Ω do 500 GΩ i wzmocnieniu napięciowym (K_u) wynoszącym od -100 dBu do +100 dBu, a następnie wzmocnione napięcie przekształca się na postać cyfrową przez przetwornik analogowo cyfrowy (AC) i analizuje w maszynie cyfrowej (MC).

2. Układ do badań diagnostycznych silnika indukcyjnego, zwłaszcza jego łożysk składający się ze źródła zasilania (ZAS), układu do pomiaru prądu (UP), przetwornika analogowo-cyfrowego (AC) i maszyny cyfrowej (MC), znamienny tym, że układ do pomiaru prądu (UP) składa się z rezystora pomiarowego (RB) połączonego z transformatorem (TR), który z kolei połączony jest ze wzmacniaczem napięciowym (WZN) zawierającym rezystancję wejściową (RIN) i wzmocnienie napięciowe (Ku).