PL228213B1 - Sposób i układ do wykrywania uszkodzen w silniku indukcyjnym zwłaszcza łozysk - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym zwłaszcza łożysk poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością dzięki zastosowaniu źródła prądowego o regulowanej częstotliwości, amplitudzie i przesunięciu fazowym.

Do tej pory określony został sposób i układ do wykrywania uszkodzeń w silnikach indukcyjnych oparty na analizie odkształceń prądu zasilającego silnik. W opisywanym sposobie wyznacza się sygnał proporcjonalny do wartości chwilowej prądu zasilającego stojan badanego silnika. Sygnał ten doprowadzany jest do urządzenia, w którym poddawany jest obróbce informatycznej, w ramach której wyznacza się widmo częstotliwościowe prądu zasilającego silnik. Z otrzymanego widma wyodrębniane są składowe o częstotliwościach charakterystycznych dla różnego typu uszkodzeń, które występują w silnikach indukcyjnych. Przedstawiony 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. W przypadku uszkodzeń łożysk tocznych w silniku indukcyjnym opisany sposób jest nieefektywny, ze względu na bardzo małe amplitudy składowych charakterystycznych dla uszkodzonego łożyska. Ponadto układ przeznaczony do wyznaczania częstotliwości charakterystycznych z prądu stojana wykorzystywany w tej metodzie charakteryzują się małą czułością gdyż jego zakres pomiarowy musi być dopasowany do wartości maksymalnej składowej podstawowej prądu zasilającego silnik. Rozwiązania tego typu mogą być skuteczne 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 także sposób i układ do wykrywania uszkodzeń łożysk w silnikach indukcyjnych poprzez analizę widmową mocy chwilowej zasilania silnika. W tej metodzie 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 rezultacie osiągnięcie poprawnej oceny stanu technicznego łożysk jest bardzo utrudnione. Oznacza to również, że znany i opisany sposób i układ pomiarowy nie znajdują zastosowania w przypadku diagnostyki w początkowej fazie uszkodzeń łożysk tocznych silników indukcyjnych.

Wynalazek rozwiązuje problem 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 źródła prądowego o regulowanej częstotliwości, amplitudzie i przesunięciu fazowym.

Sposób wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym zwłaszcza łożysk poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością, w którym wyznacza się wartości chwilowe prądu zasilającego badany silnik oraz prądu wytworzonego przez źródło prądowe o regulowanej częstotliwości, amplitudzie i przesunięciu fazowym, a także wytwarza się sygnał proporcjonalny do różnicy wartości chwilowych prądów stojana i regulowanego źródła prądowego oraz wyznacza się widmo częstotliwościowe tego sygnału różnicowego według wynalazku charakteryzuje się tym, że podczas badania silnik jest obciążony stałym momentem w wyniku czego prąd płynący przez silnik cechuje się stałą amplitudą i przesunięciem fazowym, zatem regulowane źródło prądowe, regulowane w taki sposób, aby dopasować przesunięcie fazowe i amplitudę przepływającego przezeń prądu do prądu stojana badanego silnika. Po dopasowaniu fazowym i amplitudowym obu prądów wyznaczana jest różnica ich wartości chwilowych z dużą czułością dobraną do wartości maksymalnej sygnału różnicowego. Dla różnicy prądów stojana i regulowanego źródła prądowego wyznacza się następnie widmo częstotliwościowe, w którym składowe charakterystyczne wynikające z uszkodzeń w silniku mają amplitudy o znacznych wartościach w stosunku do

PL 228 213 B1 amplitudy sygnału różnicowego, dzięki czemu możliwe jest wykrycie i identyfikacja uszkodzenia występującego w badanym silniku.

Układ do wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym zwłaszcza łożysk poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością, zawierający źródło prądowe o regulowanej częstotliwości, amplitudzie i przesunięciu fazowym, układ różnicowy, układ pomiarowo-rejestrujący, układ regulujący oraz dwa przetworniki prądu według wynalazku charakteryzuje się tym, że układ regulujący dostosowuje parametry źródła w celu kompensacji składowej podstawowej prądu silnika, przy czym wyjścia przetworników prądu połączone są z dwoma wejściami układu różnicowego, zaś wyjście tego układu połączone jest z wejściem układu pomiarowo-rejestracyjnego i układu regulującego. Układ regulujący dokonuje analizy sygnału różnicowego oraz poprzez wyjścia połączone z wejściami regulowanego źródła prądowego, reguluje częstotliwość, przesunięcie fazowe i amplitudę prądu odniesienia tak, aby uzyskać możliwie najmniejszą wartość na wyjściu z układu. Po osiągnięciu dopasowania układ pomiarowo-rejestrujący zapisuje pomiary w celu dalszej analizy sygnału dającej w rezultacie diagnozę stanu łożyska.

Dzięki zastosowaniu w układzie według wynalazku źródła prądowego o regulowanej częstotliwości, amplitudzie i przesunięciu fazowym można wytworzyć sygnał o takiej samej częstotliwości jak składowa podstawowa w prądzie silnika, zgodnej amplitudzie i przesunięciu fazowym tak, aby skompensować składową podstawową prądu i uzyskać w ten sposób składowe niosące inform acje diagnostyczne. W różnicy wartości chwilowych wytworzonego prądu i prądu silnika można odnaleźć składowe charakterystyczne o małych amplitudach w stosunku do amplitudy składowej podstawowej prądu silnika. Dzięki eliminacji składowej zasilającej silnik można zmierzyć ze zwiększoną czułością składowe charakterystyczne. Analiza tych składowych pozwala na wykrycie i zidentyfikowanie uszkodzeń występujących 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 badany silnik M zasilany poprzez przetwornik prądu PI1. 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 regulowanego źródła prądu poprzez przetwornik PI2. Sygnał z wyjścia układu różnicowego UR doprowadzany jest do wejścia układu pomiarowo-rejestrującego UPR oraz do wejścia układu regulującego URG, którego wyjścia z kolei regulują wartości amplitudy, częstotliwości i przesunięcia fazowego, aby uzyskać jak najmniejszą wartość na wyjściu układu różnicowego.

Opisany w przykładzie wykonania układ działa następująco. Do wejścia nieodwracającego „+” układu różnicowego jest przyłożony sygnał proporcjonalny do prądu stojana badanego silnik a M. Do wejścia odwracającego „-” układu różnicowego, jest podłączony sygnał proporcjonalny do prądu źródła o regulowanej częstotliwości, amplitudzie i przesunięciu fazowym. Parametry źródła prądowego są nastawiane przy pomocy wyjścia z układu regulującego URG i są zmieniane do momentu, kiedy wartość skuteczna sygnału na wyjściu układu różnicowego UR, mierzona przez układ pomiarowo-rejestrujący UPR osiągnie minimum. Na tym etapie układ pomiarowo-rejestrujący UPR pracuje z małą czułością. Po znalezieniu minimum zwiększa się czułość układu pomiarowo-rejestrującego 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 badanym silniku. Poszukiwane składowe charakterystyczne mają znaczne amplitudy w stosunku do amplitudy składowej podstawowej sygnału różnicowego dzięki czemu można wykryć i zidentyfikować uszkodzenia.

Claims (2)

1. Sposób wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym zwłaszcza łożysk poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością, w którym wyznacza się wartości chwilowe prądu zasilającego badany silnik oraz prądu wytworzonego przez źródło prądowe o regulowanej częstotliwości, amplitudzie i przesunięciu fazowym, a także wytwarza się sygnał proporcjonalny do różnicy wartości chwilowych prądów stojana i regulowanego źródła prądowego oraz wyznacza się widmo częstotliwościowe tego sygnału różnicowego, znamienny tym, że poprzez regula4

PL 228 213 Β1 cję częstotliwości, amplitudy i przesunięcia fazowego 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 regulowanego źródła prądowego, w którym to prądzie różnicowym wyodrębnia się składowe charakterystyczne wynikające z uszkodzeń w badanym silniku.

2. Układ do wykrywania uszkodzeń w silniku indukcyjnym zwłaszcza łożysk poprzez analizę prądu stojana ze zwiększoną czułością, zawierający źródło prądowe o regulowanej częstotliwości, amplitudzie i przesunięciu fazowym, układ różnicowy, układ pomiarowo-rejestrujący, układ regulujący oraz dwa przetworniki prądu, znamienny tym, że silnik badany (M) zasilany jest poprzez przetwornik prądu (PU), przy czym wyjścia sygnałowe przetworników prądu (PU i PI2) dołączone są do wejść układu różnicowego (UR), z którego wyjścia sygnał różnicowy dostarczany jest do wejścia układu pomiarowo-rejestracyjnego (UPR) i do wejścia układu regulującego (URG) wyposażonego w wyjścia połączone z wejściami sterującymi regulowanego źródła prądowego.