RU2425391C1 - Method to diagnose technical condition of electric motor by its electrical parameters - Google Patents
Method to diagnose technical condition of electric motor by its electrical parameters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2425391C1 RU2425391C1 RU2009142082/28A RU2009142082A RU2425391C1 RU 2425391 C1 RU2425391 C1 RU 2425391C1 RU 2009142082/28 A RU2009142082/28 A RU 2009142082/28A RU 2009142082 A RU2009142082 A RU 2009142082A RU 2425391 C1 RU2425391 C1 RU 2425391C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spectrograms
- motor
- engine
- electric motor
- technical condition
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области диагностики технического состояния электродвигателей по их электрическим параметрам и может применяться для диагностики электродвигателей различного типа, работающих в сложных условиях, в том числе и когда непосредственный доступ к диагностируемому двигателю затруднен или невозможен, например для приводных двигателей горно-транспортных машин, приводных двигателей скважинных погружных насосов.The invention relates to the field of diagnostics of the technical condition of electric motors according to their electrical parameters and can be used to diagnose various types of electric motors operating in difficult conditions, including when direct access to the diagnosed engine is difficult or impossible, for example, for drive motors of mining transport vehicles engines of borehole submersible pumps.
Известен способ определения технического состояния (диагностики) электродвигателя (патент РФ №2213270), при котором регистрируют и анализируют сигнал, порождаемый вибрацией электродвигателя, при этом также регистрируют сигнал от переменной составляющей суммы фазных токов питания, анализируют форму и амплитуду полученного сигнала и, сравнивая со значениями предыдущих измерений, делают вывод от возможности дальнейшей эксплуатации.A known method for determining the technical condition (diagnosis) of an electric motor (RF patent No. 2213270), in which the signal generated by the vibration of the electric motor is recorded and analyzed, the signal from the variable component of the sum of the phase supply currents is also recorded, the shape and amplitude of the received signal are analyzed and, comparing with values of previous measurements, conclude from the possibility of further operation.
Недостатками этого способа является то, что он требует непосредственного доступа к диагностируемому двигателю, а также не позволяет с достаточной достоверностью выявить конкретный вид повреждения.The disadvantages of this method is that it requires direct access to the diagnosed engine, and also does not allow with sufficient reliability to identify a specific type of damage.
Известен способ функциональной диагностики асинхронных двигателей (патент РФ №2351048), согласно которому контролируются две величины - сопротивление изоляции обмоток статора относительно корпуса электродвигателя и отношение полных сопротивлений обмоток для каждой пары обмоток электродвигателя.There is a method of functional diagnostics of induction motors (RF patent No. 2351048), according to which two values are controlled - the insulation resistance of the stator windings relative to the motor housing and the ratio of the total resistance of the windings for each pair of motor windings.
Недостатками данного способа являются применимость только для отдельных типов повреждений электродвигателя, связанных с возникновением несимметрии сопротивлений обмоток статора, и неприменимость к иным типам повреждений, например к повреждениям обмоток ротора.The disadvantages of this method are the applicability only for certain types of damage to the motor associated with the asymmetry of the resistance of the stator windings, and inapplicability to other types of damage, such as damage to the rotor windings.
Известен способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств (патент РФ №2300116), основанный на анализе потребляемого двигателем тока. Сущность этого способа состоит в том, что в течение заданного промежутка времени производят запись значений фазного тока, потребляемого электродвигателем, с помощью датчика с линейной амплитудно-частотной характеристикой, выделяют анализируемые характерные частоты с помощью фильтра низких частот, преобразуют полученный сигнал из аналоговой в цифровую форму, а затем производят спектральный анализ полученного сигнала и сравнение значений амплитуд на характерных частотах с уровнем сигнала на частоте питающей сети.A known method for the diagnosis of AC electric motors and related mechanical devices (RF patent No. 2300116), based on the analysis of the current consumed by the motor. The essence of this method lies in the fact that during a given period of time, the phase current values consumed by the electric motor are recorded using a sensor with a linear amplitude-frequency characteristic, the analyzed characteristic frequencies are isolated using a low-pass filter, and the resulting signal is converted from analog to digital and then perform a spectral analysis of the received signal and compare the values of the amplitudes at characteristic frequencies with the signal level at the frequency of the supply network.
Недостатком данного способа является то, что он не учитывает влияние на спектр потребляемого тока характера нагружения электродвигателя и не учитывает возможную электромагнитную несимметрию диагностируемого двигателя. Кроме того, данный способ диагностики ориентирован только на электродвигатели переменного тока.The disadvantage of this method is that it does not take into account the influence on the spectrum of the current consumption of the nature of the loading of the electric motor and does not take into account the possible electromagnetic asymmetry of the diagnosed motor. In addition, this diagnostic method is focused only on AC motors.
Известен способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств (патент РФ №2339049), основанный на анализе амплитуды векторов Парка тока и напряжения, выбираемый в качестве прототипа. Согласно данному способу производят в течение заданного промежутка времени запись значений и питающего напряжения и фазного тока, потребляемого электродвигателем, с помощью датчика с линейной амплитудно-частотной характеристикой, выделяют анализируемые характерные частоты с помощью фильтра низких частот, преобразуют полученный сигнал из аналоговой в цифровую форму, формируют с помощью вычислительных средств спектры модуля вектора Парка тока и напряжения и производят вычисление спектральных составляющих, присутствующих в спектре вектора Парка тока и отсутствующих в спектре вектора Парка напряжения, по величине которых производится диагностика повреждений.A known method for the diagnosis of AC electric motors and related mechanical devices (RF patent No. 2339049), based on the analysis of the amplitude of the vectors of the Park of current and voltage, selected as a prototype. According to this method, the values and the supply voltage and phase current consumed by the electric motor are recorded using a sensor with a linear amplitude-frequency characteristic for a specified period of time, the analyzed characteristic frequencies are isolated using a low-pass filter, the resulting signal is converted from analog to digital, using computer tools, form the spectra of the current and voltage Park vector module and calculate the spectral components present in the spectrum in of the current park vector and the voltage park vector missing in the spectrum, the magnitude of which is used to diagnose damage.
Недостатком данного способа является то, что он не учитывает влияние на спектр потребляемого тока характера нагружения электродвигателя и ориентирован только на двигатели переменного тока.The disadvantage of this method is that it does not take into account the influence on the nature of the current consumption of the nature of the loading of the electric motor and is focused only on AC motors.
Технической задачей данного изобретения является создание эффективного и удобного способа диагностирования технического состояния электродвигателей, работающих в сложных условиях, в том числе в случаях, когда непосредственный доступ к диагностируемому двигателю невозможен.The technical task of this invention is the creation of an effective and convenient method for diagnosing the technical condition of electric motors operating in difficult conditions, including in cases where direct access to the diagnosed engine is impossible.
Технический результат состоит в повышении точности и достоверности диагностирования повреждений элементов электропривода за счет учета влияния нагрузки диагностируемого двигателя, носящей случайный характер.The technical result consists in increasing the accuracy and reliability of diagnosing damage to the elements of the electric drive by taking into account the influence of the load of the diagnosed engine, which is random in nature.
Технический результат достигается тем, что по сигналам мгновенных значений тока и напряжения производят непрерывное вычисление мгновенных значений потребляемых мощностей, рассчитывают значение средней мощности за период, производят построение спектрограмм потребляемых мощностей и производят расчет величины потерь энергии в двигателе на каждой из частот спектра, при этом оценку технического состояния двигателя осуществляют путем сравнения полученных спектрограмм потерь с аналогичными спектрограммами, полученными на заведомо исправном двигателе.The technical result is achieved by the fact that the signals of the instantaneous values of current and voltage continuously calculate the instantaneous values of power consumption, calculate the average power for a period, construct spectrograms of power consumption and calculate the amount of energy loss in the engine at each frequency of the spectrum, the technical condition of the engine is carried out by comparing the resulting spectrograms of losses with similar spectrograms obtained with knowingly correct avnom engine.
Сущность изобретения заключается в том, что производят запись в течение заданного промежутка времени значений питающего напряжения и фазного тока, потребляемого электродвигателем, с помощью датчика с линейной амплитудно-частотной характеристикой, выделение анализируемых характерных частот с помощью фильтра низких частот, преобразование полученных сигналов из аналоговой в цифровую форму, а также по сигналам мгновенных значений тока и напряжения производят непрерывное вычисление мгновенных значений потребляемых мощностей, рассчитывают значение средней мощности за период, производят построение спектрограмм потребляемых мощностей и производят расчет величины потерь энергии в двигателе на каждой из частот спектра, при этом оценку технического состояния двигателя осуществляют путем сравнения полученных спектрограмм потерь с аналогичными спектрограммами, полученными на заведомо исправном двигателе.The essence of the invention lies in the fact that they record for a given period of time the values of the supply voltage and phase current consumed by the electric motor using a sensor with a linear amplitude-frequency characteristic, the selection of the analyzed characteristic frequencies using a low-pass filter, the conversion of the received signals from analog to digital form, as well as signals of instantaneous values of current and voltage, continuously calculate the instantaneous values of power consumption, ayut average power for the period, produce spectrograms construction of power consumption and produce a calculation of the energy losses in the engine for each of the frequency spectrum, the evaluation of the technical condition of the engine is accomplished by comparing the spectrograms losses with the same spectrograms obtained with known good engine.
Техническое состояние электродвигателя характеризуется, прежде всего, относительной величиной потерь в них энергии:The technical condition of the electric motor is characterized, first of all, by the relative amount of energy loss in them:
где Pвых - отдаваемая мгновенная механическая мощность, Вт; Рвх - потребляемая мгновенная электрическая мощность, Вт.where P o - given instantaneous mechanical power, W; R I - consumed instantaneous electrical power, watts.
Сигнал мгновенной мощности в общем случае содержит множество гармонических составляющих, поэтому можно записать:The instantaneous power signal in the general case contains many harmonic components, so you can write:
где М - число обмоток двигателя, N - номер гармоники, Рmn - мощность n-й гармоники в спектре мощности m-й фазы, Вт.where M is the number of motor windings, N is the harmonic number, P mn is the power of the nth harmonic in the power spectrum of the mth phase, W.
Сигнал относительных потерь, как и сигнал мгновенной мощности, может быть разложен в ряд Фурье. При этом величину относительных потерь можно представить в виде:The relative loss signal, like the instantaneous power signal, can be expanded in a Fourier series. In this case, the relative loss can be represented as:
где Δρmn - потери энергии, приходящиеся на N-ю гармонику в обмотке фазы М двигателя.where Δρ mn is the energy loss attributable to the Nth harmonic in the phase M winding of the motor.
Так как гармоники мощности содержат составляющие с частотами в два раза выше, чем гармоники потребляемого тока (так как мощность пропорциональна квадрату тока), то и для спектра потери частоты, соответствующие различным видам повреждений, будут в два раза выше, чем соответствующие частоты в спектре тока.Since the power harmonics contain components with frequencies two times higher than the harmonics of the consumed current (since the power is proportional to the square of the current), for the spectrum, the frequency losses corresponding to various types of damage will be twice as high as the corresponding frequencies in the current spectrum .
Величина нагрузки двигателя Рвых является случайной функцией времени. Поэтому, в начале эксплуатации, на заведомо исправном двигателе, производится определение средней за период мощности двигателя Рвых.ср при типовой нагрузке, а также производят оценку максимального Рвых.mах и минимального Рвых.min значения средней потребляемой мощности за период так, чтобы вероятность попадания мгновенной мощности двигателя в интервал Рвых.∈[Pвых.min, Pвых.max] была не менее 97%.The magnitude of the engine load P o is a random function of time. Therefore, at the beginning of operation, on a known-good engine, the average of the engine power for the period P out.avg is determined at a typical load, and the maximum P out.max and minimum P out.min values of the average power consumption for the period are estimated so that the probability of falling instantaneous engine power in the interval P o ∈ [P out.min , P out.max ] was not less than 97%.
Далее для среднего значения мощности за период снимаются зависимости мгновенной мощности от времени Рвых(t), производится преобразование Фурье полученного сигнала, и определяют величину отдельных гармонических составляющих на частотах спектра.Further, for the average power value over a period, the dependences of the instantaneous power on the time P o (t) are taken, the Fourier transform of the received signal is performed, and the magnitude of the individual harmonic components at the frequencies of the spectrum is determined.
По формуле (2) рассчитывают полные суммарные потери энергии в двигателе, и выделяются их отдельные гармонические составляющие, при этом в качестве Рвых используется расчетное значение отдаваемой мощности, по которому был произведен выбор мощности двигателя, либо, если последнее неизвестно, номинальное значение отдаваемой мощности.Using the formula (2), the total total energy losses in the engine are calculated, and their individual harmonic components are extracted, while the calculated output power value, according to which the engine power was selected, or, if the latter is not known, the rated power output, is used as P o .
В дальнейшем непрерывно производится измерение потребляемой двигателем мощности, производят определение средней мощности за период Рвых.ср, а также оценку максимального Рвых.mаx и минимального Рвых.min значения средней потребляемой мощности за период, чтобы определить соответствие режима работы привода тому, при котором потери определялись для заведомо исправного двигателя в начальный период эксплуатации. Также одновременно производится анализ показателей качества электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109-97, поскольку при отклонении показателей качества электроэнергии от допустимых значений потери энергии в двигателе возрастают. Далее для среднего значения потребляемой мощности за период вычисляется общая величина потерь по формуле (2). Если величина потерь превосходит величину, полученную при заведомо исправном состоянии двигателя, то состояние двигателя изменилось. В этом случае производят сравнение спектров потерь исправного и неисправного двигателя, при этом отдельные гармонические составляющие спектра потерь несут информацию о виде и степени повреждения.In the future, the power consumed by the motor is continuously measured, the average power for the period P output is determined , as well as the maximum P output.max and minimum P output.min values of the average power consumption for the period are determined to determine if the drive operating mode matches which losses were determined for a known-good engine in the initial period of operation. At the same time, an analysis of the quality indicators of electric energy is performed in accordance with GOST 13109-97, since when the quality indicators of the electric energy deviate from the acceptable values, the energy losses in the engine increase. Next, for the average value of power consumption for the period, the total loss is calculated by the formula (2). If the value of losses exceeds the value obtained with a known good condition of the engine, then the state of the engine has changed. In this case, a comparison is made of the loss spectra of a serviceable and a faulty engine, while the individual harmonic components of the loss spectrum carry information about the type and degree of damage.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142082/28A RU2425391C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Method to diagnose technical condition of electric motor by its electrical parameters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142082/28A RU2425391C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Method to diagnose technical condition of electric motor by its electrical parameters |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009142082A RU2009142082A (en) | 2011-05-27 |
| RU2425391C1 true RU2425391C1 (en) | 2011-07-27 |
Family
ID=44734304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009142082/28A RU2425391C1 (en) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Method to diagnose technical condition of electric motor by its electrical parameters |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2425391C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537744C1 (en) * | 2013-07-17 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ") | Method of diagnostics of induction motor stator windings insulation |
| RU2552854C2 (en) * | 2013-10-18 | 2015-06-10 | Виктор Николаевич Никифоров | Diagnostic method of technical state of power-driven equipment |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114720872A (en) * | 2022-03-24 | 2022-07-08 | 深圳市双合电气股份有限公司 | Fault diagnosis method and system for motor load transmission mechanism |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5629870A (en) * | 1994-05-31 | 1997-05-13 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Method and apparatus for predicting electric induction machine failure during operation |
| US6507797B1 (en) * | 2000-05-30 | 2003-01-14 | General Electric Company | Direct current machine monitoring system and method |
| RU2209442C2 (en) * | 2000-06-22 | 2003-07-27 | Сабуров Владимир Сергеевич | Method determining slip of rotor of asynchronous electric motor and facility for its implementation |
| RU2300116C2 (en) * | 2005-04-13 | 2007-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр электромагнитной безопасности" | Mode of diagnostics od electrical engines of alternating current and of mechanical arrangements involved with them |
| RU2306538C1 (en) * | 2006-05-26 | 2007-09-20 | Виталий Степанович Завгородний | Portable device for monitoring condition of electrical devices |
| RU2339049C1 (en) * | 2007-03-02 | 2008-11-20 | Виктор Сергеевич Петухов | Diagnostic method of alternating current motor and associated mechanical appliances |
-
2009
- 2009-11-16 RU RU2009142082/28A patent/RU2425391C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5629870A (en) * | 1994-05-31 | 1997-05-13 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Method and apparatus for predicting electric induction machine failure during operation |
| US6507797B1 (en) * | 2000-05-30 | 2003-01-14 | General Electric Company | Direct current machine monitoring system and method |
| RU2209442C2 (en) * | 2000-06-22 | 2003-07-27 | Сабуров Владимир Сергеевич | Method determining slip of rotor of asynchronous electric motor and facility for its implementation |
| RU2300116C2 (en) * | 2005-04-13 | 2007-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр электромагнитной безопасности" | Mode of diagnostics od electrical engines of alternating current and of mechanical arrangements involved with them |
| RU2306538C1 (en) * | 2006-05-26 | 2007-09-20 | Виталий Степанович Завгородний | Portable device for monitoring condition of electrical devices |
| RU2339049C1 (en) * | 2007-03-02 | 2008-11-20 | Виктор Сергеевич Петухов | Diagnostic method of alternating current motor and associated mechanical appliances |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537744C1 (en) * | 2013-07-17 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ") | Method of diagnostics of induction motor stator windings insulation |
| RU2552854C2 (en) * | 2013-10-18 | 2015-06-10 | Виктор Николаевич Никифоров | Diagnostic method of technical state of power-driven equipment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009142082A (en) | 2011-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Irhoumah et al. | Detection of the stator winding inter-turn faults in asynchronous and synchronous machines through the correlation between harmonics of the voltage of two magnetic flux sensors | |
| US10088506B2 (en) | Method for detecting a fault condition in an electrical machine | |
| Popa et al. | Condition monitoring of wind generators | |
| Bruzzese | Diagnosis of eccentric rotor in synchronous machines by analysis of split-phase currents—Part II: Experimental analysis | |
| Keysan et al. | Real-time speed and position estimation using rotor slot harmonics | |
| Williamson et al. | Origins of stator current spectra in DFIGs with winding faults and excitation asymmetries | |
| US9431949B2 (en) | Induction motor speed estimation | |
| RU2431152C2 (en) | Method of diagnostics of electrically driven mechanisms and systems | |
| Climente-Alarcon et al. | Particle filter-based estimation of instantaneous frequency for the diagnosis of electrical asymmetries in induction machines | |
| Frosini et al. | A wavelet-based technique to detect stator faults in inverter-fed induction motors | |
| RU2425391C1 (en) | Method to diagnose technical condition of electric motor by its electrical parameters | |
| Gyftakis et al. | Demagnetization monitoring and identification in PM generators with concentrated windings during transient conditions | |
| Sabir et al. | Diagnosis of rotor winding inter-turn short circuit fault in wind turbine based on DFIG using hybrid TSA/DWT approach | |
| Kabul et al. | A diagnosis method of multiple faults of induction motors based on vibration signal analysis | |
| RU2425390C1 (en) | Method to diagnose and assess residual resource of ac electric drives | |
| Gadoue et al. | Electrochemical impedance spectroscopy state of charge measurement for batteries using power converter modulation | |
| Khelfi et al. | Diagnosis of dynamic eccentricity fault in inverter-fed induction machine using three phase stator currents intersection signal | |
| Yazidi et al. | Rotor inter-turn short circuit fault detection in wound rotor induction machines | |
| Refaat et al. | ANN-based diagnosis of incipient stator winding turn faults for three-phase induction motors in the presence of unbalanced supply voltage | |
| Keravand et al. | A fast, precise and low cost stator inter-turn fault diagnosis technique for wound rotor induction motors based on wavelet transform of rotor current | |
| Halder et al. | Stator inter-turn fault diagnosis in permanent magnet synchronous motor | |
| Bonet-Jara et al. | New harmonics for early detection of inter-turn faults in induction motors during start-up | |
| RU2621880C1 (en) | Device for determining rotation speed of induction motor rotors | |
| RU2532762C1 (en) | Method to diagnose and assess residual resource of ac electric drives | |
| Deghboudj et al. | Identifying broken rotor bars in squirrel cage induction motors: Examination of statistical characteristics derived from start-up current envelope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121117 |