СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПО ЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ Российский патент 2011 года по МПК G01R31/34 

Описание патента на изобретение RU2425391C1

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.

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.

Недостатками этого способа является то, что он требует непосредственного доступа к диагностируемому двигателю, а также не позволяет с достаточной достоверностью выявить конкретный вид повреждения.

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.

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.

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.

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.

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.

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает влияние на спектр потребляемого тока характера нагружения электродвигателя и ориентирован только на двигатели переменного тока.

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.

Технический результат состоит в повышении точности и достоверности диагностирования повреждений элементов электропривода за счет учета влияния нагрузки диагностируемого двигателя, носящей случайный характер.

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.

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.

Техническое состояние электродвигателя характеризуется, прежде всего, относительной величиной потерь в них энергии:

где Pвых - отдаваемая мгновенная механическая мощность, Вт; Рвх - потребляемая мгновенная электрическая мощность, Вт.

Сигнал мгновенной мощности в общем случае содержит множество гармонических составляющих, поэтому можно записать:

где М - число обмоток двигателя, N - номер гармоники, Рmn - мощность n-й гармоники в спектре мощности m-й фазы, Вт.

Сигнал относительных потерь, как и сигнал мгновенной мощности, может быть разложен в ряд Фурье. При этом величину относительных потерь можно представить в виде:

где Δρmn - потери энергии, приходящиеся на N-ю гармонику в обмотке фазы М двигателя.

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.

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%.

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.

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.

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.

Похожие патенты RU2425391C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК СТАТОРА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 2013
  • Суворов Иван Флегонтович
  • Горбунов Роман Викторович
  • Палкин Георгий Александрович
  • Коряков Денис Валентинович
RU2537744C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ МЕЖВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 2013
  • Суворов Иван Флегонтович
  • Горбунов Роман Викторович
  • Палкин Георгий Александрович
  • Коряков Денис Валентинович
RU2529596C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ И ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2013
  • Жуковский Юрий Леонидович
  • Таранов Сергей Игоревич
RU2532762C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И СВЯЗАННЫХ С НИМИ МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 2005
  • Петухов Виктор Сергеевич
  • Соколов Василий Александрович
  • Григорьев Олег Александрович
  • Великий Сергей Николаевич
  • Михель Александр Альбертович
RU2300116C2
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ И ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2009
  • Козярук Анатолий Ефтихиевич
  • Жуковский Юрий Леонидович
  • Бабурин Сергей Васильевич
  • Коржев Александр Александрович
  • Васильева Елена Егоровна
RU2425390C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПО ОЦЕНКЕ ДИНАМИКИ ЕГО ПАРАМЕТРОВ 2013
  • Волков Владимир Николаевич
  • Кожевников Александр Вячеславович
RU2546993C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЗМОВ И СИСТЕМ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ 2009
  • Кузеев Искандер Рустемович
  • Баширов Мусса Гумерович
  • Прахов Иван Викторович
  • Баширова Эльмира Муссаевна
  • Самородов Алексей Викторович
RU2431152C2
Способ определения технического состояния электрических и гидравлических приводов 2022
  • Круглова Татьяна Николаевна
RU2799489C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И СВЯЗАННЫХ С НИМ МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 2007
  • Петухов Виктор Сергеевич
RU2339049C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 2021
  • Глазырин Александр Савельевич
  • Набунский Иван Альбертович
  • Баннов Дмитрий Михайлович
  • Антяскин Дмитрий Ильич
  • Буньков Дмитрий Сергеевич
  • Раков Иван Витальевич
  • Боловин Евгений Владимирович
  • Кладиев Сергей Николаевич
  • Полищук Владимир Иосифович
RU2763849C1

Реферат патента 2011 года СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПО ЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ

Изобретение относится к области диагностики технического состояния электродвигателей, например приводных двигателей горно-транспортных машин, приводных двигателей скважинных погружных насосов. Сущность: в трех фазах электродвигателя производят непрерывное измерение питающего напряжения и фазного тока. 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. Производят расчет величины потерь энергии в двигателе на каждой из частот спектра. Оценку технического состояния двигателя осуществляют путем сравнения полученных спектрограмм потерь с аналогичными спектрограммами, полученными на заведомо исправном двигателе. Технический результат: повышение точности и достоверности диагностирования повреждений элементов электропривода за счет учета влияния нагрузки диагностируемого двигателя, носящей случайный характер.

Формула изобретения RU 2 425 391 C1

Способ диагностики технического состояния электродвигателя по электрическим параметрам, включающий запись в течение заданного промежутка времени значений питающего напряжения и фазного тока, потребляемого электродвигателем, с помощью датчика с линейной амплитудно-частотной характеристикой, преобразование полученных сигналов из аналоговой в цифровую форму, отличающийся 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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2425391C1

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И СВЯЗАННЫХ С НИМИ МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 2005
  • Петухов Виктор Сергеевич
  • Соколов Василий Александрович
  • Григорьев Олег Александрович
  • Великий Сергей Николаевич
  • Михель Александр Альбертович
RU2300116C2
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И СВЯЗАННЫХ С НИМ МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 2007
  • Петухов Виктор Сергеевич
RU2339049C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ РОТОРА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2000
  • Сабуров В.С.
  • Барышев В.Г.
  • Кузьменко А.П.
RU2209442C2
ПЕРЕНОСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ АРМАТУРЫ 2006
  • Завгородний Виталий Степанович
  • Сарычев Дмитрий Алексеевич
RU2306538C1
US 6507797 B1, 14.01.2003
US 5629870 A, 13.05.1997
JP 200184658 A, 30.06.2000.

RU 2 425 391 C1

Авторы

Козярук Анатолий Ефтихиевич

Жуковский Юрий Леонидович

Черемушкина Маргарита Сергеевна

Коржев Александр Александрович

Кривенко Александр Владимирович

Даты

2011-07-27Публикация

2009-11-16Подача