DE10210162B4 - Verfahren zur Zustandsbestimmung von Kraft- und Arbeitsmaschinen, die mit elektrischen Drehstrommaschinen starr gekoppelt sind - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Nutzung von elektrischen Drehstrommaschinen als Sensor für die Zustandsbewertung starr angekoppelter Kraft- bzw. Arbeitsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf des Sder elektrischen Maschine hinsichtlich seiner/ihrer Maximal- und/oder Minimalwerte und/oder seiner/ihrer Abszissenwerte für die Nulldurchgänge in der Art ausgewertet wird, daß er Zuständen der Kraft- oder Arbeitsmaschine zuordenbar und damit eine qualitative und quantitative Bewertung der Abweichungen vom Normalzustand der Kraft- bzw. Arbeitsmaschine möglich ist.

Description

• Gegenstand der Erfindung
• Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Zustandsbewertung von Kraft- und Arbeitsmaschinen, die mit elektrischen Drehstrommaschinen starr gekoppelt sind, ohne zusätzliche Sensoren anhand des zeitlichen Verlaufs der in der elektrischen Maschine fließenden Phasenströme.
• Stand der Technik
• Für die Bewertung des Zustandes rotierender Kraft- und Arbeitsmaschinen und der in ihnen ablaufenden Prozesse werden Verfahren genutzt, in denen mechanische Größen, wie z. B. der zeitlichen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit an der Motorwelle, gemessen und ausgewertet werden. Sämtliche Verfahren erfordern gleichermaßen die Montage eines oder mehrerer zusätzlicher Sensoren, die mit allen am Aggregat auftretenden mechanischen und thermischen Einflüssen belastet werden, und für die auch eventuell spezielle konstruktive Voraussetzungen geschaffen werden müssen.
• Die Mehrzahl der Kraft- und Arbeitsmaschinen ist mit elektrischen Drehstrommaschinen gekoppelt, die standardmäßig mit einer Messtechnik für die elektrischen Betriebsgrößen ausgestattet sind. Diese Messtechnik liefert Signale für eventuell vorhandene Steuerungs- und Regelungstechnik und zur Darstellung des Aus- bzw. des Belastungszustandes des Aggregates. Eine Nutzung dieser vorhandenen Messgrößen zur Bewertung bestimmter Zustände der Kraft- und Arbeitsmaschine erfolgt bisher kaum. Lediglich in der Druckschrift [ DE 198 01 588 A1 ] wird der Verlauf der Generatorspannung mit einem ungestörten Spannungsverlauf verglichen, um gestörte Betriebszustände der Antriebsmaschine zu erkennen.
• Zielstellung der Erfindung
• Die Zielstellung der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, mit dem indirekt über elektrische Messgrößen der angekoppelten elektrischen Maschine auf bestimmte Zustände der Kraft- und Arbeitsmaschine geschlossen werden kann, ohne zusätzliche Sensoren am Aggregat zu installieren.
• Merkmale der Erfindung
• Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass der zeitliche Verlauf der drei Phasenströme und/oder Spannungen der elektrischen Maschine mit den vorhandenen Sensoren aufgenommen und ausgewertet wird, indem
• – die Maximalwerte (Amplituden) und Minimalwerte der Ströme und/oder
• – die Abszissenwerte der Stromnulldurchgänge und/oder
• – die Maximalwerte (Amplituden) und Minimalwerte der Spannungen und/oder
• – die Abszissenwerte der Spannungsnulldurchgänge
als Zeitfunktion ermittelt und geometrisch – bedingt durch die räumliche Anordnung der Wicklungen in der elektrischen Maschine – der Winkellage der Motorwelle zugeordnet werden.
• Ausführungsbeispiel
• In Inselanlagen übernehmen je nach Lastzustand ein oder mehrere parallellaufende Generatoren, die von Dieselmotoren angetrieben werden, die Stromversorgung. Für den optimalen Betrieb der Aggregate ist es zweckmäßig, die Leistungen der einzelnen Zylinder abzugleichen. In ausgeführten Anlagen erfolgt der Vergleich der Zylinderleistung über die Messung der Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle. In der erfindungsgemäßen Lösung werden die Zeitverläufe der drei Phasenströme des allein laufenden Generators oder der parallellaufenden Generatoren an den vorhandenen Messstellen abgegriffen und daraus die Maximal- und Minimalwerte ermittelt. Diese sind ein Maß für das Drehmoment, das der Dieselmotor zum jeweiligen Zeitpunkt abgibt. Da die Generatorwicklungen um den Umfang des Generatorständers gleichmäßig verteilt sind und die Polpaarzahl bekannt ist, lässt sich jeder Wert einem bestimmten Drehwinkel der Generatorwelle und damit des Motors zuordnen. Aus dem Zeitverlauf dieser Werte kann dann auf Störungen in der Leistungsabgabe einzelner Zylinder geschlossen werden.
• Das Verfahren erlaubt auch, bei parallellaufenden Generatoren den gestörten Dieselmotor mit der verminderten Zylinderleistung durch den Vergleich der Amplitudenverläufe aller Ströme herauszufinden.
• Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich auch in BHKWs, Windkraftanlagen, elektrischen Lokomotiven, Stromversorgungsanlagen der Kraftwagen, Pumpen, Kompressoren.

Claims (4)

1. Verfahren zur Nutzung von elektrischen Drehstrommaschinen als Sensor für die Zustandsbewertung starr angekoppelter Kraft- bzw. Arbeitsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf des Stromes bzw. der Ströme und/oder der Spannungen in der elektrischen Maschine hinsichtlich seiner/ihrer Maximal- und/oder Minimalwerte und/oder seiner/ihrer Abszissenwerte für die Nulldurchgänge in der Art ausgewertet wird, daß er Zuständen der Kraft- oder Arbeitsmaschine zuordenbar und damit eine qualitative und quantitative Bewertung der Abweichungen vom Normalzustand der Kraft- bzw. Arbeitsmaschine möglich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die üblichen vorhandenen Meßstellen an der elektrischen Maschine für die Messung genutzt werden können und keine zusätzlichen Sensoren erforderlich sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem aus der Messung oder von der mechanisch betriebenen Maschine bezogenen Triggersignal eine örtliche Zuordnung der festgestellten Abweichung ermöglicht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stromerzeugeraggregaten, die entweder allein oder im Parallellauf in Inselnetze einspeisen, die Lastverteilung auf die einzelnen Zylinder überwacht werden kann.