RU2392632C1 - Method of diagnosing phase-rotor motors - Google Patents
Method of diagnosing phase-rotor motors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2392632C1 RU2392632C1 RU2008148774/28A RU2008148774A RU2392632C1 RU 2392632 C1 RU2392632 C1 RU 2392632C1 RU 2008148774/28 A RU2008148774/28 A RU 2008148774/28A RU 2008148774 A RU2008148774 A RU 2008148774A RU 2392632 C1 RU2392632 C1 RU 2392632C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- phases
- matrix
- green
- phase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области диагностики электромеханического оборудования, применяемого в сельском хозяйстве, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а также других отраслях промышленности, в частности к диагностике асинхронных электрических двигателей с фазным ротором.The invention relates to the field of diagnostics of electromechanical equipment used in agriculture, oil production and oil refining industry, as well as other industries, in particular to the diagnosis of asynchronous electric motors with a phase rotor.
Существует изобретение, в котором диагностируется отсутствие межвитковых замыканий ротора по отсутствию в спектре электродвижущей силы гармонических составляющих, четных по отношению к основной гармонике электродвижущей силы. При наличии замыканий путем сравнения относительных величин гармонических составляющих и их частот с каноническим составом магнитного поля ротора данной синхронной машины определяют расположение дефектной катушки (2192649 RU, 10.11.2002). Имеются способы диагностирования погружных центробежных насосов, осуществляемые при пуске, выходе на стационарный режим, в стационарном режиме и при останове посредством одновременной регистрации потребляемого электродвигателем тока, напряжения электропитания, мгновенных значений амплитуд вибрации и величин буферного давления путем сравнения с параметрами, полученными при вводе в эксплуатацию (RU 2206794 С1, 20.06.2003), а также посредством регистрации переменной составляющей суммы фазных токов питания за счет установки датчика напряжения одновременно на три фазы питающего кабеля, анализа формы и амплитуды полученного сигнала сравнением со значениями предыдущих измерений (RU 2213270 С2, 27.09.2003). В способах диагностики на основании анализа спектра частот амплитудной модуляции тока, потребляемого двигателем, и по глубине амплитудной модуляции тока, определяют дефектный агрегат механизма или системы (JP 05-018813, 26.01.93, RU 2269759 С1, 10.02.2006). Существует способ комплексного контроля трехфазной обмотки электрической машины путем подачи на ее обмотки от генератора суперпозиции двух импульсных последовательностей с одинаковыми периодами и противоположными полярностями. В данном способе о наличии дефекта судят по напряжению на выходе фазового детектора (RU 2289143 С2, 10.12.2006). В способе точного обнаружения места виткового замыкания в обмотках якорей коллекторных электрических машин (RU 2308730 С2, 10.06.2007) испытательное напряжение подают поочередно на две коллекторные пластины двух смежных витков обмотки якоря и по резкому уменьшению импульсного магнитного поля несимметрично расположенного индукционного датчика, определяют единственный короткозамкнутый контур, а перемещением датчика по периметру определяют точку виткового замыкания.There is an invention in which the absence of inter-turn faults of the rotor is diagnosed by the absence of harmonic components in the spectrum of the electromotive force that are even with respect to the fundamental harmonic of the electromotive force. In the presence of faults, by comparing the relative values of the harmonic components and their frequencies with the canonical composition of the magnetic field of the rotor of this synchronous machine, the location of the defective coil is determined (2192649 RU, 10.11.2002). There are methods for diagnosing submersible centrifugal pumps, which are carried out during start-up, exit to stationary mode, in stationary mode and at stop by simultaneously recording the current consumed by the electric motor, supply voltage, instantaneous values of vibration amplitudes and buffer pressure values by comparison with the parameters obtained during commissioning (RU 2206794 C1, 06/20/2003), as well as by registering the variable component of the sum of the phase supply currents by installing a voltage sensor o neous three phase power cable, analyzing the shape and amplitude of the signal obtained by comparing the values of previous measurements (RU 2213270 C2, 27.09.2003). In diagnostic methods, based on the analysis of the frequency spectrum of the amplitude modulation of the current consumed by the motor, and the depth of the amplitude modulation of the current, a defective aggregate of a mechanism or system is determined (JP 05-018813, 01.26.93, RU 2269759 C1, 02/10/2006). There is a method for comprehensive control of a three-phase winding of an electric machine by applying to its winding from a generator a superposition of two pulse sequences with the same periods and opposite polarities. In this method, the presence of a defect is judged by the voltage at the output of the phase detector (RU 2289143 C2, 12/10/2006). In the method for accurately detecting the location of a short circuit in the windings of the anchors of collector electric machines (RU 2308730 C2, 06/10/2007), the test voltage is applied alternately to two collector plates of two adjacent turns of the armature winding and a sharp shortening of the pulsed magnetic field of an asymmetrically located induction sensor determines a single short-circuit contour, and by moving the sensor around the perimeter determine the point of the circuit.
Недостатком известных способов диагностики, позволяющих определять дефектный агрегат механизма или системы, является невозможность диагностирования активной части такого дефектного агрегата, как электрический двигатель с фазным ротором.A disadvantage of the known diagnostic methods for determining the defective unit of a mechanism or system is the impossibility of diagnosing the active part of such a defective unit as an electric motor with a phase rotor.
Наиболее близким к предлагаемому способу диагностики являются способы диагностирования погружных центробежных насосов, осуществляемые при пуске, выходе на стационарный режим, в стационарном режиме и при останове посредством одновременной регистрации потребляемого электродвигателем тока, напряжения электропитания, мгновенных значений амплитуд вибрации и величин буферного давления путем сравнения с параметрами, полученными при вводе в эксплуатацию (RU 2206794 С1, 20.06.2003), а также посредством регистрации переменной составляющей суммы фазных токов питания за счет установки датчика напряжения одновременно на три фазы питающего кабеля, анализа формы и амплитуды полученного сигнала путем сравнения со значениями предыдущих измерений (RU 2213270 С2, 27.09.2003).Closest to the proposed diagnostic method are methods for diagnosing submersible centrifugal pumps, which are carried out during start-up, exit to stationary mode, in stationary mode and when stopped by simultaneously registering the current consumed by the electric motor, supply voltage, instantaneous values of vibration amplitudes and buffer pressure values by comparison with parameters obtained during commissioning (RU 2206794 C1, 06/20/2003), as well as by registering a variable component of the sum of phase x current power due to installation of the sensor voltage supply cable simultaneously three phases, the shape and amplitude analysis of the received signal by comparison with previous measurement values (RU 2213270 C2, 27.09.2003).
Целью изобретения является разработка способа диагностики активной части электрического двигателя. Способ позволяет по измеряемым в процессе диагностики токам, получаемым по цепям питания обмоток статора и ротора, производить анализ состояния электрического двигателя.The aim of the invention is to develop a method for diagnosing the active part of an electric motor. The method allows to measure the state of an electric motor using the currents measured in the diagnostic process, obtained from the power circuits of the stator and rotor windings.
Поставленная цель достигается тем, что в отличие от предложенных ранее способов диагностики используется сравнение измеренных по цепям питания токов электрических двигателей ЭМС с эталонными токами, являющимися элементами матрицы Грина. Большое число контролируемых параметров обеспечивает большую надежность обнаружения неисправностей активной части двигателя.This goal is achieved in that, in contrast to the previously proposed diagnostic methods, a comparison is made of the currents measured by the power supply circuits of electric EMC motors with reference currents that are elements of the Green matrix. A large number of monitored parameters provides greater reliability of fault detection of the active part of the engine.
Указанная задача решается следующим образом [Курилин С.П., Денисов В.Н., Круглов В.В. Матричная теория электрических машин. М.: АНО ВПО ЦС РФ «Российский университет кооперации», 2008. - 128 с.: ил. ISBN 978-5-94771-102-8]:The specified problem is solved as follows [Kurilin SP, Denisov VN, Kruglov VV The matrix theory of electrical machines. M.: ANO VPO TSS RF “Russian University of Cooperation”, 2008. - 128 pp., Ill. ISBN 978-5-94771-102-8]:
1. По электрическому входу фиксируется вектор тока машины1. At the electrical input, the current vector of the machine is fixed
компонентами которого являются токи статора и ротора.whose components are the stator and rotor currents.
2. Проводится достаточно быстрый диагностический эксперимент, такой, что за его время сигналы по другим входам не успеют существенно измениться. В частности, частота вращения ротора поддерживается равной нулю ω=0.2. A fairly quick diagnostic experiment is carried out, such that during its time the signals at the other inputs do not have time to change significantly. In particular, the rotor speed is maintained equal to zero ω = 0.
В этих условиях моделью для описания электрической машины может служить система дифференциальных уравненийUnder these conditions, a system of differential equations can serve as a model for describing an electric machine.
где и А - вектор напряжений и соответствующая параметрическая матрица. Начальное значение вектора тока дается вектором .Where and A is the stress vector and the corresponding parametric matrix. The initial value of the current vector is given by the vector .
Применив преобразование Лапласа к выражению (2), получаем в операторной форме записиApplying the Laplace transform to expression (2), we obtain in the operator form
где р, , - изображения по Лапласу оператора дифференцирования, вектора тока и вектора напряжений .where p , - Laplace images of the differentiation operator, current vector and voltage vector .
Из (3) находим изображение вектора токаFrom (3) we find the image of the current vector
где Е - единичная матрица.where E is the identity matrix.
Теория интегральных преобразований утверждает: если изображение решения есть произведение элементарных изображений, то оригинал решения есть свертка элементарных оригиналов.The theory of integral transforms states: if the image of the solution is a product of elementary images, then the original solution is a convolution of elementary originals.
Оригинал одного из сомножителей правой части (4)The original of one of the factors on the right side (4)
очевиден. Это векторная функцияobvious. This is a vector function.
, ,
где δ(t) - функция Дирака или дельта-функция. Осталось выяснить, каков оригинал первого сомножителя правой части (4)where δ (t) is the Dirac function or the delta function. It remains to find out what the original of the first factor of the right-hand side of (4) is
(рЕ-А)-1.(pE-A) -1 .
Если при нулевых начальных условиях воздействовать дельта-функцией на одну из фаз электрического входа, то вектор отклика машины можно, согласно (2), найти из уравненияIf, under zero initial conditions, a delta function acts on one of the phases of the electrical input, then the response vector of the machine can, according to (2), be found from the equation
, ,
где - единичный вектор, у которого все координаты равны нулю, за исключением единицы, стоящей на месте с индексом k. Воздействия по каждой из фаз и отклики машины связаны матричным уравнениемWhere is a unit vector for which all coordinates are equal to zero, with the exception of the unit standing in place with the index k. The effects of each phase and the responses of the machine are related by a matrix equation
Здесь принято, что элементы матрицы ГринаIt is accepted here that the elements of the Green matrix
, m=1, …, n, k=1, …, n , m = 1, ..., n, k = 1, ..., n
представляют собой отклики машины по фазе с индексом m на импульсное воздействие по фазе с индексом k.represent the responses of the machine in phase with index m to the pulse action in phase with index k.
Применив преобразования Лапласа к выражению (5) и решив полученную систему уравнений относительно изображения матрицы ГринаApplying the Laplace transforms to expression (5) and solving the resulting system of equations with respect to the image of the Green matrix
G(p)=(pE-A)-1,G (p) = (pE-A) -1 ,
приходим к выводу о том, что оригиналом первого сомножителя правой части выражения (5) является матрица Гринаwe conclude that the original of the first factor of the right-hand side of expression (5) is the Green matrix
Таким образом, при произвольном характере питающих машину напряжений, ее отклик дается вектором токаThus, with the arbitrary nature of the voltage supplying the machine, its response is given by the current vector
а в случае воздействия на обесточенную машинуand in case of exposure to a de-energized machine
В выражениях (7), (8) символом «*» обозначена свертка функций, то есть интеграл видаIn expressions (7), (8), the symbol “*” denotes the convolution of functions, that is, an integral of the form
В частности, если подается импульсное напряжение только по цепи питания с индексом k, то соответствующий вектор тока двигателя представляет собой k-тый столбец матрицы Грина.In particular, if a surge voltage is applied only along the supply circuit with index k, then the corresponding motor current vector represents the kth column of the Green matrix.
То есть, если .That is, if .
Матрица Грина по (6) является функциональной матрицей собственных и взаимных проводимостей фаз асинхронного двигателя, выраженных в относительных единицах. Она несет информацию не только о величине этих проводимостей и их симметрии, но и о том, как эти проводимости изменяются с течением времени.The Green matrix according to (6) is a functional matrix of the intrinsic and mutual conductivities of the phases of an induction motor, expressed in relative units. It carries information not only about the magnitude of these conductivities and their symmetry, but also about how these conductivities change over time.
Процесс диагностики производится путем последовательной подачи импульсных напряжений в виде функции Хевисайда на фазы статора и ротора асинхронного двигателя при неподвижном роторе и измерении возникающих при этом токов фаз. На фиг.1 представлены фазы статора и ротора двигателя. В различных комбинациях (см. таблицу) на одну из фаз подается питание и производится измерение тока во всех фазах статора и ротора.The diagnostic process is carried out by successively applying pulsed voltages in the form of a Heaviside function to the phases of the stator and rotor of an induction motor with the rotor stationary and measuring the resulting phase currents. Figure 1 shows the phases of the stator and rotor of the engine. In various combinations (see table), one of the phases is supplied with power and current is measured in all phases of the stator and rotor.
На фиг.2 представлен измерительный блок, состоящий из резистивного элемента (шунта) Ш и электронного осциллографа ЭО. Измерительный блок включается последовательно в цепь той же фазы, в которой производится измерение тока. Если производится измерение интегрального элемента матрицы Грина , то питание подается на фазу с номером k, а измерительный блок включается в фазу с номером m. Питающее напряжение по фиг.3 задается ступенчатой импульсной функцией в виде функции Хевисайда с амплитудой U=10-15 В.Figure 2 presents the measuring unit, consisting of a resistive element (shunt) Ш and an electronic oscilloscope EO. The measuring unit is connected in series to the circuit of the same phase in which current is measured. If the integral element of the Green matrix is measured , then the power is supplied to the phase with the number k, and the measuring unit is included in the phase with the number m. The supply voltage in figure 3 is set by a stepwise impulse function in the form of a Heaviside function with an amplitude of U = 10-15 V.
Измерения токов фаз производятся при неподвижном роторе. Взаимное расположение статора и ротора может быть любым, но должно сохраняться неизменным в течение всей серии опытов.Phase current measurements are made with the rotor stationary. The relative position of the stator and rotor can be any, but should remain unchanged throughout the series of experiments.
Получение элементов интегральной матрицы Грина производится следующим образом:Obtaining elements of the Green integral matrix is as follows:
1) измерительные блоки включаются во все фазы;1) measuring units are included in all phases;
2) фазы с номерами 2-6 замыкаются накоротко;2) phases with numbers 2-6 are short-circuited;
3) импульс по фиг.3 подается на фазу с номером 1. При этом измеряются напряжения на шунтах измерительных блоков
3) the pulse of figure 3 is supplied to the phase with the
4) далее опыт повторяется с круговым изменением номеров фаз включения измерительного блока (внутренний цикл) и номеров фаз, питающихся от источника (внешний цикл), как отражено в таблице.4) then the experiment is repeated with a circular change in the numbers of the phases of switching on the measuring unit (internal cycle) and the numbers of phases powered by the source (external cycle), as reflected in the table.
Согласно таблице для определения интегральной матрицы Грина проводится 36 опытов.According to the table, 36 experiments are carried out to determine the integral Green matrix.
Элементы измеренной интегральной матрицы Грина сравниваются с элементами эталонной матрицы. Эталонная матрица снимается аналогичным способом с электродвигателя, исправность которого не вызывает сомнений. Путем сравнения элементов интегральной матрицы Грина тестируемой и эталонной электрической машины определяют дефектный элемент ее структуры.Elements of the measured integral Green matrix are compared with elements of the reference matrix. The reference matrix is removed in a similar way from an electric motor, the operability of which is beyond doubt. By comparing the elements of the Green integral matrix of the test and reference electric machines, the defective element of its structure is determined.
Ниже приводятся экспериментальные данные, относящиеся к исправному асинхронному двигателю и двигателю с поврежденной фазой. На фазу 1 статора эталонного асинхронного двигателя с активным сопротивлением 3 Ом подавалось постоянное напряжение амплитудой 12 В в виде функции Хевисайда. За это же самое время с обмоток статора 1, 2, 3, 4, 5, 6 (фиг.4) одновременно снимались показания цифровым запоминающим осциллографом PCS500, при одинаковых номиналах шунтов (Ш) 0,25 Ом. Имитация повреждения обмотки проводилась включением дополнительного сопротивления в цепь фазы 2 статора (фиг.4). Номинал подключаемого сопротивления варьировался: R1=10 Ом, R2=630 Ом. Ток фазы внешнего цикла с течением времени выходит на постоянный уровень, ток фазы внутреннего цикла затухает до нуля, если обмотка не повреждена (фиг.5), повреждение незначительно (фиг.6) или практически, с точностью до уровня шумов (фиг.7), равен нулю для фазы с разрывом. Если в исследуемых фазах статора не было повреждений, то интегральная матрица Грина симметрична и токи фаз внутреннего цикла совпадают, затухая до нуля (фиг.8). Графики токов интегральной матрицы Грина приведены для неповрежденных обмоток на фигуре 8 и обмоток с имитацией повреждения на фигурах 9, 10 соответственно. В фазе с измененными характеристиками наблюдается резкое уменьшение амплитудного значения тока по сравнению с эталонной характеристикой. В фазе с эталонными параметрами изменение тока также имеется, но отличие тока от эталонного тока незначительно.The following are experimental data related to a functioning asynchronous motor and a motor with a damaged phase. At
Представляется весьма важным, что подобную диагностику можно производить без демонтажа и разборки АД, а также без отсоединения технологического оборудования.It seems very important that such diagnostics can be performed without dismantling and disassembling the blood pressure, as well as without disconnecting the process equipment.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008148774/28A RU2392632C1 (en) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Method of diagnosing phase-rotor motors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008148774/28A RU2392632C1 (en) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Method of diagnosing phase-rotor motors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2392632C1 true RU2392632C1 (en) | 2010-06-20 |
Family
ID=42682889
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008148774/28A RU2392632C1 (en) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Method of diagnosing phase-rotor motors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2392632C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593408C1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-08-10 | Евгений Петрович Бессуднов | Objective method for accurate detection of short circuit between collector plates of dc machines collectors dovetail |
RU2794240C1 (en) * | 2022-11-22 | 2023-04-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method for diagnosing the technical condition of asynchronous electric motors and a device for its implementation |
-
2008
- 2008-12-10 RU RU2008148774/28A patent/RU2392632C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593408C1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-08-10 | Евгений Петрович Бессуднов | Objective method for accurate detection of short circuit between collector plates of dc machines collectors dovetail |
RU2794240C1 (en) * | 2022-11-22 | 2023-04-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method for diagnosing the technical condition of asynchronous electric motors and a device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101326586B1 (en) | Apparatus and method for diagnosing rotor faults of induction motor, and a medium having computer readable program for executing the method | |
Frosini et al. | A novel approach to detect short circuits in low voltage induction motor by stray flux measurement | |
Çira et al. | Analysis of stator inter-turn short-circuit fault signatures for inverter-fed permanent magnet synchronous motors | |
EP2728367A1 (en) | A method for detecting a fault condition in an electrical machine | |
Frosini et al. | A wavelet-based technique to detect stator faults in inverter-fed induction motors | |
Ghanbari et al. | A magnetic leakage flux-based approach for fault diagnosis in electrical machines | |
Ahmed et al. | Detection of eccentricity faults in machine usingfrequency spectrum technique | |
Bucci et al. | Apparatus for online continuous diagnosis of induction motors based on the SFRA technique | |
Alawady et al. | Phase to phase fault detection of 3-phase induction motor using FRA technique | |
Diaz et al. | Inter-turn short-circuit analysis in an induction machine by finite elements method and field tests | |
Grubic et al. | Online surge testing applied to an induction machine with emulated insulation breakdown | |
KR101151244B1 (en) | Apparatus and method for monitoring of airgap eccentricity of induction motors, and a medum having computer readable program for executing the method | |
Yousof et al. | Fra indicator limit for faulty winding assessment in rotating machine | |
Spyropoulos et al. | Induction motor stator fault diagnosis technique using Park vector approach and complex wavelets | |
Serna et al. | Detection of rotor faults in field oriented controlled induction machines | |
Sobczyk et al. | Characteristic features of rotor bar current frequency spectrum in cage induction machine with inner faults | |
RU2392632C1 (en) | Method of diagnosing phase-rotor motors | |
Asad et al. | The FEM Based Modeling and Corresponding Test Rig Preparation for Broken Rotor Bars Analysis | |
Kowalski et al. | Stator faults diagnosis of the converter-fed induction motor using symmetrical components and neural networks | |
Stojičić et al. | Monitoring of rotor bar faults in induction generators with full-size inverter | |
Brandt et al. | Diagnostic of induction motor using SFRA method | |
Zöller et al. | Separation of fundamental wave and transient components of the current signal for machine insulation state monitoring | |
Ray et al. | A Comprehensive Model of Induction Motor for emulating different electrical Faults | |
RU2537518C2 (en) | Method of diagnostics of turn-to-turn short circuits of asynchronous electric motor | |
Bacha et al. | Comparative investigation of diagnosis media of stator voltage asymmetry and rotor broken bars in induction machines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101211 |