RU2795372C2 - Method for assessing the technical condition of the electric drive - Google Patents
Method for assessing the technical condition of the electric drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795372C2 RU2795372C2 RU2021126911A RU2021126911A RU2795372C2 RU 2795372 C2 RU2795372 C2 RU 2795372C2 RU 2021126911 A RU2021126911 A RU 2021126911A RU 2021126911 A RU2021126911 A RU 2021126911A RU 2795372 C2 RU2795372 C2 RU 2795372C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric motor
- current
- values
- motor
- armature
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к методам диагностики состояния оборудования, а именно к способу прогнозирования возможности выхода из строя электродвигателей постоянного тока.The invention relates to methods for diagnosing the state of equipment, and in particular to a method for predicting the possibility of failure of DC motors.
Известен способ диагностики и прогнозирования технического состояния машин по вибрации корпуса [патент РФ №2103668], заключающийся в том, что с помощью автоматической системы диагностики измеряют сигналы, характеризующие состояние машин, и в качестве диагностических признаков графически отображают на экране дисплея компьютера и сравнивают их с пороговыми значениями, предварительно введенными в компьютер и отображенными на столбиковых указателях признаков, которые формируют на экране, и дополняют экран схематическим положением машин из соответствующих машинам графических символов, и меню с опциями, по которым путем совмещения с курсором формируют дополнительные экраны, отличающийся тем, что для отображения текущего состояния машин и каналов самой системы в комплексе и комплексного управления процессом диагностики система формирует экран "монитор", строя на упомянутом экране схематичное положение, система устанавливает графические символы подобно и пропорционально реальному положению машин в комплексе, и разделяет каждый символ на участки структурных частей машины, например двигатель и исполнительная часть, измеряемые сигналы с которых система выводит на столбиковые указатели, которые предварительно формирует на экране по признакам виброускорения, виброскорости, виброперемещения, давления, расхода, температуры, напряжения и величины тока с отметкой верхних и нижних пороговых значений признаков на едином зрительно воспринимаемом уровне, в меню экрана "монитор" система формирует опцию "помощь" по вызову экрана пояснений содержания экрана "монитор" и порядка его использования, опции "система" и "тренд" по вызову одноименных вспомогательных экранов, опцию "анализ" по вызову экрана отображения сигнала выбранного канала системы с аппаратными средствами и управления процессом анализа сигнала, опцию "печать" по печатанию текущего содержания экрана на печатающем устройстве, опцию "коррекция" по вызову экрана коррекции величин наработки машин и величин порогов включения/выключения машин, которые система отображает в предварительно формируемом ею экране "монитор", причем опция "коррекция" позволяет вызвать экран определения причин вывода машин в резерв или в ремонт с последующим вызовом соответствующих экранов со списком причин вывода, а также система формирует на экране "монитор" текстовой указатель с номерами машины и ее структурной части, по измеряемым сигналам с которых система выявляет изменение градации технического состояния машины, а затем система сигнализирует на экране изменение стадий градации технического состояния по группам машин, окрашивая соответствующие структурные участки графических символов в различные цвета, причем цветовая зависимость устанавливается отдельно для работающих и отдельно для неработающих машин, находящихся в ремонте или в резерве, одновременно с этим в схематичном положении машин система выделяет из группы машин одной стадии технического состояния графический символ машины наихудшего состояния при помощи светящегося курсора, который система формирует индивидуально для каждой машины по предварительно разработанному порядку обработки измеряемых сигналов, а также система выдает информацию о состоянии выделенной машины на столбиковых указателях признаков, окрашивая их по цветовой зависимости, установленной для работающих машин.A known method for diagnosing and predicting the technical condition of machines by body vibration [RF patent No. 2103668], which consists in the fact that using an automatic diagnostic system, signals are measured that characterize the state of machines, and as diagnostic features are graphically displayed on a computer display screen and compared with threshold values previously entered into the computer and displayed on the bar indicators of features that are formed on the screen, and supplement the screen with a schematic position of the machines from the graphic symbols corresponding to the machines, and a menu with options, according to which, by combining with the cursor, additional screens are formed, characterized in that to display the current state of the machines and channels of the system itself in a complex and to comprehensively manage the diagnostic process, the system forms a "monitor" screen, building a schematic position on the said screen, the system sets graphic symbols similarly and proportionally to the actual position of the machines in the complex, and divides each symbol into sections of structural parts of the machine, for example, the engine and the executive part, the measured signals from which the system outputs to bar indicators, which are preliminarily generated on the screen according to the signs of vibration acceleration, vibration velocity, vibration displacement, pressure, flow rate, temperature, voltage and current value with a mark of the upper and lower threshold values of the signs at a single visually perceptible level, in the "monitor" screen menu, the system forms the "help" option to call the screen explaining the contents of the "monitor" screen and the procedure for its use, the "system" and "trend" options to call the auxiliary screens of the same name, the "analysis" option by calling the screen for displaying the signal of the selected channel of the system with hardware and managing the signal analysis process, the "print" option for printing the current screen content on the printing device, the "correction" option for calling the screen for correcting the operating hours of the machines and the values of the on / off thresholds of the machines, which the system displays a "monitor" in the screen pre-formed by it, and the "correction" option allows you to call up a screen for determining the reasons for putting machines into reserve or for repair, followed by calling the appropriate screens with a list of reasons for the withdrawal, and the system also generates a text pointer on the "monitor" screen with numbers of the machine and its structural part, according to the measured signals from which the system detects a change in the gradation of the technical condition of the machine, and then the system signals on the screen a change in the stages of the gradation of the technical condition by groups of machines, coloring the corresponding structural sections of graphic symbols in different colors, and the color dependence is set separately for working and separately for non-working machines that are under repair or in reserve, at the same time, in the schematic position of machines, the system selects a graphic symbol of the machine of the worst condition from the group of machines of one stage of technical condition using a luminous cursor, which the system generates individually for each machine in advance the developed procedure for processing the measured signals, and the system also displays information about the state of the selected machine on the column indicators of features, coloring them according to the color dependence established for the working machines.
Недостатком известного способа является высокая стоимость оборудования, необходимого для реализации известного способа.The disadvantage of the known method is the high cost of the equipment required to implement the known method.
Известен способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств [патент РФ №2300116], при котором в течение заданного интервала времени производят запись значений фазного тока, потребляемого электродвигателем, с помощью датчика тока 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.There is a known method for diagnosing AC motors and related mechanical devices [RF patent No. 2300116], in which, during a given time interval, the values of the phase current consumed by the motor are recorded, using a current sensor with a linear amplitude-frequency characteristic, the analyzed characteristic frequencies are isolated with using a low-pass filter, they convert the received signal from analog to digital form, and then perform a spectral analysis of the received signal and compare the amplitude values at characteristic frequencies with the signal level at the mains frequency.
Недостатком известного способа является тот факт, что оцениваются только амплитуды колебаний параметров, что не всегда может позволить объективно оценить работоспособность машины, т.к. такие всплески могут быть вызваны колебаниями технологических нагрузок и никак не связаны с выходом оборудования из строя.The disadvantage of the known method is the fact that only the amplitudes of parameter fluctuations are evaluated, which may not always allow an objective assessment of the machine's performance, because such surges can be caused by fluctuations in process loads and are in no way related to equipment failure.
Данный способ принят в качестве прототипа.This method is adopted as a prototype.
Очевидно, что наиболее целесообразным вариантом диагностики является вариант, включающий анализ распределения токовых нагрузок в обмотке якоря электродвигателя во времени, так как момент нагрузки на привод прямо пропорционален току якоря электродвигателя постоянного тока.Obviously, the most appropriate diagnostic option is the option that includes the analysis of the distribution of current loads in the armature winding of the electric motor over time, since the load torque on the drive is directly proportional to the armature current of the DC motor.
Задача изобретения - диагностики состояния электродвигателя постоянного тока по уже регистрируемым параметрам работы.The objective of the invention is to diagnose the state of a DC electric motor according to the already recorded operation parameters.
Обозначенная задача достигается тем, что в способе оценки состояния электродвигателя постоянного тока, включающем сбор и анализ данных об изменении величины силы тока якоря электродвигателя, сравнение вида гистограмм плотностей распределения токов якоря электродвигателя и его средних значений при текущем оцениваемом временном периоде работы и периоде работы, при котором заранее было известно, что электродвигатель и все его элементы были в исправном состоянии, и в случае, если гистограммы не совпадают, делают вывод о нарушении технического состояния электродвигателя постоянного тока, кроме того, сравниваются средние квадратические отклонения совокупности значений величин сил токов якоря при текущем оцениваемом временном периоде работы электродвигателя и совокупности значений величин сил токов якоря электродвигателя, при которой известно, что электродвигатель и все его элементы были в исправном состоянии, причем, если отношение квадратов средних квадратических отклонений превышает критическое значение, делают вывод о нарушении технического состояния электродвигателя.The designated task is achieved by the fact that in the method for assessing the state of a DC electric motor, including the collection and analysis of data on the change in the magnitude of the current strength of the armature of the electric motor, comparing the type of histograms of the distribution density of the currents of the armature of the electric motor and its average values for the current estimated time period of operation and the period of operation, when which it was known in advance that the electric motor and all its elements were in good condition, and if the histograms do not match, they conclude that the technical condition of the DC electric motor has been violated, in addition, the root-mean-square deviations of the totality of the values of the values of the armature currents are compared at the current the estimated time period of operation of the electric motor and the totality of values of the current strength of the armature of the electric motor, at which it is known that the electric motor and all its elements were in good condition, and if the ratio of squared standard deviations exceeds the critical value, a conclusion is made about the violation of the technical condition of the electric motor.
Сущность изобретения заключается в предиктивной оценке состояния электродвигателя постоянного тока, путем сравнения гистограммы плотности распределения регистрируемых значений тока обмотки якоря, средних значений тока обмотки якоря и аналогичных характеристик исправного электродвигателя.The essence of the invention lies in the predictive assessment of the state of the DC motor, by comparing the histogram of the distribution density of the recorded values of the armature winding current, the average values of the armature winding current and similar characteristics of a serviceable electric motor.
На фигуре 1 (фиг. 1) приведена плотность распределения токов якоря двигателя при устойчивом режиме его работы.The figure 1 (Fig. 1) shows the distribution density of the motor armature currents in a stable mode of its operation.
На фигуре 2 (фиг. 2) приведена плотность распределения токов якоря двигателя при переходных процессах (динамические нагрузки).The figure 2 (Fig. 2) shows the distribution density of the motor armature currents during transients (dynamic loads).
На фигуре 3 (фиг.3) приведена плотность распределения токов якоря двигателя при изменении технического состояния электродвигателя постоянного тока.The figure 3 (figure 3) shows the distribution density of the motor armature currents when the technical state of the DC motor changes.
Ниже приведен конкретный пример практической реализации предлагаемого способа.Below is a specific example of the practical implementation of the proposed method.
Установлено, что плотность распределения тока имеет схожую форму в установившемся режиме работы практических для всех двигателей [Кожевников А.В., Платонов Ю.В. Разработка метода оценки состояния электромеханических приводных систем (на примере ролика рольганга) с применением статистического анализа токового сигнала электродвигателя // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. Т. 76. №7. С. 728-733], характер распределения представлен на фиг. 1.It has been established that the current distribution density has a similar shape in the steady state operation of practically all motors [Kozhevnikov A.V., Platonov Yu.V. Development of a method for assessing the state of electromechanical drive systems (on the example of a roller table roller) using statistical analysis of the current signal of an electric motor // Ferrous metallurgy. Bulletin of scientific, technical and economic information. 2020. V. 76. No. 7. S. 728-733], the nature of the distribution is shown in Fig. 1.
Но если появляются первые признаки механических повреждений системы, сопровождающиеся ростом момента нагрузки, то плотность распределения тока смещается в сторону больших значений тока якоря (фиг .2 и 3).But if the first signs of mechanical damage to the system appear, accompanied by an increase in the load moment, then the current distribution density shifts towards large values of the armature current (figures 2 and 3).
Двигатель продолжает работать на этом токе до своего отказа, так как он ниже номинала и не фиксируется защитой электродвигателя постоянного тока.The motor continues to run at this current until it fails because it is under-rated and not latched by the DC motor protection.
Дополнительно оценивают равенство средних квадратических отклонений распределения токов обмотки при работе в устойчивом режиме (фиг. 1) и при рассматриваемом режиме (фиг. 3).Additionally, the equality of standard deviations of the distribution of winding currents is evaluated when operating in a stable mode (Fig. 1) and in the considered mode (Fig. 3).
Оценку, например, выполним по известному критерию Фишера, применяемому для сравнения средних квадратических отклонений наборов значений двух величин.For example, let's estimate according to the well-known Fisher's criterion, which is used to compare the standard deviations of sets of values of two quantities.
Так, если рассчитанное значение критерия Фишера, определяемое по выражению F=S1 2/S2 2 (S1 - большее среднее квадратическое из наборов значений токов, S1 - меньшее среднее квадратическое из наборов значений токов), превышает критическое значение, то средние квадратические отклонения неравны и делается вывод о неисправности привода.So, if the calculated value of the Fisher criterion, determined by the expression F \u003d S 1 2 /S 2 2 (S 1 is the larger rms of the sets of current values, S 1 is the smaller rms of the sets of current values), exceeds the critical value, then the average the square deviations are unequal and a conclusion is made about the drive failure.
В соответствии с распределением на фиг. 1 среднее квадратическое отклонение составит S’=0,07664, на фиг. 3 - S’’=0,01837, тогда S1=0,07664, S2=0,01837, а расчетное значение критерия Фишера Fp=17,397, критическое значение критерия Фишера Fк=5,39. Таким образом, Fp>Fк и делаем вывод, что средние квадратические отклонения распределения токов обмотки при работе в устойчивом режиме (фиг. 1) и при рассматриваемом режиме (фиг. 3) неравны, техническое состояние электродвигателя постоянного тока нарушено.According to the distribution in Fig. 1, the standard deviation will be S'=0.07664, in FIG. 3 - S''=0.01837, then S 1 =0.07664, S 2= 0.01837, and the calculated value of the Fisher criterion F p =17.397, the critical value of the Fisher criterion F to =5.39. Thus, F p >F to and we conclude that the standard deviations of the winding current distribution during operation in a stable mode (Fig. 1) and in the considered mode (Fig. 3) are unequal, the technical condition of the DC motor is broken.
Диагностика по токовому сигналу, являясь альтернативой дорогостоящему виброконтролю, позволяет производить качественную оценку состояния электродвигателя, его креплений и механики исполнительного механизма: муфт, подшипников, редукторов, рабочих колес или винтов.Current signal diagnostics, being an alternative to expensive vibration monitoring, allows for a qualitative assessment of the state of the electric motor, its fastenings and the mechanics of the actuator: couplings, bearings, gearboxes, impellers or screws.
Claims (1)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021126911A RU2021126911A (en) | 2023-03-13 |
| RU2795372C2 true RU2795372C2 (en) | 2023-05-03 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2431152C2 (en) * | 2009-11-23 | 2011-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method of diagnostics of electrically driven mechanisms and systems |
| JP2016197040A (en) * | 2015-04-03 | 2016-11-24 | 三菱電機株式会社 | Diagnostic apparatus for electric motor |
| JP2019020278A (en) * | 2017-07-19 | 2019-02-07 | 株式会社日立製作所 | Diagnostic system for rotary machine system, electric power converter, rotary machine system, and method for diagnosing rotary machine system |
| EP3489700B1 (en) * | 2016-07-25 | 2020-08-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric motor diagnosis device |
| US10783219B2 (en) * | 2015-07-01 | 2020-09-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Distributed equipment abnormality detection system for monitoring physical amounts of equipments and detecting abnormality of each equipment |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2431152C2 (en) * | 2009-11-23 | 2011-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method of diagnostics of electrically driven mechanisms and systems |
| JP2016197040A (en) * | 2015-04-03 | 2016-11-24 | 三菱電機株式会社 | Diagnostic apparatus for electric motor |
| US10783219B2 (en) * | 2015-07-01 | 2020-09-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Distributed equipment abnormality detection system for monitoring physical amounts of equipments and detecting abnormality of each equipment |
| EP3489700B1 (en) * | 2016-07-25 | 2020-08-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric motor diagnosis device |
| JP2019020278A (en) * | 2017-07-19 | 2019-02-07 | 株式会社日立製作所 | Diagnostic system for rotary machine system, electric power converter, rotary machine system, and method for diagnosing rotary machine system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КОЖЕВНИКОВ А.В. и др., Разработка метода оценки состояния электромеханических приводных систем (на примере ролика рольганга) с применением статистического анализа токового сигнала электродвигателя, Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации, 2020. т. 76, 7, с.728-733. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6308140B1 (en) | Motor condition and performance analyzer | |
| US7143003B2 (en) | Pilot indicator for predicting changes in the monitoring parameters of a gas turbine engine | |
| EP2149980B1 (en) | Stray flux processing method and system | |
| EP3367198A1 (en) | Method for monitoring and diagnosing rotating machines based on signature analysis of electrical signals | |
| RU2300116C2 (en) | Mode of diagnostics od electrical engines of alternating current and of mechanical arrangements involved with them | |
| EP2434637A2 (en) | Method and system for determining deterioration of permanent magnets of electric apparatus | |
| KR101169796B1 (en) | Fault detecting system of rotor bar of motor | |
| CN113316889B (en) | Power conversion device, rotary machine system, and diagnostic method | |
| US20200033411A1 (en) | Condition monitoring system, condition monitoring method, condition monitoring program, and storage medium | |
| US20140214363A1 (en) | Fault frequency set detection system and method | |
| RU2795372C2 (en) | Method for assessing the technical condition of the electric drive | |
| Pezzani et al. | A PLL-based resampling technique for vibration analysis in variable-speed wind turbines with PMSG: A bearing fault case | |
| WO2019003389A1 (en) | Diagnostic device for electric motor | |
| EP4234927A2 (en) | State monitoring device, state monitoring system, and state monitoring method | |
| JPH1183686A (en) | Method and device for diagnosing abnormality in machine installation | |
| WO2021157111A1 (en) | Fluid system abnormality monitoring and diagnosis method for fluid rotary machine | |
| KR20110111829A (en) | On-site fault diagnosis method of motor | |
| JPH11514834A (en) | Circuit and method for determining source of waveform distortion | |
| KR100969243B1 (en) | Method for testing a fault of a rotating component by modeling transfer function indicated by power signature line of a motor, electric generator | |
| JP6793565B2 (en) | State analyzer, display method, and program | |
| JP2000298511A (en) | Equipment diagnosing device and recording medium | |
| AU2003203820A1 (en) | Apparatus and method of diagnosing machinery damage factor | |
| RU2103668C1 (en) | Method of diagnostics and prediction of mechanical condition of machines by body vibration | |
| JPH01101418A (en) | Diagnosing device for rotary machine | |
| RU96100118A (en) | METHOD FOR DIAGNOSTIC AND FORECASTING OF TECHNICAL CONDITION OF MACHINES BY VIBRATION OF BODY |