Fremgangsmåte og apparat for måling av lagerstrøm i en elektrisk maskin

Transkript

1 1 Fremgangsmåte og apparat for måling av lagerstrøm i en elektrisk maskin Oppfinnelsens område Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat eller anordning for måling av lagerstrømmer i en elektrisk maskin. Spesielt, er oppfinnelsen relatert til måling av lagerstrømmer ved detektering av radiofrekvens- (RF)-signaler som er generert av de elektriske utladninger i lagrene på maskinen. 1 Bakgrunn for oppfinnelsen Elektriske utladninger forekommer i de elektriske maskiner av mange grunner. De elektriske utladninger er skadelige, og disse pleier å skade maskinen på forskjellige måter. Tre viktige årsaker er: delutladninger i viklingene, lagerstrømmer og gnistring av kommutatoren eller kollektoren. Alle disse fenomenene har blitt grundig undersøkt, og det har vært mange forslag om hvordan man skal forebygge / hindre og/eller detektere dem før effektiviteten av de elektriske maskiner er blitt forverret, eller før enhver del av maskinen er blitt fullstendig skadet. 2 3 Det har vært mange tilnærminger til å utnytte RF-signaldeteksjon når man vil definere forekomsten av de elektriske utladninger. RF-signaldetektorer er blitt foreslått for detektering av de elektriske utladninger som er forårsaket f.eks. av løse eller ødelagte ledere i viklingene, intermitterte eller avbrutte tråd og kortslutninger i eller ved bøye- eller snu-punkt(er) (turn shorts) i viklingene. Videre har det vært flere forslag for å finne ut overvåking eller monitorering av børstens lysbuedannelse i kommutatoren eller kollektoren til DC-maskinen. De elektriske utladninger og RF-signalene er i direkte forbindelse med viklingene og kommutatorene henholdsvis, hvor grunnen av utladningene lokaliseres. F.eks. blir den elektriske utladningen og RF-signalene generert i kommutatoren på grunn av slitasje og aldring av børstene. Når det gjelder lagerstrømmer er situasjonen vanskeligere. Lagerstrømmene kan ikke måles i de fleste tilfeller, men andre variabler, som felles modus-strøm eller -spenning i terminalene eller koplings- eller kontaktklemmene til motoren, eller spenningen over lageret kan måles. I noen tilfeller er selve disse variablene utilgjengelige. Videre er det usikkert om det forekommer skadelige utladninger i lagrene. Publisert internasjonal patentsøknad WO 07/601 A1 beskriver en fremgangsmåte for å indikere en elektrisk utladning i et lager i et elektrisk driv- eller styringssystem. De

2 2 detekterte RF-signalene blir prosessert for å estimere den elektriske utladningen, og den estimerte elektriske utladningen blir indikert. Mens alle de tidligere kjente løsningene bruker RF-signalene når det skal detekteres elektriske utladninger ved tilkopling av den elektriske maskinen, har disse noen visse ulemper med å identifisere når det detekterte RF-signalet virkelig er koplet til eller forbundet med den elektriske utladningen under tvil. 1 US 4,238,733 beskriver et system som overvåker koronautladning i sporene på elektriske maskiner. En antenne er plassert nær sporet til statoren for å detektere radiofrekvenssignal som er generert av koronautladningen. Publisert patentsøknad DE beskriver en beskyttelsessystem hvor et tyristorisoleringstrinn settes inn mellom isolasjonsmålekretsen i kretsarrangementet og hovedbryteren. Utløse- eller triggerenhet til isoleringstrinnet styres eller kontrolleres av en utløse- eller triggerkontrollenhet som er synkronisert med nettfrekvensen og er koblet til isolasjonsmålekretsen. Oppsummering av oppfinnelsen Hensikten med oppfinnelsen er å frembringe en ny fremgangsmåte slik som definert i det selvstendige krav 1 og et apparat slik som definert i det selvstendige krav 4 for måling av lagerstrømmer i de elektriske maskiner ved å detektere RF-signaler forårsaket av de elektriske utladninger. Ytterligere aspekter ved oppfinnelsen er definert i de uselvstendige krav. 2 3 Den foreliggende oppfinnelse sørger for pålitelige og presise data hvis de høyfrekvente spenninger som kommer fra kraftelektronikkbrytere, forårsaker gnistingen. Det er mulig å nøyaktig analysere og overvåke denne type informasjon eller data. Således kan fenomenene og fremdriften i løpet av levetiden av maskinen lett observeres og utnyttes ved evaluering av maskinens tilstand og mulige vedlikeholdskrav. Kort beskrivelse av tegningene Ytterligere trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå fra den følgende detaljerte beskrivelse, tatt i kombinasjon med de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 2 viser skjematisk en annen utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 3 illustrerer skjematisk en utførelse av oppfinnelsen i forbindelse med en diagnostiseringsenhet.

3 3 Detaljert beskrivelse Figur 1 viser skjematisk en utførelsesform av oppfinnelsen. En elektrisk AC-motor 2 er drevet av frekvensomformer 4 som konverterer nett- eller hoved- AC- eller vekselspenning levert fra nettet eller hovedledningen 6. Utgangen fra frekvensomformeren 4 er koblet via linjer eller ledninger 8 til terminalene / koplings- eller kontaktklemmene til motoren 2. Frekvensomformeren 4 består av eller omfatter flere elektronikk- eller elektroniske brytere som kontrolleres eller styres av høyfrekvent PWM-impulser som er velkjente innenfor dette fagområdet. 1 Akselen til den elektriske motor 2 er understøttet eller holdt til en ramme 12 til motoren ved hjelp av lager 14. Når de høyfrekvente spenningsimpulser sirkulerer i statoren til motoren vil disse under noen visse omstendigheter føre til en høyspenningsimpuls over smørefilm til lageret 14. Hvis spenningen er høy nok vil en lagerstrøm flyte gjennom lageret 14 og vil sådan forårsake en elektrisk utladning. Dette fenomenet genererer et radiofrekvent eller radiofrekvens- (RF-) signal som kan påvises eller detekteres ved hjelp av en antenne 16 som er plassert i nærheten av lageret. Spenningen i/ved utgangen 17 til antennen 16 kan overvåkes eller monitoreres på et display til et oscilloskop 18. Magnituden eller størrelsen på lagerstrømmen som er proporsjonal med eller til de elektriske utladninger, kan måles. For å kunne få eksakt måleresultat vil utløseeller triggersignalene for bryterne i frekvensomformeren 4 føres til oscilloskopet 18 via linjer eller ledninger. 2 Figur 2 illustrerer en annen utførelsesform av oppfinnelsen. I figur 2 er utløse- eller triggersignalene til oscilloskopet 18 tatt fra terminalene / koplings- eller kontaktklemmene på den elektriske maskin 2, via linjer eller ledninger 21. Utløse- eller triggersignalene er dermed generert fra sensorer som måler felles modus-spenning eller felles modus-strøm. 3 Antennen 16 er en ring- eller sløyfeantenne med flere sløyfer som mottar RF-signaler. Andre typer antenner som er egnet for mottak av RF-signaler, kan anvendes. Valget av antennen er også avhengig av måleavstanden. Det synkroniserende eller synkroniseringssignalet kan være ethvert signal som er koblet til opprinnelsen for dannelsen eller fremskaffelsen av lagerstrømmene. Ideen er å få et eksakt taktsignal til svitsjefrekvensen, og dette signalet brukes som et synkroniserende eller synkroniseringssignal når det skal detekteres RF-signal via antennen. Støysignalene kan bli eliminert på pålitelig vis. Figuren 3 illustrerer en diagnostikk- eller diagnostiseringsenhet som utnytter oppfinnelsen. Utgangen til oscilloskopet 18 utløst av synkroniseringssignalet, føres til analysatoren 24. Intensiteten og gjentakelsen av gnistingen blir oppdaget / detektert og registrert i

4 4 registreringsmodul 26. Resultatene blir kontinuerlig lagret i minne 28. Dataene brukes ved definering av service og vedlikehold. Resultatene av målingen blir videre utnyttet ved telling av utladningsimpulser ved hjelp av en impulsteller eller en integrator / integreringskrets. Denne type data eller informasjon blir fordelaktig brukt for å definere en parameter som er proporsjonal med eller til funksjonsfeil på lageret. Utførelsesformene ifølge oppfinnelsen beskrevet ovenfor er kun ment til å være eksemplariske. Oppfinnelsens omfang er derfor ment til å være utelukkende begrenset av rammen av de etterfølgende patentkrav.

5 P A T E N T K R A V 1 1. Fremgangsmåte for måling av lagerstrømmer i en elektrisk maskin (2), drevet av en frekvensomformer (4), hvilken består av flere elektroniske brytere som kontrolleres av høyfrekvente PWM-impulser, hvori elektriske utladninger genereres, hvilken elektrisk maskin (2) består av en stator festet til en ramme (12) for den elektriske maskinen og en rotor som er anordnet til å rotere rundt sin akse () og er understøttet eller holdt til rammen (12) ved hjelp av lagre (14), hvor den elektriske utladningen rives eller brytes eller bristes hvis spenningen over en smørefilm er høy og den elektriske utladningen genererer et radiofrekvenssignal, idet radiofrekvenssignaler detekteres kontinuerlig ved hjelp av en antenne (16) i nærheten av posisjonen eller stedet for den elektriske utladningen, k a r a k t e r i s e r t v e d at fremgangsmåten omfatter følgende trinn: - et synkroniseringssignal genereres og er tidsriktig eller betimelig avhengig av opprinnelsen av utladningen, ved å føre utløse- eller triggersignaler for bryterne i frekvensomformeren (4) til et oscilloskop (18), eller ved å føre en felles modus-strøm eller en felles modus-spenning målt av sensorer til et oscilloskop (18), - et radiofrekvenssignaldetekteringsutstyr utløses eller trigges som reaksjon eller respons på synkroniseringssignalet, - radiofrekvenssignaler som matcher eller svarer til synkroniseringssignalet, registreres som signal representerende lagerstrømmen Fremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at et tidsvindu som skal overvåkes, defineres på grunnlag av frekvensen til synkroniseringssignalet. 3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at radiofrekvenssignaler integreres eller telles Apparat for måling av lagerstrømmer ved overvåking av elektriske utladninger generert i en elektrisk maskin (2) drevet av en frekvensomformer (4), som består av flere elektroniske brytere som kontrolleres av høyfrekvent PWM-impulser, hvilken maskin består av en stator festet til en ramme (12) for den elektriske maskinen (2) og en rotor som er innrettet til å rotere rundt sin akse () og er understøttet eller holdt til rammen ved hjelp av lagre (14), hvorved den elektriske utladningen rives eller brytes eller bristes over lageret (14) hvis spenningen over smørefilm er altfor høy, og den elektriske utladningen genererer et radiofrekvenssignal, idet apparatet omfatter en antenne nær posisjonen eller stedet for den elektriske utladningen for kontinuerlig detektering av radiofrekvenssignaler, k a r a k t e r i s e r t v e d at apparatet videre omfatter:

6 6 - en ledning eller linje () for å føre utløse- eller triggersignaler for bryterne i frekvensomformeren (4) til et oscilloskop (18), eller en ledning eller linje (21) fra sensoren som detekterer en felles modus-strøm eller en felles modus-spenning til et oscilloskop ( 18), for å generere et synkroniseringssignal som er tidsriktig eller betimelig avhengig av og basert til opprinnelsen av utladningen, - en detektor- (18) enhet som utløses eller trigges på grunnlag av synkroniseringssignalet, og - en registrerings- (24,26) komponent eller del som viser eller lagrer radiofrekvenssignaler som matcher eller svarer til synkroniseringssignalene.. Apparat i henhold til krav 4, k a r a k t e r i s e r t v e d at synkroniseringssignalet genereres på basis av svitsje- eller bryterfrekvens til omformeren (4) som styrer eller kontrollerer maskinen (2) Apparat i henhold til krav 4 eller, k a r a k t e r i s e r t v e d at oscilloskopet (18) viser en spenning som er proporsjonal til lagerstrømmen. 7. Apparat ifølge et hvilket som helst av krav 4-6, k a r a k t e r i s e r t v e d at apparatet videre omfatter en impulsteller eller en integrator / integreringskrets for definering av en parameter som er proporsjonal til funksjonsfeil på lageret.