(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (1) T3 Int.Cl. G01R 31/34 ( ) G01R 31/12 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2012/36 EP B1 (4) Tytuł wynalazku: SPOSÓB I URZĄDZENIE DO MIERZENIA PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH W MASZYNIE ELEKTRYCZNEJ (30) Pierwszeństwo: FI (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2011/13 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2013/02 (73) Uprawniony z patentu: ABB OY, Helsinki, FI (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 JARI PEKOLA, Vantaa, FI TAPIO HARING, Kuopio, FI PETRI MÄKI-ONTTO, Espoo, FI (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Robert Teofilak SULIMA GRABOWSKA SIERZPUTOWSKA BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J. Skr. poczt Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 SGS-3182/VAL EP B1 Opis Dziedzina techniki [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do mierzenia prądów łożyskowych w maszynie elektrycznej. Wynalazek dotyczy w szczególności mierzenia prądów łożyskowych przez wykrywanie sygnałów o częstotliwości radiowej (RF), które są wytwarzane przez wyładowania elektryczne w łożyskach urządzenia. Tło wynalazku [0002] Wyładowania elektryczne występują w maszynach elektrycznych z wielu powodów. Wyładowania elektryczne są szkodliwe i mogą na różne sposoby powodować uszkodzenie maszyny. Trzy główne przyczyny to wyładowania niezupełne w uzwojeniach, prądy łożyskowe i iskrzenie komutatora. Wszystkie te zjawiska zostały dokładnie zbadane, przedstawiono również wiele propozycji ich wyeliminowania i/lub wykrywania przed obniżeniem wydajności maszyny elektrycznej lub przed całkowitym zniszczeniem jakiegokolwiek podzespołu maszyny. [0003] Opracowano wiele propozycji stwierdzenia występowania wyładowań elektrycznych z wykorzystaniem wykrywania sygnałów o częstotliwości radiowej (RF). Zaproponowano zastosowanie czujników sygnału o częstotliwości radiowej przeznaczonych do wykrywania wyładowań elektrycznych spowodowanych na przykład przez poluzowane lub przerwane przewody uzwojeń, przerwane żyły lub zwarcia zwojowe w uzwojeniach. Przedstawiono ponadto kilka propozycji wykrywania przez monitorowanie wyładowań łukowych przy szczotkach komutatora maszyny prądu stałego. [0004] Wyładowania elektryczne i sygnały o częstotliwości radiowej są bezpośrednio powiązane odpowiednio z uzwojeniami i komutatorami, w których tkwi przyczyna występowania wyładowań. Wyładowanie elektryczne i sygnały o częstotliwości radiowej są na przykład wytwarzane w komutatorze na skutek zużywania i starzenia się szczotek. [000] W przypadku prądów łożyskowych sytuacja jest trudniejsza. Prądy łożyskowe w większości przypadków nie mogą być mierzone, możliwe jest za to mierzenie innych zmiennych takich jak wspólny prąd lub wspólne napięcie na stykach silnika lub napięcie na łożysku. W niektórych przypadkach zmienne te nie są dostępne. Nie świadczą one po-

3 nadto jednoznacznie o występowaniu szkodliwych wyładowań w łożyskach. [0006] W opublikowanym międzynarodowym zgłoszeniu WO 2007/601 ujawniono sposób wskazywania wystąpienia wyładowania elektrycznego w łożysku elektrycznego układu napędowego. Wykryte sygnały o częstotliwości radiowej są przetwarzane w celu ustalenia faktu wystąpienia wyładowania elektrycznego, po czym wskazywane jest ustalone wystąpienie wyładowania elektrycznego. W przypadku wszystkich znanych rozwiązań w obecnym stanie techniki do wykrywania wyładowań elektrycznych w maszynie elektrycznej wykorzystywane są sygnały o częstotliwości radiowej, jednak posiadają one pewne wady związane z określaniem, czy wykryty sygnał o częstotliwości radiowej jest rzeczywiście powiązany z omawianym wyładowaniem elektrycznym. [0007] W patencie Stanów Zjednoczonych ujawniono układ monitorujący wyładowania koronowe w żłobkach maszyn elektrycznych. W pobliżu żłobka stojana umieszczona jest antena przeznaczona do wykrywania sygnału o częstotliwości radiowej, który wytwarzany jest przez wyładowanie koronowe. [0008] W opublikowanym zgłoszeniu patentowym DE ujawniono układ zabezpieczający, w którym między układem pomiaru izolacji obwodu a włącznikiem sieciowym umieszczony jest tyrystorowy stopień izolujący. Układ wyzwalający stopnia izolującego sterowany jest przez układ sterujący wyzwalaniem, który jest zsynchronizowany z częstotliwością sieci zasilającej i połączony z układem pomiaru izolacji. Streszczenie wynalazku 2 30 [0009] Celem wynalazku jest utworzenie nowego sposobu, który określono w niezależnym zastrzeżeniu 1, oraz urządzenia, które określono w niezależnym zastrzeżeniu 4, przeznaczonych do mierzenia prądów łożyskowych w maszynach elektrycznych przez wykrywanie sygnałów o częstotliwości radiowej (RF) wytwarzanych przez wyładowania elektryczne. [00] Kolejne aspekty wynalazku określono w zależnych zastrzeżeniach patentowych. [0011] Niniejszy wynalazek zapewnia wiarygodne i dokładne dane świadczące o tym, czy napięcia o dużej częstotliwości pochodzące z elektronicznych przełączników mocy powodują iskrzenie. Dane te mogą być dokładnie analizowane i monitorowane. W ten sposób możliwe jest łatwe obserwowanie wspomnianego zjawiska i jego rozwoju w czasie użytkowania maszyny, co można wykorzystać podczas oceny stanu maszyny i podejmowania decyzji, czy wymagane jest przeprowadzenie prac konserwacyjnych.

4 3 Krótki opis rysunków [0012] Dalsze właściwości i zalety niniejszego wynalazku zostaną przedstawione w poniższym szczegółowym opisie sporządzonym w odniesieniu do rysunku, na którym: Fig. 1 przedstawia schematycznie jedno z wykonań wynalazku; Fig. 2 przedstawia schematycznie inne wykonanie wynalazku; Fig. 3 przedstawia schematycznie jedno z wykonań wynalazku w połączeniu z urządzeniem diagnostycznym. Szczegółowy opis wynalazku [0013] Na fig. 1 przedstawiono schematycznie jedno z wykonań wynalazku. Silnik elektryczny prądu przemiennego 2 zasilany jest z wykorzystaniem przemiennika częstotliwości 4, który przekształca napięcie przemienne dostarczane przez sieć zasilającą 6. Wyjście przemiennika częstotliwości 4 połączone jest za pośrednictwem przewodów 8 ze stykami silnika 2. Przemiennik częstotliwości 4 zawiera kilka przełączników elektronicznych, które są sterowane z wykorzystaniem wysokoczęstotliwościowych impulsów o modulowanej szerokości (PWM), co jest dobrze znane w obecnym stanie techniki. [0014] Wał silnika elektrycznego 2 podtrzymywany jest w korpusie 12 silnika z wykorzystaniem łożyska 14. Gdy impulsy napięciowe o wysokiej częstotliwości krążą w stojanie silnika, mogą w pewnych warunkach spowodować powstanie impulsu o wysokim napięciu występującego w warstwie smaru w łożysku 14. Jeżeli napięcie jest dostatecznie wysokie, prąd łożyskowy przepływający przez łożysko 14 powoduje wystąpienie wyładowania elektrycznego. Zjawisko to powoduje wygenerowanie sygnału o częstotliwości radiowej (RF), który może zostać wykryty przez antenę 16 umieszczoną w pobliżu łożyska. Napięcie na wyjściu 17 anteny 16 może być obserwowane na wyświetlaczu oscyloskopu 18. Możliwe jest zmierzenie wartości bezwzględnej prądu łożyskowego, która jest proporcjonalna do wyładowań elektrycznych. W celu uzyskania dokładnego wyniku pomiaru, do oscyloskopu 18 przesyłane są za pośrednictwem przewodów 20 sygnały wyzwalające przełączniki przemiennika częstotliwości 4. [001] Na fig. 2 przedstawiono inne wykonanie wynalazku. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 2 sygnały wyzwalające oscyloskop 18 pobierane są z zacisków maszyny elektrycznej 2 za pośrednictwem przewodów 21. Sygnały wyzwalające są zatem generowane przez czujniki mierzące napięcie sygnału współbieżnego lub prąd sygnału współbieżnego.

5 [0016] Antena 16 ma postać anteny ramowej z kilkoma pętlami odbierającymi sygnały o częstotliwości radiowej. Możliwe jest wykorzystywanie innych anten umożliwiających odbieranie sygnałów o częstotliwości radiowej. Wybór anteny uzależniony jest również od odległości, z jakiej przeprowadzany jest pomiar. Sygnał synchronizujący może mieć postać dowolnego sygnału powiązanego z przyczyną powstawania prądów łożyskowych. Koncepcja oparta jest na uzyskaniu sygnału dokładnie zsynchronizowanego z częstotliwością przełączania i wykorzystaniu tego sygnału jako sygnału synchronizującego podczas wykrywania sygnału o częstotliwości radiowej za pomocą anteny. W ten sposób możliwe jest skuteczne wyeliminowanie sygnałów zakłócających. [0017] Na fig. 3 przedstawiono urządzenie diagnostyczne wykorzystujące wynalazek. Wyzwalane przez sygnał synchronizujący wyjście 20 oscyloskopu 18 połączone jest z analizatorem 24. Natężenie i powtarzalność iskrzenia są wykrywane i rejestrowane w module rejestrującym 26. Wyniki są w sposób ciągły zapisywane w pamięci 28. Dane wykorzystywane są podczas planowania prac obsługowych i konserwacyjnych. [0018] Wyniki pomiarów są ponadto wykorzystywane do zliczania impulsów wyładowań z wykorzystaniem licznika impulsów lub układu całkującego. Dane korzystnie wykorzystywane są do wyznaczenia parametru proporcjonalnego do wadliwości działania łożyska. [0019] Opisane powyżej wykonania wynalazku stanowią jedynie jego przykłady. Zakres wynalazku jest zatem ograniczony jedynie przez zakres załączonych zastrzeżeń patentowych. Zastrzeżenia patentowe Sposób mierzenia prądów łożyskowych w maszynie elektrycznej (2) zasilanej poprzez przemiennik częstotliwości (4) zawierający kilka przełączników elektronicznych sterowanych z wykorzystaniem wysokoczęstotliwościowych impulsów o modulowanej szerokości (PWM), w której występują wyładowania elektryczne, przy czym maszyna elektryczna (2) zawiera stojan przymocowany do korpusu (12) maszyny elektrycznej i rotor umieszczony w taki sposób, by obracał się wokół swojej osi () i był podtrzymywany w korpusie (12) z wykorzystaniem łożysk (14), gdzie wyładowanie elektryczne występuje we przypadku wystąpienia wysokiego napięcia w warstwie smarującej oraz wyładowanie elektryczne powoduje wytworzenie sygnału o częstotliwości radiowej, zaś sygnały o częstotliwości radiowej są w sposób ciągły wykrywane przez antenę (16) znajdującą się w pobliżu miejsca występowania wyładowania elektrycznego, znamienny tym, że sposób obejmuje następujące etapy:

6 generowanie sygnału synchronizującego uzależnionego czasowo od przyczyny wyładowania, co dokonywane jest przez przesyłanie do oscyloskopu (18) sygnałów wyzwalających przełączniki przemiennika częstotliwości (4) lub przez przesyłanie do oscyloskopu (18), mierzonych przez czujniki, prądu sygnału współbieżnego lub napięcia sygnału współbieżnego, - wyzwalanie w oparciu o sygnał synchronizujący osprzętu wykrywającego sygnał o częstotliwości radiowej, - rejestrowanie sygnałów o częstotliwości radiowej zgodnych z sygnałem synchronizującym jako sygnału reprezentującego prąd łożyskowy. 2. Sposób według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że przeznaczone do monitorowania okienko czasowe wyznaczane jest na podstawie częstotliwości sygnału synchronizującego. 3. Sposób według zastrzeżenia 1 albo 2 znamienny tym, że sygnały o częstotliwości radiowej są całkowane lub zliczane. 4. Urządzenie do mierzenia prądów łożyskowych poprzez monitorowanie wyładowań elektrycznych generowanych w maszynie elektrycznej (2) zasilanej poprzez przemiennik częstotliwości (4) zawierający kilka przełączników elektronicznych sterowanych z wykorzystaniem wysokoczęstotliwościowych impulsów o modulowanej szerokości (PWM), która to maszyna składa się ze stojana przymocowanego do korpusu (12) maszyny elektrycznej i rotora umieszczonego w taki sposób, by obracał się wokół swojej osi () i był podtrzymywany w korpusie (12) z wykorzystaniem łożysk (14), przy czym wyładowanie elektryczne występuje w łożysku (14), jeżeli napięcie w warstwie smarującej jest zbyt wysokie a wyładowanie elektryczne powoduje wytworzenie sygnału o częstotliwości radiowej, zaś urządzenie zawiera antenę znajdującą się w pobliżu miejsca występowania wyładowania elektrycznego i przeznaczoną do wykrywania w sposób ciągły sygnałów o częstotliwości radiowej, znamienny tym, że urządzenie obejmuje ponadto: - przewód (20) przeznaczony do przesyłania do oscyloskopu (18) sygnałów wyzwalających przełączniki znajdujące się w przemienniku częstotliwości (4) lub przewód (21) prowadzący od czujnika wykrywającego prąd sygnału współbieżnego lub napięcie sygnału współbieżnego do oscyloskopu (18), co ma na celu wygenerowanie sygnału synchronizującego uzależnionego czasowo od przyczyny wyładowania i na niej opartego, - urządzenie wykrywające (18), które jest wyzwalane z wykorzystaniem sygnału synchronizującego oraz

7 6 - podzespół rejestrujący (24, 26), który wyświetla lub zapisuje sygnały o częstotliwości radiowej zgodne z sygnałami synchronizującymi.. Urządzenie według zastrzeżenia 4 znamienne tym, że sygnał synchronizujący generowany jest na podstawie częstotliwości przełączania przemiennika (4), który steruje działaniem maszyny (2). 6. Urządzenie według dowolnego z zastrzeżeń 4 albo znamienne tym, że oscyloskop (18) wyświetla napięcie proporcjonalne do prądu łożyskowego. 7. Urządzenie według dowolnego z zastrzeżeń od 4 do 6 znamienne tym, że urządzenie zawiera licznik impulsów lub układ całkujący, co ma na celu wyznaczenie parametru proporcjonalnego do wadliwości działania łożyska. Uprawniony: ABB OY Pełnomocnik: dr inż. Robert Teofilak Rzecznik patentowy

8 7

9 8

10 9 DOKUMENTY CYTOWANE W OPISIE Ta lista dokumentów cytowanych przez Zgłaszającego została przyjęta jedynie dla informacji czytającego i nie jest częścią europejskiego opisu patentowego. Została ona utworzona z dużą starannością; Europejski Urząd Patentowy nie ponosi jednak żadnej odpowiedzialności za ewentualne błędy i braki. Dokumenty patentowe cytowane w opisie WO A [0006] US A [0007] DE [0008]