Distortion of currents fault signature in induction motors with faulty cage under influence of mechanical torque oscillations

• Autorzy: Fernandez Gomez A. , Sobczyk T.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2017.02.12

Warianty tytułu

PL

Analiza zmian widma prądów fazowych stojana silnika klatkowego w przypadkach jednoczesnego występowania uszkodzenia mechanicznego oraz uszkodzenia klatki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the paper is to study the evolution of the additional frequency components in the stator phase currents of induction cage motors when they are simultaneously affected by electrical and mechanical faults. In particular effects of interaction of pulsating torque components caused by cage broken bars and low frequency mechanical torque oscillations are studied. It is shown by simulation that the overlapping of the frequencies of those torques may lead to an incorrect diagnosis of the motor cage damage by means of the Motor Current Signature Analysis what has been confirmed by experimental results.

PL

Praca prezentuje analizę zmian widma prądów fazowych stojana silnika klatkowego w przypadkach jednoczesnego występowania uszkodzenia mechanicznego w układzie napędowym oraz uszkodzenia klatki. W szczególności badane są przypadki interakcji składowej pulsacyjnej w momencie elektromagnetycznym wywołanej uszkodzenia pręta klatki oraz w momencie obciążenia gdy ta częstotliwość jest bliska lub równa składowej generowanej przez silnik z uszkodzoną klatką. W pracy wykazano, że gdy te częstotliwości się pokrywają diagnoza stanu klatki na podstawie charakterystycznych dla uszkodzenia klatki składowych prądów stojana może być błędna.

Słowa kluczowe

EN

cage motor fault diagnosis; broken bar; load torque oscillations; motor current signature analysis

PL

silnik indukcyjny; uszkodzenie klatki; pulsacje momentu obciążenia; stojan

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 93, nr 2
• Strony: 48--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Fernandez Gomez A.

• Politechnika Krakowska, Instytut Elektromechanicznych Przemian Energii, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków

autor

Sobczyk T.

• Politechnika Krakowska, Instytut Elektromechanicznych Przemian Energii, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków

Bibliografia

• [1] Kliman G.B., et. al.,: Noninvasive detection of broken rotor bars in operating induction motors, IEEE Trans. on Energ. Conv., 3 (1988), nr. 4, 873-879
• [2] Nandi S., H.A. Toliyat H.A., Xiaodong L.: Condition monitoring and fault diagnosis of electrical motors - a review, IEEE Trans. on Ener. Conv., 20 (2005), nr. 4, 719-729.
• [3] P. Zhang, et. al,: A Survey of Condition Monitoring and Protection Methods for Medium-Voltage Induction Motors, IEEE Trans. on Ind. Appl.,47 (2011), nr.1, 34-46
• [4] Bellini A., Filippetti F., Tassoni C., Capolino G.A.: Advances in Diagnostic Techniques for Induction Machines, IEEE Trans. on Ind. Electr., 55 (2008), nr. 12, 4109-4126
• [5] Thomson W.T., and Fenger M.: Current signature analysis to detect induction motor faults, IEEE Ind. Appl. Mag., 7 (2001), nr. 4, 26-34
• [6] Culbert I.M. and Rhodes W.: Using current signature analysis technology to reliably detect cage winding defects in squirrelcage induction motors, IEEE Trans. on Ind. Appl., 43 (2007), nr.2, 422-428
• [7] Bellini A. et al.: On-field experience with on-line diagnosis of large induction motors cage failures using MCSA, IEEE Trans. on Ind. Appl., 38 (2002), nr. 4, 1045-1053
• [8] Bellini A., Filippetti F., Franceschini G., Tassoni C. and Kliman G. B.: Quantitative evaluation of induction motor broken bars by means of electrical signature analysis, IEEE Transactions on Industry Applications, 37 (2001), nr. 5, 1248–1255
• [9] Schoen R.R. and Habetler T.G.: Evaluation and implementation of a system to eliminate arbitrary load effects in current-based monitoring of induction machines, IEEE Trans. on Ind. Appl., 33 (1997), nr. 6, 1571-1577
• [10] Leith D., and Rankin D.: Real time expert system for identifying rotor faults and mechanical influences in induction motor phase current, Proc. of IEE Electric Machines and Drives, Sept. 1991
• [11] Thomson W.T.: On-line current monitoring – the influence of mechanical loads or a unique rotor design on the diagnosis of broken rotor bars in induction motors, Proc. of ICEM, (1992) 1236-1240
• [12] Schoen R.R. and Habetler T.G.: Effects of time-varying loads on rotor fault detection in induction machines, IEEE Trans. on Ind. Appl., 31 (1995), nr.4, 900-906
• [13] Concari C., Franceschini G. and Tassoni C.: Induction machine current space vector features to effectively discern and quantify rotor faults and external torque ripple, IET Elec. Pwr. Appl., 6 (2012), nr. 6, 310-321
• [14] Fernandez Gomez A. J. and Sobczyk T. J.: Motor current signature analysis apply for external mechanical fault and cage asymmetry in induction motors, Proc. of 9th IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives (SDEMPED), (2013), 136-141
• [15] Salah M., Bacha K. and Chaari A.: Stator current analysis of a squirrel cage motor running under mechanical unbalance condition, Proc. of 10th IEEE Int. Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD), (2013), 1-6
• [16] Fernandez Gomez A. J., M. Sułowicz M. and Sobczyk T. J.: Induction motor signatures analysis under influence of mechanical and electrical fault”, Maszyny Elektryczne: Zeszyty Problemowe, (2014), nr. 104, 293-299
• [17] Fernandez Gomez A.J., Sobczyk T.J. and Weinreb K.: Influence on Rotor Broken Bar Fault Diagnosis of Mechanical Torque Pulsations by Means of FFT, Proc. of 10th IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives (SDEMPED), (2015), 44-49
• [18] Kim H., Lee S. B., Park S. B., Kia S. H. and Capolino G. A.: Reliable detection of rotor faults under the influence of low frequency load torque oscillations for applications with speed reduction couplings, Proc. of 10th IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives (SDEMPED), (2015), 56-63
• [19] Sobczyk T.J., Maciołek W.: Asymmetry factors of induction motor rotor cages, Proc. of 2nd IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives (SDEMPED), (2001), 487-491
• [20] Sobczyk T.J. and Maciołek W.: Asymmetry factors of rotor cage, Czasopismo Techniczne, Wyd. Politechniki Krakowskiej, 102 (2005), Z.5-E, 61-76
• [21] Fernández Gómez A.J. and Sobczyk T.J.: Influence of Induction Motor Design Data on Effects of Cage Asymmetry, Journal of Energy and Power Engineering, David Publishing Company, 7 (2013), nr.8, 1586-1591.
• [22] Sobczyk T.J. and Maciołek W.: Does the component (1-2s)fo in stator currents is sufficient for detection of rotor cage faults?, Proc. of 4th IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives (SDEMPED), (2005), 175-179
• [23] Sobczyk T. J., Maciołek W.: On Reduced Models of Induction Motors with Faulty Cage, Proc. of 7th IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives (SDEMPED), IEEE Catalog Number CFP09SDE-CDR, TF0010, 2009.
• [24] J. T. Gravdahl, O. Egeland, S. Vataland, “Drive torque actuation in active surge control of centrifugal compressors”, Automatica, 38 (2002), nr. 11, 1881-1893

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).