Wpływ uszkodzeń silnika indukcyjnego na dokładność bezkontaktowego wyznaczania momentu elektromagnetycznego z sygnału strumienia poosiowego

• Autorzy: Sułowicz M. , Tulicki J. , Petryna J. , Duda A.

Warianty tytułu

EN

The influence of induction motor damages on the accuracy of non-contact determination of the electromagnetictorque from the axial flux signal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Od kilku lat jednym z głównych kierunków badań autorów są prace związane z wykorzystaniem sygnału strumienia poosiowego do oceny szeroko rozumianego stanu silników indukcyjnych klatkowych. Ostatnio prowadzone badania są ukierunkowane na metodę bezkontaktowego wyznaczania momentu obciążenia maszyn indukcyjnych bazującą tylko na sygnale strumienia poosiowego. Na drodze obliczeń numerycznych i poprzez eksperyment pomiarowy możliwe jest znalezienie takich składowych sygnału strumienia poosiowego, które są proporcjonalne do zmian momentu elektromagnetycznego lub bezpośrednio do zmian momentu obciążenia na wale maszyny. Celem niniejszego artykułu jest zbadanie, jak wpływają różnego rodzaju uszkodzenia wirnika i stojana na dokładność określania momentu elektromagnetycznego. W oparciu o pomiary laboratoryjne i obliczenia polowe dla wybranych silników zostanie określony wpływ uszkodzeń wewnętrznych i asymetrii zewnętrznych na charakterystyczne cechy sygnału strumienia poosiowego wykorzystywanego do wyznaczenia momentu elektromagnetycznego. Zostanie określona wiarygodność szacowania momentu elektromagnetycznego w przypadku występowania uszkodzeń badanej maszyny. Proponowana metoda pomiarowa wyznaczania momentu jest prosta i dla silnika indukcyjnego jest możliwe bardzo łatwe wyznaczanie momentu obciążenia w oparciu o pomiar strumienia poosiowego przy użyciu cewki pomiarowej przyłożonej do obudowy silnika np. od strony wentylatora.

EN

Since several years, one of the main directions of the authors' research have been works on the use of axial flux signal to assess the widely understood condition of squirrel cage induction motors. Recent research is focused on the non-contact method to determine the load torque of induction machines based on the axial flux signal only. By means of numerical calculations and through a measurement experiment it is possible to find such components of the axial flux signal that are proportional to changes in the electromagnetic torque or directly to changes in the machine shaft load. The purpose of this article is to investigate how various types of rotor and stator faults affect the accuracy of electromagnetic torquedetermination. Based on laboratory measurements and FEM calculations for selected motors, the influence of internal damages and external asymmetries on the characteristic features of the axial flux signal used to determine the electromagnetic torque, will be specified. The reliability of the electromagnetic torque estimation will be determined in case of damage to the tested machine. The proposed method of the torque determination is simple and it is possible for an induction motor to easy determine the load torque based on the measurement of the axial flux using a measuring coil applied to the motor housing, e.g. from the fan side.

Słowa kluczowe

PL

silnik indukcyjny; uszkodzenie silnika; moment elektromagnetyczny; wyznaczenie momentu; strumień poosiowy; pomiar bezkontaktowy

EN

induction motor; motor damage; electromagnetic torque; torque determination; axial flux; noncontact measurement

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 3 (119)
• Strony: 197--203
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sułowicz M.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej, Instytut Elektromechanicznych Przemian Energii, 31-155 Kraków, ul. Warszawska 24

autor

Tulicki J.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej, Instytut Elektromechanicznych Przemian Energii, 31-155 Kraków, ul. Warszawska 24

autor

Petryna J.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej, Instytut Elektromechanicznych Przemian Energii, 31-155 Kraków, ul. Warszawska 24

autor

Duda A.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej, Instytut Elektromechanicznych Przemian Energii, 31-155 Kraków, ul. Warszawska 24

Bibliografia

• [1]. W. Jarzyna "Diagnostic characteristics of Axial Flux in an Induction Motor", Seventh International Conference on Electrical Machines and Drives, 1995 (Conf. Publ. No. 412), str.141-146.
• [2]. Dorrell D. G., Thomson W. T., Roach S."Analysis of airgap flux, current, and vibration signals as a function of the combination of static and dynamic air-gap eccentricity in 3-phase induction motors", IEEE Transactions on Industry Applications, 1997, 33(1), str. 24-34.
• [3]. Kokko V. "Condition monitoring of squirrelcage motors by axial magnetic flux measurements", Academic Dissertation, University of Oulu, 2003, Finland.
• [4]. H. Henao, C. Demian, G. A. Capolino "A Frequency-Domain Detection of Stator Winding Faults in Induction Machines Using an External FluxSensor”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 39, No. 2, str. 1272-1279, September/October 2003.
• [5]. J. Siau, A. Graff, W. Soong and N. Ertugrul "Brooken bar detection in induction motors using current and flux spectral analysis", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 51, str.107-121, 2004.
• [6]. L. Gołebiowski, M. Gołebiowski, M. Noga, J. Skwarczynski "Axial flow in 3D FEM model of induction machine", Elektrotechnika i Elektronika,Vol. 25, No. 2, str. 147-152, 2006.
• [7]. Chmelík K., Foldyna J., Mišák S. "Magnetické pole vokolí asynchronního stroje, jeho zjišťování a využití", Electroscope, č. 2. Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta elektrotechnická, 2007.
• [8]. A. Bellini, F. Filipetti, C. Tassoni, G.A. Capolino "Advances in Diagnostic Techniques for Induction Machines", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.55, No.12, str. 4109-4126, Dec. 2008.
• [9]. Frosini L., Borin A., Girometta, L., Venchi G."Development of a leakage flux measurement system for condition monitoring of electrical drives", IEEE International Symposium on SDEMPED, 2011, str. 356 – 363, 5-8 Sept. 2011.
• [10]. A. Bobon "3D Finite Element Computation of Axial Flux in Induction Motor", Transactions on Electrical Engineering, vol. 1 (2012), No. 3 A247, str. 72-75.
• [11]. W. Pietrowski "Wavelet analysis of axial fluxin an induction machine on no-load test", Electrical Review, Vol. 88, No. 7b/2012, str. 20-23, 2012.
• [12]. A. Ceban, R. Pusca, R. Romary "Study of Ro-tor Faults in Induction Motors Using External Magnetic Field Analysis", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 59, No. 5, str. 2082-2093, May 2012.
• [13]. R. Pusca, R. Romary, V. Fireteanu and A. Ceban "Finite Element Analysis and Experimental Study of the Near-Magnetic Field for Detection of Rotor Faults in Induction Motors", Progress In Electromagnetics Research, Vol. 50, 37-59, 2013.
• [14]. Petryna J., Sułowicz M. Duda A., Guziec K. "Wykorzystanie strumienia unipolarnego w diagnostyce maszyn prądu przemiennego", Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 99, wyd. BOBRME Komel, str. 85-90, 2013.
• [15]. J. Tulicki, J. Petryna, M. Sułowicz "Fault diagnosis of induction motors in selected working conditions based on axial flux signals", Technical Transactions, Issue: 13. Electrical Engineering, Is-sue: 3-E, str. 99-113, 2016.
• [16]. Ławrowski Z., Duda A., Petryna J., Sułowicz M. "Wyznaczanie momentu obciążenia silnika indukcyjnego w oparciu o pomiar strumienia poosiowego", Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 110, wyd. BOBRME Komel, str. 1-8, 2016.
• [17]. P. Ewert "Use of Axial Flux in the Detection of Electrical Faults in Induction Motors", IEEE International Symposium on Electrical Machines (SME), 2017, str. 1-6.
• [18]. J. Petryna, J. Tulicki, M. Sułowicz "Calculating an electromechanical torque of a squirrel cage motor based on an axial flux obtained by the FEM", II International Conference of Computational Methods in Engineering Science (CMES’17), 2017, ITM Web Conf., Volume 15, str. 1-8, 2017.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).