Dynamic and static eccentricity detection in induction motors in transient states

• Autorzy: Wroński A. , Sułowicz M. , Dziechciarz A.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.15.095.3927

Warianty tytułu

PL

Diagnostyka ekscentryczności dynamicznej i statycznej w silniku indukcyjnym w przejściowym stanie pracy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The following paper presents possibilities for the application of selected time-frequency analysis methods in the fault detection of cage induction machines in transient states. The starting phase current of the machine was chosen as a diagnostic signal. Selected faults were eccentricities – static and dynamic. In order to increase the selectivity of the obtained signal transformations, a notch filter was used to remove the base harmonic of the phase current. Two approaches of fault detection were compared. In the first approach, the characteristic feature of fault was extracted using DWT analysis. Next, TMCSA methodology was applied in which characteristic harmonics related to faults were shown on a time-frequency plane. In this case, applied methods were a Gabor transformation, STFT, CWT and Wigner–Ville’s transformation. In the analysis, a phase current signal approximated by DWT was used. DWT approximation was applied to filter higher harmonics which improves the resolution of the obtained transformations.

PL

W artykule przedstawiono możliwości zastosowania wybranych metod analizy czasowo-częstotliwościowej do diagnostyki uszkodzeń silników indukcyjnych klatkowych w przejściowych stanach pracy. Jako sygnał diagnostyczny wybrano prąd fazowy silnika podczas rozruchu. Wybranymi przypadkami uszkodzeń silnika są ekscentryczność statyczna i dynamiczna. W celu poprawienia selektywności otrzymanych transformat wykorzystano filtr Notcha do usunięcia harmonicznej podstawowej prądu. Porównano dwa podejścia diagnostyczne wykrywania uszkodzeń. Pierwsze za pomocą analiz wielorozdzielczych z użyciem DWT, polegające na wyróżnieniu charakterystycznego wzorca związanego z uszkodzeniem. Drugie podejście polegało na zastosowaniu metodologii TMCSA, czyli ekstrakcji charakterystycznych harmonicznych związanych z uszkodzeniami zależnych od poślizgu na płaszczyznach TF. W tym wypadku rozważanymi metodami analizy były transformacje Gabora, STFT, Wignera–Ville’a oraz CWT. Do tych analiz został wykorzystany sygnał prądu aproksymowany z użyciem DWT, w celu odfiltrowania widma czasowo-częstotliwościowego o wyższych częstotliwościach, aby poprawić rozdzielczość otrzymywanych transformat.

Słowa kluczowe

EN

cage induction motor fault detection; TMCSA; time-frequency methods; Notch filter; transient phase current; dynamic eccentricity; static eccentricity; voltage asymmetry

PL

silnik indukcyjny klatkowy; diagnostyka uszkodzeń; TMCSA; metody czasowo-częstotliwościowe; filtr notch; prąd fazowy w stanie przejściowym; ekscentryczność statyczna; ekscentryczność dynamiczna; niesymetria napięć

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika
• Rocznik: 2015
• Tom: Y. 112, iss. 2-E
• Strony: 171--194
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., wz., wykr., tab., il.

Twórcy

autor

Wroński A.

• Department of Electrical and Computer Engineering, Institute of Electromechanical Conversion, Cracow University of Technology

autor

Sułowicz M.

• Department of Electrical and Computer Engineering, Institute of Electromechanical Conversion, Cracow University of Technology

autor

Dziechciarz A.

• Technical University of Cluj-Napoca, Faculty of Electrical Engineering

Bibliografia

• [1] Zieliński T.P., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, WKŁ, Warszawa 2005.
• [2] Augustyniak P., Transformacje falkowe w zastosowaniach elektrodiagnostycznych, Wydawnictwo AGH, Kraków 2003.
• [3] Białasiewicz J.T., Falki i aproksymacje, WNT, Warszawa 2000.
• [4] Zygarlicka M., Wybrane metody przetwarzania obrazów w analizach czasowo-częstotliwościowych na przykładzie zakłóceń w sieciach elektroenergetycznych, rozprawa doktorska, Politechnika Opolska, Opole 2011.
• [5] Szabatin J., Podstawy teorii sygnałów, WKŁ, Wydawnictwo V, Warszawa 2007.
• [6] Riera-Guasp M., Pineda-Sánchez M., Perez-Cruz J., Puche-Panadero R., Roger-Folch J., Antonino-Daviu J., Diagnosis of Induction Motor Faults via Gabor Analysis of the Current in Transient Regime, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Dec. 2012, Vol. 61, No. 6, 1583-1596.
• [7] Pineda-Sánchez M., Riera-Guasp M., Pons-Llinares J., Climente-Alarcón V., Perez-Cruz J., Diagnosis of Induction Machines under Transient Conditions through the Instantaneous Frequency of the Fault Components, XIX International Conference on Electrical Machines – ICEM, Rome 2010.
• [8] Riera-Guasp M., Antonino-Daviu J.A., Pineda-Sanchez M., Puche-Panadero R., Perez-Cruz J., A General Approach for the Transient Detection of Slip-Dependent Fault Components Based on the Discrete Wavelet Transform, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Dec. 2008, Vol. 55, No. 12, 4167-4180.
• [9] Riera-Guasp M., Antonino-Daviu J.A., Roger-Folch J., Pilar Molina Palomares M., The Use of the Wavelet Approximation Signal as a Tool for the Diagnosis of Rotor Bar Failures, IEEE Transactions on Industry Applications, May/June 2008, Vol. 44, No. 3, 716-726.
• [10] Antonino-Daviu J.A., Riera-Guasp M., Pineda-Sanchez M., Pérez R. B., A Critical Comparison Between DWT and Hilbert–HuangBased Methods for the Diagnosis of Rotor Bar Failures in Induction Machines, IEEE Transactions on Industry Applications, Sep./Oct. 2009, Vol. 45, No. 5, 1794-1803.
• [11] Pineda-Sanchez M., Riera-Guasp M., Antonino-Daviu J.A., Roger-Folch J., Perez-Cruz J., Puche-Panadero R., Diagnosis of Induction Motor Faults in the Fractional Fourier Domain, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Aug. 2010, Vol. 59, No. 8, 2065-2075.
• [12] Wolkiewicz M., Kowalski Cz.T., Nieinwazyjne metody wczesnego wykrywania zwarć zwojowych w silniku indukcyjnym zasilanym z przemiennika częstotliwości, cz. I, BOBRME Komel, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, 2010, nr 87, 145-150.
• [13] Kowalski Cz.T., Kanior W., Ocena skuteczności analiz FFT, STFT i falkowej w wykrywaniu uszkodzeń wirnika silnika indukcyjnego, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej Nr 60, Studia i Materiały Nr 27, 2007.
• [14] Help programu MATLAB R2011b.