Frequency resolution improvements in induction motor fault diagnosis : Experimental validation

• Autorzy: Aimer Ameur Fethi , Boudinar Ahmed Hamida , Khodja Mohamed Amine , Bendiabdellah Azeddine

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.11.12

Warianty tytułu

PL

Poprawa rozdzielczości częstotliwości w diagnostyce usterek silnika indukcyjnego: walidacja eksperymentalna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Induction machines are enjoying growing interest mainly due to their robustness, their weight to power ratio and their manufacturing cost. However, several faults affect the reliability of these machines. In order to identify these defects, the power spectral density, based on the Periodogram technique is used for its simplicity and its short computing time. However, it is limited in frequency resolution in cases of low motor slip (harmonic close to the fundamental), in the case of very noisy signals (false alarms) and in the detection of incipient faults (low amplitude harmonics) which makes the diagnosis inefficient. To improve the frequency resolution of the spectral analysis, we highlight in this paper the impact of the choice of the weighting windows in order to have a reliable diagnosis of induction motor's rotor faults. The experimental results will then show the properties of each window to improve the frequency resolution and thus correct the Periodogram's limits.

Maszyny indukcyjne cieszą się coraz większym zainteresowaniem głównie ze względu na ich solidność, stosunek masy do mocy oraz koszt wykonania. Jednak kilka usterek wpływa na niezawodność tych maszyn. W celu identyfikacji tych defektów wykorzystuje się gęstość widmową mocy, opartą na technice Periodogram, ze względu na jej prostotę i krótki czas obliczeń. Jest jednak ograniczona w rozdzielczości częstotliwości w przypadkach niskiego poślizgu silnika (harmoniczna zbliżona do podstawowej), w przypadku bardzo zaszumionych sygnałów (fałszywe alarmy) oraz w wykrywaniu początkowych usterek (harmoniczne o niskiej amplitudzie), co sprawia, że diagnoza jest nieskuteczna . Aby poprawić rozdzielczość częstotliwościową analizy spektralnej, w niniejszym artykule zwracamy uwagę na wpływ doboru okien ważenia na wiarygodną diagnozę uszkodzeń wirnika silnika indukcyjnego. Wyniki eksperymentalne pokażą następnie właściwości każdego okna, aby poprawić rozdzielczość częstotliwości, a tym samym skorygować granice Periodogramu.

Słowa kluczowe

EN

induction motor; fault diagnosis; broken rotor bars; frequency resolution

PL

silnik indukcyjny; diagnostyka; uszkodzenie prętów

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 11
• Strony: 69--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Aimer Ameur Fethi

• University of Saida, Algeria

• https://orcid.org/0000-0003-4933-109X

autor

Boudinar Ahmed Hamida

• University of Sciences and Technology of Oran. Algeria

autor

Khodja Mohamed Amine

• University of Sciences and Technology of Oran. Algeria

autor

Bendiabdellah Azeddine

• University of Sciences and Technology of Oran. Algeria

Bibliografia

• [1] H. Henao, G.A. Capolino, M.F. Cabanas, F.Fiippetti, C. Bruzzese, E. Strangas, R. Pusca, J. Estima, M. Riera-Guasp, S.H. Kia, Trends in fault diagnosis for electric machines: A review of diagnostic methods. IEEE Industrial Electronics Magazines, June 2014
• [2] W. Li, C.K. Meshefske, Detection of induction motor faults: a comparison of stator current, vibration and acoustic methods, Journal of Vibration and Control, vol. 12, pp. 165-188. 2006
• [3] B. Liang, S.D. Iwnicki, A.D. Ball, Asymmetrical stator and rotor faulty detection using vibration, phase current and transient speed analysis, Mechanical Systems and Signal Processing, Elsevier, vol. 17, pp. 857-869. 2003
• [4] A.F. Aïmer, A.H. Boudinar, N. Benouzza, A. Bendiabdellah, Simulation and Experimental Study of Induction Motor Broken Rotor Bars Fault Diagnosis using Stator Current Spectrogram, In Proc. of IEEE 3rd International Conference on Control, Engineering & Information Technology (CEIT), Tlemcen, Algeria. 25-27 May 2015
• [5] A. H. Bonnett and C. Yung, Increased Efficiency Versus Increased Reliability, Industry Applications Magazine, IEEE, vol. 14, pp. 29-36, 2008
• [6] M. M. Rahman, M. N. Uddin, Online Unbalanced Rotor Fault Detection of an IM Drive Based on Both Time and Frequency Domain Analyses, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 53, no. 4, pp. 4087-4096, July-Aug. 2017
• [7] M.E.H. Benbouzid, M. Viera, C. Theys, Induction motors’ faults detection and localization using stator current advanced signal processing techniques, IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 14, pp. 14-22, January 1999
• [8] M.E.H. Benbouzid, A review of induction motors signature analysis as a medium for faults detection, IEEE Trans. on Industry Electronics, vol. 47, pp. 984-993, October 2000
• [9] F. Filippetti, A. Bellini and G. A. Capolino, Condition monitoring and diagnosis of rotor faults in induction machines: State of art and future perspectives, IEEE Workshop on Electrical Machines Design Control and Diagnosis (WEMDCD), Paris, 2013
• [10] A. Bendiabdellah, A.H. Boudinar, N. Benouzza, M. Khodja, The enhancements of broken bar fault detection in induction motors. In Proc. of Intl Aegean Conference on Electrical Machines & Power Electronics (ACEMP), Intl Conference on Optimization of Electrical & Electronic Equipment (OPTIM) & Intl Symposium on Advanced Electromechanical Motion Systems (ELECTROMOTION), Side, Turkey, 02-04 Sep. 2015
• [11] A.F. Aimer, A.H. Boudinar, M.A. Khodja, A. Bendiabdellah, Assessment of windowing effect on the frequency resolution of the stator current PSD for induction motor broken rotor bars diagnosis, IEEE 1st International Conference on Innovative Research in Applied Science, Engineering and TechnologyIRASET, Meknes, Marocco 16-19 Apr. 2020
• [12] M.B. Koura, A.h.Boudinar, A. Bendiabdellah, A.F. Aimer, Z. Gherabi, Rotor faults diagnosis by adjustable window, Przeglad Elektrotechniczny Journal. March 2021. Vol. 97, Issue 3. pp. 123-12

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).