Influence of the main magnetic circuit saturation on stator current spectrum for a cage induction motor with rotor asymmetry

• Autorzy: Weinreb K. , Węgiel T. , Sułowicz M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ nasycenia głównego obwodu magnetycznego silnika asynchronicznego z niesymetrycznym wirnikiem na obraz widma prądu stojana

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper contains the results of a numerical analysis of the quantitative and qualitative changes in the Fourier spectrum of the stator current of the model of the cage asynchronous motor with an electric and magnetic rotor asymmetry, taking into consideration the nonlinearity of the main magnetic circuit. The nonlinearity, as it was for cases presented in the previous papers by the authors, is introduced as a local diminishing of the permeance of the air gap in the saturation zones. This phenomenon causes a characteristic arrangement of the elements of the induction matrices in the layout of motor voltage equations for symmetrical components. The analysis of the steady state operated motor using the harmonic balance method allowed us to precisely determine the frequencies of the harmonic components of the spectrum of the stator current, which are linear combinations of the multiplication factor of frequencies: of power supply and of the rotation of the rotor.The selected, calculated current spectra have been compared with the measured current spectra for a sample, high voltage, high power motor. The obtained coincidence of frequencies and varied amplitudes of the harmonic components of the spectrum, depending on the type of the damage of the rotor, are a factor for the application of this method in the diagnostics of the asynchronous motors.

PL

W artykule zostały przedstawione wyniki analizy numerycznej zmian jakościowych i ilościowych widma Fouriera prądu stojana silnika asynchronicznego klatkowego, przeprowadzonej dla modelu silnika z elektryczną i magnetyczną niesymetrią wirnika z uwzględnieniem nieliniowości głównego obwodu magnetycznego. Nieliniowość, podobnie jak w poprzednich pracach autorów, uwzględniana jest przez lokalne zmniejszenie permeancji szczeliny powietrznej w strefach nasycenia, co skutkuje charakterystycznym uporządkowaniem elementów macierzy indukcyjności w zapisie równań napięć silnika w składowych symetrycznych. Analiza ustalonego stanu pracy silnika metodą bilansu harmonicznych umożliwiła precyzyjne określenie częstotliwości harmonicznych składowych widma prądu stojana, będących liniową kombinacją krotności częstotliwości: zasilania i wirowania wirnika. Dla przykładowego wysokonapięciowego silnika dużej mocy wybrane obliczone widma prądu zostały porównane z widmem zmierzonym.Uzyskana zgodność częstotliwości oraz odmienne amplitudy harmonicznych składowych widma, zależnie od rodzaju uszkodzenia wirnika stanowią przesłanki dla aplikacji przedstawionej metody analizy w diagnostyce silników asynchronicznych.

Słowa kluczowe

EN

diagnostics; harmonic balance method; induction motors; saturation effects; stator current spectrum

PL

bilans harmonicznych; diagnostyka; efekt nasycenia; silniki indukcyjne; widmo prądu stojana

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 103, z. 3-E
• Strony: 65--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz.,Tab., rys., wz.,

Twórcy

autor

Weinreb K.

autor

Węgiel T.

autor

Sułowicz M.

• Instytut Elektromechanicznych Przemian Energii, Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] Weinreb K., Węgiel T., Warzecha A., Sułowicz M., The influence of the main magnetic circuit saturation on stator current spectrum for cage induction motor with rotor asymmetry (in Polish), Proceedings of XLI International Symposium on Electrical Machines SME'2005, 17-19.06.2005, Jarnołtówek, 461-467.
• [2] Sobczyk T.J., Weinreb K., Węgiel T., Sułowicz M., Theoretical study of effects due to rotor eccentricities in induction motors, IEEE International Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives, SDEMPED'99, Gijon, Spain, 1999,289-295.
• [3] Warzecha A., Węgiel T., Weinreb K., Sułowicz M., Non-linear permeance function of magnetic circuit in asynchronous motor with rotor eccentricity, Czasopismo Techniczne 5-E/2005, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 87-100.
• [4] Węgiel T., Weinreb K., Sułowicz M., Model of cage induction motor with saturated main magnetic circuit for diagnostics applications, Czasopismo Techniczne 5-E/2005, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 101-118.
• [5] Thomson W.T., Gilmore R.J., Motor Current Signature Analysis to Detect Faults in Induction Motor drives - Fundamentals, Data Interpretation, and Industrial Case Histories, Proceedings of the thirty-second Turbomachinery Symposium, Houston, TX, USA, 2003,145-156.
• [6] Elawgali S.S.H., Effect of Combined Eccentricities on the Spectrum of Induction Machine Currents, Materiały Sympozjum Maszyn Elektrycznych SME 2004, Hajnówka, 15-18. 06. 2004,457-462.
• [7] Sobczyk T.J., Weinreb K., Węgiel T., Sułowicz M., Warzecha A., Slot harmonics in cage motors due to saturation of a main magnetic circuits, COMPEL: The International Journal for Computing and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, Vol. 25, No. 1,2006, 128-139.