Wykrywanie i lokalizacja zwarć zwojowych silnika indukcyjnego przy wykorzystaniu analizy składowych głównych hodografu wektora przestrzennego prądu stojana

• Autorzy: Wolkiewicz M. , Kowalski C. T.

Warianty tytułu

EN

Detection and localization of induction motor stator windings fault using principal components analysis of stator current space vector hodograph

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizę możliwości wykorzystania hodografu wektora przestrzennego prądu stojana do wykrywania i lokalizacji zwarć zwojowych silnika indukcyjnego. Uwaga została zwrócona na zmiany, jakie powoduje zwarcie kilku zwojów w jednej fazie uzwojenia stojana na wektor przestrzenny prądu stojana (odkształcenie hodografu prądów w osiach α-β ). Do wykrywania i oceny stopnia uszkodzenia wykorzystano metodę opartą o analizę składowych głównych oraz obliczonych na jej podstawie wskaźników uszkodzenia uzwojenia stojana. Zaproponowano model matematyczny silnika indukcyjnego z uszkodzonym uzwojeniem stojana. Stopień uszkodzenia uzwojenia stojana modelowano poprzez zmianę liczby zwieranych zwojów, natomiast miejsce uszkodzenia poprzez modelowanie zwarć kolejno w każdej z faz uzwojenia stojana.

EN

In this paper analysis of stator vector currents hodograph changes for detection and localization shorted turns in induction motor is presented. Attention has been paid to distortion of stator vector currents hodograph caused by shorted-turns in one motor winding phase. Method based on principal components analysis is used for detection and condition evaluation of the stator windings. The mathematical model of induction motor in the case of stator fault is proposed. The fault level is modeled by changing number of shorted winding turns in one phase. Change of fault localizations is realized by modeling of turn to turn faults in each phase sequentially.

Słowa kluczowe

PL

silnik indukcyjny; monitorowanie; zwarcia zwojowe; model matematyczny silnika uszkodzonego; analiza składowych głównych

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 65, nr 31
• Strony: 179--191
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Wolkiewicz M.

autor

Kowalski C. T.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektryczny, Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, ul. Smoluchowskiego 19, 50-372 Wrocław,

Bibliografia

• [1] ARKAN M., KOSTIC-PEROVIC D., UNSWORTH P.J., Modeling and simulation of induction motors with inter-turn faults for diagnostics, Elsevier, Electric Power Systems Research 75, 2005, 57–66.
• [2] BACHIR S., TNANI S., TRIGEASSOU J.C., CHAMPENOIS G., Diagnosis by Parameter Estimation of Stator and Rotor Faults Occurring in Induction Machines, IEEE Transactions On Industrial Electronics, 2006, Vol. 53, No. 3, 963–973.
• [3] BOUZID M.B.K., CHAMPENOIS G., BELLAAJ N.M., SIGNAC L., JELASSI K., An Effective Neural Approach for the Automatic Location of Stator Interturn Faults in Induction Motor, IEEE Transactions On Industrial Electronics, December 2008, Vol.55, No. 12, 4277–4289.
• [4] CRUZ S.M.A., CARDOSO A.J.M., Stator Winding Fault Diagnosis in Three-Phase Synchronous and Asynchronous Motors, by the Extended Park’s Vector Approach, IEEE Trans. Ind. Appl., 2001, Vol. 37, No. 5, 1227–1233.
• [5] GRUBIC S., ALLER J.M., BIN LU, HABETLER T.G., A Survey on Testing and Monitoring Methods for Stator Insulation Systems of Low-Voltage Induction Machines Focusing on Turn Insulation Problems, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2008, Vol. 55, No. 12, 4127–4136.
• [6] JOLLIFFE I.T., Principal Component Analysis, Springer Series in Statistics, New York 1986.
• [7] JUNG J.H., LEE J.J., KWON B.H., Online diagnosis of induction motors using MCSA, IEEE Trans. Ind. Electr., 2006, Vol. 53, No. 6, 1842–1852.
• [8] KALLESOE C.S., IZADI-ZAMANABADI R., VADSTRUP P., RASMUSSEN H.A.R.H, Observer- Based Estimation of Stator-Winding Faults in Delta-Connected Induction Motors: A Linear Matrix Inequality Approach, IEEE Transactions on Industry Applications, 2007, Vol. 43, 1022–1031.
• [9] KOWALSKI CZ.T., WIERZBICKI R., WOLKIEWICZ M., Modelowanie zwarć zwojowych silnika indukcyjnego zasilanego z przemiennika częstotliwości, Przegląd Elektrotechniczny, 2010, Vol. 86, No. 4, 220–224.
• [10] KOWALSKI C.T., WOLKIEWICZ M., Converter-fed induction motor diagnosis using instantaneous electromagnetic torque and power signals, Proc Int. IEEE Conf. EUROCON 2009, St. Petersburg, Russia, 824–829.
• [11] KOWALSKI CZ.T., WOLKIEWICZ M., EWERT P., Analiza zwarć zwojowych stojana silnika indukcyjnego zasilanego z sieci i przemiennika częstotliwości, Przegląd Elektrotechniczny, 2008 Vol. 84, No. 12, 64–67.
• [12] MARTINS J.F., PIRES V.F., PIRES A.J., PCA-Based On-Line Diagnosis of Induction Motor Stator Fault Feed by PWM Inverter, IEEE ISIE, 2006, Vol. 3, 2401–2405.
• [13] MARTINS J.F., PIRES V.F., PIRES A.J, Unsupervised Neural-Network-Based Algorithm for an On-Line Diagnosis of Three-Phase Induction Motor Stator Fault, IEEE Transactions On Industrial Electronics, 2007, Vol. 54, No. 1, 259–264.
• [14] ORŁOWSKA-KOWALSKA T., Bezczujnikowe układy napędowe z silnikami indukcyjnymi, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003.
• [15] SIDDIQUE A., YADAVA G. S., SINGH B., A Review of Stator Fault Monitoring Techniques of nduction Motors, IEEE Transactions On Energy Conversion, 2005, Vol. 20, No. 1, 106–114.
• [16] TALLAM R.M., HABETLER T.G., HARLEY R.G., Transient Model for Induction Machines With Stator Winding Turn Faults, IEEE Transactions On Industry Applications, 2002, Vol. 38, No. 3, 632–637.
• [17] THOMSON W.T., On-line MCSA to diagnose shorted turns in low voltage stator windings of 3-phase induction motors prior to failure, IEEE International Electric Machines and Drives Conference, IEMDC, 2001, 891–898.
• [18] WOLKIEWICZ M., Zastosowanie wektora przestrzennego prądu stojana i metody PCA do wykrywania zwarć zwojowych w silniku indukcyjnym, XVI Konferencja Naukowa Zastosowanie Komputerów W Elektrotechnice, ZkwE, 2011, 161–162.
• [19] WOLKIEWICZ M., KOWALSKI CZ.T., Nieinwazyjne metody wczesnego wykrywania zwarć zwojowych w silniku indukcyjnym zasilanym z przemiennika częstotliwości, cz. I, Maszyny Elektryczne, Zeszyty Problemowe, 2010, nr 87, 145–150.
• [20] WOLKIEWICZ M., KOWALSKI CZ.T., Nieinwazyjne metody wczesnego wykrywania zwarć zwojowych w silniku indukcyjnym zasilanym z przemiennika częstotliwości, cz.II, Maszyny Elektryczne, Zeszyty Problemowe, 2010, nr 87, 145–150