Application of interpolated discrete Fourier transform method in the diagnostics of cage induction motors

• Autorzy: Krzyk P. , Pragłowska-Ryłko N. , Sułowicz M.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.15.052.3852

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody interpolowanej dyskretnej transformaty Fouriera do diagnostyki silników indukcyjnych klatkowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper compares the accuracy of the multi-frequency stator phase current spectrum estimation. This is as a development of considerations made in [1]. In this paper, the authors added to previous results for the classic Discrete Fourier Transform method and the two-point interpolated DFT method (IpDFT), new results obtained by three-point IpDFT method’s algorithm. The analysis was made for slip spectrum component which is used for cage damage detection. To minimize the spectrum leakage effect, the selected Rife-Vincent Class I windows (RVCI) were used. The article focuses on the effectiveness of spectral component estimation in function of the used method, type of time window and measurement time. Values of errors of frequency and amplitude estimations are presented on graphs. The authors compared theoretical considerations with the case of real stator current of an asynchronous motor with a broken cage. This article can be used as a base for further studies on the diagnosis of induction motors.

PL

Niniejszy artykuł przedstawia porównanie dokładności estymacji parametrów dla sygnału wieloharmonicznego. Artykuł jest rozszerzeniem rozważań zawartych w pracy [1]. Autorzy poszerzyli poprzednie badania wykonane dla klasycznej metody DFT i interpolowanej dwupunktowej metody DFT o kolejny algorytm – trzypunktową metodę interpolowanego DFT . Analizę przeprowadzono dla częstotliwości poślizgowej widma, którą stosuje się najczęściej do detekcji uszkodzeń silnika. W celu ograniczenia wpływu przecieku widma użyto wybranych okien Rife’a–Vincenta klasy I (RVCI). Niniejszy artykuł koncentruje się na skuteczności estymacji składowych widma w zależności od użytej metody, wykorzystanego okna czasowego i czasu pomiaru. Wartości błędów estymacji częstotliwości i amplitudy zostały przedstawione na wykresach. Autorzy porównali wyniki rozważań teoretycznych z rzeczywistym przypadkiem uszkodzenia klatki silnika indukcyjnego. Tekst ten może stanowić podstawę dalszych badań dotyczących doskonalenia metod diagnostyki silników indukcyjnych.

Słowa kluczowe

EN

Discrete Fourier Transform (DFT); two-point IpDFT method; three-point IpDFT method; estimation of signal parameters; spectral leakage; time windows RVCI; diagnosis of electrical motors

PL

dyskretna transformata Fouriera; dwupunktowa metoda IpDFT; trzypunktowa metoda IpDFT; estymacja parametrów sygnału; przeciek widma; okna czasowe RVCI; diagnostyka silników elektrycznych

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika
• Rocznik: 2015
• Tom: Y. 112, iss. 1-E
• Strony: 315--324
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., wz., wykr.

Twórcy

autor

Krzyk P.

• Institute of Electrical Engineering and Computer Science, Cracow University of Technology

autor

Pragłowska-Ryłko N.

• Institute of Electrical Engineering and Computer Science, Cracow University of Technology

autor

Sułowicz M.

• Institute of Electromechanical Energy Conversion, Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Krzyk P., Sułowicz M., Pragłowska-Ryłko N., Zastosowanie IpDFT do diagnostyki silników asynchronicznych, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, 2014, nr 103, BOBRME Komel, pp. 293–300.
• [2] Kowalski C.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, Wrocław 2007.
• [3] Rusek J., Komputerowa analiza maszyny indukcyjnej z wykorzystaniem bilansu harmonicznych, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2000.
• [4] Zając M., Metody falkowe w monitoringu i diagnostyce układów elektromechanicznych, seria: Inżynieria Elektryczna i Komputerowa, Monografia nr 371, Politechnika Krakowska, Kraków 2009.
• [5] Thomson W.T., Fenger M., Current signature analysis to detect induction motor faults, IEEE Ind. Appl. Mag., 2001, Vol. 7, no. 4, pp. 26–34.
• [6] Głowacz A., Głowacz Z., Diagnostics of induction motor based on analysis of acoustic signals with application of FFT and classifier based on words, Archives of Metallurgy and Materials, 2010, Vol. 55, issue 3, pp. 707–712.
• [7] Weinreb K., Sułowicz M., Petryna J., Kompleksowa analiza uszkodzeń wirnika w maszynach indukcyjnych metodą rozdziału widma prądu stojana, Zeszyty Problemowe, 2000, nr 61, BOBRME, Katowice, pp. 233–238.
• [8] Weinreb K., Sułowicz M., Węgiel T., Nieinwazyjna diagnostyka wirnika maszyny asynchronicznej, Zeszyty Problemowe, 2004, nr 69, BOBRME, Katowice, pp. 35–40.
• [9] Weinreb K., Обнаружение динамического эксцентриситета и обрыва стержней клетки в асинхронном двигателе методом спектрального анализа тока статора. Научно-технические ведомости СПбГПУ, Основной выпуск, 2008, No1(53), pp. 119–126.
• [10] Sobczyk T.J., Weinreb K., Węgiel T., Sułowicz M., Warzecha A., Maciołek W., Ocena skuteczności diagnostyki wirników silników klatkowych na podstawie widma prądów, Materiały 13. Konferencji Energetyki „Energetyka – modernizacja i rozwój”, Kliczków, 10–12.09.2003, pp. 167–176.
• [11] Harris F.J., On the use of windows for harmonic analysis with the discrete Fourier transform, Proc. IEEE, Jan. 1978, Vol. 66, pp. 51–83.
• [12] Zieliński T.P., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, od teorii do zastosowań, WKŁ, Warszawa 2005.
• [13] Duda K., Fourierowskie metody estymacji widm prążkowych, Wydawnictwa AGH, Kraków 2011.
• [14] Oppenheim A.V., Schafer R.W ., Buck J.R., Discrete-Time Signal Processing, 2nd Edition, Prentice-Hall, 1999.
• [15] Schoukens J., Pintelon R., Van hamme H., The Interpolated Fast Fourier Transform: A Comparative Study, IEEE Trans. Instrum. Meas., April 1992, Vol. 41, no. 2, pp. 226–232.
• [16] Jain V.K., Collins W.L., Davis D.C., High-Accuracy Analog Measurements via Interpolated FFT, IEEE Trans. Instrum. Meas., June 1979, Vol. 28, no. 2, pp. 113–122.
• [17] Grandke T., Interpolation Algorithms for Discrete Fourier Transforms of Weighted Signals, IEEE Trans. Instrum. Meas., June 1983, Vol. 32, no. 2, pp. 350–355.
• [18] Andria G., Savino M., Trotta A., Windows and interpolation algorithms to improve electrical measurement accuracy, IEEE Trans. Instrum. Meas., 1989, Vol. 38, pp. 856–863.
• [19] Offelli C., Petri D., Interpolation Techniques for Real-Time Multifrequency Waveform Analysis, IEEE Trans. Instrum. Meas., February 1990, Vol. 39, no. 1, pp. 106–111.