Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Park’s vector approach to detect broken rotor bars in saturated Induction motor

Abdellah Chaouch, Abderrahmane M.R Meflah, Amel Kheiter, mama Chouitek

Przegląd Elektrotechniczny

|

2023

|

R. 99, nr 8

219--223

EN

This paper deals with the problem of broken rotor bars fault diagnosis in saturated induction motor. Several techniques such as those based on vibration, axial leakage monitoring, zero-sequence component, negative sequence current, and motor current signature analysis have been used. However, these techniques do not take into account the effect of magnetic saturation. This paper presents a current Park’s Vector method for diagnosis in squirrel cage induction motor with the presence of magnetic saturation. The use of a current vector pattern trajectory and Modulus current spectrum analysis demonstrate that deformation of the Current Park’s Vector Pattern trajectory and the presence of new harmonics are indicators for predicting magnetic saturation and broken bars rotor fault. Our experimental results allow us to discriminate between the magnetic saturation in healthy and faulty squirrel cage induction motors.

PL

W artykule podjęto problematykę diagnostyki pękniętych prętów wirnika w nasyconym silniku indukcyjnym. Zastosowano kilka technik, takich jak oparte na drganiach, monitorowaniu upływu osiowego, składowej zerowej, składowej przeciwnej prądu i analizie sygnatur prądu silnika. Techniki te nie uwzględniają jednak wpływu nasycenia magnetycznego. W artykule przedstawiono aktualną metodę Parka Vector do diagnostyki silnika indukcyjnego klatkowego z obecnością nasycenia magnetycznego. Wykorzystanie trajektorii wektora prądu i analiza widma prądu modułowego pokazują, że deformacja trajektorii wzorca wektorowego Current Park i obecność nowych harmonicznych są wskaźnikami do przewidywania nasycenia magnetycznego i uszkodzenia wirnika z pękniętymi prętami. Nasze wyniki eksperymentalne pozwalają nam rozróżnić nasycenie magnetyczne w zdrowych i uszkodzonych silnikach indukcyjnych klatkowych.

2

Power effective work of PMSМ in electric vehicles at the account of magnetic saturation and iron losses

Shchur I., Rusek A., Mandzyuk M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2015

|

R. 91, nr 1

199-202

EN

In this paper the improved model of permanent magnet synchronous machine (PMSM) considering iron losses and magnetic saturation is developed. The optimal dependences between projections of armature current for maximum energy efficiency of PMSM is calculated. To determine the point of transition from the first to the second zone of speed regulation, the information about the references on projections of inverter voltage is used. The simulation model of control system of PMSM for electric vehicle, which operates with maximum power efficiency at wide range of speed and is insensitive to parametric changes of PMSM, is implemented.

PL

W artukóle opracowano polepszone modeli matematyczne i komputerowe maszyny synchronicznej o magnesach trwałych (PMSM) z uwzględnieniem nasycenia magnetycznego oraz strat w żelazie. Obliczono krzywe optymalne składowych prądu twornika dla maksymalnej efektywności energetycznej pracy PMSM. W celu ustalenia punktu przejścia od pierwszej do drugiej strefy sterowania prędkości proponuje się wykorzystać informacje o zadaniu napięcia falownika. Stworzono model komputerowy układu sterowania napędem pojazdów elektrycznych na bazie PMSM, który działa z maksymalną wydajnością w szerokim zakresie prędkości obrotowej oraz jest nieczuły na zmiany parametryczne.

3

The Simulation Model of a Synchronous Machine with Permanent Magnets That Takes into Account Magnetic Saturation

Shchur I., Rusek A., Makarchuk O., Lis M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2013

|

R. 89, nr 4

102-105

EN

The paper presents the methods of obtaining the parameters and characteristics of a synchronous machine with permanent magnets (PMSM) from the results of the previously conducted field electromagnetic study of a specific machine by the finite element method (FEM) in order to build a fairly accurate computer stimulation model of this machine. It shows that to model magnetic saturation, need to apply the resulting curves of magnetization by the flux of the armature reaction relative to the both d-axis and q-axis of the rotor, and this curves are invariant with respect to changes in the angle of orientation of the current vector relative to the rotor position. The results of work of simulation model are compared with the corresponding field modeling.

PL

Praca przedstawia metodę otrzymania parametrów i charakterystyk maszyny synchronicznej z magnesami trwałymi (PMSM) wykorzystując rezultaty elektromagnetycznych badań polowych konkretniej maszyny przeprowadzonych poprzednio metodą elementów skończonych (FEM) w celu stworzenia dokładnego modelu symulacyjnego tej maszyny. Pokazano, że dla modelowania nasycenia magnetycznego trzeba wykorzystać otrzymane krzywe magnesowania strumieniem reakcji twornika wzdłuż obuch d i q osi wirnika, ponadto te krzywe są inwariantne stosownie zmiany kąta orientacji wektora prądu stosunkowo pozycji wirnika. Wyniki symulacji komputerowej PMSM porównano z odpowiednim modelowaniem polowym.

4

Fault Detection of Induction Motors Due to the Effects of Magnetic Saturation

Drozdowski P, Duda A

Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe

|

2013

|

Nr 3(100), cz. 1

33-38

EN

In this paper, the impact damage to the motors on the course of zero-sequence voltage and its spectrum is presented. Detection signals results from detail analysis of the formula describing this voltage component is induced in the stator windings due to core magnetic saturation and the discrete displacement of windings. Its course is affected by operating both the stator and the rotor. Other fault detection methods, by analysing the spectrum of stator currents, are known and widely applied. The presented method is under investigation, but may be a complement to the other because of easy measurement of the zero voltage for star connected motors. The results of the method are presented by measurements and explained using mathematical modelling for the slip-ring induction motor.

5

Computer analysis of saturated cage induction machine using Sim-Power-Systems of Simulink

Drozdowski P., Duda A.

Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika

|

2012

|

R. 109, z. 1-E

33--47

EN

In this paper the computer model of the cage induction machine taking into account magnetic non-linearity is presented. The model contains the mathematical model of the induction machine recorded as an S-function and the connecting blocs attaching the model from one side to the three-phase terminals of the supply system model and from the other to the system of mechanical model. Hence, Sim-Power-Systems and Sim-Mechanics libraries can be used. Such a methodology allows for various drives modelling where the induction machine operates as a motor or a generator and cooperates with power electronics system. Using wide range of SIMULINK possibilities the various control techniques can be applied. Using this methodology the own mathematical models of other electrical machines together with the SIMULINK library models can be used.

PL

Przedstawiono model komputerowy klatkowej maszyny indukcyjnej uwzględniający nieliniowość magnetyczną. Maszyna indukcyjna jest modelowana za pomocą bloku tzw. S-funkcji dołączonego, z jednej strony, do trójfazowego zasilania przez blok sterowanych źródeł napięcia i prądu, a z drugiej ‒ do modelu układu mechanicznego. Umożliwia to wykorzystanie biblioteki modeli z grupy Sim-Power-Systems i grupy Sim-Mechanics. Takie podejście umożliwia modelowanie pracy maszyny indukcyjnej współpracującej z układami energoelektrycznymi jako silnika i pradnicy. Stwarza to możliwości szerokiego wykorzystania potencjału Simulinka, w szczególności różnych technik sterowania układami. Zastosowana metodologia pozwala tworzyć własne modele innych maszyn elektrycznych opisanych tradycyjnie blokiem równań różniczkowych i wykorzystanie bogatej biblioteki Simulinka.

6

Research of energy processes in circuits containing iron in saturation condition

Prus V., Nikitina A., Zagirnyak M., Miljavec D.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2011

|

R. 87, nr 3

149-152

EN

ProbIems of application of instantaneous power theory theses to the analysis of electromagnetic and energy processes in nonlinear ferromagnetic circruits at different degrees of its saturation have been considered. Results confirm the necessity to revise the conventional methods and approaches to analyze the nonlinear circuits in saturation conditions.

PL

Rozważono problemy związane z teorią mocy chwilowej zastosowaną do analizy elektromagnetycznych i energetycznych procesów w nieliniowych obwodach ferromagnetycznych w różnym stopniu nasyconych. Wyniki analiz potwierdzają konieczność rewizji metod konwencjonalnych i podejść do analizy obwodów nieliniowych w stanie nasycenia.

7

Constant power operation of a PMSM drive taking into account the stator resistance and the nonlinear inductance

Nalepa R., Noll A., Orłowska–Kowalska T., Beineke S., Bahr A.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2010

|

R. 86, nr 2

315-318

EN

Efficient field weakening algorithm for the PMSM drive with surface mounted rotor magnets is presented in this paper. Proposed solution has been implemented in a high performance multi-axis servodrive dedicated to the international industrial market. Topic of the PMSM drive control in a constant power region has been discussed in number of publications. Most frequently with neglected stator resistance and magnetic saturation not taken into account. Such assumptions are acceptable in solutions for rather low performance drives operated in the field weakening region. This paper contains details on the proposed solution, a simple example for possible control program sequence and some experimental results.

PL

W tym artykule zaprezentowano wydajny algorytm osłabiania pola silnika synchronicznego z powierzchniowo montowanymi magnesami trwałymi. Zaproponowane rozwiązanie znalazło praktyczne zastosowanie w wysokiej jakości wieloosiowych serwonapędach przemysłowych. Tematykę sterowania pracą silnika PMSM w obszarze stałej mocy poruszano w wielu publikacjach, najczęściej jednak z pominięciem rezystancji stojana oraz nasycenia magnetycznego. Uproszczenia takie są do przyjęcia w przypadku rozwiązań serwonapędowych niewymagających precyzji w zakresie pracy przy osłabianiu pola. Artykuł zawiera szczegółowy opis opracowanych metod, propozycję rozwiązania programowego oraz wyniki badań eksperymentalnych.

8

Modele matematyczne maszyn elektrycznych prądu przemiennego uwzględniające nasycenie magnetyczne rdzeni

Kudła J.

Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Śląska

|

2005

|

z. 197

3-205

PL

Przedmiotem pracy są zagadnienia związane z opracowaniem modeli obwodowych maszyn elektrycznych prądu przemiennego (asynchronicznych i synchronicznych) uwzględniających nasycenie magnetyczne rdzeni oraz zagadnienia dotyczące wyznaczania parametrów elektromagnetycznych opracowanych modeli. Przy opracowaniu modeli matematycznych maszyn przyjęto trzy zasadnicze założenia: -Wypadkowe pole magnetyczne w maszynie jest sumą pola magnetycznego głównego oraz pola rozproszenia stojana i wirnika, przy czym pola te w sposób niezależny magnesują rdzenie stojana i wirnika. -Strumienie sprzężone uzwojeń maszyny spowodowane polem magnetycznym głównym wywołane są tylko przez podstawową harmoniczną przestrzenną składowej promieniowanej wektora indukcji magnetycznej w szczelinie roboczej maszyny. -Chwilowe prądy fazowe stojana i wirnika w sposób jednoznaczny wyznaczone są przez odpowiednie fazory przestrzenne prądu stojana i prądu wirnika. Stosując zasadę podziału wypadkowego pola magnetycznego w maszynie na pole magnetyczne główne oraz pola magnetyczne rozproszenia, w pracy opracowano modele obliczeniowe maszyn elektrycznych, w których wymienione pola występują samodzielnie bądź tez są dominujące. Modele obliczeniowe maszyn wykorzystano do wyznaczenia rozkładów przestrzennych pól magnetycznych oraz do wyznaczenia strumieni sprzężonych uzwojeń spowodowanych przez te pola. Strumienie sprzężone uzwojeń maszyny wyznaczono obliczając pochodne koenergii magnetycznej względem odpowiednich prądów (pole magnetyczne główne i pola rozproszenia) lub obliczając podstawową harmoniczną składowej promieniowej indukcji magnetycznej w szczelinie maszyny i stosując odpowiednie zależności analityczne (pole magnetyczne główne). Uwzględniając strukturę geometryczno-materiałową modeli obliczeniowych oraz charakterystyczne cechy rozkładu przestrzennego uzwojeń, przeprowadzono analizę jakościową właściwości fazorów przestrzennych strumieni sprzężonych uzwojeń maszyn spowodowanych polem głównym oraz polami rozproszenia. Wyniki analizy jakościowej potwierdzono oraz uzupełniono w oparciu o wyniki obliczeń numerycznych. Na podstawie przeprowadzonych badań i analiz w pracy wykazano, że: -W monoharmonicznych modelach matematycznych maszyn elektrycznych prądu przemiennego (asynchronicznych i synchronicznych) strumienie sprzężone uzwojeń spowodowane polem magnetycznym głównym można wyznaczyć za pomocą fazora przestrzennego strumienia sprzężonego pola głównego, który jest nieliniową funkcją modułu i argumentu fazora przestrzennego prądu magnesującego. - Składowe osiowe fazora przestrzennego strumienia sprzężonego pola głównego można z dobrym przybliżeniem wyrazić za pomocą niewielkiej liczby syntetycznych charakterystyk strumieni sprzężonych, które są funkcjami tylko modułu fazora przestrzennego prądu magnetycznego. -W symetrycznych stanach pracy maszyn elektrycznych prądu przemiennego, strumienie sprzężone uzwojeń stojana (maszyny asynchroniczne i synchroniczne) i strumienie sprzężone uzwojeń wirnika (maszyny asynchroniczne) spowodowane polami rozproszenia, które są nieliniowymi funkcjami modułu i argumentu fazora przestrzennego odpowiednich prądów : prądu stojana, prądu wirnika. - Składowe osiowe fazorów przestrzennych strumieni sprzężonych pola rozproszenia stojana i wirnika można wyrazić za pomocą syntetycznych charakterystyk strumieni sprzężonych, które są funkcją tylko modułu fazorów przestrzennych odpowiednich prądów. Zależności matematyczne określające fazory przestrzenne strumieni sprzężonych pola głównego oraz z pola rozproszenia stojana lub wirnika wykorzystano przy definiowaniu indukcyjności statycznych i dynamicznych maszyny, związanych z odpowiednimi polami. Przy analizie indukcyjności statycznych i dynamicznych zwrócono uwagę na zjawisko skrośnego sprzężenia magnetycznego zastępczych uzwojeń magnesujących, które spowodowane jest nasyceniem magnetycznym rdzeni. Wyróżniono dwa typy sprzężeń: sprzężenie skrośne statyczne i dynamiczne oraz wskazano, że sprzężenia te występują, gdy pomija się nasycenie rdzeni, przejmując liniowe charakterystyki magnesowania. Znając właściwości fazorów przestrzennych strumieni sprzężonych pola magnetycznego głównego i pól rozproszenia stojana i wirnika oraz odpowiednie indukcyjności statyczne i dynamiczne, sformułowano modele matematyczne maszyn asynchronicznych (pierścieniowej, klatkowej zwykłej i głębokożłobkowej) oraz maszyn synchronicznych. Opracowanym modelom matematycznym przyporządkowano schematy zastępcze obowiązujące w stanach nieustalonych oraz ustalonych. Na schematach zastępczych pokazano elementy, których wartości zależne są od nasycenia magnetycznego rdzeni. Opracowane modele obwodowe maszyn asynchronicznych i synchronicznych wykorzystano w badaniach symulacyjnych typowych stanów nieustalonych i ustalonych. Obliczenia przeprowadzono uwzględniając nasycenie magnetyczne rdzeni lub też je pomijając. W celu pomiarowego wyznaczenia syntetycznych charakterystyk strumieni sprzężonych przeprowadzono parametryzację modeli matematycznych, aproksymując syntetyczne charakterystyki strumieni sprzężonych za pomocą funkcji nieliniowych o nieznanych współczynnikach.W pracy zaproponowano kilka testów pomiarowych umożliwiających wyznaczenie wymienionych współczynników oraz innych parametrów skupionych modeli matematycznych maszyn elektrycznych. Parametry modeli matematycznych maszyn asynchronicznych i synchronicznych wyznaczono na podstawie charakterystyk maszyn w stanie ustalonym oraz na podstawie przebiegów dynamicznych. Do wyznaczenia parametrów zastosowano algorytmy genetyczne i gradientowe. W pracy pokazano także, że parametry modeli matematycznych maszyn elektrycznych prądu przemiennego można wyznaczyć na podstawie danych konstrukcyjnych przy wykorzystaniu wyników odpowiednich obliczeń polowo-obwodowych. Dla maszyny indukcyjnej przedstawiono metodykę takich obliczeń oraz podano wyniki estymacji odpowiednich parametrów. Zaproponowany sposób wyznaczania parametrów można wykorzystać w obliczeniach projektowych maszyn elektrycznych, uzupełniając zbiór typowych parametrów o nowe parametry, które uwzględniają nasycenie magnetyczne rdzeni.

EN

The monograph deals with problems connected with working out circuit of alternating current electrical machines (asynchronous and synchronous) that take into account magnetic saturation of cores and problems concerned with determining electromagnetic parameters of the worked out models. When developing the mathematical models the following basic assumptions were made: -resultant magnetic field in a machine is a sum of the main magnetic field and the stator and rotor leakage magnetic field, while the stator and rotor cores are magnetized by these fields independently of each other, - flux linkages of the machine windings for the main magnetic field are produced only by the fundamental space harmonic of the magnetic flux density vector radial component in the machine air-gap, -instantaneous phase currents of the stator and rotator are explicitly determined by the appropriate space phasors of the stator and rotor current. Applying the principle of dividing the resultant magnetic field into the main magnetic field and the leakage magnetic field, there were worked out the computational models of electrical machines in which these fields occur separately or are dominant. The machine computational models were used for calculating space distributions of the magnetic fields and flux linkages of the windings for these fields. The flux linkages of the machine windings for the main field and leakage fields were determined by computing derivatives of the magnetic the main field leakage field were determined by computing derivatives of the magnetic coenergy of with respect to the appropriate currents, or for the magnetic field by computing the fundamental harmonic of the magnetic flux density radial component in the machine air-gap and using the suitable analytical relationships. Taking into account the geometrical and material structure of the computational models and characteristic features of the winding space distribution, the qualitative analysis of the properties of the flux linkages space phasors of the machine winding for the main and leakage fields was performed. The qualitative analysis results were verified by numerical calculations. Basing on the investigations and analyses performed, it was proved that -in monoharmonic mathematical models of alternating current electrical machines (asynchronous and synchronous) it is possible to determine the flux linkages phasor which is a nonlinear function of the module and argument of the magnetizing current space phasor, - axis components of the main flux linkage space phasor can be expressed with a good accuracy by means of a small number of the synthetic characteristics of magnetic flux linkages which are functions of the module of the magnetizing current space phasor linkages which are functions of the module of the magnetizing current space phasor only, -in symmetrical operation of alternating current electrical machines the flux linkages of the stator windings (asynchronous and synchronous machines) and the flux linkages of the rotor windings (asynchronous machines) for the leakage fields can be determined by means of the leakage flux linkages space phasors which are nonlinear functions of the module and argument of the space phasor of the corresponding currents: stator current and rotor current, -axis components of the stator and rotator leakage flux linkages space phasors can be expressed by means of the synthetic characteristics of magnetic flux linkages which are a function of the module of the space phasors of the corresponding currents only. The mathematical dependences determining the space phasors of the main magnetic field linkages and the stator or rotor leakage field were used defining the machine static and dynamic inductances associated with the appropriate fields. When analyzing the static and dynamic inductances, the attention was paid to the phenomenon of magnetic cross-coupling of the equivalent magnetizing windings caused by magnetic saturation of the cores. Two kinds of couplings are distinguished: static and dynamic cross-coupling. It was shown that they do not occur when saturation of the cores is neglected and linear magnetizing characteristics are assumed. Basing on the knowledge of the flux linkage space phasors of the main field as well as the stator and rotor leakage fields together with the appropriate static and dynamic inductances, the mathematical models of asynchronous (wound rotor, squirrel-cage and deep-bar squirrel-cage) and synchronous machines were formulated. There were developed the equivalent circuits for transient and steady states corresponding to the mathematical models worked out. The elements whose values depend of magnetic saturation of the cores are shown in these circuits. The developed circuit models of asynchronous and synchronous machines were used for simulation investigations of the typical transient and steady states. The computations were made when taking into account magnetic saturation of the cores or neglecting it. In order to determine the synthetics of flux linkages by measurements, parametrisation of the mathematical models was carried out. It consisted in approximation of the synthetic characteristics of flux linkages determination of these coefficients and other lumped parameters of the mathematical models of electrical machines have been proposed in the monograph. The parameters of the mathematical models of asynchronous and synchronous machines were determined on the basis of the machine characteristics in steady state and the waveforms in transient state. Genetic and gradient algorithms were used for determining the parameters. It has also been shown in the monograph that the parameters of the mathematical models of alternating current electrical machines can be determined basing on constructional data when using the results of the appropriate field-circuit computations. The methodology of such computations has been presented for induction machine. The results of estimation of the appropriate parameters have been given as well. The proposed way of determining parameters can be used in design computations of electrical machines, as a supplement for the set of typical parameters with the new ones which take into account magnetic saturation of the machine cores.

9

Wyznaczenie parametrów modeli obwodowych maszyn synchronicznych uwzględniających nasycenie magnetyczne rdzeni

Kudła J.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2005

|

R. 81, nr 10

106-110

PL

Przedstawiono model matematyczny maszyny synchronicznej w którym uwzględniono nasycenie magnetyczne rdzeni przez pole główne. Określono zbiór parametrów obejmujący parametry skupione: rezystancje i indukcyjności rozproszenia oraz współczynniki funkcji analitycznych aproksymujących nieliniowe syntetyczne charakterystyki strumieni sprzężonych pola głównego. Do estymacji współczynników funkcji analitycznych wykorzystano krzywe V. Parametry skupione wyznaczono na podstawie testu zaniku prądu stojana.

EN

The paper presents the mathematical model of a synchronous machine taking into account saturation effect. The set of the machine electromagnetic parameters containing: resistances, leakage inductances and coefficients of analytical functions approximating the nonlinear synthetic characteristics of main flux linkages are determined. The coefficients of analytical functions have been estimated from the V-curves. The lumped parameters have been determined from the stator current decay test at standstill.