Diagnosis of electrical direct current motors is essential for industrial plants. The emphasis is put on the development of diagnostic methods of solutions for capturing, processing and recognition of diagnostic signals. This paper presents a technique of early fault diagnosis of a DC motor. The proposed approach is based on acoustic signals. A real-world data of the DC motor were used in the analysis. The work provides an original feature extraction method called the shortened method of frequencies selection (SMoFS-15). The obtained results of the presented analysis show that the early fault diagnostic method can be used for monitoring electrical DC motors. The proposed method can also support other fault diagnosis methods based on thermal, current, and vibration signals.
Thermography is a technology that enables recognition of objects in the specific area. The goal of using thermographic techniques for ironworks is to diagnose electrical equipment. These techniques can be also use to increase safety and quality control in ironworks. Faulty equipment can be dangerous for engineers. Article describes the method of the recognition of imminent failure states of synchronous motor. Thermal images of the stator are used for an analysis of electrical machine. Researches of image processing techniques have been carried out for three states of motor. Proposed approach uses patterns recognition. Using of medial axis transformation and classifier based on words gave good results. In the future electrical machines and metallurgical equipment will use diagnostic systems based on recognition of thermal images.
PL
Termografia jest technologią, która umożliwia rozpoznawanie obiektów w określonym obszarze. Celem używania technik termograficznych dla hut jest diagnozowanie sprzętu elektrycznego. Te techniki mogą być również używane do zwiększenia bezpieczeństwa i jakości kontroli w hutach. Wadliwy sprzęt może być niebezpieczny dla inżynierów. Artykuł opisuje metodę diagnostyki stanów przedawaryjnych silnika synchronicznego. Obrazy cieplne stojana są używane do analizy maszyny elektrycznej. Badania technik przetwarzania obrazu zostały wykonane dla trzech stanów silnika. Proponowana metoda używa rozpoznawania wzorców. Użycie transformacji medialnej osi i klasyfikatora opartego na słowach dawało dobre wyniki. W przyszłości maszyny elektryczne i sprzęt hutniczy będą używać systemów diagnostycznych opartych na rozpoznawaniu obrazów cieplnych.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The aim of this study was to design and create a control system for servomotors with the application of a computer wireless network. To achieve this goal 802.11g wireless standard, servomotors, and open source Arduino platform were used.
PL
Celem niniejszej pracy było zaprojektowanie oraz wykonanie systemu sterowania serwomechanizmami z wykorzystaniem bezprzewodowej sieci komputerowej w standardzie 802.11. Do osiągnięcia celu zastosowano standard 802.11g, serwomechanizmy oraz open source platformę Arduino.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono problematykę diagnostyki stanów przedawaryjnych generatora prądu stałego. Przedstawiono stanowisko badawcze razem z oprogramowaniem pozwalającym na przeprowadzenie badań. Badania zostały przeprowadzone dla algorytmów przetwarzania danych: Dyskretnej transformaty falkowej Biortogonalnej i klasyfikatora Najbliższej Średniej z metryką Minkowskiego. Na podstawie zaimplementowanego systemu, przeanalizowano możliwość diagnostyki defektu generatora prądu stałego. Opracowane algorytmy metod diagnostycznych mają wysoką skutecznością rozpoznawania. To sprawia, że możliwe jest stosowanie ich w przemyśle.
EN
The paper presented problems of diagnostics of imminent failure conditions of Direct Current generator. There is presented a measuring stand together with a software enabling to research the diagnostic processes. Studies were conducted for algorithms of data processing: Biorthogonal Wavelet Transform and Nearest Mean classifier with Minkowski distance. On the basis of implemented system, a possibility of diagnosing of Direct Current generator defect has been analyzed. Developed algorithms of diagnostic methods have high efficiency of recognition. This makes it possible to use them in the industry.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wyniki badań diagnostycznych silnika obcowzbudnego prądu stałego. Zastosowano w diagnostyce metodę analizy opartą na szybkiej transformacie Fouriera (FFT) i metodę rozpoznawania wykorzystującą klasyfikator Bayesa. W procesie uczenia wyznaczano zbiór najistotniejszych częstotliwości, dla których różnice odpowiadających sygnałów w dwóch stanach silnika są największe. W procesie identyfikacji rozpoznawano trzy kategorie sygnałów: stan bez uszkodzenia, stan przerwy zezwojów wirnika i stan zwarcia zezwojów wirnika.
EN
In the work results of diagnostic investigations of separately excited dc motor were presented. In diagnostics were applied a Fourier analysis method basing on fast Fourier transform (FFT) and a recognition method using Bayes classifier. In training process a set of the most important frequencies has been determined for which differences of corresponding signals in two states are the largest. Three categories of signals have been recognized in identification process: faultless state, state of breaking the rotor coils and state of shorting the rotor coils.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono propozycję modyfikacji wektorowego układu regulacji silnika synchronicznego z magnesami trwałymi, w celu zapewnienia wymaganego momentu obrotowego oraz utrzymania zadanych obrotów silnika podczas zapadu napięcia. Na podstawie przeprowadzonych symulacji pracy silnika synchronicznego z magnesami trwałymi stwierdzono możliwość poprawy odporności regulowanych napędów prądu przemiennego z silnikami synchronicznymi z magnesami trwałymi na zapady napięcia.
EN
This paper presents a proposal to modify the PM synchronous motor vector control system in order to provide the required torque and the reference speed of drives during voltage sags. Based on the simulations, the immunity improvement of adjustable AC drives with PM synchronous motors on voltage sags has been confirmed.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono propozycję modyfikacji wektorowego układu regulacji silnika indukcyjnego w celu zapewnienia wymaganego momentu obrotowego oraz utrzymania zadanych obrotów silnika podczas zapadu napięcia. Na podstawie symulacji oraz pomiarów w laboratorium stwierdzono poprawę odporności regulowanych napędów prądu przemiennego z silnikami indukcyjnymi na zapady napięcia.
EN
This paper presents a proposal to modify the induction motor vector control system in order to provide the required torque and the reference speed of drives during voltage sags. Based on the simulations and laboratory measurements of the induction motor, the immunity improvement of adjustable AC drives with induction motors on voltage sags has been confirmed.
Postęp techniczny i malejące ceny kamer termowizyjnych sprawiają, że ich zastosowanie do monitorowania i oceny stanu technicznego maszyn jest opłacalne. W artykule opisano metodę rozpoznawania stanów przedawaryjnych silnika synchronicznego. Proponowane podejście jest oparte na badaniu obrazów cieplnych wirnika. Ekstrakcja istotnej informacji diagnostycznej zakodowanej w obrazach cieplnych jest ważna dla diagnozowania maszyny. Zabieg taki może być wykonany z użyciem wybranych metod analizy i rozpoznawania obrazów. Przeprowadzono badania dla dwóch stanów silnika z zastosowaniem kwadratowo-drzewowej dekompozycji i sieci neuronowej z algorytmem wstecznej propagacji błędów. Eksperymenty pokazują, że metoda może być przydatna do zabezpieczania silników synchronicznych. Ponadto metoda może być stosowana do diagnozowania urządzeń w hutach i innych zakładach przemysłowych.
EN
Technological progress and decreasing prices of thermographic cameras make their application to monitoring and assessing a technical state of machines is profitable. In article is described the recognition method of imminent failure conditions of synchronous motor. The proposed approach is based on a study of thermal images of the rotor. Extraction of relevant diagnostic information coded in thermal images is important for diagnosing of machine. It can be performed with the use of selected methods of analysis and recognition of images. Studies were carried out for two conditions of motor with the application of quadtree decomposition and backpropagation neural network. The experiments show that the method can be useful for protection of synchronous motor. Moreover, this method can be used to diagnose equipments in steelworks and other industrial plants.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Technological progress and decreasing prices of thermovision cameras make profitable their application to monitoring and assessing a technical state of machines. This article discusses the recognition method of imminent failure conditions of synchronous motor. The proposed approach is based on a study of thermal images of the rotor. Extraction of relevant diagnostic information coded in thermal images is important for diagnosing of machine. It can be performed with the use of selected methods of image processing, analysis and recognition. Studies were carried out for three conditions of motor with the application of two-dimensional wavelet analysis and Genetic Sparse Distributed Memory. The experiments show that the method can be useful for protection of synchronous motor. Moreover, this method can be used to diagnose machines in steelworks and industrial plants.
PL
Postęp technologiczny wraz ze spadkiem kosztów kamer termowizyjnych sprawiają, że ich zastosowanie do monitorowania i oceny stanu technicznego maszyn jest opłacalne. W artykule omówiono metodę rozpoznawania stanów przedawaryjnych silnika synchronicznego. Proponowane podejście jest oparte na badaniu obrazów cieplnych wirnika. Ekstrakcja istotnej informacji diagnostycznej zakodowanej w obrazie cieplnym jest ważna dla diagnozowania maszyny. Może być ona wykonana z użyciem wybranych metod obróbki, analizy i rozpoznawania obrazów. Przeprowadzono badania dla trzech stanów silnika z zastosowaniem dwuwymiarowej analizy falkowej i Genetycznie Rozrzedzonej Pamięci Rozproszonej. Eksperymenty pokazują, że metoda może być przydatna do ochrony silników synchronicznych. Ponadto metoda może być stosowana do diagnozowania maszyn w hutach i zakładach przemysłowych.
Artykuł prezentuje metodę analizy monochromatycznych obrazów termowizyjnych wybranego generatora prądu stałego uzyskanych za pomocą kamery termowizyjnej i oprogramowania komputerowego. Omówiono badania dla dwóch stanów generatora prądu stałego. Do analizy obrazów zostały zastosowane następujące algorytmy: histogram obrazu i zmodyfikowany klasyfikator oparty na słowach. Przy stosowaniu tych algorytmów wyniki rozpoznawania obrazu były bardzo dobre. Uzyskane efekty potwierdzały poprawność proponowanej metody.
EN
The article presents a method for the analysis of monochromatic thermal images of a selected dc generator. The images are obtained with the use of a thermographic camera and software. The tests for two conditions of the dc generator were discussed. The following algorithms were used for the analysis of images: image histogram and modified word-based classifier. The use of these algorithms provided very good recognition of the image. The achieved effects confirmed the accuracy of the proposed method.
This paper describes detection of synchronous motor inter-turn faults based on symptoms contained in stator phase currents. Armature short circuit, caused by insulation degradation are quite commonly occurring defects in electrical machines. Initially, short circuit comprises mostly single coils, causing the temperature rise due to higher value of current, which can reach up to tens times of the rated value. At the same time the phase current does not increase significantly. Increased temperature leads to rapid damage of the insulation and shorting the adjacent coils spreading the fault to the entire winding in a short time. Thus, it is very important to detected this type of fault in its early stage. Unfortunately currently used motor protection devices are insensitive to short-circuits of a small number of turns, because they cause too small quantitative changes in the phase currents. Phase currents begin to rise to the level detectable by protection devices when a large part of the winding is already covered by a fault. Therefore, there is a need for research on diagnostics of this type of damage. For the purpose of this paper a stepped short circuit fault of one coil group in the stator phase winding is performed. Shorting resistance values are chosen so that the short fault is diagnosed in its early stage. Spectral analysis of stator phase currents is carried out followed by spectral analysis of stator currents Park’s vector. Comparison of the results of both studies shows that the signal of stator current Park’s vector is more suitable in diagnostics of this type of faults.
PL
Artykuł opisuje wykrywanie zwarć międzyzwojowych w silniku synchronicznym na podstawie sygnałów prądów fazowych stojana. Zwarcia w obwodzie twornika, powstałe na skutek degradacji izolacji są dość powszechnie występującymi uszkodzeniami w maszynach elektrycznych. Początkowo zwarcie obejmuje najczęściej pojedyncze zwoje powodując wzrost ich temperatury na skutek przepływu prądu o dużej wartości, dochodzącej nawet do kilkudziesięciokrotności prądu znamionowego. Prąd fazowy w tym czasie nie ulega znacznemu zwiększeniu. Pod wpływem zwiększonej temperatury dochodzi w bardzo krótkim czasie do uszkodzenia izolacji sąsiednich zwojów i zwarcie bardzo szybko rozprzestrzenia się obejmując w dość krótkim czasie całe uzwojenie. Zatem bardzo ważne jest, aby tego typu uszkodzenie wykrył w jego początkowym stadium. Niestety stosowane obecnie układy zabezpieczeń są niewrażliwe na zwarcia niewielkiej liczby zwojów, gdyż powodują one zbyt małe zmiany ilościowe w prądach fazowych. Prądy fazowe zaczynają wzrastać do poziomu, na który mogą zareagować zabezpieczenia dopiero wtedy, gdy zwarcie obejmuje już znaczna część uzwojenia. Dlatego istnieje potrzeba badań tego typu uszkodzeń. Na potrzeby artykułu dokonywano stopniowanego zwarcia grupy ze zwojów w jednej z faz stojana. Wartości rezystancji zwierającej dobrano tak, aby była to diagnostyka we wczesnym stadium uszkodzenia. Przeprowadzona została analiza spektralna prądów fazowych stojana oraz analiza spektralna wektora przestrzennego prądu stojana. Porównanie wyników obu tych analiz wykazało, ze sygnał wektora przestrzennego prądu stojana (tzw. wektor Parka) lepiej niż prądy fazowe nadaje się do diagnostyki tego typu zwarć.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł opisuje procedurę automatycznego wyboru symptomów towarzyszących zwarciom w uzwojeniach twornika silnika synchronicznego. Procedura ta, nazywana selekcją cech, prowadzi do wyboru spośród pełnego zestawu cech opisujących dany problem takiego podzbioru, który pozwalałby na jak najlepsze odróżnienie stanu bezawaryjnego od stanu awaryjnego. Poszczególnymi cechami są amplitudy składowych widm sygnałów prądowych silnika. Wyniki zostały porównane z procedurą diagnostyczną, w której symptomy wybierane są przez eksperta.
EN
The article describes a procedure for automatic selection of symptoms accompanying the short circuit in the armature windings of the synchronous motor. This procedure, called the feature selection, leads to choosing from a full set of features describing the problem, such a subset that would allow the best distinguishing between healthy and damaged states. As a features the spectra components amplitudes of the motor current signals were used. The results are compared with the diagnostic procedure, in which symptoms are chosen by an expert.
The paper describes a procedure for automatic selection of symptoms accompanying the break in the synchronous motor armature winding coils. This procedure, called the feature selection, leads to choosing from a full set of features describing the problem, such a subset that would allow the best distinguishing between healthy and damaged states. As the features the spectra components amplitudes of the motor current signals were used. The full spectra of current signals are considered as the multidimensional feature spaces and their subspaces are tested. Particular subspaces are chosen with the aid of genetic algorithm and their goodness is tested using Mahalanobis distance measure. The algorithm searches for such a subspaces for which this distance is the greatest. The algorithm is very efficient and, as it was confirmed by research, leads to good results. The proposed technique is successfully applied in many other fields of science and technology, including medical diagnostics.
PL
Artykuł opisuje procedurę automatycznego wyboru symptomów towarzyszących przerwie w uzwojeniach twornika silnika synchronicznego. Procedura ta, nazywana selekcją cech, prowadzi do wyboru spośród pełnego zestawu cech opisujących dany problem takiego podzbioru, który pozwalałby na jak najlepsze odróżnienie stanu bezawaryjnego od stanu awaryjnego. Poszczególnymi cechami są amplitudy składowych widm sygnałów prądowych silnika. Spektra sygnałów prądowych są traktowane jako pełne przestrzenie cech, z których następnie wybierane są podprzestrzenie z zastosowaniem algorytmu genetycznego. Jakość każdej podprzestrzeni sprawdzana jest z użyciem miary odległości Mahalanobisa. Algorytm poszukuje takich podprzestrzeni, dla których odległość ta jest największa. Zastosowany algorytm jest bardzo wydajny i jak potwierdziły badania prowadzi do dobrych wyników. Proponowana technika jest z powodzeniem stosowana w wielu innych dziedzinach nauki i techniki, w tym w diagnostyce medycznej.
Technical diagnostics is concerned with the assessment of technical conditions of the machine through the study of properties of machine processes. Diagnostics is particularly important for factories and ironworks. In paper is presented method of diagnostics of imminent failure conditions of DC machine. This method is based on a study of acoustic signals generated by DC machine. System of sound recognition uses algorithms for data processing, such as Mel Frequency Cepstral Coefficient and classifier based on words. Software to recognize the sounds of DC machine was implemented on PC computer. Studies were carried out for sounds of faultless machine and machine with shorted coils. The results confirm that the system can be useful for diagnostics of dc and ac machines used in metallurgy.
PL
Techniczna diagnostyka zajmuje się oceną stanu technicznego maszyny poprzez badania własności procesów zachodzących w maszynie. Diagnostyka jest szczególnie ważna dla fabryk i hut. W artykule jest przedstawiona metoda diagnostyki stanów przedawaryjnych maszyny prądu stałego. Metoda ta oparta jest na badaniu sygnałów akustycznych generowanych przez maszynę prądu stałego. System rozpoznawania dźwięku wykorzystuje algorytmy przetwarzania danych, takich jak algorytm MFCC i klasyfikator oparty na słowach. Zaimplementowano oprogramowanie do rozpoznawania dźwięków maszyny prądu stałego na komputerze PC. Przeprowadzono badania sygnałów akustycznych maszyny bez uszkodzeń i maszyny ze zwartymi uzwojeniami. Wyniki badań potwierdzają, że system może być przydatny w diagnostyce maszyn prądu stałego i przemiennego używanych w hutnictwie.
Zaprojektowano i wykonano sterownik silnika krokowego bipolarnego. Sterownik składa się z mikrokontrolera ATmega8, programatora, mostka typu H umożliwiającego zmianę kierunku obrotów silnika, stabilizatora napięcia, który posiada wbudowane ograniczenia: prądowe, termiczne oraz zabezpieczenie przed opuszczeniem obszaru bezpiecznej pracy, LCD - alfanumerycznego wyświetlacza. Konstrukcja sterownika pozwala na jego rozbudowę.
EN
A controller of a bi-polar step motor was designed and manufactured. The controller consists of an ATmega8 microcontroller, programmer, H bridge enabling the change of the motor rotating direction, voltage stabilizer with built-in current- and thermal limits as well as protection against leaving a safe operating area, and finally an LCD alphanumeric display. The construction of the controller allows its extension.
Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie alternatywnych źródeł energii, które są dostępne w naszej współczesności. Sektor energetyczny powinien się rozwijać i wprowadzać innowacje. To nie jest tylko problem energetyki. Rządy wszystkich krajów powinny otworzyć nowe możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii, których procesy technologiczne są coraz bardziej zaawansowane. Jeśli spojrzymy w przyszłość, musimy uświadomić sobie, że nasze paliwa kopalne są na wyczerpaniu, a popyt na energię rośnie, więc trzeba interesować się alternatywnymi źródłami energii, które wykorzystują energię wiatru, energię wody i inne.
EN
The aim of this article is to present alternative sources of energy which are available in today's world. We have to believe that the energy sector cannot stand still and should innovate. Moreover, it is not only the energy sector issue. Governments of all countries should open to new opportunities of using renewable energy sources, whose technology processes are more and more advanced. If we look into the future, we have to realize our fossil fuels are running out, and the demand for energy increases, so we have to turn to alternative sources of energy like wind power, hydropower and others.
Paper presents the concept of investigations of signals of armature current of DC motor. Algorithms of signal processing and analysis have been used. System is based on the FFT algorithm and GSDM (Genetic Sparse Distributed Memory). Software of armature current recognition of DC motor was implemented. Studies were carried out for imminent failure conditions of DC motor. The results confirm that the system is useful in diagnostics of electrical motors. System can be used in inspection of metallurgical equipments.
PL
W referacie przedstawiono koncepcję badania sygnałów prądu twornika silnika prądu stałego. Algorytmy przetwarzania i analizy sygnału zostały użyte. System rozpoznawania prądu oparty jest na algorytmie FFT i GSDM (Genetyczna rozrzedzona pamięć rozproszona). Zaimplementowano oprogramowanie do rozpoznawania prądu twornika silnika prądu stałego. Przeprowadzono badania dla stanów przedawaryjnych silnika prądu stałego. Wyniki badań potwierdzają, że system jest przydatny w diagnostyce silników elektrycznych. System może być wykorzystany do kontroli sprzętu hutniczego.
Przedstawiono metodę rozpoznawania prądu silnika prądu stałego. Podejście to jest oparte na FFT i klasyfikatorze rozmytym z trójkątną funkcją przynależności. Badania rozpoznawania prądu przeprowadzono dla silnika prądu stałego podczas pracy bez uszkodzeń i ze zwarciem zezwojów w obwodzie wirnika. Wyniki badań potwierdzają dużą skuteczność rozpoznawania prądu w silniku prądu stałego.
EN
The article features a method to identify the current of a dc motor. This approach is based on FFT and on the fuzzy classifier with triangle membership function. The tests of current identification were conducted for a dc motor during fault-free work and with short circuit of coils in the rotor circuit. The test results confirm high efficiency of current identification in the dc motor.
W artykule przedstawiono metodę rozpoznawania zwarć w zezwojach stojana silnika synchronicznego na podstawie analizy widmowej prądów zasilających, która wykorzystuje szybką transformację Fouriera (FFT) i logikę rozmytą. Rozpoznawanie uszkodzeń stojana wykonano dla silnika synchronicznego podczas pracy bez uszkodzeń i ze stopniowanym zwarciem grupy zezwojów w jednej fazie stojana. Zastosowano różne wartości rezystancji obwodu zwierającego, co miało na celu określenie wpływu intensywności zwarcia na widmo prądów stojana, a przez to zbadanie możliwości wykrycia zwarć w ich wczesnym stadium, zanim dojdzie do uszkodzenia maszyny. Wyniki badań potwierdzają dużą skuteczność rozpoznawania zwarć w zezwojach stojana na podstawie prądów fazowych zasilających silnik. Zastosowanie logiki rozmytej umożliwia dokonanie automatycznej oceny stanu silnika na podstawie przesłanek zawartych w widmie prądów stojana.
EN
The article features a method to identify short circuits in the coils of synchronous motor stators based on the spectrum analysis of feed currents. The method makes use of fast Fourier transform (FFT) and fuzzy logic. The identification of stator damages was carried out for a synchronous motor in the conditions of non-failure work and at stepped short circuit of a coil group in one stator phase. Different resistance values of a short circuit were used in order to determine the impact of short circuit impact on the stator current spectrum which, in turn, allows to detect short circuits in their early phase before a machine breaks down. The test results confirm high efficiency of short circuit identification in stator coils based on phase currents which supply the motor. The use of fuzzy logic enables to automatically assess the condition of the motor on the basis of premises contained in the stator currents spectrum.
The paper presents method of diagnostics of imminent failure conditions of synchronous motor. This method is based on a study of acoustic signals generated by synchronous motor. Sound recognition system is based on data processing algorithms, such as MFCC and GSDM. Software to recognize the sounds of synchronous motor was implemented. The studies were carried out for four imminent failure conditions of synchronous motor. The results confirm that the system can be useful for detecting damage and protect the motors.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.