دانشگاه زنجاندانشكده فنی و مهندسی

قدرت–پايان نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی برق

تشخيص خطاي حلقه به حلقه سیم پیچی استاتور موتورهاي القايي سه فاز قفس

سنجابي با در نظر گرفتن اثر اشباعمغناطیسی

اساتید راهنما: دکتر منصور اوجاقیپروفسور جواد فيض

استاد مشاور:دکتر وحید رشتچی

1390زمستان

دانلود متن کامل درdownload-thesis.com

چکیده : پایش وضعیت موتورهای القائی، یک فناوری کامالً ضروری و مهم ب..رای تشخیص به هنگام عیوب مختلف در مرحل..ه ابت..دائی اس..ت. ک.ه می توان.د ازً شیوع عیب های غیرمنتظره در همان مراحل ابت..دائی جلوگ..یری کن..د. تقریب..ا

% عیوب موتورهای القائی مربوط به عیب های استاتور هس..تند. در40 تا30 این پایان نامه بررسی جامعی از عیوب مختلف موتور الق..ائی، دالی..ل بوج..ود آورنده و روش های مختلف مدلس..ازی این عی..وب ص..ورت گرفت..ه اس..ت. در ادامه شاخص های مختلف تشخیص عیب اتص..ال حلق..ه ب..ه حلق..ه س..یم پیچی استاتور معرفی گردیده و از جنبه های مختلف مورد بررسی و مطالعه ق..رار

گرفته اند. ای..ده اص..لی این پایان نام..ه شبیه س..ازی موت..ور الق..ائی معی..وب ب..ا عیب اتص..ال حلق..ه ب..ه حلق..ه س..یم پیچی اس..تاتور ب..ا در نظرگ..رفتن اث..ر اش..باع مغناطیسی است و شبیه سازی موتور القائی سه فاز معیوب با عیب اتصال حلقه ب..ه حلق..ه س..یم پیچی اس..تاتور، ب..ا و ب..دون در نظرگ..رفتن اث..ر اش..باع مغناطیسی انجام گرفته اس..ت. س..پس ش..اخص های مختل..ف این ن..وع عیب استخراج شده و در هر دو ش..رایط خطی و اش..باع ب..ا نت..ایج عملی مقایس..ه شده اند. همچنین در این پایان نامه شاخص جدیدی با ویژگی های مطلوب تری جهت شناسایی عیب حلق..ه ب..ه حلق..ه س..یم پیچی اس..تاتور مع..رفی گردی..ده است و در نهایت مطلوب ترین شاخص از بین ش..اخص های موج..ود مع..رفی

شده است. عیب حلقه به حلقه سیم پیچی استاتور، موتور القایی،کلمات کلیدی :

اش..باع مغناطیس..ی، الگ..وریتم ژنتی..ک، پدی..ده نوس..ان پان..دولی، ان..دوکتانساستاتور

دانلود متن کامل درdownload-thesis.com

مقدمه ای بر عیوب مختلف موتورهای القایی سه فاز و

معرفی شاخص های عیب حلقه بهحلقه سیم پیچی استاتور

مقدمه-1-1 موتوره..ای الق..ایی ب..ه دلی..ل س..ادگی و اس..تحکام س..اختمان، ارزانی، مح..دوده وس..یع س..رعت و پ..اره ای مزای..ای دیگ..ر ک..اربرد گس..ترده ای پی..دا کرده اند. ب..ه همین دلی..ل پ..ایش وض..عیت این ن..وع موتوره..ا جهت شناس..ایی خطاها در مراحل اولی..ه پی..دایش آن ه..ا، ب..ه وی..ژه در توان ه..ای زی..اد، اهمیت زیادی دارد. بنابراین تشخیص خطای اتصال حلقه در زمان ه..ای اولی..ه وق..وع

آن می تواند مزیت های زیر را در بر داشته باشد :.جلوگیری از آسیب عمده به موتور و تعمیرات زمان بر و پر هزینه آن .جلوگیری از توقف غیر منتظره خط تولید.کاهش تلفات

حصول مزیت های ف.وق مس.تلزم اطالع ب.ه هنگ..ام از ش.دت و م.وقعیت )ف..از( خط..ای اتص..ال حلق..ه موت..ور اس..ت. این ام..ر معم..وال از طری..ق آشکارسازی بعضی آثار م..ترتب ب..ر رفت..ار موت..ور در اث..ر ب..روز خط..ا میس..ر است. معایب موتورهای القایی را می توان به س..ه گ..روه اص..لی : مک..انیکی، روت.ور و اس..تاتور تقس.یم ک.رد. ه.ر ک.دام از این خطاه.ا ریش.ه در عوام.ل متفاوتی دارند و آثار مختلفی بر عملکرد موت..ور می گذارن..د. ح..تی بعض..ی از

خطاها ممکن است خود منشا بروز خطاهای دیگر شوند.

خطاهای مکانیکی عمدتاٌ از خطای یاتاقان ها )بلبرینگ ها( ناشی می شوند]2و1[ . بعض..ی عوام..ل ایج..اد خط..ای یاتاق..ان عبارتن..د از : روغن ک..اری

نامناسب ی..ا ناک..افی، تنش ه..ای ش..عاعی و مح..وری س..نگین ب..دلیل انح..راف محور ومونتاژ، تنظیم ی..ا فونداس..یون ض..عیف. این عوام..ل س..بب تس..ریع در س..ایش و فرس..ایش یاتاق..ان ه..ا می ش..وند. معم..وال خط..ای یاتاقان ه..ا ب..روز

د. تشدید خطای اخیرنخطای نا هم محوری روتور و استاتور را نیز در پی دار می تواند منجر به تماس س..طوح روت..ور و اس..تاتور ش..ده و مع..ایب روت..ور و

استاتور را پدید آورد. شکس..تن میله ه..ای روت..ور، شکس..تن حلق..ه انته..ایی روت..ور و ان..واع ن..ا[هم محوری )استاتیکی، دینامیکی و مرکب( از جمله خطاهای روتور هس..تند

. دالیل اصلی بروز این خطاها به شرح زیرند :]3 . اضافه بار حرارتی که می تواند حین شتابگیری، کارکرد دایم و یا توقف1

روتور حاصل شود. . ع..دم تع..ادل ح..رارتی ی..ا اختالف دم..ا در میله ه..ای روت..ور ک..ه از راه2

اندازی های مکرر، پدیده پوستی، انتقال حرارت غیر یکن..واخت هس..ته ومیله های روتور و بعضی عوامل دیگر ناشی می شود.

. اثرات مغناطیسی ک..ه منج..ر ب..ه وارد ش..دن نیروه..ای الکترودین..امیکی3 ش..عاعی ب..ر میله ه..ا می ش..وند. این نیروه..ا ک..ه از ت..اثیر متقاب..ل ش..ار مغناطیسی و جریان میله ها حاصل می ش..وند، ب..ا مرب..ع جری..ان میله ه..ا متناسب بوده و سبب لرزش و خمش میله ها در امتداد شعاعی شده و

سرانجام ممکن است منجر به شکستن میله های روتور شوند. . غ..یر یکنواخ..تی ذاتی در امت..داد ط..ولی فاص..له ه..وایی )ن..ا هم مح..وری4

ذاتی( ک..ه از ای..ده آل نب..ودن فن..اوری س..اخت و مونت..اژ موت..ور ناش..ی می شود، باعث کشش مغناطیسی نامتقارن در سطوح مجاور روتور و استاتور می شود. زیرا روتور در سمتی که فاصله هوایی کوچکتر است تحت نیروهای کششی بزرگتری قرار می گیرد. این امر سبب خم شدن روتور، تشدید خطای نا هم محوری و در نهایت منجر به برخ..ورد روت..ور با استاتور می شود. در نتیجه ممکن است به ساختار روت..ور و اس..تاتور

آسیب جدی وارد شود. . افزایش تنش های وارد ب..ر میله ه.ای روت..ور در اث..ر اض.افه ب..ار دایم ی..ا5

نوسانی در ط..ول زم.ان می توان..د منج..ر ب.ه شکس..تن میله ه.ای روت.ورشود.

. افزایش نیروهای گریز از مرکز در اثر افزایش سرعت موتور ب..ه بیش6 از س..رعت اس..می می توان..د منج..ر ب..ه ب..روز تنش ه..ایی در حلقه ه..ایانتهایی و شکستن اتصال بین میله های روتور و حلقه های انتهایی گردد. استاتور موتورهای القایی نیز همانن..د بلبرینگ ه..ا و روت..ور می توان..د تحت

. پنج نوع خطا ب..رای س..یم پیچ ه..ای]3[تاثیر عوامل مختلفی دچار خطا شود استاتور گزارش شده اند که هم..ه آنه..ا ریش..ه در خ..رابی ع..ایق س..یم پیچ ها

این خطاها عبارتند از:]4[دارند . خطای حلقه به حلقه در یک کالف که در آن دو نقطه از یک یا چن..د1

حلقه از یک کالف به همدیگر اتصال پیدا می کنند )خطای اتصال حلقه(. . خطای کالف به کالف در یک فاز که در آن یک نقطه از یک کالف به2

یک نقطه از کالف دیگر سیم پیچی همان فاز اتصال پیدا می کند. . خطای فاز به فاز که در آن نقطه ای از سیم پیچ یک فاز ب..ه نقطه ای3

از سیم پیچ یک فاز دیگر اتصال پیدا می کند. . خطای مدار باز که در آن به دلی.ل قط.ع ش..دگی س.یم، ی.ک ف.از ی.ا4

بخشی از یک فاز مدار باز می شود. . خطای کالف به زمین که در آن نقطه ای از سیم پیچ یک فاز به زمین5

)بدنه( اتصال پیدا می کند.

انواع خطاها در سیم پیچ استاتور- 1-1شكل

( ان.واع خط.ای س..یم پیچ اس.تاتور را نش.ان داده اس.ت. ی.ک1-1ش.کل ) موتور معیوب ممکن است دارای ترکیبی از خطاهای سه گان..ه ف..وق باش..د. به عنوان مثال، در یک موتور ممکن است محور موتور خمیدگی پی..دا کن..د و این امر سبب ایجاد ل..رزش و آس..یب در بلبرینگ ه..ا ش..ده، منج..ر ب..ه تم..اس

روتور با استاتور شود. با ادامه کارکرد موت..ور در این وض..عیت گرم..ای بیش از حد تولید شده ممکن است میله های آلومینیمی روتور ذوب ش..وند. پخش شدن آلومی..نیم م..ذاب روی س..یم پیچ اس..تاتور خط..ای س..یم پیچ را ب..ه دنب..ال

می آورد. درص..د از ک..ل خرابی ه..ای موتوره..ای الق..ایی قفس س..نجابی75حدود

مربوط به خطاه..ای اس..تاتور و یاتاق..ان اس..ت خ..رابی بلبرینگ ه..ا )خطاه..ای 40 تا 30 درصد، خرابی عایق استاتور )خطای استاتور( 50 تا 40مکانیکی(

درص..د گ..زارش ش..ده10 ت..ا 5درصد و خرابی قفسه روتور )خطای روتور( . اگر از پیش..رفت خ..رابی ه..ای حلق..ه ب..ه حلق..ه جلوگ..یری نش..ود،]6[است

موارد مذکور منجر به خطا فاز به زمین یا فاز به فاز می گردد، که البته خطا فاز به زمین محتمل تر است. نتایج مطالعات جامع تر ک..ه ب..ر پای..ه ی..ک روش آماری و برای موتورهایی با قدرت ها و س..رعت های مختل..ف ص..ورت گرفت..ه

. بن..ابراین خطاه.ای س.یم پیچ]8و7و2[نیز موید درصد های فوق الذکر اس..ت استاتور درصد قابل توجهی از کل معایب موتور القایی را به خود اختص..اص

می دهد. لذا این پایان نامه بر روی خطای سیم پیچ استاتور تمرکز دارد. انواع خطای سیم پیچ استاتور معموال با اتص.ال کوت.اه چن.د حلق.ه مج.اور سیم پیچ فاز )خطای اتصال حلقه( شروع می شود. به این ترتیب ک..ه جری..ان گردشی در حلقه ه.ای اتص..ال کوت.اه م.وجب تولی.د گرم.ا و اف.زایش دم.ا در ناحیه معیوب سیم پیچ شده و با تخریب بیشتر ع..ایق در آن مح..ل، منج..ر ب..ه خطاهای شدیدتر یعنی خطای کالف به کالف، خطای فاز به فاز و ی..ا خط..ای فاز به زمین می گردد. . اگرچه اطالعات تجربی از فاصله زم..انی بین وق..وع خطای اتصال حلقه تا شکست عایقی و تشدید کامل خطا وجود ن..دارد، ولی قدر مس..لم آنس..ت ک..ه این فراین..د آنی و لحظه ای نیس..ت و س..رعت آن ب..ه

شدت خطا، یعنی تعداد حلقه های اتصال کوتاه شده، وابسته است. ب..رای آشکارس..ازی خط..ای اتص..ال حلق..ه ت..اکنون ش..اخص های متع..ددی معرفی شده و روش های مختلفی هم برای اندازه گیری آن ه..ا و نتیجه گ..یری در خصوص وقوع خطا ارائه شده اس..ت ک..ه در ادام..ه م..ورد بررس..ی ق..رار

گرفته اند.

دانلود متن کامل درdownload-thesis.com

- نوآوری های پایان نامه:6-2 ارائه روش جدید شبیه سازی موتور القایی سه فاز قفس س..نجابی ب..ا.1

عیب اتصال حلقه به حلقه با در نظر گرفتن اثر اشباع مغناطیسی. ب..اB0 و kgاس..تفاده از روش ه..وش مص..نوعی ب..رای تخمین مق..ادیر .2

الگوریتم ژنتیک. معرفی شاخص جدید ان..دوکتانس مع..ادل اس..تاتور ب..رای عیب اتص..ال.3

حلقه به حلقه سیم پیچی استاتور.

- پیشنهادات:6-3 شبیه سازی موتور و ژنراتور سنکرون در حالت سالم و معیوب ب..ا در.1

نظر گرفتن اثر اشباع مغناطیسی. با در نظر گرفتن اثر اشباع مغناطیسی.PMشبیه سازی ماشین .2 شناسایی عیوب ماشین های دیگراز شاخص اندوکتانس استاتور برای .3

نیز استفاده شود.

دانلود متن کامل درdownload-thesis.com

مراجع

[1] Tavner, P.J; Gaydon, B.G; Ward, D.M; “Monitoring generators and large motors”, IEE Proceedings B. Electric Power Applications, vol. 133, no. 3, pp.169-180, May 1986

[2] Thorsen, O.; Dalva, M; “Condition monitoring methods, failure identification and analysis for high voltage motors in petrochemical industery”, IEEE proceeding, EMD 97, pp. 109-113, Sep 1997

[3] Bonnett, A.H.; Soukup, G.C.; “Cause and analysis of stator and rotor failures in three-phase squirrel-cage induction motors”, IEEE Trans On Industry Applications, vol. 28, no. 4, Jully/Aug 1992

[4] Bonnett, A. H.; “The cause of winding failures in three-phase squirred-cage induction motors”, PCI-76-7[5] Joksimovic, G.; Penman, J., “The detection of interturn short circuits in the stator windings of operating motors”, IEEE Trans

on Industrial Electronics, Vol. 47, No. 5, pp. 1078-1084, Oct 2000[6] Cornell, E. P.; Owen, E. L.; Appiarius, J. C.; McCoy, R. M.; Albrecht, P. F.; Houghtaling, D. W., “Improved motors for utility

applications”, Volume 1, Electric Power Reserch Institute, Palo Alto, CA,Project no 1763-2, 1985[7] IEEE Committee Report, “Report on large motor reliability survey of industrial plants”, part I,II,III, IEEE Trans on Industry

Applications, Vol IA-10(2) pp. 213-252, 1974[8] Donnel, P.O, Coor dinating author, “Report on large motor reliability survey of industrial and commerical applications”, part

I,II, IEEE Trans on Industry Applications”, IA-21(4), pp. 853-872, 1985[9] Siddique, A.; Yadava, G.S.; Singh, B.; “A Review of stator fault monitoring techniques of induction motors”, IEEE Trans.

Energy Convers., vol. 20, no. 1, pp. 106-114, March 2005[10] Nandi, S.; Toliyat, H.A.; “Novel frequency-domain-based technique to detect stator interturn faults in induction machines

using stator-induced voltages after switch-off”, IEEE Trans. Industry Applications., vol. 38, no. 1, pp. 101–109, Jun./Feb 2002.

[11] Xu Bo-qiang; Li He-ming; Sun Li-ling, “Detection of stator winding inter-turn short circuit fault in induction motors”, International Conference on Power System Technology, vol. 2, pp. 1005-1009, Nov 2004

[12] Cruz, S.M.A.; Cardoso, A.J.M.; “Multiple reference frames theory: a new method for the diagnosis of stator faults in three-phase induction motors”, IEEE Trans. Energy Conversion., Vol. 20, no. 3, Sept. 2005

[13] Obaid, R.R.; Hebetler, T.G.; Grtter, D.J.; “A simplified technique for detecting mechanical faults using stator current in small induction motors”, IEEE Conference on Industry Applications, vol. 1, pp. 479-483 , 2000

[14] Nandi, S.; “Detection of Stator Faults in Induction Machines Using Residual Saturation Harmonics,” IEEE Trans. Industry Applications., vol. 42, no. 5, pp. 1201–1208, Sep./Oct. 2006

[15] Xu Boqiang, Li Heming; Sun Liling, “Feature signal extraction of inter-turn short circuit fault in stator windings of induction motors,” IEEE Conference on Industrial Technology, vol. 1, pp. 97-100, 2002

[16] Mirafzal, B.; Povinelli, R.J.; Demerdash, N.A.O.; “Interturn Fault Diagnosis in Induction Motors Using the Pendulous Oscillation Phenomenon”, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 3, pp. 1310–1318, March. 2006

[17] Tolyiat, H.A.; Lipo, T.A.; “Transient analysis of cage induction machines under stator, rotor bar and end ring faults”, IEEE Trans on Energy Conversion, vol. 10, no. 2, pp. 241-247, Jun 1995

[18] Tallsm, R.M.; Habeller, T.G.; Harley, R.G.; “Self-commissioning traning algorithms for neural networks with applications to electric machine fault diagnostics”, IEEE Transactions on Powr Electronics, vol. 17, no. 6, pp. 1089-1095, Nov/Dec 2002.

[19] Singal, R.K.; Williams, K.; Verma, S.P.; “Vibration behavior of stators of electrical machines, PartII: Experimental study,” Journal of Sound and Vibration, vol. 115, no. 1 , pp. 13–23, May 1987

[20] Lee. Y.-S.; Nelson, J.K.; Scarton, H.A.; Teng, D; Azizi-Ghannad, S.; “An acoustic diagnostic technique for use with electric machine insulation,”IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 1, no. 6, pp. 1186–1193, Dec 1994

[21] S. P.Verma, R.K. Singal, andK.Williams, “Vibration behavior of stators of electrical machines, PartI: Theoretical study,” Journal of Sound and Vibration., vol. 115, pp. 1–12, 1987

[22] Chang, S.C.; Yacamini, R.; “Experimental study of the vibrational behaviour of machine stators,” IEE Proc. Inst. Elect. Eng., Elect. Power Appl., vol. 143, no. 3, pp. 242–250, May 1996

[23] Bowers, S.V.; Piety, K.R..; “ Proactive Motor Monitoring Through Temperature, Shaft Current andMagnetic FluxMeasurements. [Online]. Available:” www. compsys.com/files/ProactiveTCF.pdf

[24] Said, M.S.N.; Benbouzid, M.E.H; “H-G diagram based rotor parameters identification for induction motors thermal monitoring,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 15, no. 1, pp. 14–18, Mar. 2002.

[25] Nassar, O.M.; “The use of partial discharge and impulse voltage testing in the evaluation of interturn insulation failure of large motors,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. EC-2, no. 4, pp. 615–621, Dec. 1987

[26] Tanaka, T.; “Partial discharge pulse distribution pattern analysis,” IEE Proc. Inst. Elect. Eng., Sci. Meas. Technol., vol. 142, pp. 46–50, Jan 1995

[27] Kemp, I.J.; “Partial discharge plant-monitoring technology: Present and future developments,” IEE Proc. Inst. Elect. Eng., Sci. Meas. Technol., vol. 142, no. 1, pp. 4–10, Jan. 1995

[28] Stone, G.C.; Sedding, H.G.; “In- Service evaluation of motor and generator stator windings using partial discharge tests,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 31, no. 2, pp. 299–303, Mar./Apr 1995

[29] Stone, G.C.; Sedding, H.G.; Costello, M.; “Application of partial discharge testing to motor and generator stator winding maintenance,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 32, no. 2, pp. 459–464, Mar./Apr. 1996

[30] Tetrault, S.M.; Stone, G.C.; Sedding, H.G.; “Monitoring partial discharges on 4-kV motor windings,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 35, no. 3, pp. 682–688, May/Jun. 1999

[31] Riding the Reflected Wave to Improve Variable-Speed AC Motor Reliability. Rockwell Int. Corp. [Online]. Available: www.reliance.com/pdf_elements/d7722

[32] “Variable frequency drives optimize performance and protection of off-shore oil electric submersible pumps,” in Allen –Bradley Variable Frequency Drives Application Notes. Milwaukee,WI: Rockwell Automation.

[33] Insulation for Inverter Fed Motors [Online]. Available: www.tech-centre.tde.alstom.com[34] IEEE Guide for Testing Turn-to-Turn Insulation on Form Wound Stator Coils for Alternating Current Rotating Electric

Machines, IEEE Std. 522-1992

[35] Dick, E.P.; Gupta, B.K.; Pillai, P.; Narang, A.; Sharma, D.K.; “Practical calculation of switching surges at motor terminals,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 3, no. 4, pp. 864–872, Dec 1988

[36] Schump, D.E; “Improved detection method for winding surge tests of large AC motors,” Electrical Electronics Insulation Conference, pp. 292–294, Sep 1989

[37] Zotos, P.A.; “Motor failures due to steep fronted switching surges: The need for surge protection—User’s experience,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 30, no. 6, pp. 1514–1524, Nov./Dec. 1994

[38] Sasi, A.B.; Payne, B.; York, A.; Gu, F. Ball, A. Condition Monitoring of ElectricMotors Using Instantaneous Angular Speed. [Online]. Available: www. maintenance. org.uk/RESEARCH/Marcon200120publications/ Ahmed.pdf

[39] Hsu, J.S.; “Monitoring of defects in induction motors through air-gap torque observation,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 31, no. 5, pp. 1016–1021, Sep./Oct 1995

[40] Perman, J.; Dey, M.N.; Tait, A.J.; Bryan, W.E.; “Condition monitoring of electrical drives,” IEE Proc. Inst. Elect Power Appl. B, vol. 133, no. 3, pp. 142–148, May 1986.

[41] Lipo, T.A.; Chang, K.C.; “A new approach to flux and torque-sensingin induction machines,” IEEE Trans. Ind. Applicant., vol. IA-12, no. 4, pp. 731–737, Jul./Aug 1986.

[42] Bowers, S.V.; Piety, K.R.; Proactive Motor Monitoring Through Temperature, Shaft Current andMagnetic FluxMeasurements. [Online]. Available: www. compsys.com/files/ProactiveTCF.pdf

[43] Dorrell, D.G.; Thomson, W.T.; Roach, S.; “Analysis of airgap flux, current and vibration signals as a function of the combination of static and dynamic airgap eccentricity in the 3-phase induction motors,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 33, no. 1, pp. 24–34, Jan./Feb 1997

[44] Penman, J.; Sedding, H.G.; Lloyd, B.A.; Fink, W.T,; “Detection and location of interturn short circuits in the stator windings of operating motors,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 9, no. 4, pp. 652–658, Dec 1994

[45] Kliman, G.B.; Premerlani, W.J.; Koegl, R.A.; Hoeweler, D.; “Sensitive, on-line turn-to-turn fault detection in AC motors,” Electric Machines and Power Systems, vol. 28, no. 10, pp. 915-927, 2000

[46] Kohler, J.L.; Sottile, J.; Trutt, F.C.; “Alternatives for assessing the electrical integrity of induction motors,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 28, no. 5, pp. 1109-1117, Sep/Oct 1992

[47] Farag, S.F.; Bartheld, R.G.; Habetler, T.G.; “An integrated, on-line motor protection system,” Conference Record of the IEEE Industry Applications Society, vol. 1, pp. 117-122, 1994

[48] Lin, B.K.; “An unsupervised neural network fault discriminating system implementation for on-line condition monitoring and diagnostics of induction machines,” Ph.D. Dissertation. School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA, 1998

[49] Tallam, R.M.; Habetler, T.G.; Harley, R.G.; “Transient model for induction machines with stator winding turn faults,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 38, no. 3, pp. 632–637, May/Jun. 2002

[50] Arkan, M.; Perovic, D.K.; Unsworth, P.; “Online stator fault diagnosis in induction motors,” IEE Proc. Inst. Elect. Eng.—Elect. Power Appl., vol. 148, no. 6, pp. 537–547, Nov 2001

[51] Williamson, S.; Mirzoian, P.; “Analysis of cage induction motors with stator winding faults”, IEEE Power Engineering Review, Vol. 1, No. 7, July 1985

[52] Kohler, J.L.; Sottile, J.; Tratt, F.C.; “Alternative for assessing the electrical integrity motors”, IEEE Trans on Ind Appl, Vol. 28, no. 5, pp. 1109-1117, Sept 1992

[53] Kliman, G.B.; Premerlani, W.J.; Koegl, R.A.; Hoeweler, D.; “A new approach to on-line turn fault detection in AC motors”, IEEE-IAS Annual meeting,vol. 1, pp. 687-693, 1996

[54] Marques Cardoso, A.J.; Cruz, S.M.A.; Carvalho, J.F.S; Saraiva, E.S.; “Rotor cage fault diagnosis in three-phase induction motors, by Park’s vector approach,” in Proc. IEEE Ind. Appl. Conf., vol. 1, pp. 642–646, 1995

[55] Cardoso, A.J.; Cruz, A.J.; Fonseca, D.S.B.; “Inter-turn stator winding fault diagnosis in three-phase induction motors, by Park’s vector approach,” IEEE Trans. Energy Conv., vol. 14, no. 3, pp. 595–598, Sep. 1999

[56] Jee-Hoon Jung; Jong-Jae Lee; Bong-Hwan Kwon; “Online diagnosis of induction motors using MCSA,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 53, no. 6, pp. 1842–1852, Dec 2006

[57] Kliman, G.B.; Stein, J.; “Induction motor fault detection via passive current monitoring,” in Proc. Int. Con$ Electric Machines, pp. 13-17. Aug 1990

[58] Cruz, S.M.A.;Cardoso, A.J.M.; “Diagnosis of stator inter-turn short circuits in DTC induction motor drives,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 40, no. 5, pp. 1349–1360, Sep./Oct 2004

[59] Stavrou, A.; Sedding, H.G.; Penman, J.; “Current monitoring for detecting inter-turn short circuits in induction motors,” IEEE Trans. Energy Conves, vol. 16, no. 1, pp. 32-37, Mar 2001

[60] Collamati, L.; Filippetti, F.; Franceschini, G.; Pirani, S.; Tassoni, C.; "Induction motor stator fault on-line diagnosis based on labview environment", Proceedrngs of the MELECON' 96 Conference. vol. l. Bari, Italy, pp.49J-498, May 1996

[61] Qing Wu; Nandi, S.; “Fast Single-Turn Sensitive Stator Interturn Fault Detection of Induction Machines Based on Positive- and Negative-Sequence Third Harmonic Components of Line Currents,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 46, no. 3, pp. 974-983, May/June 2010

[62] Dong Jian-yuan, Duan Zhi-shan, Xiong Wan-li, “Research of the stator windings fnults of asynchronous motor and its diagnostic method,” Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering, vol. 19, No. 3, pp. 26-30, March 1999

[63] Kallesoe, C.S.; “Model-based Stator Fault Detection in Induction Motors”, : Industry Applications Society Annual Meeting, 2008. IAS '08.,Oct. 2008

[64] Zidani, F.; Benbouzid,M.E.H.; Diallo, D.; Nait-Said, M.S.; “Induction motor stator faults diagnosis by a current Concordia pattern-based fuzzy decision system,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 18, no. 4, pp. 469–475, Dec. 2003

[65] Cruz, S.M.A.; Toliyat, H.A.; Cardoso, A.J.M.; “DSP Implementation of the Multiple Reference Frames Theory for the Diagnosis of Stator Faults in a DTC Induction Motor Drive”, IEEE Trans. On Energy Conv, vol. 20, no. 2, June 2005

[66] Diallo, D.;   Benbouzid, M.E.H.;   Hamad, D.;   Pierre, X.; “Fault Detection and Diagnosis in an Induction Machine Drive: A Pattern Recognition Approach Based on Concordia Stator Mean Current Vector”, IEEE Trans. On Energy Conv, vol. 20, no. 3, pp. 512-519, Sept. 2005

[67] Legowski, S.F.; Sadrul Ula, A.H.M.; Trzynadlowski, A.M.; “Instantaneous power as amediumfor the signature analysis of inductionmotors,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 32, no. 4, pp. 904–909, Jul./Aug 1996

[68] Kohler, J.L.; Sottile, J.; Trutt, F.C.; “Condition monitoring of stator windings in induction motors. I. Experimental investigation on effective negative-sequence impedance detector,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 38, no. 5, pp. 1447–1453, Sep./Oct 2002

[69] Sang Bin Lee; Tallam, R.M.; Habetler, T.G.; “A robust, on-line turn-fault detection technique for induction machines based on monitoring the sequence component impedance matrix,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 3, pp. 865–872, May 2003

[70] Cash, M.A.; Hebetler, T.G.; Kliman, G.B.; “Insulation failure predication in induction machines using line-neutral voltages”, IEEE Ind. Appl. Conference, IAS. 97, Vol. 1, pp. 208-212, Oct 1997

[71] Mirafzal, B; Demerdash, N.A.O.; “Induction machine broken-bar fault diagnosis using the rotor magnetic field space-vector orientation,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 40, no. 2, pp. 534–542, Mar./Apr. 2004.

[72] Mirafzal, B.; Demerdash, N.A.O.; “Effects of load Magnitude on diagnosing broken bar faults in induction motors using the pendulous oscillation of the rotor magnetic field orientation,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 41, no. 3, pp. 771–783, May/Jun. 2005

[73] Filippetti, F.; Martelli, M.; Franceschini, G.; Tassoni, C.; “Development of expert system knowledge base to on-line diagnosis of rotor electrical faults of induction motors,” in Conf Rec. 27th Annu. IEEE Ind. Applicat. Soc. Meeting, vol. 1, pp. 92-99, Oct 1992,

[74] Leith, D.; Rankin, D.; “Real time expert system for identifying rotor faults and mechanical influences in induction motor phase current,” in IEE 5th Int. Conf Electrical Machines and Drives, London, no. 241, pp. 46-50, Sept 1991

[75] Zadeh. L.; “Fuzzy sets,” Inform. Contr., vol. 8, no. 3, pp. 338-353, June 1965[76] Pham, D.T.; Pham, P.T.N.; “Artificial Intelligence in Engineering,” Intl. J. of Machine Tools & Manufacture, vol. 39, no. 6,

pp. 937-949, Jun 1999[77] Hu. W.; Zhou, Z.; “Condition monitoring and fault diagnosis of modern manufacturing systems,”

www.soi.city.ac.uk/~ce702/manuf.html#con.[78] Nam, K.; Lee, S.; “ Diagnosis of Rotating Machines by Utilizing a Back-Propagation Neural Network, Proceedings of the

1992 IEEE International Conference on Industrial Electronics. Control, Instrumentation, and Automation, vol. 2, pp. 1064-1067, Nov 1992

[79] Schoen, R.R.; Lin, B.K.; Habetler, T.G.; Schlag, J.H.; Farag, S.; “An Unsupervised, On-Line System for Induction Motor Fault Detection Using Stator Current Monitoring,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 31, no. 6, pp. 1274-1279, Nov/Dec 1995

[80] Lin, B.K.; “An unsupervised neural network fault discriminating system implementation for on-line condition monitoring and diagnostics of induction machines,” Ph.D. Dissertation. School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA, 1998

[81] Tallam, R.M.; Habetler, T.G.; Harley, R.G.; “Stator winding turn-fault detection for closed-loop induction motor drives,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 39, no. 2, pp. 720–724, May/Jun. 2003

[82] Wu, S.; Chao, T.W.S; “Induction machine fault detection using SOM-based RBF neural networks,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 51, no. 1, pp. 183–194, Feb. 2004.

[83] Premrudeepreechacharn, S.; Utthiyuung, T.; Kruepengkul, K.; Puongkaew, P.; “Induction motor fault detection and diagnosis using supervised and unsupervised neural networks,” in Proc. IEEE ICIT, Bangkok, Thailand, vol. 1, pp. 93–96, 2002

[84] 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 Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 12, pp. 4277–4289, Dec 2008

[85] Ho, S.L,; Lau, K.M.; “Detection of faults in induction motors using artificial neural networks,” Proc. IEE Electrical Mach. Drives, no. 412, pp. 176–181, Sep 1995.

[86] Chow, M.; Yee, S.O.; “Methodology for on-line incipient fault detection in single-phase squirrel-cage induction motors using artificial neural networks,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 6, no. 3, pp. 536–545, Sep 1991

[87] Chow, M.-Y.; Sharpe, R. N.; Hung, J.C.; “On the application and design of artificial neural networks for motor fault detection,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 40, no. 2, pp. 181–196, Apr 1993

[88] Sri R.Kolla, Shawn D. Altman, “Artificial neural network based fault identification scheme implementation for a three-phase induction motor,” ISA Trans., vol. 46, no. 2, pp. 261–266, April 2007

[89] Bouzid, M.; Mrabet, N.; Moreau, S.; Signac, L.; “Accurate detection of stator and rotor fault by neural network in induction motor,” in Proc. IEE SSD, Hammamet, Tunisia, vol. 3, pp. 1–7, Mar. 21, 2007

[90] Bouzid, M.; Mrabet, N.; Khaled, J.; Champenois, G.; Signac, L.; “Location of an inter turn short circuit fault in stator windings of induction motor by neural network,” in Proc. IEE, IET, Colloq. Rel. Electromagn. Syst., Paris, pp. 32–39, France, May 24, 2007

[91] Bo-Suk Yang and Kwang Jin Kim, “Application of Dempster–Shafer theory in fault diagnosis of induction motors using vibration and current signals,” Mech. Syst. Signal Process., vol. 20, no. 2, pp. 403–420, Feb 2006

[92] Nejjari, H.; Benbouzid, M.E.H.; “Monitoring and diagnosis of induction motors electrical faults using a current Park’s vector pattern learning approach,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 36, no. 3, pp. 730–735, May/Jun 2000

[93] Czeslaw T Kowalski; Teresa Orlowska-Kowalska; “Neural networks application for induction motor faults diagnosis,” Math. Comput. Simul., vol. 63, no. 3–5, pp. 435–448, Nov. 2003

[94] Da Silva, A.M.; Povinelli, R.J.; Demerdash, N.A.O.; “Induction Machine Broken Bar and Stator Short-Circuit Fault Diagnostics Based on Three-Phase Stator Current Envelopes”, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 3, pp. 1310–1318, March 2008

[95] Bcnbouzid, M.E.H.; Viein, M.; Thcya, C.; "Induction motom' faults detection and localization using stator current advanced signal processing tcchniqucr" IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 14, no. 1, pp.14 -22, Jan 1999

[96] Makarand S. Ballal; Zafar J. Khan; Hiralal M. Suryawanshi; Ram L. Sonolikar; “Adaptive neural fuzzy inference system for the detection of interturn insulation and bearing wear faults in induction motor,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 1, pp. 250–258, Feb. 2007

[97] Zidani, F.; Benbouzid, M.E.H.; Diallo, D.; Nait-Said, M.S.; “Induction motor stator faults diagnosis by a current Concordia pattern-based fuzzy decision system,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 18, no. 4, pp. 469–475, Dec. 2003

[98] Lasurt, I.; Stronach, A.F.; Penman, J.; “A fuzzy logic approach to the interpretation of higher order spectra applied to fault diagnosis in electrical machines,” in Proc. 19th Int. Conf. North Amer. Fuzzy Inf. Process. Soc., 2000, pp. 158–162

[99] Woei Wan Tan; Hong Huo “A generic neurofuzzy model-based approach for detecting faults in induction motors,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 52, no. 5, pp. 1420–1427, Oct. 2005

[100]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 Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 1, pp. 259–264, Feb. 2007

[101]Bouzid, M.; 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 Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 12, pp. 4277–4289, Dec. 2008

[102]Boqiang Xu; Heming Li; Liling Sun; “Detection Negative Sequence Admittance Average Based Detection of Stator Winding Inter-turn Short Circuit Fault in Induction Motors”, Sixth International Conference on Electrical Machines and Systems, ICEMS, vol. 2, Nov. 2003

[103]Raie, A.; Rashtchi, V.; “Using a genetic algorithm for detection and magnitude determination of turn faults in an induction motor”, Electrical Engineering 84 (2002) 275–279 _ Springer-Verlag 2002, DOI 10.1007/s00202-002-0133-7, August 2002

[104]Rashtchi, V.; “Detection and Magnitude Determination of Turn Faults in Induction Motor By Using of Particle Swarm Optimization Algorithm”, IEEE Conf, 2009

[105]Chrzan, P.J.; Szczesny, R.; “fault diagnosis of voltage-fed inverter for induction motor drive”, IEEE, Industrial Electronics Conference, ISIE96, vol. 2, pp. 1011-1016, Jun 1996

[106]Ojo, O.; Bhat, I.; “Analysis of faulted induction motor fed with PWM inverter”, IEEE, Industry Application Society Annual meeting, vol. 1, pp. 647-655, 1992

[107]Fiser, R.; Ferkolj, S.; “Modeling of failure states of induction machines”, IEEE, Electrotechnical Conference MELECON 96, Vol. 3, pp. 1195-1199, 1996

[108]Tallam, R.M.; Habetler, T.G.; Harley, R.G., “Transient model for induction machines with stator winding turnfaults”, IEEE Industry Applications Conference, pp. 304-309, October 2000

[109]Gentile, G.; Rotondale, N.; Tursini, M.; “Investigation of inverter-fed induction motors under fault conditions”, IEEE, Power Electronics Specialists Conference PSESC 92, Vol. 1, pp. 126-132, Jun 1992

[110]Tolyiat, H.A.; Rahimian, M.M.; Lipo, T.A.; “Transient analysis of induction machines under internal faults using winding functions”, Third International Conference on Electrical Rotating Machines-ELROMA’92, Bombay, India, paper 8, pp. 1-13, 1992

[111]Toliyat, H.A.;   Lipo, T.A.; “Transient analysis of cage induction machines under stator , rotor bar and end ring faults”, IEEE Trans. on Energy Conv., vol. 10, no. 2, pp. 241-247, Jun 1995

[112]Tabataei, I.; Faiz, J.; Lesani, H.; Nabavi-Razavi, M.T.; “Modeling and Simulation of a Salient-Pole Synchronous Generator With Dynamic Eccentricity Using Modified Winding Function Theory”, IEEE Trans. on Magnetics., vol. 40, no. 3, pp. 1550–1555, May. 2004

[113]Ojaghi, M; Faiz, J.; “Extension to multiple coupled circuit modeling of induction machines to include variable degrees of saturation effects,” IEEE Trans. Magnetics, vol.44, no. 11, pp. 4053-4056, Nov. 2008.

[114]A.S-Ahmed, B.M”Analysis of Stator Winding Inter-Turn Short-Circuit Faults in Induction Machines for Identification of the Faulty Phase”, IEEE Industry Applications Conference, pp. 1519-1524, 2006

[115]X. Luo, Yuefeng Liao, H. A. Toliyat, A. El-Antably and A. lipo, “Multiple coupled circuit modeling of induction machines,” IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 31, no. 2, pp. 311 - 318, March-April. 1995

[116]Faiz, J.; Tabatabaei, I.; “Extension of winding function theory for nonuniform air gap in electric machinery,” IEEE Trans. on Magnetics, vol. 38, no. 6, pp. 3654 – 3657, Nov. 2002

[117]Moreira, J. C.; Lipo, T.A.; “Modeling of saturated ac machines including air gap flux harmonic components,” IEEE Trans. Ind. Applications, vol. 28, pp. 343 - 349, March/April 1992

[118]Levi, E.; “A unified approach to main flux saturation modeling in D-Q axis models of induction machines,” IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 10, no. 3, pp. 455 - 461, Sept. 1995

[119]Nandi, S.; “A detailed model of induction machines with saturation extendable for fault analysis,” IEEE Trans. Ind. Applications, vol. 40, pp. 1302 - 1309, September/October 2004

[120]Bispo, D. ; Neto, L. M. ; de Resende , J. T. ; de Andrade, D. A. ; “A new strategy for induction machine modeling taking into account the magnetic saturation,” IEEE Trans. Ind. Applications, vol. 37, pp. 1710 - 1719, November/December 2001

[121]Ojo, J. O. ; Consoli, A. ; Lipo, T. A.; “An improved model of saturated induction machines,” IEEE Trans. Ind. Applications, vol. 26, pp. 212 - 221, March/April 1990

[122]Sullivan, C. R. ; Sanders, S. R. ; “Models for induction machines with magnetic saturation of the main flux path,” IEEE Trans. Ind. Applications, vol. 31, pp. 907 - 917, July/August 1995

[123]Levi, E. ; “Impact of cross-saturation on accuracy of saturated induction machine models,” IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 12, no. 3, pp. 211 - 216, Sept. 1997

[124]Donescu, V. ; Charette, A. ; Yao , Z. ; Rajagopalan, V. ; “Modeling and simulation of saturated induction motors in phase quantities,” IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 14, no. 3, pp. 386 - 393, Sept. 1999

[125]Gerada, C. ; Bradley, K. J. ; Sumner, M. ; Sewell, P. ; “Evaluation and modeling of cross saturation due to leakage flux in vector-controlled induction machines,” IEEE Trans. Ind. Applications, vol. 43, pp. 694 - 702, May/June 2007

[126]Joksimovic, G.M. ; Durovic, M.D. ; Penman, J. ; Arthur, N. ; “Dynamic simulation of dynamic eccentricity in induction machines-finding function approach,” IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 15, no. 2, pp. 143 - 148, June 2000

[127]Shaarbafi, K. ; Faiz, J. ; Sharifian, M. B. B. ; Feizi, M. R. ; “Slot fringing effect on the magnetic characteristics of the electrical machines,” Proc. of ICECS 2003, vol. 2, pp. 778 – 781, 14 -17 Dec. 2003

[128]Simon, D. J. ; “Optimal state Estimation,” John Wiley & Sons, Inc. New Jersey, USA, 2006[129]Krause, P. C.; “Analysis of electric machinery,” McGraw-Hill Book Company, 2nd Printing, Singapore, 1987[130]Zamora, J. L. ; Cerrada, A. G. ; “Online estimation of the stator parameters in an induction motor using only voltage and

current measurements,” IEEE Trans. Ind. Applications, vol.36, pp. 805-816, May/June 2000[131]Faiz, J.; Ojaghi, M.; “Stator Inductance Fluctuation of Induction Motor as an Eccentricity Fault Index”, IEEE Trans. on

Magnetics, vol. 47, no. 6, June 2011

دانلود متن کامل درdownload-thesis.com

AbstractCondition monitoring of induction motors is a very necessary and

important technology to detect the various faults in the primary step. That can prevent to spread unexpected faults in the primary steps. Almost 30 to 40 % of the induction motors faults are the stator faults. In this thesis a comprehensive review of various faults of induction motor, arisen reasons

and different methods of modeling these faults has been made. In continuance, different indexes for detecting the turn to turn fault in the stator winding introduced and have been studied from various aspects.

The main idea of this thesis is to simulate a faulty induction motor with the stator winding turn to turn fault by considering the effect of magnetic saturation, and the simulation of the faulty three-phase induction motor with turn to turn fault of the stator winding, with and without considering the effect of magnetic saturation have been done. Then the various indexes of this kind of fault extracted and in both linear and saturated conditions have compared with experimental results. In addition, in this thesis a new index with better features to detect the stator winding turn to turn fault have been introduced and ultimately, the most desirable index among the available indexes has been introduced.

Key words: stator winding turn to turn fault, inductance motor, magnetic saturation, genetic algorithm, pendulous phenomenon, stator inductance

دانلود متن کامل در

download-thesis.com