METHOD FOR DIAGNOSING DAMAGE TO SQUIRREL-CAGE ROTOR OF INDUCTION MOTOR IN RUN-DOWN MODE
DOI:
https://doi.org/10.14529/power220107Keywords:
induction motor, squirrel-cage rotor, rotor damage diagnostics systems, run-down mode, breakage of rotor bars, EMF in the stator windingsAbstract
The proposed work is intended to deepen the theoretical foundations of constructing systems for diagnosing damage to the squirrel-cage rotor of an induction motor in run-down mode. It presents a method for diagnosing damage to the rods of a squirrel-cage rotor of an induction motor by means of EMF induced in the stator winding by damped currents in the squirrel-cage winding of the rotor. According to this method, the device is designed on the basis of a personal computer in which a sound card is used as an ADC, and the data is processed in specially created software. Two block diagrams of the device for diagnostics of blood pressure are presented, Information about the damage to the rotor is obtained from the EMF of the stator, and the start of the run-down is determined by the difference in its amplitudes or by the closure of the switch block-contacts. In the latter case, when the block-contacts of the load switch are opened, a signal is generated to measure the EMF of the stator winding and this EMF is recorded. This diagnostic system makes it quite easy to diagnose blood pressure with voltage up to 1000 V. However, the need to connect high-voltage AMs to the block-contacts for diagnostics, for example, in switchgear cells, significantly complicates the diagnostic process and so for technological reasons it cannot be used on all AMs. This can be largely avoided, if the beginning of the IM run-out mode is determined by the amplitude difference. The prototype of the rotor bar breakage diagnostics system has shown that its implementation is capable of quite efficiently detecting the rotor bar breakage in the IM run-down mode. In this case, experimental data was obtained both with the use of a computer sound card and an external certified ADC/DAC module. It was found that the measurement error with a sound card is permissible. At the same time, the cost of the entire device is low and is mainly determined by the cost of the PC and software making it affordable for almost any industrial enterprise and non-profit organizations.
References
Ухань Ж.I., Калiнов А.П. Классифiкацiя методiв дiaгностики пошкоджень обмоток ротора асин-хронных двигунiв // Вiсник КДУ. 2010. № 3 (62), ч. 2. С. 138–144.
Нефтулин И.В. Анализ существующих методов диагностирования асинхронных двигателей на ос-нове спектрального анализа: автореф. … магист. техн. наук: 13.04.02. Донецк, 2008. 8 с.
Функциональная вейвлет-диагностика состояния обмоток роторов трехфазных электрических ма-шин / В.В. Тимошкин, Т.А. Глазырина, В.И. Полищук, А.С. Глазырин // Электричество. 2012. № 6. С. 42–45.
Браташ О.В., Калинов А.П. Анализ методов вибродиагностики асинхронных двигателей // Електро-мех. і енергозберігаючі системи. 2010. Вип. 2. С. 41–46.
Челомей В.Н. Вибрации в технике. М.: Машиностроение, 1981. Т. 5. 496 с.
Барков А.В., Баркова Н.А. Интеллектуальные системы мониторинга и диагностики машин по виб-рации // Сб. тр. семинара «Современные проблемы вибрационной диагностики и виброзащиты энергети-ческих установок». СПб., 1999. С. 115–156.
Балицкий Ф.Я., Иванова Соколова М.А. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. М.: Наука, 1984. 120 с.
Купцов В.В., Горзунов А.С., Сарваров А.С. Разработка методики токовой диагностики асинхронных двигателей по осциллограммам нестационарных режимов работы // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2009. Вып. 12, № 34. C. 60–67.
Вольдек А.И Электрические машины. Л.: Энергия, 1978. 832 с.
Петушков М.Ю. Развитие метода спектрального анализа тока асинхронного двигателя для диа-гностирования // Главный энергетик. 2013. № 9. C. 70–75.
Kuptsov V., Petushkov M. A new approach to analysis of induction motors with rotor faults during startup based on the finite element method // Progress in Electromagnetics Research. 2012. Vol. 45. Р. 269–290. DOI: 10.2528/PIERB12082916
Faiz J., Ebrahimi B.-M. A new pattern for detecting broken rotor bars in induction motors during start-up // IEEE Trans. Magn. 2008. Vol. 44, no. 12. Р. 4673–4683. DOI: 10.1109/TMAG.2008.2002903
Fast Fourier and discrete wavelet transforms applied to sensorless vector control induction motor for rotor bar faults diagnosis / H. Talhaoui, A. Menacer, A. Kessal, R. Kechida // ISA Transactions. 2014. Vol. 53. Р. 1639–1649. DOI: 10.1016/j.isatra.2014.06.003
Instantaneous frequency of the left sideband harmonic during the start-up transient a new method for di-agnosis of broken bars / M. Pineda-Sanchez, M. Riera-Guasp, J.A. Antonino-Daviu et al. // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. Vol. 56, no. 11. Р. 4557–4570. DOI: 10.1109/TIE.2009.2026211
Robust condition monitoring for early detection of broken rotor bars in induction motors / A. Luis, Garcнa-Escudero, Oscar Duque-Perez et al. // Expert Systems with Applications. 2011. Vol. 38. Р. 2653–2660. DOI: 10.1016/j.eswa.2010.08.055
Akar M. Detection of rotor bar faults in field oriented controlled induction motors // Journal of Power Electronics. 2012. Vol. 5. Р. 1–9. DOI: 10.6113/JPE.2012.12.6.982
A new approach to detect broken rotor bars in induction machines by current spectrum analysis /
G. Didiera, E. Ternisienb, O. Casparyb, H. Razika // Mechanical Systems and Signal Processing. 2007. Vol. 21.
Р. 1127–1142. DOI: 10.1016/j.ymssp.2006.03.002
Karamia F., Poshtan J., Poshtan M. Detection of broken rotor bars in induction motors using nonlinear Kalman filters // ISA Transactions. 2010. Vol. 49. Р. 189–195. DOI: 10.1016/j.isatra.2009.11.005
Chen Shuo, Zivanovic R. Modelling and simulation of stator and rotor fault conditions in induction ma-chines for testing fault diagnostic techniques // Euro. Trans. Electr. Power. 2010. Vol. 20. Р. 611–629. DOI: 10.1002/etep.342
Virgiliu Fireteanu, Alexandru-Ionel Constantin, Zorig Assam. Impact of the Stator Short-circuit, Rotor Broken Bar and Eccentricity Faults on Rotor Force for Loaded and No-load Induction Motors Operation // Confe-rence: 2018 International Conference on Applied and Theoretical Electricity (ICATE). At: Craiova, Romania. 2018. P. 65–78. DOI: 10.1109/ICATE.2018.8551471
Diagnosis of Defective Rotor Bars in Induction Motors / Chun-Yao Lee, Kuan-Yu Huang, Lai-Yu Jen, Guang-Lin Zhuo // Symmetry. 2020. 12 (11), 1753. P. 110–112. DOI: 10.3390/sym12111753
Broken Rotor Bar Detection in Induction Motors through Contrast Estimation / Edna Rocio Ferrucho-Alvarez, Ana Laura Martinez-Herrera, Eduardo Cabal-Yepez // Sensors. 2021. 21 (22), 7446. P. 32–44. DOI: 10.3390/s21227446
Novozhilov A.N., Yusupova A., Novozhilov T.A. A Device for Determining the Rotor Eccentricity of Ro-tating Electric Machines // Russian Electrical Engineering. 2019. Vol. 90 (2). P. 121–124. DOI: 10.3103/S106837121902007X
Novozhilov A.N., Yussupova A.O., Novozhilov T.A. Determining the Displacement of the Rotor Shaft in an Electrical Machine // Russian Engineering Researchthis. 2019. Vol. 39 (10). P. 827–830. DOI: 10.3103/S1068798X19100204
Загирняк М.В., Ромашихина Ж.И., Калипов А.П. Диагностика повреждений стержней ротора в асинхронном двигателе на основании анализа его магнитного поля // Вiсник НТУ «ХПI». 2012. № 49 (955). С. 38–47.
Калінов А.П., Ухань Ж.I., Урдин I.B. Метод диагностики пошкоджень стрижнив ротора // Вісник КДПУ. Зб. Наук. Праць КДПУ им. М. Остроградского. 2009. Вип. 4 (57), ч. 1. С. 98–101.
Novozhilov A., Potapenko A., Novozhilov T. Process simulation in induction motor where short-circuit ro-tor bar is failed during run-down regime // Przegląd elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, R. 94 NR 6/2018. DOI: 10.15199/48.2018.06.06
Новожилов А.Н., Воликова М.П. Коррекция токов в методе зеркальных отражений при моделиро-вании магнитных полей электрических машин // Электричество. 2004. № 9. С. 45–49.
Новожилов А.Н. Методика расчета ЭДС точечных измерительных преобразователей защит элек-тродвигателей // Известия вузов. Энергетика. 1990. № 11. С. 23–28.
Моделирование магнитных полей методом зеркальных отражений с коррекцией токов для синтеза защит электрических машин / А.Н. Новожилов, М.П. Воликова, В.И. Полищук и др. // Электричество. 2008. № 11. С. 56–63.
Неклепаев Б.Н., Крюков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций // Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учеб. пособие для вузов. – Изд. 4-е. М.: Энерго-атомиздат, 1989. 608 с.
Андреева О.А. Разработка методов диагностики двигателей собственных нужд электрических станций: дис. … канд. тех. наук: 05.14.02. Новосибирск, 2009. 159 с.
Особенности построения системы диагностики электрических машин на базе персонального ком-пьютера со встроенной звуковой картой / А.Н. Новожилов, А.В. Антонцев, А.В. Мануковский и др. // Элек-тротехника. 2012. № 5. С. 36–40.
