Визначення додаткового діагностичного параметра для підвищення точності оціновання стану обмоток статора асинхронного двигуна

Автор(и)

  • Олег Володимирович Губаревич Дунайський інститут водного транспорту Державного університету інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0001-7864-0831
  • Сергій Олександрович Гулак Державний університет інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-2294-5676
  • Олена Анатоліївна Дакі Дунайський інститут водного транспорту Державного університету інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0003-3932-462X
  • Юрій Геннадійович Якусевич Дунайський інститут водного транспорту Державного університету інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-5933-5417

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239509

Ключові слова:

транспортна інфраструктура, асинхронний двигун, міжвиткове замикання, фазні струми, діагностичні параметри

Анотація

Запропоновано і обґрунтовано використання додаткового діагностичного параметру для оцінки стану обмоток статора асинхронних двигунів в період експлуатації. Були отримані залежності значень фазових зсувів між фазними струмами та фазними напругами. Ці залежності показали, що при виникненні міжвиткового замикання в обмотках статора фазні зсуви однакові для всіх фаз двигуна. Це дозволило отримати залежності зміни фазового зсуву від зміни частоти обертання валу двигуна.

В результаті досліджень отримано залежності швидкостей зміни фазового кута від частоти обертання валу двигуна як для однієї, так і для двох пошкоджених фаз з різним ступенем пошкодження. При аналізі цих залежностей встановлено, що зі збільшенням числа пошкоджених фаз електродвигуна зменшується лінійна ділянка залежностей. Крім того, зі збільшенням ступеня пошкодження фаз зменшується кут нахилу лінійних ділянок характеристик. Це дозволило визначити додатковий параметр для діагностики місця і ступеня міжвиткового замикання обмоток асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Значення додаткового параметра, названого авторами «фазовий критерій» можуть бути використані для оцінки стану і ступеня пошкодження обмотки статора асинхронних двигунів. Значення фазових критеріїв для різних видів ушкоджень склали: при пошкодженні фази А на 90 %, ξ=0,634, (deg)2/(rpm)2; при пошкодженні фази А на 80 % ξ=0,393, (deg)2/(rpm)2; при пошкодженні фази А на 80 % і фази В на 90 % ξ=0,25, (deg)2/(rpm)2; при пошкодженні фази А на 80 % і фази В на 80 % ξ=0,173, (deg)2/(rpm)2.

Результати проведених досліджень можуть бути використані для вибору ефективного методу діагностики міжвиткового замикання в обмотці статора при побудові системи діагностики асинхронних двигунів в складі приводів транспортного устаткування

Біографії авторів

Олег Володимирович Губаревич, Дунайський інститут водного транспорту Державного університету інфраструктури та технологій

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра судноводіння та експлуатації технічних систем на водному транспорті

Сергій Олександрович Гулак, Державний університет інфраструктури та технологій

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра електромеханіки та рухомого складу залізниць

Олена Анатоліївна Дакі, Дунайський інститут водного транспорту Державного університету інфраструктури та технологій

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра судноводіння та експлуатації технічних систем на водному транспорті

Юрій Геннадійович Якусевич, Дунайський інститут водного транспорту Державного університету інфраструктури та технологій

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра судноводіння та експлуатації технічних систем на водному транспорті

Посилання

  1. Babyak, M., Keršys, R., Neduzha, L. (2020). Improving the Dependability Evaluation Technique of a Transport Vehicle. Proceedings of 24th International Scientific Conference. Transport Means 2020. Pt. II. Kaunas, 646–651. Available at: http://eadnurt.diit.edu.ua/bitstream/123456789/12287/1/Babyak.pdf
  2. Goolak, S., Sapronova, S., Tkachenko, V., Riabov, I., Batrak, Y. (2020). Improvement of the model of power losses in the pulsed current traction motor in an electric locomotive. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (108)), 38–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218542
  3. Eldeeb, H. H., Zhao, H., Mohammed, O. A. (2020). Power Losses and Magnetic Flux Analysis of Vector Controlled Induction Motor with Stator Turn-to-Turn Fault. 2020 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). doi: https://doi.org/10.1109/apec39645.2020.9124396
  4. Goolak, S., Gerlici, J., Gubarevych, O., Lack, T., Pustovetov, M. (2021). Imitation Modeling of an Inter-Turn Short Circuit of an Asynchronous Motor Stator Winding for Diagnostics of Auxiliary Electric Drives of Transport Infrastructure. Communications - Scientific Letters of the University of Zilina, 23 (2), C65–C74. doi: https://doi.org/10.26552/com.c.2021.2.c65-c74
  5. Gubarevych, O., Goolak, S., Daki, E., Tryshyn, V. (2021). Investigation of Turn-To-Turn Closures of Stator Windings to Improve the Diagnostics System for Induction Motors. Problems of the Regional Energetics, 2 (50). doi: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.2-50.02
  6. Vostrukhin, A. V., Vakhtina, E. A., Bondar, S. N., Burlak, I. I. (2020). Diagnostics of Turn-to-Turn Insulation of an Asynchronous Motor with the Use of the a Self-Induction EMF. Russian Electrical Engineering, 91 (10), 638–643. doi: https://doi.org/10.3103/s1068371220100120
  7. Zamudio-Ramírez, I., Osornio-Ríos, R. A., Antonino-Daviu, J. A., Quijano-Lopez, A. (2020). Smart-Sensor for the Automatic Detection of Electromechanical Faults in Induction Motors Based on the Transient Stray Flux Analysis. Sensors, 20 (5), 1477. doi: https://doi.org/10.3390/s20051477
  8. Gyftakis, K. N., Spyropoulos, D. V., Arvanitakis, I., Panagiotou, P. A., Mitronikas, E. D. (2020). Induction Motors Torque Analysis via Frequency Extraction for Reliable Broken Rotor Bar Detection. 2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM). doi: https://doi.org/10.1109/icem49940.2020.9270825
  9. Kuric, I., Gorobchenko, O., Litikova, O., Gritsuk, I., Mateichyk, V., Bulgakov, M., Klackova, I. (2020). Research of vehicle control informative functioning capacity. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 776, 012036. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/776/1/012036
  10. Prainetr, S., Tunyasrirut, S., Wangnipparnto, S. (2021). Testing and Analysis Fault of Induction Motor for Case Study Misalignment Installation Using Current Signal with Energy Coefficient. World Electric Vehicle Journal, 12 (1), 37. doi: https://doi.org/10.3390/wevj12010037
  11. Costa, C. F. da, Rocha, M. A., Souza, W. G. de, Justino, P. T., Andreoli, A. L. (2018). Implementation of an Induction Motor Mathematical Model for Stator Winding Fault Analysis. 2018 13th IEEE International Conference on Industry Applications (INDUSCON). doi: https://doi.org/10.1109/induscon.2018.8627194
  12. Tsypkin, M. (2017). Induction motor condition monitoring: Vibration analysis technique – diagnosis of electromagnetic anomalies. 2017 IEEE AUTOTESTCON. doi: https://doi.org/10.1109/autest.2017.8080483
  13. Bento, F., Adouni, A., Muxiri, A. C. P., Fonseca, D. S. B., Marques Cardoso, A. J. (2020). On the risk of failure to prevent induction motors permanent damage, due to the short available time‐to‐diagnosis of inter‐turn short‐circuit faults. IET Electric Power Applications, 15 (1), 51–62. doi: https://doi.org/10.1049/elp2.12008
  14. Adouni, A., J. Marques Cardoso, A. (2021). Thermal Analysis of Low-Power Three-Phase Induction Motors Operating under Voltage Unbalance and Inter-Turn Short Circuit Faults. Machines, 9 (1), 2. doi: https://doi.org/10.3390/machines9010002
  15. Kumar, P. S., Xie, L., Halick, M. S. M., Vaiyapuri, V. (2021). Stator End-Winding Thermal and Magnetic Sensor Arrays for Online Stator Inter-Turn Fault Detection. IEEE Sensors Journal, 21 (4), 5312–5321. doi: https://doi.org/10.1109/jsen.2020.3029041
  16. Lousdad, A., Mokhtari, N., Missoum Benziane, Y. (2018). Detection of inter-turn short-circuit fault in induction motor operating under varying load conditions by using the angular domain order tracking technique. Journal of Electrical Engineering, 18 (1). Available at: http://193.226.10.140/index.php/jee/article/view/WE1481834460W5852ffdc45a6a/1854
  17. Eldeeb, H. H., Zhao, H., Mohammed, O. (2019). Wavelet Transformation-Based Diagnosis of Turn-to-Turn Faults in Vector Control Drive system. 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). doi: https://doi.org/10.1109/ecce.2019.8912295
  18. Amanuel, T., Ghirmay, A., Ghebremeskel, H., Ghebrehiwet, R., Bahlibi, W. (2021). Design of Vibration Frequency Method with Fine-Tuned Factor for Fault Detection of Three Phase Induction Motor. March 2021, 3 (1), 52–65. doi: https://doi.org/10.36548/jiip.2021.1.005
  19. Miniyarov, A., Podguzov, A. (2020). Methods of current diagnostics of asynchronous motors with combined stator winding. 2020 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS). doi: https://doi.org/10.1109/icoecs50468.2020.9278443
  20. Chen, P., Xie, Y., Hu, S. (2021). Electromagnetic Performance and Diagnosis of Induction Motors With Stator Interturn Fault. IEEE Transactions on Industry Applications, 57 (2), 1354–1364. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2020.3043214
  21. Khechekhouche, A., Cherif, H., Benakcha, A., Menacer, A., Chehaidia, S. E., Panchal, H. (2020). Experimental diagnosis of inter-turns stator fault and unbalanced voltage supply in induction motor using MCSA and DWER. Periodicals of Engineering and Natural Sciences, 8 (3), 1202–1216. Available at: http://pen.ius.edu.ba/index.php/pen/article/view/1058/607
  22. Husari, F., Seshadrinath, J. (2020). Inter-Turn Fault Diagnosis of Induction Motor Fed by PCC-VSI Using Park Vector Approach. 2020 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES). doi: https://doi.org/10.1109/pedes49360.2020.9379388
  23. Wei, S., Zhang, X., Xu, Y., Fu, Y., Ren, Z., Li, F. (2020). Extended Park's vector method in early inter‐turn short circuit fault detection for the stator windings of offshore wind doubly‐fed induction generators. IET Generation, Transmission & Distribution, 14 (18), 3905–3912. doi: https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2020.0127
  24. Goolak, S., Gubarevych, O., Yermolenko, E., Slobodyanyuk, M., Gorobchenko, O. (2020). Mathematical modeling of an induction motor for vehicles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (104)), 25–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199559
  25. Goolak, S., Gerlici, J., Tkachenko, V., Sapronova, S., Lack, T., Kravchenko, K. (2019). Determination of Parameters of Asynchronous Electric Machines with Asymmetrical Windings of Electric Locomotives. Communications - Scientific Letters of the University of Zilina, 21 (2), 24–31. doi: https://doi.org/10.26552/com.c.2019.2.24-31

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-31

Як цитувати

Губаревич, О. В. ., Гулак, С. О., Дакі, О. А., & Якусевич, Ю. Г. (2021). Визначення додаткового діагностичного параметра для підвищення точності оціновання стану обмоток статора асинхронного двигуна. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(5 (113), 21–29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239509

Номер

Том 5 № 5 (113) (2021): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Oleg Gubarevych, Sergey Goolak, Olena Daki, Yuriy Yakusevych

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.