Обнаружение дефектов ротора асинхронного двигателя в нестационарных условиях методом матричных пучков
Автор: Еремеева В.А.
Рубрика: Управление в технических системах
Статья в выпуске: 1 т.25, 2025 года.
Бесплатный доступ
Повышение экономической эффективности производства за счет сокращения незапланированных простоев и оптимизации технического обслуживания промышленного оборудования требует развития методов диагностики таких ключевых компонентов оборудования, как асинхронные электродвигатели. В свою очередь, режим работы электродвигателя оказывает существенное влияние на точность и достоверность диагностики. В частности, широко применяемый метод анализа сигнатур тока электродвигателя (MCSA) имеет ряд ограничений при работе электродвигателя с переменной скоростью или нагрузкой. Поэтому необходимо исследовать методы частотного анализа, которые позволят извлекать признаки дефекта электродвигателя из нестационарных сигналов тока. Цель исследования: применить метод матричных пучков к сигналам тока двигателя для извлечения признаков дефекта стержня ротора асинхронного электродвигателя при нестационарном режиме его работы.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, токовый сигнал, дефект стержня ротора, гармонический анализ, метод матричных пучков
Короткий адрес: https://sciup.org/147247572
IDR: 147247572 | УДК: 621.313 | DOI: 10.14529/ctcr250103
Detection of rotor faults in induction motor in non-stationary conditions using the matrix pencil method
Increasing the economic efficiency of production by reducing unplanned downtime and optimizing the maintenance of industrial equipment requires the development of diagnostic methods for such key equipment components as induction motors. In turn, the operating mode of the electric motor has a significant impact on the accuracy and reliability of diagnostics. In particular, the widely used method of motor current signature analysis (MCSA) has a number of limitations when the motor is operating at variable speed or load. Therefore, it is necessary to investigate frequency analysis methods that can extract motor defect signs from non-stationary current signals. Aim of the study: to apply matrix pencil method to motor current signals to extract signs of defect in the rotor bar of an induction motor under non-stationary mode of operation.
Список литературы Обнаружение дефектов ротора асинхронного двигателя в нестационарных условиях методом матричных пучков
- Trends in fault diagnosis for electrical machines: a review of diagnostic techniques / H. Henao, G.-A. Capolino, M. Fernandez-Cabanas et al. // IEEE Industrial Electronics Magazine. 2014. Vol. 8, no. 2. P. 31–42. DOI: 10.1109/MIE.2013.2287651
- Induction motor market – growth, trends, COVID-19 impact, and forecasts (2022–2027) // Mordor Intelligence: сайт. URL: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/induction-motormarket (дата обращения: 15.03.2023).
- Efficiency assessment of induction motors operating under different faulty conditions / M. Garcia, P.A. Panagiotou, J.A. Antonino-Daviu, K.N. Gyftakis // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2019. Vol. 66, no. 10. P. 8072–8081. DOI: 10.1109/TIE.2018.2885719
- Системы виброзащиты, виброконтроля и вибродиагностики промышленного оборудования / Е.Н. Ишметьев, Д.В. Чистяков, А.Н. Панов и др. // Электротехнические системы и комплексы. 2019. № 1 (42). С. 67–73. DOI: 10.18503/2311-8318-2019-1(42)-67-73
- Liu Y., Bazzi A.M. A review and comparison of fault detection and diagnosis methods for squirrel-cage induction motors: State of the art // ISA Transactions. 2017. Vol. 70. P. 400–409. DOI: 10.1016/j.isatra.2017.06.001
- A survey of condition monitoring and protection methods for medium-voltage induction motors / P. Zhang, Y. Du, T.G. Habetler, B. Lu // IEEE Transactions on Industry Applications. 2011. Vol. 47, no. 1. P. 34–46. DOI: 10.1109/TIA.2010.2090839
- Power spectrum-based detection of induction motor rotor faults for immunity to false alarms / J. Kim, S. Shin, S.B. Lee et al. // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2015. Vol. 30, no. 3. P. 1123–1132. DOI: 10.1109/TEC.2015.2423315
- Identification of false rotor fault indications produced by online MCSA for medium-voltage induction machines / S.B. Lee, D. Hyun, T. Kang et al. // IEEE Transactions on Industry Applications. 2016. Vol. 52, no. 1. P. 729–739. DOI: 10.1109/TIA.2015.2464301
- Барков А.В., Борисов А.А. Современные возможности диагностирования машин с электроприводом по току двигателя // Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 1 (31). С. 61–65.
- Диагностика неисправностей асинхронных двигателей на основе спектрального анализа токов статора и вопросы энергосбережения / Сафин Н.Р., В.А. Прахт, В.А. Дмитриевский и др. // Энергобезопасность и энергосбережение. 2014. № 3. С. 34–39.
- Токовая диагностика неисправностей подшипников асинхронных двигателей на основе быстрого преобразования Фурье / Н.Р. Сафин, В.А. Прахт, В.А. Дмитриевский, А.А. Дмитриевский // Электротехника. 2016. № 12. С. 14–19.
- Condition monitoring of industrial electric machines: state of the art and future challenges / S.B. Lee, G.C. Stone, J. Antonino-Daviu et al. // IEEE Industrial Electronics Magazine. 2020. Vol. 12, no. 4. P. 158–167. DOI: 10.1109/MIE.2020.3016138
- Filippetti F., Bellini A., Capolino G. Condition monitoring and diagnosis of rotor faults in induction machines: state of art and future perspectives // Proceedings of IEEE Workshop on Electrical Machines Design, Control and Diagnosis (WEMDCD). Paris, France, 2013. P. 196–209. DOI: 10.1109/WEMDCD.2013.6525180
- Nandi S., Toliyat H.A., Li X. Condition monitoring and fault diagnosis of electrical motors – a review / S. Nandi, H.A. Toliyat, X. Li // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2005. Vol. 20, no. 4. P. 719–729. DOI: 10.1109/TEC.2005.847955
- Reliable detection of broken rotor bars in induction motors via MUSIC and ZSC methods / D. Morinigo-Sotelo, R.J. Romero-Troncoso, J.A. Antonino-Daviu, K.N. Gyftakis // Proceedings of 2016 XXII International Conference on Electrical Machines (ICEM). Lausanne, Switzerland, 2016. P. 2881–2886. DOI: 10.1109/ICELMACH.2016.7732932
- Improvement of the Hilbert method via ESPRIT for detecting rotor fault in induction motors at low slip / B. Xu, L. Sun, L. Xu, G. Xu // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2013. Vol. 28, no. 1. P. 225–233. DOI: 10.1109/TEC.2012.2236557
- Chen S., Zivanovic R. A novel high-resolution technique for induction machine broken bar detection // Proceedings of 2007 Australasian Universities Power Engineering Conference. Perth, WA, Australia, 2007. P. 1–5. DOI: 10.1109/AUPEC.2007.4548040
- Sahraoui M., Cardoso A.J.M., Ghoggal A. The use of a modified Prony method to track the broken rotor bar characteristic frequencies and amplitudes in three-phase induction motors // IEEE Transactions on Industry Applications. 2015. Vol. 51, no. 3. P. 2136–2147. DOI: 10.1109/SPEEDAM.2014.6871940
- Ибряева О.Л., Салов Д.Д. Модификация метода матричных пучков, использующая совместное оценивание полюсов сигнала и обратных к ним // Вестник ЮУрГУ. Серия «Вычислительная математика и информатика». 2017. Т. 6, № 1. С. 26–37. DOI: 10.14529/cmse170102
- Метод матричных пучков для оценки параметров векторных процессов / М.П. Генри, О.Л. Ибряева, Д.Д. Салов, А.С. Семенов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математическое моделирование и программирование». 2017. Т. 10, № 4. P. 92–104. DOI: 10.14529/mmp170409
- A General noise-resilient technique based on the matrix pencil method for the assessment of harmonics and interharmonics in power systems / K. Sheshyekani, G. Fallahi, M. Hamzeh, M. Kheradmandi // IEEE Transactions on Power Delivery. 2017. Vol. 32, no. 5. P. 2179–2188. DOI: 10.1109/TPWRD.2016.2625329
- Chahine K. Rotor fault diagnosis in induction motors by the matrix pencil method and support vector machine // International Transactions on Electrical Energy Systems. 2017. Vol. 28, no. 4. DOI: 10.1002/etep.2612
- Вольдек, А.И. Электрические машины: учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений. Л.: Энергия, 1978. 832 с.
- Analysis and diagnostics of adjacent and nonadjacent broken-rotor-bar faults in squirrel-cage induction machines / G.Y. Sizov, A. Sayed-Ahmed, C.-C. Yeh, N.A.O. Demerdash // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. Vol. 56, no. 11. P. 4627–4641. DOI: 10.1109/TIE.2008.2011341
- Ong C.-M. Dynamic simulation of electric machinery. Prentice Hall: New Jersey, 1998. 626 p.
- Chen S., Zivanovic R. Modelling and simulation of stator and rotor fault conditions in induction machines for testing fault diagnostic techniques // European Transactions on Electrical Power. 2010. Vol. 20, no. 5. P. 611–629. DOI: 10.1002/etep.342
- Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические машины: Лабораторные работы на ПК. СПб.: Корона Принт, 2003. 256 с.
