Diagnostyka ukladów napedowych z silnikiem indukcyjnym z

Czeslaw T. Kowalski
Diagnostyka
z
z
ukladów
napedowych
silnikiem indukcyjnym
zastosowaniem metod
sztucznej inteligencji
Oficyna Wydawnicza
Politechniki
Wroclaw 2013
!
Wroclawskiej
Spis tresci
9
Przedmowa
Wykaz wazniejszych
1. Wprowadzenie
13
oznaczen
15
1.1.
Podstawowe problemy diagnostyki obiektów
1.2.
Podstawowe
1.3.
Zastosowanie modeli
1.4.
Diagnostyka
silników
indukcyjnych oparta
1.5.
Diagnostyka
silników
indukcyjnych z
1.6.
Podsumowanie
matematycznych
15
przemyslowych
indukcyjnych
21
do diagnostyki silników indukcyjnych
24
zagadnienia monitorowania i diagnostyki silników
analizie
sygnalów pomiarowych
zastosowaniem metod sztucznej inteligencji
na
29
uszkodzen
Przeglad podstawowych
2.1. Rodzaje, przyczyny
i
silnikiem
napedów
statystyka uszkodzen
z
31
indukcyjnym
31
silników indukcyjnych
2.2.
Uszkodzenia uzwojen wirników klatkowych
34
2.3.
Uszkodzenia
36
2.4.
Uszkodzenia mechaniczne
uzwojen stojana
2.5.
uszkodzenia
Specyficzne
cyjnym
2.6.
Podsumowanie
39
przeksztaltnikowych
ukladów
napedowych
z
silnikiem induk¬
42
46
47
Literatura
3.
49
Charakterystyka sygnalów diagnostycznych
i mechaniczne stosowane w
3.1.
Wielkosci
3.2.
Prad stojana jako sygnal diagnostyczny
3.3.
Moc chwilowa, strumien
elektryczne
stojana
i wirnika
diagnostyce
ukladów napedowych
49
52
oraz moment
elektromagnetyczny jako sygnaly
54
diagnostyczne
czynnej
i
biernej
57
3.4.
Sygnaly chwilowej
3.5.
Sygnal strumienia poosiowego
58
3.6.
Sygnal drgan mechanicznych
Temperatura jako sygnal diagnostyczny
60
3.7.
3.8.
Podsumowanie
67
mocy
Analiza
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
64
67
Literatura
4.
27
28
Literatura
2.
26
sygnalów podstawowa metoda diagnostyki napedu elektrycznego
Wprowadzenie
Wstepne przetwarzanie sygnalów
Dobór i konfiguracja cyfrowego systemu akwizycji danych
Nieparametryczne metody wyznaczania cech sygnalów diagnostycznych
-
71
71
73
77
80
4.4.1.
Transformata Fouriera
80
4.4.2.
Krótkoczasowa transformata Fouriera STFT
88
4.4.3.
Przeksztalcenie falkowe
90
4.4.4.
Transformaty wyzszych rzedów
96
6
4.5.
Podsumowanie
101
Literatura
5.
101
Modele matematyczne silnika indukcyjnego
z
uszkodzeniem
103
5.1.
Podstawowy model obwodowy silnika indukcyjnego
103
5.2.
Model silnika
108
5.2.1.
108
indukcyjnego ze zwartymi zwojami w uzwojeniu stojana
Model uwzgledniajacy dodatkowa macierz asymetrii w równaniach stanu
Model uwzgledniajacy wektorowy wspólczynnik uszkodzenia
Model wykorzystujacy modyfikacje parametrów schematu zastepczego silnika
Weryfikacja modeli matematycznych silnika indukcyjnego z uszkodzonym stojanem
5.2.2.
5.2.3.
5.2.4.
5.3.
Modele
matematyczne
silnika
indukcyjnego
z
uszkodzonym uzwojeniem
Modeli
5.3.2.
Model II
Modele
5.5.
Posumowanie
115
118
polowo-obwodowe
silnika indukcyjnego z
uszkodzonym stojanem
121
127
Literatura
127
Estymatory zmiennych
6.1. Wprowadzenie
6.3.
Algorytm
w
diagnostyce napedów przeksztaltnikowych
131
131
rozszerzonego filtru Kalmana
134
Podstawowy
Estymacja rezystancji wirnika
135
6.2.3.
Estymacja rezystancji stojana
137
Algorytm
model matematyczny filtru Kalmana
obserwatora
Podstawowy
6.3.2.
Estymacja rezystancji wirnika
Estymacja rezystancji stojana
138
model matematyczny obserwatora
predkoscia DFOC
Wykrywanie uszkodzen
140
141
wego sterowania
6.5.2.
w
ukladzie
wektorowego
stero¬
142
wirnika
klatkowego
142
Wykrywanie uszkodzen stojana
Zastosowanie obserwatora
6.5.1.
138
Luenbergera
Zastosowanie filtru Kalmana do wykrywania uszkodzen
6.4.2.
134
Luenbergera
6.3.1.
6.4.1.
6.6.
parametrów
6.2.2.
wania
6.5.
stanu i
6.2.1.
6.3.3.
6.4.
Luenbergera
predkoscia
Wykrywanie
Wykrywanie
146
do
wykrywania
uszkodzen
w
ukladzie wektoro¬
DFOC
uszkodzen wirnika
uszkodzen
147
klatkowego
stojana
Podsumowanie
147
149
151
Literatura
7.
114
115
5.3.1.
5.4.
6.2.
112
wirnika klatko¬
wego
6.
111
151
Metody sztucznej inteligencji
7.1. Wprowadzenie
7.2. Podstawowe informacje
7.3.
Sieci
7.4.
Metodyka
neuronowe w
w
diagnostyce
155
155
o
sieciach neuronowych
diagnostyce
163
166
7.6.
neuronowych detektorów uszkodzen
Metody logiki rozmytej w diagnostyce
Wstepne przetwarzanie sygnalów pomiarowych dla neuronowych detektorów uszkodzen
7.7.
Sieci
neuronowe radialne
180
7.8.
Sieci
neuronowe
7.5.
7.9.
uczenia i testowania
157
RBF
typu GRNN
Sieci neuronowo-rozmyte
7.10. Podsumowanie
173
176
183
186
189
7
Literatura
8.
190
Wykrywanie uszkodzen wirników klatkowych
silnika
indukcyjnego zasilanego
z
sieci i prze¬
miennika czestotliwosci
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
silniku
indukcyjnym z uszkodzonym wirnikiem klatkowym
Wykrywanie uszkodzen wirnika na podstawie analizy widmowej pradu stojana
Wykrywanie uszkodzen wirnika na podstawie analizy widmowej modulu wektora pradu
193
stojana
203
w
...
207
8.4.1.
detektory uszkodzen wirnika
Charakterystyka badan
Perceptronowy detektor uszkodzen wirników klatkowych
207
Detektor uszkodzen wirników klatkowych oparty na sieci radialnej
Detektor uszkodzen wirników klatkowych
oparty na sieci neuronowo-rozmytej
217
8.4.3.
8.4.4.
8.4.5.
Detektor uszkodzen wirników klatkowych oparty
z
na
sieci MLP
209
analizy falkowej
223
Podsumowanie
234
235
Wykrywanie zwarc zwojowych w stojanie silnika indukcyjnego zasilanego z sieci i przemien¬
nika czestotliwosci
9.1. Metody wykrywania uszkodzen w stojanie
9.2. Symptomy zwarc zwojowych w stojanie silnika indukcyjnego zasilanego z przemiennika
czestotliwosci
9.2.1.
9.2.2.
9.2.3.
220
trenowanej danymi
Literatura
9.
196
Neuronowe
8.4.2.
8.5.
193
Charakterystyka zjawisk
237
237
239
Symptomy
Symptomy
zwarc
zwojowych
zwarc
zwojowych
w
pradzie stojana
wektorze przestrzennym pradu stojana
Zastosowanie hodografu wektora przestrzennego pradu stojana do wykrywania
zwarc zwojowych w stojanie
w
239
242
247
9.2.4.
9.3.
9.4.
Wykrywanie zwarc zwojowych na podstawie analizy przesuniecia katowego mie¬
dzy pradami fazowymi oraz pradem i napieciem stojana
9.2.5.
Symptomy zwarc zwojowych w strumieniu poosiowym
9.2.6. Symptomy zwarc zwojowych w sygnalach mocy chwilowej i momentu elektro¬
magnetycznego
9.2.7.
Symptomy zwarc zwojowych w drganiach mechanicznych
Zastosowanie skladowych symetrycznych do wykrywania zwarc zwojowych w silniku
zasilanym z przemiennika czestotliwosci
Neuronowe detektory uszkodzen uzwojenia stojana
9.4.1. Neuronowy detektor uszkodzen stojana oparty na danych z analizy PCA wektora
przestrzennego pradu stojana
9.4.2. Neuronowy detektor uszkodzen stojana oparty na danych z analizy skladowych
symetrycznych
10.
9.5.
Zastosowanie
9.6.
Podsumowanie
analizy falkowej
252
256
260
263
264
269
269
274
do
wykrywania
zwarc
zwojowych
276
281
Literatura
282
Wykrywanie uszkodzen mechanicznych napedu z silnikiem indukcyjnym
285
10.1.
Wprowadzenie
285
10.2.
Wykrywanie uszkodzenia lozyska tocznego
10.2.1.
288
Metody klasyczne oparte na analizie widmowej drgan i pradu
10.2.2. Metody wykrywania uszkodzenia lozyska tocznego oparta na analizie
falkowej
10.3. Wykrywanie nieosiowosci napedu z silnikiem indukcyjnym
288
10.4. Monitorowanie ekscentrycznosci maszyny
305
297
301
8
314
10.5. Neuronowe detektory uszkodzen lozysk tocznych
10.5.1. Perceptronowy detektor uszkodzen
miennika
lozysk tocznych
silnika
zasilanego
z
prze¬
314
czestotliwosci
10.5.2. Detektor neuronowy wykorzystujacy radialna siec neuronowa
10.5.3. Detektor neuronowy wykorzystujacy analize falkowa
317
323
325
10.6. Neuronowe detektory nieosiowosci napedu
10.7. Neuronowe
11.
detektory ekscentrycznosci
silnika
329
10.8. Podsumowanie
331
Literatura
332
Zagadnienia realizacji praktycznej systemów diagnostycznych
335
11.1.
335
Wprowadzenie
336
11.2. Przenosny system diagnostyczny silnika indukcyjnego
11.3. Komputerowy system do monitorowania i diagnostyki uzwojenia stojana
11.4.
Komputerowy system
do monitorowania i
11.5. Komputerowy system do monitorowania
na
diagnostyki uszkodzen mechanicznych
i diagnostyki uzwojen stojana i wirnika
345
350
oparty
354
estymacji parametrów
356
Literatura
Zalacznik
1.
Parametry badanych
Zalacznik
2.
Schematy ideowe
silników
stanowisk
badawczych
359
363