بخشی از مقاله
خلاصه
استفاده از تبدیل موجک برای نظارت و تشخیص عیب در موتورهای القائی در حال افزایش است زیرا انجام تحلیل جریان استاتور در شرایظ گذرا با این روش ها ممکن می شود . می توان از این روش برای تحلیل موضعی در حوزه زمان – فرکانس یا بعد مقیاس زمانی استفاده کرد . در این مقاله تشخیص خطای بار آویزان1 در سیگنال جریان استاتور با استفاده از موجک مورس - Morse - در ساختار تبدیل موجک پیوسته ارائه می شود .
در الگوریتم پیشنهادی ابتدا از سیگنال جریان استاتور توسط حسگرها اندازه گیری به عمل می آید سپس توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال از سیگنال مربوطه نمونه برداری می شود و با استفاده از نرم افزار متلب توسط تبدیل موجک ، سیگنال نمونه برداری مورد پردازش قرار می گیرد. نتایج تجربی و عملی نشان می دهد روش انتخابی خطا را با دقت و قابلیت اعتماد بالا و بدون نیاز به محاسبات پیچیده و در مدت زمان کم مشخص می کند که در نتیجه قابلیت استفاده از آن در کاربردهای عملی را فراهم می سازد . در این مقاله توانائی موجک انتخابی در مقابل سیگنال عملی و واقعی مورد بررسی قرار می گیرد و در پایان به دقت و توانایی موجک انتخابی پرداخته شده است .
.1 مقدمه
موتورهای القایی الکتریکی سه فاز بیشترین کاربرد را در بین ماشین های الکتریکی در صنعت دارند و در جوامع صنعتی بین 40 تا 50 درصد توان تولیدی را مصرف می کنند.[1] اغلب تجهیزاتی که با موتور راه اندازی می شود نقش محوری در صنعت دارند 2]و.[3 به علت اهمیت کار پیوسته موتورها در صنعت و فرسودگی آنها در اثر عملکرد مداوم و تنش های مختلف و نیاز به نگهداری و مراقبت دائم در این وسیله، عیب یابی به موقع آنها از اهمیت فنی و اقتصادی زیادی برای صنعت برخوردار است. عیب یابی در جهت افزایش کارائی، بالا بردن کیفیت و کمیت تولید، جلوگیری از حوادث ناشی از خرابی موتورهای بزرگ در محیط های صنعتی، جلوگیری از هزینه های اضافی و کمتر کردن هزینه های نگهداری نقش بسزائی دارد .
تمام عیوب ایجاد شده در موتور ابتدا بطور مشخص معلوم نمی شوند و درک دیر هنگام باعث تحمل ضرر و زیان های زیادی خواهد بود و از طرفی بعضی از عیوب موتورها نیز حتی با باز کردن موتور نیز قابل مشاهده نیستند .بطور مثال شکستگی میله های روتور اگر به موقع تشخیص و رفع نگردد باعث تخریب روتور و استاتور و از کار افتادن موتور می شود، در دو دهه گذشته تحقیقات وسیعی به منظور ایجاد روش های جدید پایش وضعیت در موتورهای القایی بر اساس تحلیل نوسانات سیگنال ارتعاشات، جریان و ... انجام شده است.
از این لحاظ در این مقاله سعی شده روش مناسبی جهت شناسایی و تشخیص این عیوب ارائه شود. خطاهای ایجاد شده در موتور بصورت فرکانس های مشخص برای هر خطا در سیگنال جریان استاتور قابل مشاهده هستند.[4] برای مشخص کردن دامنه و فرکانس مولفه های ایجاد شده - که نسبتا پهنای باند زیادی نیز دارند - توسط هر خطا، احتیاج به یک پردازش سیگنال قوی می باشد که بتواند دامنه و فرکانس آنها را با دقت مناسب مشخص کند .[5] از فرکانس های موجود در سیگنال با توجه موتور تشخیص به فرکانسی که هر خطا ایجاد می کند وضعیت سلامت داده می شود.[4] با توجه به اینکه محدوده فرکانس های ایجاد شده برای برای پردازش خطاهای مختلف، وسیع است در این مقاله از تبدیل موجک سیگنال استفاده شده است.
با استفاده از موجک توانایی محاسبه فرکانس های کم در موتور تا فرکانس های ارتعاشات مکانیکی موتور وجود دارد. برتری این روش نسبت به روشهای قبلی دقت بالا در مشخصات مؤلفه های فرکانسی محاسبه شده از سیگنال و شناسایی و تشخیص بهتر خطا می باشد. همچنین این روش می تواند در بررسی حالت گذرای رفتار موتور نیز کاربرد داشته باشد. پژوهش و تحقیقات بر روی تشخیص های خرابی بر دو منطق پایه استوار می باشد:
- 1 تشخیص خطا - رخداد خطا - - 2 شناسایی خطا - نوع خطا - شناخته شده ترین روش جهت تشخیص خطا، روش آنالیز سیگنال جریان که بر اساس نظارت و پردازش جریان استاتور
برای شناسایی باندهای کناری در اطراف پایه جریان فاز است با این حال مسئله شناسایی خطا یک کار مشکل است چون رفتار سیستم موتور یک رفتار غیر خطی است. معمولا در روش آنالیز سیگنال اثر جریان موتور از 1 FFT برای بدست آوردن محتوای فرکانسی جریان استفاده می شود در طول دهه های گذشته روش شناسایی الگو نظیر روش شبکه های عصبی به طور گسترده ای در تشخیص خطا استفاده می شود.
در این مقاله با توجه به ماهیت سیگنال گشتاور بار، که یک سیگنال غیر ایستا است و روشی مانند FFT در تجزیه و تحلیل آن دارای محدودیت می باشد .[7] از تکنیک تبدیل موجک، به ویژه تبدیل موجک پیوسته برای پردازش و تحلیل سیگنال واقعی استفاده شده است به منظور غلبه بر این مشکل، اخیرا از روشهای پیشرفته پردازش سیگنال استفاده می شود.
تبدیل موجک یکی از پرکاربردترین و توانمندترین تبدیلات ریاضی در حوزه پردازشی، به ویژه پردازش سیگنال و تصویر می باشد. در حقیقت این روش یک تکنیک پنجره ای با پنجره های متغییر می باشد این تکنیک به ما اجازه می دهد که از پنجره هایی با طول بلند در جایی که اطلاعات فرکانس پایین را با دقت بالا می خواهیم و از پنجره هایی با طول کوتاه در جایی که اطلاعات فرکانس بالا را با دقت زیاد می خواهیم، استفاده کنیم.
شکل – 1 تاثیر تبدیل موجک بر سیگنال در حوزه زمان
با توجه به ماهیت آنالیز چند رزولوشنی این تبدیل، روش انتخابی یک رویکرد امید بخش و قابل اعتماد در شناسایی و تشخیص خطا در موتورهای الکتریکی به شمار می رود. و یک افق گسترده و نوین را در حوزه شناسایی و تشخیص خطا را می گشاید. نتایج تجربی و عملی ما بر روی داده های واقعی اندازه گیری شده نشان دهنده کارآمدی روش پیشنهادی است.
برای نیز به این هدف در شرایط تست و اندازه گیری داده های عملی مجموعه ای متشکل از دو جرثقیل که هر کدام از موتوری با توان 22 کیلو وات، تک جفت قطب، 47 هرتز، 230/400 ولت، از نوع قفس سنجابی سه فاز استفاده شده است. ساختار این مقاله بدین صورت ادامه مییابد در بخش دوم ، تکنیک تبدیل موجک و به ویژه تبدیل موجک پیوسته معرفی و ارائه می گردد در بخش سوم ، نحوه اندازه گیری داده های عملی تشریح می شود و در بخش چهارم ، روش آشکار سازی خطا با موجک انتخابی Morse در ساختار 1CWT ارائه و تشریح شده و نتایج بدست آمده آن مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرد و در بخش پنجم ، نتایج تجربی و عملی بدست آمده از این مقاله مطرح می گردد.
.2 تبدیل موجک
تبدیل موجک یکی از پرکاربردترین تبدیلات ریاضی در حوزه پردازشی و به ویژه پردازش سیگنال و تصویر می باشد. با توجه به ماهیت آنالیز چندرزولوشنی، این تبدیل جای خود را در بسیاری از کاربرد های پردازشی باز کرده است وبعضاً به عنوان توانمندترین ابزار رخ می نماید. تبدیل فوریه یک روش بسیار مناسب برای کاربردهایست که اندازه گیری شده ایستا است و برای آنالیز سیگنالهای دارای حالت گذرا از قبیل رانش2 ، تغییر ناگهانی، و انحرافات فرکانسی مناسب نیست. برای غلبه بر این مسئله، در برخی مراجع پیشنهاد شده است که در هر لحظه یک قسمت از سیگنال اندازه گیری شده را در حوزه زمان برای آنالیز استفاده بشود .
این تکنیک با عنوان تبدیل فوریه زمان کوتاه یا پنجره ای معروف است. این تبدیل سیگنال را به یک تابع دو بعدی زمان فرکانس نگاشت می کند. تبدیل فوریه زمان کوتاه STFT3 یک جور مقایسه ای بین دو نمای فرکانسی و زمانی یک سیگنال ارائه می کند و اطلاعاتی درباره هر کدام از آنها می دهد. البته فقط می توانیم اطلاعات را با دقت محدودی داشته باشیم ،این محدودیت دقت را اندازه پنجره انتخابی تعیین می کند. اندازه ثابت پنجره در این روش اصلی ترین مشکل این روش است .
تبدیل موجک با این ایده بوجود آمده است تا این مشکل را برطرف کند. در این روش پنجره ای با اندازه متغیر برای بهبود آنالیز سیگنال استفاده شده است. تبدیل موجک این امکان را در اختیار ما قرار می دهد تا بتوانیم جاییکه اطلاعات فرکانس پایین را احتیاج داریم از پنجره های عریض استفاده کنیم و جاییکه اطلاعات فرکانس بالا را نیاز داریم از پنجره های باریکتر استفاده کنیم. توانایی بهبود آنالیز محلی یکی از مشخصه های جالب تبدیل موجک است
. 1-2 تبدیل موجک پیوسته
تبدیل موجک پیوسته بعنوان یک رویکرد دیگر از STFT و برای حل مشکل تفکیک پذیری بوجود آمد. تحلیل موجک به روشی مشابه STFT صورت میگیرد. سیگنال در یک تابع - تابع موجک - ضرب میشود که مشابه تابع پنجره در STFT است و تبدیل بطور جداگانه برای قسمتهای مختلف سیگنال در بعد زمان محاسبه میشود.
