بخشی از مقاله
خلاصه
تشخیص خطا به موقع استاتور موتور القایی به منظور جلوگیری از توقف غیر منتظره و بالابردن سطح اطمینان سیستم در صنایع از اهمیت بالایی برخوردار است. بخش اعظم خطاهای سیم پیچی استاتور از طریق جریان تغذیه به راحتی قابل تشخیص می باشد. در این مقاله از نتایج آزمایشگاهی به منظور تشخیص خطا اتصال کوتاه سیم پیچی استاتور موتور القایی استفاده شده است. دقت تکنیک های پردازش سیگنال به بار و سرعت ماشین بستگی دارد و تبدیل موجک گسسته به دلیل مناسب بودن برای آنالیز سیگنال طیف فرکانسی متغیر با زمان یک ابزار ایده آل برای رسیدن به این هدف می باشد. جریان خط موتور با استفاده از تکنیک پردازش سیگنال موجک گسسته مورد آنالیز قرار گرفته و ویژگی های مورد نظر استخراج می شود. سپس با استفاده از ابزار طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان و دیگر ویژگی های استخراج شده شامل شاخص های آماری و آنتروپی، نوع خطا مشخص می گردد. اعمال روش معرفی شده بر روی داده های آزمایشگاهی اثر بخشی و کارایی آن را نشان می دهد.
کلمات کلیدی: موتور القایی , ما شین بردار پ شتیبان , تبدیل موجک گ س سته , خطای ات صال کوتاه سیم پیچی ا ستاتور , تشخیص خطا.
.1 مقدمه
موتورهای الکتریکی از اجزای مهم فرآیندهای صنعتی می باشند که در اغلب تجهیزات تجاری و فرآیندهای صنعتی به کار می روند. موتور الکتریکی قفس سنجابی به دلیل هزینه کم، سادگی، استحکام و نیاز به تعمیر و نگهداری کم، بیشتر مورد توجه می باشد. موتور در شرایط عملیاتی تحت تاثیر تنش های مختلف است و این تنش ها ممکن است منجربه خطاهای مختلفی شود. خطا سیم پیچی استاور متداول ترین خطا در موتور الکتریکی است. اگر این خطا به موقع تشخیص داده نشود، ممکن است منجربه سوختگی ماشین شود. از این رو نظارت و بررسی موتور القایی برای تشخیص اولیه هرگونه خطا ضروری است، تا از وقوع خرابی های فاجعه آمیز جلوگیری شود .[1] افزایش قابلیت اطمینان، هزینه کمتر تعمیر و نگهداری، خسارت کمتر ناشی از توقف خط تولید از مزایای بررسی عملکرد موتور می باشد.براساس یک تقسیم بندی کلی، عیوب مختلف رخ داده در سه قسمت اصلی از موتورهای القایی متمرکز شده است.
این بخشها شامل یاتاقانها - خطای آشیانه و ساچمه ها - ، استاتور - حلقه به حلقه، مدار باز، فاز به فاز، کلاف به کلاف - - شکل - 1 و روتور - شکستگی میله و حلقه ی اتصال کوتاه و یا ناهم محوری - است - شکل .[2] - 2 بسیاری از تکنیک های ارائه شده برای تشخیص در ماشین های القائی خواص غیر تهاجمی دارند. به معادلات ریاضی برای جدا کردن سیگنال زمان پیوسته به اجزای مختلف مقیاس، تبدیل موجک می گویند. تکنیک های موجک زمینه جدیدی در رابطه با تشخیص خطا هستند و به دلیل استخراج زمان و دامنه فرکانس و همچنین به دلیل حساسیت به تشخیص خطا در مقایسه با تکنیک های دیگر پردازش سیگنال همچون فوریه مورد توجه می باشند .[4] ,[3] مباحث مروری مطلوب برای تشخیص خطای ماشین های القایی با استفاده از تکنیک موجک در مقالات >7@ , >6@ , >5@ ارائه شده است.
تجزیه و تحلیل اثر جریان موتور یکی از تکنیک هایی است که بطور گسترده در مباحث بررسی تشخیص خطای ماشین های القائی مورد استفاده قرار می گیرد .>5@ ,>4@ در واقع در این روش فقط به یک سنسور جریان نیاز است و براساس تکنیک های پردازش سیگنال می توان مستقیما آنالیز انجام داد .>8@ آنالیز موجک استفاده انطباقی از پنجره های بلند برای بازیابی اطلاعات فرکانس پایین و پنجره های کوتاه برای بازیابی اطلاعات فرکانس بالا را امکان پذیر می کند. این ویژگی در تشخیص خطاهایی که در فرکانس های مختلف موجود است، کاربردی میباشد. توانایی آنالیز محلی انعطاف پذیر یکی از ویژگی های برجسته تبدیل موجک می باشد. از این رو تبدیل فوق بطور گسترده ای برای تشخیص خطاها استفاده می شود .>9@
آنتروپی اندازه گیری عدم قطعیت یک فرآیند می باشد[10]، که برای اولین بار در ترمودینامیک مورد استفاده قرار گرفت، در ادامه برای تجزیه و تحلیل فیزیولوژیکی، بیولوژیکی و سیگنال الکتروکاردیوگرام نیز بطور موفقیت آمیز مورد استفاده قرار گرفت .[11] در مقاله [12] آنتروپی شانون برای تشخیص خطای شکستگی میله روتور استفاده شده است.هنگامی که ویژگی های مورد نظر انتخاب گردید، برای شناسایی شرایط خطا، یک طبقه بندی چند کلاس مورد نیاز می باشد. تکنیک های تشخیص الگو مانند شبکه های عصبی - ANN - و ماشین بردار پشتیبان - SVM - در سال های اخیر برای طبقه بندی خطاها توسعه یافته است. SVM به دلیل دقت بالا و تعمیم مناسب که با نمونه های مختلف، مورد توجه می باشد .[13]
در مقاله [14] یک رویکرد SVM مبتنی بر FFT با استخراج ویژگی های قله هارمونیک، سطح منحنی هارمونیک و دامنه هارمونیک به منظور تشخیص شکستگی میله روتور ارائه گردیده است.در این مقاله از ویژگی های استخراج شده شامل انرژی ضرایب و تقریب تبدیل موجک گسسته، شاخص های آماری، و آنتروپی شانون برای مرحله ی استخراج ویژگی استفاده شده [7] و ماشین بردار پشتیبان چندکلاسه برای مرحله طبقه بندی مورد استفاده قرار گرفته است . در مرحله اول طبقه بندی، هدف تشخیص و محاسبه شدت خطای اتصال کوتاه حلقه به حلقه استاتور می باشد. و در مرحله دوم آن، با فرض بروز خطای مذکور در یکی از سیم پیچی های موتور القایی سه فاز، تشخیص فاز خطادار انجام می گیرد.
.2 روش های تحلیل داده ها
.2,1 تبدیل موجک گسسته1
تبدیل موجک یک روش آنالیز برای سیگنال های متغیر با زمان یا غیر ایستا می باشد که از تجزیه طیفی با مفهوم مقیاس سازی استفاده می کند. نسخه گسسته تبدیل موجک شامل نمونه برداری از مقیاس گذاری و پارامترهای تغییر یافته می باشد. که این امر موجب رزولوشن فرکانسی خوب در فرکانس های پایین و رزولوشن زمانی بالا در فرکانس های بالا می شود - شکل.[4] - 3 تبدیل موجک مستقیم، ضرایب موجک LM که موجک j در هر سطح i می باشد، را تعیین می کند. برای سیکنال I - Q - ، تبدیل موجک گسسته مطابق رابطه - 1 - می باشد:
