مدلسازی و شبیه سازی موتور القایی برای تشخیص نقصهای سیم پیچ های داخلی(نقص اتصال کوتاه در نتیجه ی از بین رفتن عایق سیم پیچ)

چکیده

واژگان کلیدی

1.مقدمه

2.مدل موتور القایی با تعداد دور سیم­پیچهای متفاوت در استاتور

2-1. تعیین اندوکتانس­ها

شکل1. جابجایی سیم­پیچهای موتور القایی

2-2. شبیه­سازی موتور القایی نامتقارن

شکل2. شبیه­سازی مدل غیر متقارن موتور القایی

3.مدل موتور القایی با اتصال کوتاه سیم­پیچ­های استاتور

شکل3. مدل موتور با اتصال کوتاه سیم پیچ داخلی استاتور

4.نتایج شبیه­ سازی

شکل4. تغییرات سرعت و گشتاور

شکل5. جریانهای توالی مثبت و منفی

شکل6. تغییرات سرعت و گشتاور با 5 دور سیم اتصال کوتاه شده

شکل 7. جریان توالی مثبت، توالی منفی و جریان اتصال کوتاه برای 5 دور سیم اتصال کوتاه شده

شکل 8. تغییرات سرعت و گشتاور با 5 دور سیم پیچ اتصال کوتاه شده با 1.5 اهم مقاومت

شکل 9. توالی مثبت، توالی منفی و مدارات اتصال کوتاه برای 5 دور اتصال کوتاه شده با مقاومت 1.5 اهم

4-1. مقایسه نتایج شبیه­سازی و تجربی

4-2.رابطه بین دورهای اتصال کوتاه شده و توالی منفی جریان

شکل 10. جریان مدار اتصال کوتاه در برابر دورهای اتصال کوتاه شده برای مقادیر متفاوت مقاومت خارجی (r_ext)

شکل 11. جریان توالی منفی در برابر دورهای اتصال کوتاه شده برای مقادیر متفاوت مقاومت خارجی(r_ext). جریان اتصال کوتاه به وسیله­ی مقاومت ­های 0، 0.1،0.2و 0.5 اهم محدود شده است.

4-3. تاثیر دماهای غیر مساوی سیم­پیچی ها

شکل 12. جریان توالی منفی در مقابل مقاومت سری اضافه شده r_unb

جدول 1. نتایج تجربی و شبیه­سازی شده برای تعداد دورهای اتصال کوتاه شده­ی متفاوت که جریان مدار اتصال کوتاه شده­ی آن به صورت خارجی محدود شده است

5.جمع ­بندی

 

این مقاله دو مدل محوری متعامد را برای شبیه¬سازی موتورهای القایی سه فاز که سیم¬پیچ نامتقارن دارند و دارای مدارات اتصال کوتاه بر روی استاتور می¬باشند ارائه می¬دهد. مدل اول فرض می¬کند که هر فاز استاتور تعداد سیم¬پیچ¬های متفاوتی دارد. برای مدل نمودن دورهای اتصال کوتاه شده¬ی استاتور، مدل دوم فرض می¬نماید که فاز as دو سیم¬پیچ سری دارد که یکی بخش دست نخورده و دیگری بخش اتصال کوتاه شده را نشان می¬دهد. مدل دوم از نتایج مدل اول برای انتقال فاز as به qd استفاده می¬کند به گونه¬ای که بخش اتصال کوتاه شده به محور q منتقل می¬شود. نتایج شبیه¬سازی دارای سازگاری خوبی با دیگر مطالعات است و با آزمایشات انجام شده بر روی یک موتور خاص که دارای کلیدهایی است که اجازه می¬دهد تعداد متفاوتی از دورها اتصال کوتاه گردند مقایسه گردیده است. مدل در مطالعه¬ی رفتار گذرا و ماندگار موتور القایی با سیم¬پیچهای اتصال کوتاه شده و همچنین در بررسی همزمان(آنلاین) الگوریتم¬های تشخیص عیب استاتور با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است.

به دلیل گران بودن تعمیر ماشینها، به درازا کشیده شدن فرایند خرابی و مسایل ایمنی و سلامت، در صنایع مدرن گرایش بسیاری وجود دارد که منابع و توجهات بر روی استراتژی¬های عیب¬یابی و نگهداری پیشگیرانه ماشینهای صنعتی متمرکز گردد [1,2]. مشخص شده است که در حدود 36% از خرابی های موتورهای القایی به دلیل خرابی سیم¬پیچ¬های استاتور به وقوع می¬پیوندد و اعتقاد بر این است که این دسته از خرابی¬ها با خرابی¬ها ناپیدای درون سیم پیچهای یک سیم¬پیچ استاتور آغاز می¬شوند. این خرابی کوچک اولیه به اتصال کوتاه و یا خرابی¬های فاز به فاز اسف باری منتهی خواهند شد[1,2]. برای به دست آوردن یک اخطار پیشین در مورد خرابی و در نهایت خاموش نمودن ماشین جهت جلوگیری از خرابی های تاسف بار ، مدارات اتصال کوتاه شده سیم پیچ استاتور می¬بایست آشکارسازی شده و یا اینکه وجود آنها پیش¬بینی گردد[1-5]. مدل نمودن موتورهای القایی با سیم¬پیچهای اتصال کوتاه شده اولین گام در طراحی سیستم آشکارساز خطای سیم¬پیچها است[3]. شبیه¬سازی رفتارهای حالت ماندگار و گذرای موتورها با این مدلها، ارزیابی صحیح داده¬های اندازه¬گیری شده با تکنیکهای تشخیصی را ممکن خواهد نمود. ماشینهای القایی نامتقارن مورد توجه مطالعات بسیار زیادی بوده¬اند. Brown and Butler [6] تئوری اجزای متقارن را در یک روش آنالیز کلی به کار گرفتند به نحوی¬که بوسیله¬ی آن عملکرد موتورهای القایی چندفاز را که دارای اتصال اولیه¬ی نامتقارن بودند ، آنالیز نمودند. Jha and Murthy [7] مفاهیم میدان چرخشی را به کار گرفتند تا یک تئوری تعمیم یافته را برای ماشین¬های القایی دارای سیم¬پیچ¬های نامتقارن استاتور و همچنین روتور بوجود آورند. مدلهای مبتنی بر سیم-پیچهای عملکردی که در مراجع [8,9] ارائه شدند و مدلهای ارائه شده در مراجع[10,11] به پارامترهای هندسی طراحی موتور نیاز دارند. تئوری تعمیم یافته ماشینهای الکتریکی که تئوری محور qd0 و یا محور متعامد را به کار می¬گیرد به عنوان یک راه¬کار مطلوب شناخته شده برای تقریباً همه¬ی پدیده¬های گذرا و ماندگار است [12]. آنالیز ماشینها به میزان زیادی بوسیله¬ی انتقال به محور qd0 تسهیل شده است. یک فرایند تبدیل مشابه را می¬توان به ماشینهایی که دارای عدم توازن فاز هستند نیز اعمال نمود[13]. از این رو مفید خواهد بود که این رهیافت را برای مسائلی که در مورد موتورهای القایی نامتقارن وجود دارند نیز به کار گیریم.