Διάγνωση Σφαλμάτων Ηλεκτρικών Κινητηρίων Συστημάτων Οδηγούμενων Από Ηλεκτρονικούς Μετατροπείς Ισχύος

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η ανάπτυξη καινοτόμων μεθοδολογιών και αλγορίθμων για την ανίχνευση και τη διάγνωση σφαλμάτων που εμφανίζονται σε ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα αποτελούμενα από τριφασικούς ασύγχρονους κινητήρες οδηγούμενους από ηλεκτρονικό μετατροπέα ισχύος με κριτήριο την όσο το δυνατόν πιο αξιόπιστη διάγνωση αυτών. Πιο συγκεκριμένα, ξεκινώντας από την ανάπτυξη νέων μεθοδολογιών για την ανίχνευση ασυμμετριών στο στάτη, η έρευνα επικεντρώθηκε στη συνέχεια στη διάγνωση του σφάλματος της σπασμένης μπάρας του δρομέα του κινητήρα.Προς την κατεύθυνση αυτή, βασικό διαγνωστικό μέσο αποτέλεσε η μελέτη του αρμονικού περιεχομένου του ρεύματος του στάτη του κινητήρα. Για την αξιόπιστη διάγνωση του σφάλματος προτάθηκε η χρήση δύο καινοτόμων μεθοδολογιών που βασίζονται, η, μεν, πρώτη στον αλγόριθμο Goertzel και η, δε, δεύτερη στο μετασχηματισμό Synchrosqueezing Wavelet. Οι δύο αυτές τεχνικές επεξεργασίας σήματος ενώ εμφανίζουν ευρεία χρήση σε άλλα επιστημονικά πεδία (π.χ. επικοινωνίες, σεισμολογία, βιοϊατρική) είτε δεν έχουν χρησιμοποιηθεί καθόλου είτε έχουν διερευνηθεί σε πολύ μικρό βαθμό στον τομέα της διάγνωσης σφαλμάτων ηλεκτρικών μηχανών. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων μεθοδολογιών αξιολογείται σε κάθε περίπτωση αρχικά όταν οι υπό μελέτη κινητήρες τροφοδοτούνται από το δίκτυο εναλλασσόμενης τάσης και στη συνέχεια κατά την οδήγησή τους από τον ηλεκτρονικό μετατροπέα ισχύος. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε στο Εργαστήριο μια πρωτότυπη πειραματική διάταξη. Προκύπτει πως οι προτεινόμενες μεθοδολογίες μπορούν να προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα συγκριτικά με άλλες κλασσικές τεχνικές, αποτελώντας σημαντικά εργαλεία στην κατεύθυνση της έγκαιρης και αποτελεσματικής διάγνωσης του σφάλματος. Επιπλέον, προτείνεται μία νέα μεθοδολογία για τη διάγνωση του σφάλματος της σπασμένης μπάρας του δρομέα, με παρακολούθηση του σήματος της μηχανικής ροπής σε συχνότητες πλησίον της 6ης αρμονικής του σήματος. Εξετάζεται κατά πόσον η μέθοδος μπορεί να οδηγήσει στην αξιόπιστη διάγνωση του σφάλματος με την ανάλυση του σήματος στο πεδίο συχνότητας – χρόνου τόσο κατά την εκκίνηση όσο και στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας του κινητήρα. Η εκτεταμένη πειραματική διερεύνηση οδήγησε στο συμπέρασμα πως η συγκεκριμένη τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιόπιστη διάγνωση του σφάλματος όταν ο κινητήρας τροφοδοτείται από το δίκτυο εναλλασσόμενης τάσης τόσο κατά την εκκίνηση όσο και κατά τη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας του.