Self-organizing map approach for classification of mechanical and rotor faults on induction motors

Two neural network-based schemes for fault diagnosis and identification on induction motors are presented in this paper. Fault identification is performed using self-organizing maps neural networks. The first scheme uses the information of the motor phase current for feeding the network, in order to perform the diagnosis of load unbalance and shaft misalignment faults. The network is trained using data generated through the simulation of a motor-load system model, which allows including the effects of load unbalance and shaft misalignment. The second scheme is based on the motor's active and reactive instantaneous powers, in order to detect and diagnose faults whose characteristic frequencies are very close each other, such as broken rotor bars and oscillating loads. This network is trained using data obtained through the experimental measurements. Additional experimental data are later applied to both networks in order to validate the proposal. It is demonstrated that the proposed strategies are able to correctly identify, both unbalanced and misaligned load, as well as broken bars and low-frequency oscillating loads, thus avoiding the need for an expert to perform the task.Fil: Bossio, Guillermo Rubén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Grupo de Electrónica Aplicada; ArgentinaFil: de Angelo, Cristian Hernan. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Grupo de Electrónica Aplicada; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; ArgentinaFil: Bossio, Guillermo Rubén. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Grupo de Electrónica Aplicada; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentin

Modelado de las irregularidades del motor de inducción : Aplicaciones en la estimación de posición y el diagnóstico de fallas

En esta tesis se estudian estrategias para la estimación de posición y el diagnóstico de fallas en motores de inducción utilizados en accionamientos de velocidad variable. La estimación de posición permite eliminar los sensores mecánicos en el control del motor, reduciendo los costos y aumentando la confiabilidad y robustez del accionamiento. El diagnóstico de fallas en línea permite la detección de fallas incipientes, reduciendo de esta manera tanto los costos de reparación como los asociados a la parada no programada del proceso o línea de producción. Las estrategias estudiadas y propuestas en esta tesis se basan en los efectos que producen las irregularidades, inherentes al motor o producidas por las fallas, cuando éste es excitado mediante una señal exploradora, inyectada por el inversor del accionamiento. Para el análisis de estas estrategias se propone un modelo de circuitos múltiplemente acoplados y un nuevo método para el cálculo de las inductancias. Este método permite incluir el efecto de distintas no homogeneidades, radiales y axiales, tanto de los bobinados como del entrehierro. Las propuestas realizadas en esta tesis son validadas experimentalmente mediante prototipos de laboratorio.Strategies for the position estimation and fault diagnosis in induction motor drives are studied in this thesis. The estimation of position allows eliminating the mechanical sensors in the motor control, reducing then costs and improving reliability and robustness as well. On-line fault diagnosis allows the detection of insipient faults, reducing in consequence the repair costs and the process or production line stop-time. The strategies proposed and studied in this thesis are based on the effects of saliencies, as for the ones inherent to the motor and the produced by faults, when the motor is excited with a drive-injected signal. For the analysis of these strategies, a multiple-coupled circuit model and a new method for inductance calculation are proposed. This method allows including the effects of radial and axial non-uniformities of both windings and air-gap. The proposals included in this thesis are experimentally validated using a laboratory experimental setup.Facultad de Ingenierí

A Model for Induction Motors with Non-Uniform Air-Gap

Equations to calculate inductances of induction motors, considering non-uniform air-gap, are proposed. The analyzed air-gap variations are static and dynamic eccentricity and stator slots. The equations for inductance calculation, obtained from the modified winding functions and the energy stored in the air-gap, allow considering the effect of rotor bar skewing. Experimental results that validate the proposed method are presented.Fil: Bossio, Guillermo Rubén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Grupo de Electrónica Aplicada; ArgentinaFil: de Angelo, Cristian Hernan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Grupo de Electrónica Aplicada; ArgentinaFil: Solsona, Jorge Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Garcia, Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Grupo de Electrónica Aplicada; ArgentinaFil: Valla, Maria Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; Argentin

Speed estimation during the starting transient of induction motors

Typically, the rotor speed of electric motors was measured directly by the use of electromechanical sensors. Even though these devices are very precise, they are also fragile and expensive to install. Currently, some alternatives are based on speed estimations from the measurement of stator currents. Some of these, very accurate, are used in variable speed drives. In industrial power applications, many large induction motors (IMs) are directly driven with special starters. For these cases, new speed estimation strategies must be developed. This article presents a self-sensing method for speed estimation during the starting transient of both wound rotor and squirrel cage IMs. The speed estimation is based on the simultaneous tracking of multiple harmonic components of the rotor on the spectrogram of the stator currents in sequence networks. The proposal is validated with experimental results obtained in the laboratory with a squirrel cage IM. It is concluded that the estimation is not sensitive to measurement noise and tracking errors caused by other harmonic components that do not depend on the rotor position.Fil: Meira, Matias. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Departamento de Electromecánica. Grupo INTELYMEC; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Bossio, Guillermo Rubén. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Verucchi, Carlos J.. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Departamento de Electromecánica. Grupo INTELYMEC; ArgentinaFil: Ruschetti, Cristian Roberto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Departamento de Electromecánica. Grupo INTELYMEC; ArgentinaFil: Bossio, Jose Maria. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentin

Analysis of voltage unbalance effects on induction motors with open and closed slots

This paper aims to complement studies concerning the influence of voltage unbalance on the performance of induction motors. We use sequence equivalent circuits to determine the increase of losses in the induction motor. We take into account the dependence of the rotor negative-sequence reactance with the load state and the increase in rotor resistance with the negative-sequence currents. Variations in the negative-sequence impedance are related with the structural characteristics of the rotor. We analyze motors with open and closed rotor slots, because the impedance of rotors with closed slots grows considerably when the load is less than rated, producing lower negative-sequence currents and lower losses. Increased rotor impedance in closed slot motors protects these motors against problems due to unbalanced supply voltage. For both type of rotors, we analyze motor derating factor based on voltage unbalance and increases in total losses and rotor losses. © 2010 Elsevier Ltd All rights reserved.Fil: Donolo, Pablo Daniel. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Grupo de Electrónica Aplicada; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Bossio, Guillermo Rubén. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Grupo de Electrónica Aplicada; ArgentinaFil: de Angelo, Cristian Hernan. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Grupo de Electrónica Aplicada; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentin

Online detection of interturn short-circuit fault in induction motor based on 5th harmonic current tracking using Vold-Kalman filter

In this paper we propose a strategy for real-time detection of interturn short-circuit faults (ISCF) on three-phase induction motor (IM) by using a Vold-Kalman filter (VKF) algorithm. ISCF produce a thermal stress into the stator winding due to large current that flows through the short-circuited turns. Therefore, incipient fault detection is required in order to avoid catastrophic failures such as phase to phase, or phase to ground faults. The strategy is based on an analytical IM model that includes a ISCF fault in any of the phase windings and considering the h-th harmonic in the voltage supply. Based on equivalent electrical circuits with harmonics in sequence components, we propose a strategy for detection of an ISCF on IM by tracking the 5th harmonic current component using a VKF algorithm. The proposed model is experimentally validated using a three-phase IM with modified stator windings to generate ISCF. Also, the IM is feeded by a programmable voltage source to synthesize distorted voltage supply with the 5th harmonic. The results demonstrated that the positive-sequence magnitude for the 5th harmonic current component is a good indicator of the fault severity once it exceeds a threshold limit value, even under load variations and unbalanced voltages

Stator inter-turn faults diagnosis in induction motors using zero-sequence signal injection

This study presents a strategy for stator inter-turn faults diagnosis in induction motors (IMs) operating under timevariable load and time-variable speed conditions. The strategy consists in injecting a zero-sequence high-frequency signal in order to analyse variations in the stator inductances. Incipient stator inter-turn faults are detected by a simple signal processing of the derivatives of the currents. A feature of the strategy is that the zero-sequence high-frequency signal is generated by the inverter that feeds the machine, without modifying the standard space vector modulation of the IM-drive. Experimental results show that faults representing <1% of the stator winding can be detected, as well as the phase location of the fault, validating this proposal.Fil: Otero, Marcial. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: de la Barrera, Pablo Martin. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Bossio, Guillermo Rubén. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Leidhold, Roberto. Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg; Alemani

Sistemas de monitoreo de condición en turbinas eólicas

Una forma eficiente de reducir los costos de mantenimiento en turbinas eólicas es mediante el uso de sistemas de monitoreo de condición, mejorando de esta manera su productividad. Debido a esto, en este trabajo se presenta el estudio de diferentes técnicas para el monitoreo de condición en turbinas eólicas. Se hace una revisión de las fallas más comunes en los componentes que la conforman y de las diferentes estrategias de diagnóstico existentes, haciendo foco en técnicas de detección no invasivas. Se analizan estrategias para el diagnóstico de fallas en el generador, la caja reductora y las palas. Finalmente, se expone el uso de convertidores tolerantes a fallas.An efficient way to reduce maintenance costs in wind turbines is using condition monitoring systems. This allows improving the productivity of the wind energy conversion system. The study of different condition monitoring techniques in wind turbines is presented in this work. A revision of the most common faults in the components of a wind turbine is presented. Different diagnosis strategies are reviewed, with emphasis in noninvasive techniques for fault detection. Faults in the generator, gearbox, blades and power converters are analyzed. Finally, the use of fault tolerant converters is shown.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Sistemas de monitoreo de condición en turbinas eólicas

Una forma eficiente de reducir los costos de mantenimiento en turbinas eólicas es mediante el uso de sistemas de monitoreo de condición, mejorando de esta manera su productividad. Debido a esto, en este trabajo se presenta el estudio de diferentes técnicas para el monitoreo de condición en turbinas eólicas. Se hace una revisión de las fallas más comunes en los componentes que la conforman y de las diferentes estrategias de diagnóstico existentes, haciendo foco en técnicas de detección no invasivas. Se analizan estrategias para el diagnóstico de fallas en el generador, la caja reductora y las palas. Finalmente, se expone el uso de convertidores tolerantes a fallas.An efficient way to reduce maintenance costs in wind turbines is using condition monitoring systems. This allows improving the productivity of the wind energy conversion system. The study of different condition monitoring techniques in wind turbines is presented in this work. A revision of the most common faults in the components of a wind turbine is presented. Different diagnosis strategies are reviewed, with emphasis in noninvasive techniques for fault detection. Faults in the generator, gearbox, blades and power converters are analyzed. Finally, the use of fault tolerant converters is shown.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Sistemas de monitoreo de condición en turbinas eólicas

Una forma eficiente de reducir los costos de mantenimiento en turbinas eólicas es mediante el uso de sistemas de monitoreo de condición, mejorando de esta manera su productividad. Debido a esto, en este trabajo se presenta el estudio de diferentes técnicas para el monitoreo de condición en turbinas eólicas. Se hace una revisión de las fallas más comunes en los componentes que la conforman y de las diferentes estrategias de diagnóstico existentes, haciendo foco en técnicas de detección no invasivas. Se analizan estrategias para el diagnóstico de fallas en el generador, la caja reductora y las palas. Finalmente, se expone el uso de convertidores tolerantes a fallas.An efficient way to reduce maintenance costs in wind turbines is using condition monitoring systems. This allows improving the productivity of the wind energy conversion system. The study of different condition monitoring techniques in wind turbines is presented in this work. A revision of the most common faults in the components of a wind turbine is presented. Different diagnosis strategies are reviewed, with emphasis in noninvasive techniques for fault detection. Faults in the generator, gearbox, blades and power converters are analyzed. Finally, the use of fault tolerant converters is shown.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES