مدلسازی و شبیه‌­سازی موتور القایی برای تشخیص نقصهای سیم پیچ­های داخلی

مدلسازی و شبیه‌­سازی موتور القایی برای تشخیص نقصهای سیم پیچ­های داخلی(نقص اتصال کوتاه در نتیجه­ی از بین رفتن عایق سیم پیچ)

چکیده- این مقاله دو مدل محوری متعامد را برای شبیه­سازی موتورهای القایی سه فاز که سیم­پیچ نامتقارن دارند و دارای مدارات اتصال کوتاه بر روی استاتور می­باشند ارائه می­دهد. مدل اول فرض می­کند که هر فاز استاتور تعداد سیم­پیچ­های متفاوتی دارد. برای مدل نمودن دورهای اتصال کوتاه شده­ی استاتور، مدل دوم فرض می­نماید که فاز as  دو سیم­پیچ سری دارد که یکی بخش دست نخورده و دیگری بخش اتصال کوتاه شده را نشان می­دهد. مدل دوم از نتایج مدل اول برای انتقال فاز as به qd استفاده می­کند به گونه­ای که بخش اتصال کوتاه شده به محور q منتقل می­شود. نتایج شبیه­سازی دارای سازگاری خوبی با دیگر مطالعات است و با آزمایشات انجام شده بر روی یک موتور خاص که دارای کلیدهایی است که اجازه می­دهد تعداد متفاوتی از دورها اتصال کوتاه گردند مقایسه گردیده است. مدل در مطالعه­ی رفتار گذرا و ماندگار موتور القایی با سیم­پیچهای اتصال کوتاه شده  و همچنین در بررسی همزمان(آنلاین) الگوریتم­های تشخیص عیب استاتور با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است.

واژگان کلیدی: موتور القایی، نقص­های سیم پیچ ، مدلسازی، عیب یابی، محور متعامد

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 استراتژی­های عیب­یابی و نگهداری پیشگیرانه ماشینهای صنعتی متمرکز گردد [۱,۲]. مشخص شده است که در حدود ۳۶% از خرابی های موتورهای القایی به دلیل خرابی سیم­پیچ­های استاتور به وقوع می­پیوندد و اعتقاد بر این است که این دسته از خرابی­ها با خرابی­ها ناپیدای درون سیم پیچهای یک سیم­پیچ استاتور آغاز می­شوند. این خرابی کوچک اولیه به اتصال کوتاه و یا خرابی­های فاز به فاز اسف باری منتهی خواهند شد[۱,۲]. 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 می­بایست آشکارسازی شده و یا اینکه وجود آنها پیش­بینی گردد[۱-۵].

مدل نمودن موتورهای القایی با سیم­پیچهای اتصال کوتاه شده اولین گام در طراحی سیستم آشکارساز خطای سیم­پیچها است[۳]. شبیه­سازی رفتارهای حالت ماندگار و گذرای موتورها با این مدلها، ارزیابی صحیح داده­های اندازه­گیری شده با تکنیکهای تشخیصی را ممکن خواهد نمود. ماشینهای القایی نامتقارن مورد توجه مطالعات بسیار زیادی بوده­اند. Brown and Butler [6] تئوری اجزای متقارن را در یک روش آنالیز کلی به کار گرفتند به نحوی­که بوسیله­ی آن عملکرد موتورهای القایی چندفاز را که دارای اتصال اولیه­ی نامتقارن بودند ، آنالیز نمودند. Jha and Murthy [7] مفاهیم میدان چرخشی را به کار گرفتند تا یک تئوری تعمیم یافته را برای ماشین­های القایی دارای سیم­پیچ­های نامتقارن استاتور و همچنین روتور بوجود آورند. مدلهای مبتنی بر سیم­پیچهای عملکردی که در مراجع [۸,۹] ارائه شدند و مدلهای ارائه شده در مراجع[۱۰,۱۱] به پارامترهای هندسی طراحی موتور نیاز دارند.

تئوری تعمیم یافته ماشینهای الکتریکی که تئوری محور qd0 و یا محور متعامد را به کار می­گیرد به عنوان یک راه­کار مطلوب شناخته شده برای تقریباً همه­ی پدیده­های گذرا و ماندگار است [۱۲]. آنالیز ماشینها به میزان زیادی بوسیله­ی انتقال به محور qd0 تسهیل شده است. یک فرایند تبدیل مشابه را می­توان به ماشینهایی که دارای عدم توازن فاز هستند نیز اعمال نمود[۱۳]. از این رو مفید خواهد بود که این رهیافت را برای مسائلی که در مورد موتورهای القایی نامتقارن وجود دارند نیز به کار گیریم.

هدف این مقاله این است که یک روش مفید و سر راست را جهت شبیه­سازی اتصال کوتاه بین سیم پیچها و برای اهداف تشخیصی ارائه دهد. اتصال کوتاه شدن سیم پیچهای استاتور را می­توان با قطع نمودن یک و یا چند سیم که سیم­پیچهای فاز استاتور را تشکیل می­دهند شبیه­سازی نمود[۹,۱۴]. در ابتدا یک مدل موتور القایی با تعداد نامساوی از سیم­پیچهای استاتور ایجاد شده است. سپس با استفاده از این مدل یک مدل دوم ایجاد شده است که براساس آن اتصال کوتاه شدن سیم­پیچهای استاتور شبیه­سازی شده است. مدلها در Matlab Simulink شبیه­سازی شده­اند و نتایج شبیه­سازی در مقاله آورده شده است. نتایج بدست آمده با مدل متقارن متعارف در حالت سه فاز، پایه­ی غیر متعامد و نتایج تجربی بدست آمده از یک موتور خاص سازگار می­باشند.