Diagnostics of Stator Windings of an Induction Motor Using Simulation Based on the Hodograph of the Park Vector

Authors

  • O. V. Hubarevych State University of Infrastructure and Technology
  • S. O. Hulak State University of Infrastructure and Technology
  • A. P. Poliakov Vinnytsia National Technical University

DOI:

https://doi.org/10.31649/1997-9266-2020-150-3-29-36

Keywords:

asynchronous electric motor, stator winding, interturn closure, hodograph of the Park vector, diagnostics

Abstract

Despite the large number of methods for monitoring the condition of the stator windings of squirrel-cage induction motors, the issue of improving and developing diagnostic equipment with a high degree of reliability that meets modern operational requirements remains unresolved. The available methods take into account only the limiting or permissible states of the winding parameters, which do not allow us to evaluate defects at an early stage of their development. An especially hard-to-diagnose damage requiring further research is the interturn short circuit in the phase of the stator winding.

The paper considers a method for diagnosing interturn closure of a stator winding using mathematical modeling based on the hodograph of the Park vector. For this purpose, a mathematical model of an induction motor with established adequacy to real processes was chosen, with which the computing unit of the Park vector was used. As a result of modeling, using an example of an asynchronous motor model AIR with a power of 11 kW, the hodographs of the Park vector for a stator without defects in nominal mode were obtained; as a result of interturn closure with complex phase resistance reduced to 80% in nominal mode and in idle mode.

It is established that the considered method of applying the simulation model of a squirrel-cage asynchronous motor based on the hodograph of the Park vector allows modeling defects in the stator windings, studying their effect on motor operation, and also diagnosing the degree of defects that occur in the stator.

When applying the method of spectral analysis of the hodograph of the Park vector to diagnose interturn closure faults of the stator winding, it is necessary to take into account the influence on the result of the parameters of the supply network, the nature of the load, the influence of external electromagnetic fields, transient processes in the motor, etc., accounting for which requires additional research.

The possibility of using method of the hodograph of the Park vector for diagnostics of windings of induction motors remotely, without stopping the operation of the motor and when used in fully automated diagnostic systems, makes this method the most promising for further development and use.

Author Biographies

O. V. Hubarevych, State University of Infrastructure and Technology

Cand. Sc. (Eng.), Associate Professor of the Chair of Electrical Equipment and Automation of Water Transpor

S. O. Hulak, State University of Infrastructure and Technology

Senior Lecturer, of the Chair of Traction Rolling Stock of Railways

A. P. Poliakov, Vinnytsia National Technical University

Dr. Sc. (Eng.), Professor, Professor of the Chair of Automobile and Transport Management

References

H. Ciprian, and L. Szabó, “Wavelet Analysis and Park’s Vector Based Condition Monitoring of Induction Machines,” Juornal of Computer Science and Control Systems, vol. 4, no 2, pp 35-38, 2011.

В. А. Пономарев, и И. Ф. Суворов, «Комплексный метод диагностики асинхронных электродвигателей на основе использования искусственных нейронных сетей,» Читинский государственный университет, Новости электротехники, № 2 (68), 2011.

Л. Г. Сидельников, и Д. О. Афанасьев, «Обзор методов контроля технического состояния асинхронных двигателей в процессе эксплуатации,» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело, № 7, с. 127-137, 2013.

О. В. Губаревич, С. О. Гулак, і С. М. Голубєва, «Комплексний підхід до діагностування асинхронних електродвигунів водного транспорту,» Новітні технології, зб. наук. пр. Приватного вищого навчального закладу «Університет новітніх технологій». К.: ПВНЗ «Університет новітніх технологій», вип. 2(9), 2019.

Є. Г. Худий, і І. І. Пельтек, «Сучасні методи діагностики стану ізоляції електричних машин,» Вестник НТУ «ХПИ»: Проблеми автоматизованого електроприводу. Теорія і практика, № 28, с. 549-550, 2010.

В. А. Чернышев, Ю. Ф. Сафроненков, А. А. Гордиловский, и В. А. Чернов, «Современные подходы к оценке состояния изоляции электрических машин высокого напряжения,» Электротехника, № 4, 92 с., 2008.

С. О. Хомутов, «Комплекс мероприятий по повышению надежности электрических двигателей в сельском хозяйстве на основе достоверных методов диагностики и эффективных технологий восстановления изоляции,» Ползуновский вестник, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Барнаул), № 4/2, 2010.

G. B. Kliman, and J. Stein, “Induction Motor Fault Detection Via Passive Current Monitoring,” in ICEM’90: Proccedings of International Conferences, MIT, Boston, 1990.

О. В. Губаревич, и С. М. Голубєва, «Аналіз методів діагностики технічного стану ізоляції асинхронних двигунів,» Всеукраїнський науковий збірник «Наукові праці Донецького національного технічного університету». Серія «Електротехнікаіенергетика», № 1 (21), с. 55-63, 2019.

W. T. Thomson, “A Review of On-Line Condition Monitoring Techniques for Three-Phase Squirrel-Cage Induction Motors – Past, Present and Future,” Keynote address at IEEE Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives, Gijon, Spain, Sept., 1999, pp 3-18.

В. В. Грабко, и В. В. Грабко, «Математическая модель для диагностирования состояния изоляции работающей мощной электрической машины по ее тепловому портрету,» Наукові праці ВНТУ, № 1, 178 с., 2008.

, S. Goolak, «Methodological recommendations for the application of the model of physical processes in three-phase asynchronous motor (in Ukrainian),» Collection of scientific works of the State economic-technological university of transport. Series: Transport Systems and Technologies, 1 (32), pp. 4-13, 2018.

О. В. Губаревич, и А.С. Козынк, «Природа вибрации и современные методы вибродиагностики электрических машин,» Вісник Східноукраїнського нац. ун-ту ім. В. Даля, № 3 (233), с. 53-58, 2017.

А. И. Титко, В. М. Андриенко, А. В. Худяков, и М. С. Гуторова, «Новые методы диагностики асинхронных двигателей,» Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України, вип. 37, с. 58-61, 2014.

В. С. Петухов, и В. А. Соколов, «Диагностика состояния электродвигателей. Метод спектрального анализа потребляемого тока,» Новости электротехники, № 1, 63 с., 2005.

T. T. William, and M. Fenger, “Current Signature Analysis to Detect Induction Motor Faults,” IEEE Industry Application Magazine, № 7, pp. 23-29, 2001.

В. Петухов, «Диагностика электродвигателей. Спектральный анализ модулей векторов Парка тока и напряжения,» Новости электротехники, № 1 (50), с. 33-37, 2008.

, S. Goolak , О. Gubarevych, E. Yermolenko, M. Slobodyanyuk, and O. Gorobchenko, “Development of mathematical model of induction motor for vehicles,” Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, no. 2/2 (104), pp. 24-35, 2020.

M. Pustovetov, “Induction Electrical Machine Simulation at Three-Phase Stator Reference Frame: Approach and Results,” Electromechanical Devices and Machines. IntechOpen, 50 p., 2019.

V. K. Ghial, L. M. Saini, and J. S. Saini, “Parameter Estimation of Permanent-Split Capacitor-Run Single-Phase Induction Motor Using Computed Complex Voltage Ratio,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 61, issue 2, pp. 682-692, 2014.

M. Yu, J. Zhu, D. Qiang, and Y. Zhu, “Numerical calculation of global temperature field during phase failure of small induction motor,” in 2019 Chinese Control Conference (CCC) IEEE, 2019, July, pp. 7143-7148.

Downloads

Abstract views: 321

Published

2020-06-24

How to Cite

[1]
O. V. Hubarevych, S. O. Hulak, and A. P. Poliakov, “Diagnostics of Stator Windings of an Induction Motor Using Simulation Based on the Hodograph of the Park Vector”, Вісник ВПІ, no. 3, pp. 29–36, Jun. 2020.

Issue

Section

ENERGY GENERATION, ELECTRIC ENGINEERING AND ELECTROMECHANICS

Metrics

Downloads

Download data is not yet available.