Contribuții privind diagnoza defectelor laold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”

Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării” Titlul proiectului: „Burse doctorale pentru dezvoltare durabila” BD-DD

Numărul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945

Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Universitatea Transilvania din Brasov

Școala Doctorală Interdisciplinară

Departament: Inginerie Electrică și Fizică Aplicată

Ing. Anca CIOBANU

Contribuții privind diagnoza defectelor la

motoarele electrice asincrone

Contributions to faults diagnosis in

asynchronous motors

Conducător ştiinţific

Prof.dr.ing. Elena HELEREA

BRAȘOV, 2013

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr. 6062 din 30.09.2013

PREŞEDINTE: Conf. univ. dr. ing. Carmen GERIGAN

DECAN – Fac. de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor

Universitatea “Transilvania” din Brașov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. univ. dr. ing. Elena HELEREA


REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. Radu MUNTEANU

Universitatea Tehnică din Cluj - Napoca

Prof. univ. dr. ing. Virgiliu FIREȚEANU

Universitatea “Politehnica” din București

Prof. univ. dr. ing. Gheorghe SCUTARU


Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: luni, 16.12.2013,

ora 10, sala NI1.

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să

le transmiteţi în timp util, pe adresele [email protected] sau

[email protected]

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.

mailto:[email protected]


3

CUPRINS

Pg.

teza

Pg.

rezumat

LISTĂ DE NOTAȚII ȘI ABREVIERI 5 -

INTRODUCERE 11 7

CAPITOLUL 1. MECANISME ȘI SURSE DE DEFECTE LA

MOTOARELE ELECTRICE ASINCRONE

15 10

1.1. Motorul electric asincron - Component esențial în sistemele actuale de

acționări electrice

15 10

1.2. Surse ale defectelor la motoarele electrice asincrone 17 10

1.2.1. Defecte statorice 19 11

1.2.1. Defecte rotorice 20 12

1.2.1. Defecte ale rulmenților și de excentricitate 21 12

1.3. Mecanisme de defectare 23 12

1.3.1. Mecanisme de defectare a componentelor structurii metalice 24 12

1.3.2. Mecanisme de defectare a componentelor izolației 25 13

1.4. Studiu de caz – Identificarea și clasificarea defectelor de fabricație 30 13

1.4.1. Descrierea situației existente 30 13

1.4.2. Identificarea şi clasificarea defectelor 33 15

1.4.3. Prelucrarea și interpretarea datelor 39 16

1.5 Concluzii 46 22

CAPITOLUL 2. METODE DE DIAGNOZĂ A DEFECTELOR ÎN


47 23

2.1. Metode de diagnoză a defectelor statorice 50 -

2.1.1. Metode bazate pe nesimetria curenților statorici 51 -

2.1.2. Metode bazate pe măsurarea fluxului magnetic longitudinal 52 -

2.1.3. Metode bazate pe amprenta curentului statoric 53 -

2.2. Metode de diagnoză a defectelor rotorice 54 24

2.2.1. Analiză și grad de aplicabilitate 54 24

2.2.2. Metoda bazată pe analiza amprentei curentului motorului 57 24

2.2.3. Metoda spectrului puterii instantanee 59 25

2.2.4. Metoda măsurării rezistenței echivalente a rotorului 61 26

2.2.5. Metoda măsurării variației fluxului magnetic 61 26

2.2.6. Metoda comparării parametrilor tehnici ai motorului asincron 63 27

2.3. Metode de diagnoză a defectelor la rulmenți și de excentricitate 63 -

2.3.1. Metode de diagnoză a defectelor la rulmenți 63 -

2.3.2. Metode de diagnoză a excentricității 66 -

2.4. Principii de proiectare a unui sistem de monitorizare a defectelor rotorice 67 27

2.5. Concluzii 72 29

CAPITOLUL 3. MODELAREA MOTORULUI ASINCRON TRIFAZAT

CU BARĂ ROTORICĂ ÎNTRERUPTĂ

73 30

3.1. Modelarea analitică a motorului fără/cu bară rotorică întreruptă 74 30

3.2. Modelarea numerică în mediu FLUX 2D 77 32

3.2.1. Descrierea metodei 77 32

3.2.2. Realizarea geometriei motoarelor şi definirea reţelei de elemente

finite

79 33

3.2.3. Definirea materialelor care intră în componenţa motoarelor 82 34

3.2.4. Crearea circuitului electric de alimentare al motoarelor 82 34

3.2.5. Definirea problemei de rezolvat 86 36

3.3. Simulări în regim staționar la motoarele cu bare rotorice întrerupte 86 36

4

3.3.1. Simulări la MASI37 87 37



3.3.4. Studiul comparativ privind influența materialului pentru circuitul

magnetic

99 42

3.3.5. Analiză comparativă 104 46

3.4. Simulări în regim tranzitoriu la motoarele cu bare rotorice întrerupte 105 46


3.4.2. Simulări la MASI55 109 -

3.4.3. Simulări la MASI750 112 -

3.4.4. Analiză comparativă 114 50


CAPITOLUL 4. DETERMINĂRI EXPERIMENTALE PENTRU

IDENTIFICAREA DEFECTELOR ROTORICE

117 51

4.1. Identificarea defectelor rotorice cu metoda rezistenţei rotorice echivalente

şi cu metoda măsurării variației fluxului magnetic

117 51

4.1.1. Descrierea eșantioanelor 117 51

4.1.2. Identificarea defectelor rotorice cu metoda rezistenței echivalente 119 52

4.1.3. Identificarea defectelor rotorice prin metoda măsurării variației

fluxului magnetic

122 54

4.2. Identificarea defectelor rotorice cu metoda compararării parametrilor

tehnici ai motorului asincron

125 56

4.2.1. Eşantioane şi metoda de testare 125 56

4.2.2. Determinarea rezistenței înfășurării statorice 127 58

4.2.3. Încercarea de funcționare în gol 128 58

4.2.4. Încercarea de funcționare la scurtcircuit 130 59

4.2.5. Încercarea de funcționare la sarcină nominală 131 60

4.3. Identificarea defectelor rotorice cu metoda amprentei curentului statoric 134 62

4.3.1. Rezultate și interpretarea datelor pentru rotoare de 0.37 kW 136 63

4.3.2. Rezultate și interpretarea datelor pentru rotoare de 0.55 kW 139 65


CAPITOLUL 5. CONCLUZII FINALE. CONTRIBUŢII ORIGINALE.

DISEMINAREA REZULTATELOR. DIRECȚII VIITOARE DE

CERCETARE.

144 67

5.1. Concluzii finale 144 67

5.2. Contribuții originale 146 68

5.3. Diseminarea rezultatelor 146 69

5.4. Direcții viitoare de cercetare 146 69

BIBLIOGRAFIE 148 70

ANEXE 165 -

Scurt Rezumat (română/engleză) 186 73

Curriculum Vitae în limba română 187 74

Curriculum Vitae în limba engleză 188 75

TABLE OF CONTENTS

Pp.

thesis

Pp.

summary

NOTATIONS AND ABBREVIATIONS LIST 5 -

INTRODUCTION 11 7

CHAPTER 1. MECHANISMS AND SOURCES OF FAULTS TO THE

ASYNCHRONOUS ELECTRICAL MOTORS

15 10

5

1.1. Asynchronous electrical motor - an essential component in the current

systems of electric drives

15 10

1.2. Sources of faults in asynchronous motors 17 10

1.2.1. Stator faults 19 11

1.2.1. Rotor faults 20 12

1.2.1. Bearings and eccentricity faults 21 12

1.3. Failure mechanisms 23 12

1.3.1. Steel structure components failure mechanisms 24 12

1.3.2. Insulation components failure mechanisms 25 13

1.4. Case study - Identification and classification of manufacturing faults 30 13

1.4.1. Description of the existing situation 30 13

1.4.2. Identification and classification of faults 33 15

1.4.3. Processing and data interpretation 39 16

1.5 Conclusions 46 22

CHAPTER 2. FAULTS DIAGNOSIS METHODS IN ASYNCHRONOUS

ELECTRICAL MOTORS

47 23

2.1. Stator faults diagnosis methods 50 -

2.1.1. Methods based on the asymmetry of stator currents 51 -

2.1.2. Methods based on the measurement of longitudinal magnetic flux 52 -

2.1.3. Methods based on stator current signature 53 -

2.2. Rotor faults diagnosis methods 54 24

2.2.1. Analysis and degree of applicability 54 24

2.2.2. Method based on motor current signature analysis 57 24

2.2.3. Instantaneous power spectrum method 59 25

2.2.4. Equivalent rotor resistance measurement method 61 26

2.2.5. Magnetic flux variation measurement method 61 26

2.2.6. Comparing the technical parameters of asynchronous motor method 63 27

2.3. Methods for diagnosis of faults in bearings and of eccentricity 63 -

2.3.1. Methods for diagnosis of faults in bearings 63 -

2.3.2. Methods of eccentricity diagnosis 66 -

2.4. Design principles of a rotor faults monitoring system 67 27

2.5. Conclusions 72 29

CHAPTER 3. MODELING OF THE THREE PHASE ASYNCHRONOUS

MOTOR WITH BROKEN ROTOR BAR

73 30

3.1. Analytical modeling of the motor without / with broken rotor bar 74 30

3.2. FLUX 2D numerical modeling environment 77 32

3.2.1. Method description 77 32

3.2.2. Creating the motor geometry and mesh 79 33

3.2.3. Defining the materials which are used in motors structure 82 34

3.2.4. Creating the power supply circuit of the motors 82 34

3.2.5. Defining the problem to be solved 86 36

3.3. Steady-state simulations for motors with broken rotor bars 86 36

3.3.1. Simulations for MASI37 87 37



3.3.4. Comparative study on the magnetic material influence for the core

circuit

99 42

6

3.3.5. Comparative analysis 104 46

3.4. Transient simulations for motors with broken rotor bars 105 46


3.4.2. Simulations for MASI55 109 -

3.4.3. Simulations for MASI750 112 -

3.4.4. Comparative analysis 114 50


CHAPTER 4. EXPERIMENTAL DETERMINATIONS FOR THE

IDENTIFICATION OF ROTOR FAULTS

117 51

4.1. Rotor faults identification with the equivalent rotor resistance

measurement method and with the magnetic flux variation measurement

method

117 51

4.1.1. Samples description 117 51

4.1.2. Identification of rotor faults with the equivalent rotor resistance

measurement method

119 52

4.1.3. Identification of rotor faults with the magnetic flux variation

measurement method

122 54

4.2. Identification of rotor faults with the comparing of technical parameters

of asynchronous motor method

125 56

4.2.1. Samples and test method 125 56

4.2.2. Determining stator winding resistance 127 58

4.2.3. No-load test 128 58

4.2.4. Short-circuit test 130 59

4.2.5. Rated load test 131 60

4.3. Identification of rotor faults with the stator current signature method 134 62

4.3.1. Results and interpretation of data for rotors of 0.37 kW 136 63

4.3.2. Results and interpretation of data for rotors of 0.55 kW 139 65


CHAPTER 5. FINAL CONCLUSIONS. ORIGINAL CONTRIBUTIONS.

RESULTS DISSEMINATION. FUTURE RESEARCH.

144 67

5.1. Final conclusions 144 67

5.2. Original contributions 146 68

5.3. Results dissemination 146 69

5.4. Future research 146 69

REFERENCES 148 70

Annexes 165 -

Abstract (Romanian language/English language) 186 73

Curriculum Vitae in Romanian language 187 74

Curriculum Vitae in English language 188 75

În rezumat s-au păstrat notațiile figurilor, relațiilor, tabelelor și referințelor bibliografice din teza

de doctorat.

Rezumatul tezei de doctorat

7

INTRODUCERE

Definirea contextului general

Prezenta teză de doctorat abordează teme de mare actualitate în domeniul

monitorizării și diagnozei defectelor motoarelor electrice asincrone.

Priorități în cercetarea științifică

Tema tezei de doctorat este interdisciplinară și conform Strategiei Naţionale de

Cercetare, Dezvoltare şi Inovare 2007-2013 se încadrează în domeniul 1, Tehnologia

informaţiei şi comunicaţii, direcția de cercetare 1.6 Tehnologii pentru sisteme distribuite şi

sisteme încorporate, domeniul 2, Energia, directia de cercetare 2.1, Sisteme şi tehnologii

energetice durabile; securitatea energetică, domeniul 7, Materiale, procese şi produse

inovative, directia de cercetare 7.1, Materiale avansate.

Actualitatea și necesitatea cercetării

Deși există în prezent tehnologii moderne de fabricare a mașinilor asincrone, totuși, în

fabricație apare un numar relativ mare de defecte, care cresc ponderea cheltuielilor legate de

fabricație și măresc consumul de materiale. În ultimii ani s-au dezvoltat metode de diagnoză a

defectelor pe fluxul de fabricație și a defectelor din exploatare. Însă, metodele propuse nu

sunt suficient fundamentate și nu asigura o prognoză adecvată a apariției defectelor.

Motoarele electrice se defecteaza datorită solicitărilor electrice, mecanice, termice și

de mediu. Pentru a menține în limite admisibile performanțele motorului electric și a diminua

rata de defectare, sunt necesare noi investigații pentru stabilirea de noi tehnologi de

fabricație, de noi sisteme de alimentare și control și sisteme adecvate de testare, monitorizare

și diagnoză a funcționării motoarelor. De aceea monitorizarea și diagnosticarea defectelor

reprezintă provocări pentru cercetătorii, proiectanţii şi fabricanţii de motoare electrice.

Obiectivele lucrării

Scopul tezei de doctorat constă în dezvoltarea de metode și tehnici de monitorizare și

diagnoză a defectelor la motorul electric asincron (MASI) în vederea creșterii eficienței

energetice și siguranței în funcționare.

Obiectivele specifice ale cercetării sunt următoarele:

1. Investigarea proceselor de defectare la motorul electric asincron în vederea stabilirii de

metode adecvate de monitorizare și diagnoză a defectelor.

2. Dezvoltarea de metode adecvate de detectare și identificare a defectelor din motorul

electric asincron ca bază pentru proiectarea și implementarea de sisteme de monitorizare.

3. Modelarea și simularea funcționării motorului electric asincron cu defecte rotorice în

vederea fundamentării metodei de diagnoză și prognoză a defectelor prin metoda

amprentei curentului statoric.

Contribuții privind diagnoza defectelor la motoarele electrice asincrone

8

Modul de organizare al tezei de doctorat

Prezenta teză de doctorat este structurată într-un număr de șase capitole, la care se

adaugă un capitol introductiv. Teza de doctorat este redactată pe 189 pagini şi conţine un

număr de 75 figuri, 74 tabele, 61 relaţii, 171 referinţe bibliografice şi 6 anexe.

Capitolul 1, intitulat Mecanisme și surse de defecte la motoarele electrice asincrone,

cuprinde o analiză a mecanismelor de defectare și a surselor defectării pentru fiecare parte

componentă a motorului electric asincron în vederea stabilirii de metode adecvate de

monitorizare și diagnoză a defectării. Efectul fiecărui defect în motorul electric asincron face

conexiuni între geometria motorului, proprietatea materialelor utilizate în construcția

motorului, circuitele electrice și câmpurile magnetice din interiorul motorului. De asemenea,

este realizat un studiu de caz pentru identificarea și clasificarea defectelor care apar pe linia

de producție a motoarelor electrice cu scopul stabilirii unui plan de acțiune pentru reducerea

numărului de defecte și implicit a costurilor datorate rebuturilor.

Capitolul 2, intitulat Metode de diagnoză a defectelor în motoarele electrice

asincrone, cuprinde o sinteză a metodelor de diagnoză ca bază pentru sistemele de

monitorizare a regimurilor anormale de funcționare. În funcție de tipul defectului se

deosebesc metode bazate pe analiza: semnalului, a modelului, a teoriei motorului și a

simulărilor. O atenție deosebită este acordată metodei de diagnoză bazată pe amprenta

curentul statoric. Metoda folosește rezultatele analizei spectrale a curentului statoric pentru

detectarea excentricității, a barelor rotorice rupte și defectarea rulmenților. Pe această metode

se bazează și sistemul de monitorizare proiectat de autoare. Au fost descriși pașii urmăriti în

realizarea structurilor hardware și software ai sistemului cât și modul de funcționare a

acestuia.

Capitolul 3, intitulat Modelarea motorului asincron trifazat cu bară rotorică

întreruptă, include prezentarea rezultatelor obținute prin utilizarea mediului FLUX 2D în

regim staționar și în regim tranzitoriu pentru motoare de puteri mici și medii. Modelarea

numerică permite fundamentarea fenomenelor care au loc în motoarele fără/cu defecte de

bară rotorică. Prin urmare sunt ilustrate și analizate efectele principale ale întreruperii barelor

rotorice asupra motoarelor. Au fost propuși coeficienți de asimetrie pentru determinarea

defectelor de bară rotorice întrerupte. Analiza numerică a fost validată cu determinări

experimentale.

Capitolul 4, intitulat Determinări experimentale pentru identificarea defectelor

rotorice, cuprinde măsurători experimentale pentru detectarea defectului de bară rotorică

întreruptă. Sunt prezentate patru metode de diagnosticare a defectelor rotorice și anume:

metoda rezistenței echivalente, metoda măsurării variației fluxului magnetic, metoda

comparării parametrilor tehnici ai motorului și metoda amprentei curentului statoric.

Capitolul 5, intitulat Concluzii finale. Contribuţii originale. Diseminarea rezultatelor.

Directii viitoare de cercetare, prezintă concluziile finale, contribuțiile originale, diseminarea

rezultatelor și direcțiile viitoare de cercetare ale prezentei teze de doctorat.


9

MENȚIUNI

Această teză de doctorat reprezintă rezultatul cercetărilor efectuate în perioada

2010 – 2013 în domeniul Inginerie Electrică din cadrul Universităţii Transilvania din Braşov

cu sprijinul Programului Operațional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane (SOP-HRD),

ID76945, finanțat de Fondul Social European și de Guvernul României.

Doresc să adresez sincere mulțumiri conducătorului științific Prof. Univ. Dr. Ing.

Elena HELEREA pentru îndrumarea, implicarea, recomandările făcute și sprijinul acordat

de-a lungul pregătirii mele doctorale. Totodată, prin atitudinea și abnegația de care a dat

dovadă, domnișoara Prof. Univ. Dr. Ing. Elena HELEREA reprezintă un model demn de

urmat în viață.

Îi mulțumesc, în mod deosebit, domnului Dr. Ing. Ioan PETER pentru sprijinul

științific, suportul tehnic și sfaturile oferite în decursul celor trei ani de pregătire doctorală.

Mulțumesc domnului Ing. Adrian MIJA și colectivului laboratorului de testări

motoare electrice din cadrul S.C. Electroprecizia Electrical Motors S.R.L. pentru

posibilitatea și sprijinul acordat în desfășurarea activității de determinări experimentale.

Mulțumesc companiei CEDRAT pentru furnizarea software-lui FLUX V11.1.2 fără

de care nu aș fi putut realiza modelarea numerică din această teză de doctorat.

Mulțumesc domnilor Prof. Univ. Dr. Ing. Radu MUNTEANU, Prof. Univ. Dr. Ing.

Virgiliu FIREȚEANU și Prof. Univ. Dr. Ing. Gheorghe SCUTARU pentru deosebita onoare

ce mi-au făcut acceptând propunerea de a face parte din comisia de evaluare și susținere a

tezei de doctorat, pentru parcurgerea tezei de doctorat și pentru sugestiile oferite.

Mulțumesc doamnei Decan Conf. Univ. Dr. Ing. Carmen GERIGAN pentru sprijinul

acordat ca președinte în Comisia de evaluare și susținere a tezei de doctorat.

Mulțumesc cadrelor didactice şi colegilor din cadrul Departamentului de Inginerie

Electrică şi Fizică Aplicată al Facultăţii de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor de

la Universitatea Transilvania din Braşov pentru sprijinul și sfaturile acordate pentru

finalizarea în bune condiții a tezei de doctorat.

În final, dar nu în ultimul rând, doresc să mulțumesc părinților mei pentru răbdarea,

înțelegerea, suportul moral și dragostea pe care mi le-au oferit pentru finalizarea tezei de

doctorat și mai ales de-a lungul vieții. Mulțumesc familiei și prietenilor mei care m-au

încurajat și m-au susținut.


10

1. MECANISME ȘI SURSE DE DEFECTE LA MOTOARELE

ELECTRICE ASINCRONE

În prezentul capitol este realizată o analiză asupra surselor și mecanismelor de

defectare la motoarele electrice asincrone și este elaborat un studiu de caz pentru identificarea

și clasificarea defectelor care apar pe linia de producție a motoarelor electrice cu scopul

stabilirii unui plan de acțiune pentru reducerea numărului de defecte și implicit a costurilor

datorate rebuturilor.

1.1. Motorul electric asincron - Component esențial în sistemele actuale de

acționări electrice

Utilizarea motoarelor asincrone în sistemele actuale de acţionare electrică ridică noi

cerinţe constructive şi indicatori noi de performanţă. În acest sens, standardul IEC 60034-

30:2008 definește trei clase de randament internațional notate IE1 (randament standard), IE2

(randament ridicat), IE3 (randament premium) pentru motoarele electrice trifazate cu rotorul

în scurtcircuit, cu o singură viteză (ANEXA 1).

În Fig. 1.1 sunt reprezentate grafic valorile în procente pentru clasele de randament IE

la motoarele electrice cu 2 și 4 poli, cu puteri cuprinse între 0.75-75 kW și la frecvența de

alimentare de 50 Hz.

Fig. 1.1. Valorile claselor de randament conform IEC 60034-30:2008

Din figură se observă că pentru motoarele de mică putere randamentul limită minim

impus este de cca 70% (0,75 kW), iar pentru motoarele de medie putere nivelul limită impus

este de peste 90% (75 kW). Pentru realizarea clasei premium de randament (IE3) sunt

necesare procedee tehnologice de fabricație și sisteme de monitorizare adecvate.

1.2. Surse ale defectelor la motoarele electrice asincrone

Pentru a înțelege apariția defectului și pentru a putea construi o shemă de detecție a

acestora trebuie cunoscute sursele și cauzele defectării motoarelor electrice.

În Tabelul 1.1 sunt prezentate sursele defectării și tipurile de defecte la motoarele

electrice conform clasificării prpuse de Al-Kazzaz [82]:


11

Tabel 1.1. Surse ale defectării şi tipuri de defecte la motoarele electrice

SURSE DE DEFECTARE

SURSE INTERNE SURSE EXTERNE

MECANICE ELECTRICE MECANICE ELECTRICE DE MEDIU

deplasarea

bobinelor,

lovituri ale

rotorului,

defectele

rulmenților,

excentricitate

străpungeri

electrice

întreruperi

ale barelor

rotorice,

defecte ale

circuitului

magnetic

sarcină

pulsatorie,

suprasarcină,

montaj

defectuos

tensiuni

tranzitorii,

tensiuni

dezechilibrate

variații ale

tensiunii (goluri,

întreruperi,

variaţii lente)

temperatura,

umiditatea,

praf ,

ciuperci etc.

Acestă clasificare este utilă în analiza cauzelor defectării şi în fundamentarea planului

de mentenanţă, pentru care este necesar să se cunoscă nivelul solicitărilor electrice, mecanice

şi de mediu care pot induce defecte.

După probabilitatea de apariţie, defectele în motorul electric se împart în patru grupe

principale [68], care sunt prezentate în Fig. 1.2.

Fig. 1.2. Clase de defecte în motorul electric

Astfel, cea mai mare pondere o au defectele de rulmenţi (40 %), urmate de defectele

statorice (38 %), urmate de defectele rotorice (aprox. 10 %).

1.2.1. Defecte statorice

Defectele statorice sunt cauzate de solicitările electrice, mecanice şi de mediu, fiind

clasificate în defecte ale miezului magnetic şi ale înfăşurărilor. Majoritatea defectelor

statorului se produc datorită distrugerii izolației în timpul unui scurtcircuit în înfăşurările

statorice. Scurtcircuitele pot fi de următoarele tipuri [143]: scurtcircuit între spirele aceleiaşi

faze, scurtcircuit între bobinele aceleiaşi faze, scurtcircuit între două faze, scurtcircuit între

fază şi pământ.

În funcție de tipul scurtcircuitului și de condițiile de funcţionare, la producerea unui

defect, motorul se opreşte sau poate continua să funcționeze. Scurtcircuitul între faze și

scurtcircuitul între fază și pământ cauzează oprirea instantanee a motorului [143].


12

1.2.2. Defecte rotorice

Defectele de bară rotorică ruptă şi/sau de inele de scurtcircuitare întrerupte conduc la

funcţionarea asimetrică a motorului trifazat asincron cauzând: dezechilibre ale curenţilor,

pulsaţii ale cuplului electromagnetic, creşterea pierderilor, performanţă scăzută de pornire şi

solicitări termice ridicate [155].

Execuţia coliviei rotorice influenţează parametrii de funcţionare ai motoarelor

asincrone. Randamentul, alunecarea, curentul nominal, supratemperatura bobinajului, cuplul

de pornire sunt cei mai importanţi parametri care sunt afectaţi. De obicei, calitatea slabă a

coliviei rotorice se observă la testarea finală a motorului [34]. În prcesul de fabricaţie, pe

langă utilizarea de mașini de turnat colivii performante și stricta observare a parametrilor

materialelor utilizate și a tehnologiei de turnare, introducerea unui filtru de control cu care

defectele coliviei rotorice să fie detectate este necesară [34].

Deși defectul de bară rotorică întreruptă reprezintă doar 5%-10% din totalul defectelor

întâlnite în motorul asincron, cele mai multe studii au fost efectuate asupra acestui tip de

defect [68], [104].

1.2.3. Defecte ale rulmenților și de excentricitate

Defecte ale rulmenților

Defectarea rulmenților este de obicei progresivă dar în cele din urmă duce la scoaterea

motorului din funcțiune. Problemele sunt adesea cauzate de montarea incorectă a rulmentului

pe arbore sau în carcasă [109]. Nealinierea rulmentului este, de asemenea, un rezultat al

instalării defectuoase. Deplasarea mecanică rezultată din defectarea rulmentului face ca

întrefierul motorului să varieze într-o manieră care poate fi descrisă de o combinație a

excentricității de rotație care se deplasează în ambele direcții.

Excentricitatea

Excentricitatea de stator și rotor este unul din defectele des întalnite în motoarele

asincrone, care contribuie cu un procent considerabil la defectarea motorului. Când

excentricitatea devine mare, forțele radiale dezechilibrate rezultate pot conduce la frecarea

rotorului de stator și implicit la defectarea acestora.

1.3. Mecanisme de defectare

1.3.1. Mecanisme de defectare a componentelor structurii metalice

Mecanismele de defectare ale componentelor structurii metalice au la bază solicitările

termice, mecanice electrice și de mediu.

Supraîncălzirea barelor rotorice și a inelelor de scurtcircuitare poate conduce la

topirea materialului de sudare sau chiar a coliviei [19]. Sursa de încălzire poate fi localizată

fie în bară (bara este o sursă de încălzire în special în timpul pornirilor repetitive, la blocaj

sau la accelerare) fie în miezul rotoric prin transfer de caldură de la bare. Acesta este cazul

tolelor sudate (lipite). Mai mult decât atât, atunci când tensiunea de alimentare este

dezechilibrată, sunt induși în rotor curenți mari datorită impedanței mici de secvență negativă.

În continuare, aceste secvențe negative de curent sunt distribuite inegal în secțiunea barei

datorită prezenței efectului pelicular la înaltă frecvență ((2-s)f1 - s reprezintă alunecarea în %


13

și f1 reprezintă frecvența fundamentală a tensiunii de alimentare în Hz) [130]. În final, la

viteze mici, efectul pelicular tinde să crească gradientul termic prin bară ceea ce duce la

accelerarea degradării acesteia.

Forțele magnetice produc vibrația barelor. Totuși, datorită rotației rotorului, forțele

centrifuge nu permit deformarea barelor La viteze de rotație mici, forțele centrifuge sunt de

asemenea mici, deoarece frecvența curentului rotoric este de 50 Hz, și astfel barele vibrează

conducând la oboseala mecanică. Situația este diferită la viteze ridicate unde forțele

centrifuge sunt mult mai mari decât forțele magnetice [130].

1.3.2. Mecanisme de defectare a componentelor izolației

Mecanismele de defectare ale materialelor electroizolante au la bază procesele de

îmbătrânire termică, electrică, mecanică, de mediu și sinergismele între aceste procese.

Îmbătrânirea termică

Îmbatrânirea termică apare atunci când temperatura materialului izolant este suficient

de mare ca să ducă la degradarea proprietăților mecanice și electrice ale acestuia [75], [76].

Îmbătrânirea electrică

Imbătrânirea electrică apare când solicitarea electrică aplicată izolației depăşeşte un

anumit prag. O tensiune mai ridicată decât tensiunea nominală sau un raport dV/dt ridicat

(comutatorea condensatorului de îmbunătăţire a factorului de putere, închiderea/deschiderea

circuitului de alimentare, comanda PWM a invertorului etc.) determină îmbătânirea izolaţiei

electrice.

Îmbătrânirea mecanică

Circuitele magnetice și electrice ale motoarelor electrice sunt separate de materiale

electrizolante (filme, fibre, rășini naturale/sintetice) care au, în general, proprietăți mecanice

scăzute. Interacțiunea curentului statoric cu câmpul magnetic determină forţe care acționează

asupra conductoarelor bobinei. Rezultă vibrații care provoacă scăderea rezistenţei mecanice a

izolației, urmată de eroziunea și abraziunea miezului magnetic [132].

Îmbătrânire de mediu

Prezența umidităţii sau a produselor chimice determină scăderea performanţelor

materialelor conductoare, magnetice şi, mai ales a celor electroizolante. Degradarea calităţii

izolației induce defecte ale ansamblului înfăşurare – circuit magnetic – sistem de izolaţie

[Noţinger,2002].

Sinergism în mecanismele de îmbătrânire

Funcționarea motoarelor electrice are loc în prezența a două sau mai multe solicitări,

astfel că mecanismele de îmbătrânire sunt complexe, ceea ce determină accelerarea

proceselor de îmbătrânire [76].

1.4. Studiu de caz – Identificarea și clasificarea defectelor de fabricație

1.4.1. Descrierea situației existente

Obiectivul studiului de caz este identificarea și clasificarea defectelor motoarelor

electrice asincrone pe linia de fabricație de la S.C. Electroprecizia S.A. Săcele, în vederea


14

stabilirii unei strategii de reducere a rebuturilor în procesul tehnologic de fabricație și

fundamentarea amplasării punctelor de control.

La S.C. Electroprecizia S.A. Săcele se fabrică motoare asincrone de mică și medie

putere cu rotorul în scurtcircuit și unele motoare speciale.

În Fig. 1.7 este prezentată schema bloc a tehnologiei de fabricație, în care sunt

indicate punctele de control a calităţii execuţiei.

Fig. 1.7. Puncte de control incluse în tehnologia de fabricație a motoarelor electrice asincrone

Se observă că la execuția motorului asincron există trei bancuri de control pe linia de

fabricație și anume:

B1 - bancul de echilibrare rotoare, unde se pot depista defecte de tip gol de material sau

bară întreruptă plasat între modulul de fabricație rotoare și modulul de fabricație

statoare;

B2 - banc de control statoare, în care se depistează defectele de scurtcircuitare și de

montaj, plasat între modulul de bobinare statoare, înainte de impregnarea acestora în lac

electroizolant, și montare motoare;

B3 - bancul de control final, care permite identificarea defectelor motoarelor, plasat între

asamblarea motoarelor și magazie.

Situația defectelor este înregistrată numai la bancurile de control B2 și B3.

Tehnologia de control a statorului prevede ca înainte ca seria de statoare bobinate să

ajungă să fie controlate în bancul de control B2 din producție, un stator bobinat, ales aleator,

să fie testat în laboratorul de încercări. Totuși, este nevoie de o proiectare atentă a punctelor

de control pentru a depista rapid defectele și pentru a nu strangula producția.

Situațiile întocmite privind defectele de fabricație a motorului asincron cu rotorul în

scurtcircuit pe bancurile de control au fost analizate de autoare, permițând identificarea și

clasificarea defectelor.


15

1.4.2. Identificarea şi clasificarea defectelor

A fost analizată situația înregistrată pe bancul de control B2 referitoare la depistarea

defectelor de scurtcircuitare și de montaj pentru stator. În Tabelul 1.5 sunt prezentate tipurile

de defecte statorice identificate de autoare și metodele de testare utilizate în bancul de

control.

Tabel 1.5. Tipuri de defecte statorice de fabricație şi metode de identificare

Nr. Tipuri de defecte Metode de identificare Observații

1 Străpungere fază-pământ

Se aplică o tensiune de

încercare între carcasa

statorului și fiecare fază

în parte, cu ajutorul

aparatului pentru

verificarea și localizarea

defectelor izolației

electrice, tip A.E.L.2

Dacă are loc

străpungerea,

se aprinde lampa de

semnalizare.

2 Străpungere între faze

Se aplică o tensiune de

încercare între faze cu

aparatul pentru

verificarea și localizarea

defectelor izolației

electrice, tip A.E.L.2

Dacă are loc

străpungerea se

aprinde lampa de

semnalizare.

3 Legături greșite ale bobinelor Verificarea se realizează

vizual.

4 Rezistență diferită pe fază

Rezistența diferită pe

fază se verifică cu

ajutorul unui ohmetru

între fazele statorului.

Se acceptă o

toleranță de 1% între

faze.

5 Cote necorespunzătoare

Cotele se măsoară cu

ajutorul unui șubler.

Cotele trebuie să fie

conforme

documentației.

6 Spire ieșite din capul de bobină

(spire neizolate)

Verificarea se realizeză

vizual.

7 Amplasare necorespunzătoare a

izolației


vizual.

8 Sudură necorespunzătoare Verificarea se realizeză

vizual.

9 Conductori de conexiune

necorespunzători


vizual.


16

A fost analizată situația înregistrată pe bancul de control B3 referitoare la depistarea

defectelor pentru motor. În Tabelul 1.6 sunt prezentate tipurile de defecte identificate de

autoare și metodele de testare utilizate în bancul de control:

defecte critice - pentru care motoarele nu mai pot fi reparate și sunt considerate

rebuturi;

defecte principale - pentru care motoarele pot fi reparate;

defecte secundare - datorate montării defectuoase, dar care pot fi remediate.

Tabel 1.6. Tipuri de defecte întâlnite după asamblarea motorului

Defecte critice Defecte principale Defecte secundare

Străpungeri Io; Po; Ik; Pk; CDF (Curent

Diferit pe Fază)

Excentricitate

Fază întreruptă Vibrații Alte defecte de fabricație

Rulment blocat Frecări

Legături greșite Zgomot la rulment

Cuplu de pornire Zgomot electromagnetic

Fum din bobinaj Sens de rotație invers

1.4.3. Prelucrarea și interpretarea datelor

A. Prelucrarea și interpretarea datelor pentru defectele statorice

În Tabelul 1.8 este trecută situația centralizată a eșantionului de statoare de MASI

monitorizate în anul 2010.

Tabel 1.8. Situația centralizată a eșantionului de statoare de MASI monitorizate în anul 2010

Luna 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Total

Statoare

testate în

2010 - Nst

16617 20109 24428 20817 25414 25681 24234 19827 27012 22843 25916 16487 269385

În Tabelul 1.9 sunt consemnate numărul de defecte monitorizate și categoria de

defecte depistate la eșantionul examinat în anul 2010.

Tabel 1.9. Numărul de defecte monitorizate și categoria de defecte depistate la eșantionul

examinat în anul 2010

Luna

Defecte - Nds 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Total

defecte/an

NdsT

Străpungere fază-pământ 133 160 199 214 318 418 379 226 376 289 342 191 3245

Străpungere între faze 76 95 122 204 272 410 319 271 354 279 292 234 2928

Legături greșite 2 10 20 12 17 21 15 3 16 7 10 3 136

Rezistență diferita pe fază 30 11 24 38 18 20 35 17 24 10 25 16 268

Cote necorespunzătoare 46 79 104 104 163 184 159 112 246 145 254 90 1686

Spire ieșite din capul de

bobină 24 32 62 63 110 88 63 41 96 72 111 33 795


17

Amplasare

necorespunzătoare a

izolației

119 137 173 178 392 366 316 248 362 286 369 198 3144

Sudură necorespunzătoare 47 55 86 86 115 162 178 94 136 182 95 80 1316

Conductori de conexiune

necorespunzători 36 26 68 62 65 43 62 51 71 81 57 48 670

Total defecte

statorice/lună - Ndst 513 605 858 961 1470 1712 1526 1063 1681 1351 1555 893 14188

Pentru analiza defectelor se defineşte: Nds numărul de defecte statorice pe categorii,

Ndst numărul total de defecte statorice pe lună și NdsT numărul total de defecte statorice pe

categorii pe an.

Ponderea defectelor statorice este reprezentată în Fig. 1.11 și totalul defectelor

statorice pe lună este ilustrat în Fig. 1.12.

Fig. 1.11. Ponderea defectelor statorice observate pe linia de fabricație în anul 2010

Majoritatea defectelor depistate la statoare sunt de tip electric și anume străpungere

fază-pământ (22.87%) și străpungere fază-fază (20.64%), urmate de defecte de tip mecanic

precum izolația necorespunzătoare (22.16%).

Fig. 1.12. Totalul defectelor statorice

Se observă că distribuția totală a defectelor statorice depinde proporțional de

producția de statoare.

Distribuția defectelor pe perioada monitorizată și pe categorii este reprezentată grafic

în Fig. 1.13.


18

a) b)

c) d)

e) f)

g) h)


19

i)

Fig. 1.13. Distribuția defectelor în anul 2010 și tipuri de defecte monitorizate: a) străpungere fază-

pământ; b) străpungerea fază-fază; c) legături greșite; d) rezistență diferită pe fază; e) cote

necorespunzătoare; f) spire ieșite din capul de bobină; g) izolație necorespunzătoare; h) sudură

necorespunzătoare; i) conductori de conexiune necorespunzători

Din Fig. 1.13.a se observă o creștere a defectelor tip străpungere fază-pământ în lunile

iunie și iulie când au fost încercate 25681, respectiv 24234 statoare.

Creșterea defectelor în lunile iunie și iulie se poate datora fabricării de statoarelor cu

puteri mici, în care capul de bobină se formează cu dificultate, fapt ce duce la forfecarea

izolației. Alte motive sunt dimensiunile mici ale izolației între faze sau lovirile

conductoarelor în timpul formării capului de bobină.

Tipurile diversificate de statoare fabricate și cantitatea acestora pot fi o cauză a

creșterii defectelor tip legături greșite. Introducerea pe fluxul de fabricație a unor tipuri de

statoare ale caror caracteristici (tensiune, rezistență, număr de spire) se schimba poate

influența creșterea defectelor tip rezistență diferită pe fază.

B. Prelucrarea și interpretarea datelor pentru defectele motorului

În Tabelul 1.10 este trecută situația centralizată a eșantionului de MASI monitorizate

în anul 2010.

Tabel 1.10. Situația centralizată a eșantionului de MASI monitorizate în anul 2010

Luna 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Total

MASI testate

în 2010 – Nm 15064 18616 22957 20562 23942 25141 24360 18277 25556 23054 24511 18118 260158

În Tabelul 1.11 sunt consemnate numărul de defecte monitorizate și categoria de

defecte depistate la eșantionul examinat în anul 2010 pentru MASI.

Tabel 1.11. Numărul de defecte monitorizate și categoria de defecte depistate la eșantionul de

MASI examinat în anul 2010

Luna

Defecte-Ndm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Total

defecte/an

NdmT

Străpungeri 235 223 313 225 262 319 309 236 321 297 356 226 3322

Fază întreruptă 71 74 64 84 49 92 74 70 133 135 114 111 1071

I0; P0; Ik; Pk; CDF 62 75 75 39 88 125 137 60 127 165 96 110 1159


20

Excentricitate 286 300 376 344 371 377 373 278 378 377 465 331 4256

Zgomot la rulment 79 103 92 59 76 87 114 70 126 97 96 23 1022

Zgomot electromagnetic 37 44 20 12 6 46 43 39 43 31 27 26 374

Alte defecte 0 23 22 37 20 19 30 20 0 71 58 28 328

Totalul defectelor

motoarelor/luna- Ndmt 770 842 962 800 872 1065 1080 773 1128 1173 1212 855 11532

Pentru analiza defectelor se defineşte: Ndm numărul de defecte ale motoarelor pe

categorii, Ndmt numărul total de defecte ale motoarelor pe lună și NdmT numărul total de

defecte ale motoarelor pe categorii pe an.

Ponderea defectelor motoarelor monitorizate este reprezentată în Fig. 1.14 și totalul

defectelor motoarelor pe lună este ilustrat în Fig.1.15.

Fig. 1.14. Ponderea defectelor motoarelor monitorizate

Defectele de excentricitate sunt de natură mecanică și reprezintă cea mai mare

pondere (36.91%), fiind urmată de defectele de tip electric și anume străpungerea (28.81%).

În acest caz defectele datorate barelor întrerupte pot fi regăsite în ponderea de 10.05% prin

curenții de mers în gol, precum și în ponderea de 3.24% prin zgomotele de tip

electromagnetic.

Fig. 1.15. Totalul defectelor motoarelor

Distribuția defectelor pe perioada monitorizată și pe categorii este reprezentată grafic

în Fig. 1.16.


21

a) b)

c) d)

e) f)

g)

Fig. 1.16. Distribuția defectelor motoarelor în anul 2010 și tipuri de defecte monitorizate: a) străpungere;

b) fază întreruptă; c) I0; P0; Ik; Pk; CDF; d) excenticitate; e) zgomot la rulment; f) zgomot

electromagnetic; g) alte defecte


22

Defectele datorate străpungerii izolației, chiar și după impregnarea statorului, sunt

într-un procentaj destul de mare. Aceste defecte se datorează lovirii izolației statorului în

timpul transportării sau la presarea acestuia în carcasă.

Analiza defectelor pe linia de fabricație a permis stabilirea unui plan de acțiune pentru

reducera numărului de defecte:

Investigarea posibilității utilizării de noi materiale electroizolante, mai rezistente la acțiunea

factorilor tehnologici - O soluție pentru reducerea defectelor datorate sistemului de izolație

este îmbunătățirea calității materialelor izolatoare utilizate și a proceselor de tratare;

Dezvoltarea de noi metode de verificare;

Implementarea unei proceduri de monitorizare, în care sunt introduse noi posturi de

verificare;

Pentru reducerea rebuturilor din cauza defectelor tip străpungere fază-pământ și străpungere

fază-fază se poate înlocui conductorul ET1 (conductor pentru bobinaj acoperit cu un strat de

email tereftalic) cu conductorul ET2 (conductor pentru bobinaj acoperit cu două straturi de

email tereftalic);

Mecanizarea și automatizarea tuturor etapelor din procesul tehnologic de fabricație a

mașinilor asincrone și anume: automatizarea împachetării statorului și rotorului, bobinarea

mecanizată pentru toate tipurile de statoare (rotoare), sudură mecanizată a legăturilor dintre

bobine, sudură mecanizată a conductorilor de conexiuni și bandajarea capetelor de bobină

mecanizată.

1.5. Concluzii

Menținerea performanțelor motorului electric în limitele admisibile impuse de

standarde și implicit diminuarea ratei de defectare este realizabilă prin identificarea surselor

și cauzelor defectării.

Clasele de defecte în motorul electric asincron sunt: defectele statorice, defectele

rotorice, defectele rulmenților și de excentricitate. Sub acținea solicitărilor electrice, termice

și de mediu se produc degradări și îmbătrâniri, principalele mecanisme de defectare fiind cele

ale componentelor structurii metalice și cele ale sistemului de izolație electrică.

Studiul de caz realizat permite identificarea și clasificare defectelor care apar în

fabricația motoarelor electrice asincrone de mică și medie putere. S-a analizat tehnologia de

fabricare a motoarelor electrice din cadrul S.C. Electroprecizia – Electrical Motors S:R.L și

modul de amplasare a punctelor de monitorizare și control a motoarelor pe linia de fabricație.

Este propus un plan de acțiune pentru reducerea numărului de defecte care cuprinde:

îmbunătățirea calității materialelor izolatoare utilizate, implementarea de proceduri de testare

a subansamblelor, controlul în sistemele de mecanizare și automatizare a procesului

tehnologic de fabricație a motoarelor asincrone.


23

2. METODE DE DIAGNOZĂ A DEFECTELOR ÎN


Prezentul capitol cuprinde o sinteză a metodelor de diagnoză ca bază pentru sistemele

de monitorizare a regimurilor anormale de funcționare.

Fig. 2.1. Metode de monitorizare și diagnoză a defectelor în motoarele electrice


24

Metodele de monitorizare și diagnoză prezentate în figura de mai sus au fost

dezvoltate și adoptate în industrie ca o strategie de reducere a costurilor fie utilizate

independent fie combinate pentru o mai bună acuratețe.

Metodele de diagnoză au început să fie implementate cu costuri relativ mici utilizând

diferite echipamente si sisteme de măsurare, spre exemplu, senzori speciali construiţi pentru

curent [139].

2.2. Metode de diagnoză a defectelor rotorice

2.2.1. Analiză și grad de aplicabilitate

În prezent, există cercetări [3], [4], [35], [134], [135], [51] legate de identificarea și

localizarea defectelor rotorice care au dus la dezvoltarea și implementarea unor metode de

diagnoză bazate pe monitorizare on-line:

Metoda emisiei acustice;

Metoda vibrodiagnozei;

Metoda măsurării vitezei unghiulare instantanee;

Metoda măsurării cuplului electromagnetic din întrefier;

Metoda măsurării fluxului magnetic în întrefier;

Analiza spectrală a tensiunii de alimentare;

Analiza amprentei curentului motorului;

Metoda măsurării puterii instantanee.

Pentru anumite regimuri de funcționare (repetabilitatea sarcinii, a vitezei, zgomot

intens și neidentificabil etc.) au fost dezvoltate și metode off-line de diagnoză [100] și anume:

Metoda tensiunii induse; Analiza circuitului motorului; Metoda măsurării rezistenței

echivalente a rotorului; Metoda testării la strapungere / supratensiune. Aceste metode sunt

utilizate pentru detectarea defectelor timpurii și de fabricație.

2.2.2. Metoda bazată pe analiza amprentei curentului motorului

Metoda de diagnoză utilizând analiza amprentei curentului motorului (MCSA) este

cea mai frecventă formă de analiză a semnalului utilizată în monitorizarea electrică deoarece

nu necesită acces la parametri motorului electric. MCSA folosește rezultatele analizei

spectrale a curentului statoric pentru detectarea excentricității, a barelor rotorice rupte și

defectarea rulmenților [138]. Dezavantajul MCSA este că nu poate fi folosită pentru toate

condițiile de funcționare [2].

La alimentarea motorului asincron trifazat fără defecte cu un sistem trifazat, simetric

de tensiuni, de frecvență f1, se produce un câmp magnetic învartitor, care se rotește cu turația

de sincronism [110]:

p

fn 1

1

60 (2.10)

unde p este numărul de perechi de poli ai înfășurării statorice.


25

Alunecarea caracterizează viteza n mai mică decât viteza de sincronism cu care se

învarte rotorul:

1

1

n

nns

(2.11)

Frecvența curenților rotorici este denumită frecvența de alunecare și este dată de

relația [135]:

psnpnf 122 (2.12)

Viteza de rotație a campului magnetic învartitor produs de rotor datorită barelor

rotorice întrerupte este:

snsnnsnsnnnnb 2121 111112 (2.13)

Relația de mai sus poate fi exprimată în domeniul de frecvență astfel:

121 fsfb (2.14)

Banda de joasă frecvență este specifică defectului de bară rotorică întreruptă și banda

înaltă poate fi datorată oscilațiilor consecvente de viteză.

Tehnicile asociate cu MCSA utilizează metoda vectorului Park (Park’s Vector

Approach) și metoda elementelor finite (Finite Element Method).

2.2.3. Metoda spectrului puterii instantanee

În literatura de specialitate s-a demonstrat că metoda spectrului puterii instantanee

(MIPS - Motor Instantaneous Power Spectrum) conține mai multă informație privind

defectele rotorice, fată de metodele care se bazează pe amprenta de curent [41], [42].

Puterea instantanee este definita ca:

)()()( titutp LLL (2.15)

unde uLL(t) este tensiunea dintre oricare două din cele trei terminale ale statorului și iL(t) este

curentul care intră în una din aceste terminale.

Expresiile tensiunii uLL(t), a curentului iL,0(t) și a puterii instantanee p0(t) sunt

următoarele:

tfUtu mLL 12cos (2.16)

tfIti mL 10, 2cos (2.17)

cos2

22cos2

10,0mmmm

LLL

IUtf

IUtitutp (2.18)

unde Um și Im reprezintă amplitudinea tensiunii de linie, respectiv amplitudinea curentului de

linie, f1 este frecvența de alimentare și ϕ este unghiul de sarcină a motorului.

Se presupune că defectele rotorice cauzează o modulare sinusoidală în amplitudinea

curentului statoric. Pe de altă parte unghiul de încărcare nu se schimbă semnificativ.


26

2.2.4. Metoda măsurării rezistenței echivalente a rotorului

Defectele rotorice se pot identifica prin metoda bazată pe măsurarea rezistenței

echivalente a rotorului. Valoarea rezistentei obținută este comparată cu o valoare predefinită,

pentru care motorul electric asincron este considerat ideal. Pragul de defectare este dat de

valoarea prestabilită, astfel că toate rotoarele cu o valoare a rezistenței mai mică decat cea

predefinită vor fi considerate acceptate.

Metoda este folosită cu succes pe linia de producție, unde este introdus controlul de

calitate pentru detectarea defectelor coliviei, înainte de presarea arborelui. Metoda este

aplicabilă pentru orice gabarit al motorului electric asincron de joasă tensiune.

Dezavantajele acestei metode sunt: necesitatea proiectării și realizării de statoare

special bobinate, pentru fiecare gabarit și turație de motor, pentru a putea verifica toate

tipurile de colivii rotorice existente pe linia de producție; metoda nu permite identificarea

tipului de defect rotoric; coliviile rotorice trebuie debavurate înainte de testare deoarece

surplusul de aluminiu influențează rezistența echivalentă a rotorului [34]

2.2.5. Metoda măsurării variației fluxului magnetic

Principiul metodei se bazează pe deformarea fluxului magnetic în întrefier în cazul

unor defecte rotorice: bare rotorice întrerupte; goluri de material sau porozitate; înclinație

greșită a barelor rotorice (după ce a fost stabilit un etalon); calitate slabă a aliajului de

aluminiu; sudarea aluminiului cu tolele rotorice; remanența magnetică.

Această metodă este în general utilizată pentru verificarea rotoarelor pe linia de

fabricație. O amplitudine constantă a semnalului afișat înseamnă absența defectelor, în timp

ce o reducere a amplitudinii, sau absența totală a unor semnale, denotă prezenţa unor defecte.

Pentru evaluarea rezultatelor, curbele obținute în urma testului sunt comparate cu curbele de

defecte etalon ale aparatului (Fig. 2.3).

Fig. 2.3. Curbe etalon pentru identificarea defectului [Risatti, 2006]: a) Fără defecte; b) Bară

întreruptă; c) Goluri de material sau porozitate; d) Sudarea aluminiului cu tolele rotorice; e) rotor cu

colivie deformată; f) Înclinație greșită a barelor rotorice (după ce a fost stabilit un etalon); g)

Remanența magnetică


27

Dezavantajele acestei metode sunt: în cazul unor defecte combinate, curbele generate

diferă de curbele etalon astfel că identificarea defectelor rotorice este imprecisă; pentru

gabarite diferite de motoare sunt necesare armături specifice pentru circuitul magnetic

inductor.

2.2.6. Metoda comparării parametrilor tehnici ai motorului asincron

Defectele statorice sau rotorice pot fi depistate prin monitorizarea parametrilor

electrici ai motorului asincron ce pot fi măsurați din afara acestuia. Curentul este principalul

parametru monitorizat, urmat de putere și cuplu electromagnetic.

Bobinele (înfășurările) statorului pot fi utilizate în monitorizarea defectelor rotorice

deoarece orice defecțiune a rotorului unui motor electric asincron determină o variație

caracteristică în citirea curenților de alimentare. Acest lucru face ca analiza atentă a

curentului statoric sa dea indicații privind posibilul defect rotoric [137]. Curentul absorbit de

un motor fără defecte ar trebui sa aibă o singură armonică a frecvenței de alimentare, iar

modificarile aparute în sarcină vor modula amplitudinea curentului și vor produce armonici

suplimentare [137].

Avantajele acestei metode sunt: este neinvazivă; lipsa costurilor suplimentare pentru

monitorizare.

Dezavantajul metodei este că nu poate fi identificat tipul defectului decât după o

analiză amănunțită a spectrului de curent sau de putere, iar acest lucru implică aparatură

suplimentară și un operator priceput.

2.4. Principii de proiectare a unui sistem de monitorizare a defectelor

rotorice

Sistemul de monitorizare a defectelor este bazat pe metoda amprentei curentului

statoric.

În mod normal, se face inregistrarea parametrilor pentru cele 3 faze ale motorului,

însă pentru simplificarea implementării și reducerea costului de dezvoltare se va realiza

monitorizarea parametrilor pentru o singură fază a motorului electric. Monitorizarea variației

tensiunii de alimentare este necesară pentru a putea neglija eventualele erori aparute datorita

variației incorecte a acesteia. Variația necorespunzatoare a curentului electric permite

detectarea erorilor de funcționare, determinate de problemele aparute în structura hardware a

motorului electric.

S-a realizat proiectarea sistemului care se dorește să se construiască în vederea

monitorizării parametrilor de funcționare ai motoarelor electrice.

Sistemul include un modul de achiziție a datelor, reprezentat de o platforma Arduino

Mega 2560 (Fig. 2.7), conectată la un calculator prin intermediul portului USB, un modul de

extensie, care conține senzori specifici pentru măsurarea valorilor parametrilor, și o aplicație

software de preluarea a informațiilor înregistrate de modulul de achiziție.

În Fig. 2.6 este prezentată schema bloc a sistemului de monitorizare pentru motoarele

asincrone trifazate.


28

Fig. 2.6. Schema bloc a sistemului de monitorizare

Aplicatia software va realiza prelucrarile necesare ale informațiilor în vederea

vizualizării corespunzatoare a acestora și va permite stocarea lor pentru vizualizari ulterioare,

sub forma de fișiere electronice.

Fig. 2.7. Dispozitiv electronic necesar sistemului de monitorizare defecte

Aplicatie firmware instalată în cadrul modulului de achiziție a datelor, permite

înregistrarea informațiilor referitoare la tensiunea de intrare și curentul utilizat în timpul

funcționării motorului supus testării.

Aplicatia client a sistemului de monitorizare permite utilizatorului atât stocarea

informațiilor înregistrate de către modulul de achiziție cât și vizualizarea informațiilor

înregistrate sub forma grafică. Reprezentarea grafică permite utilizatorului determinarea

eventualelor defecte de funcționare ale motorului, prin detecția punctelor de alterare a

semnalelor sinusoidale, reprezentative pentru tensiunea de intrare și a curentului utilizat în

timpul funcționării motorului.

Pentru fiecare test efectuat cu motorul se salvează informații referitoare la data și ora

efectuării testului, o denumire a testului efectuat și o mică descriere a acestuia (Fig. 2.8).

Fig. 2.8. Salvarea unui nou test în aplicație


29

În timpul realizării unui test utilizatorul poate porni și opri alimentarea cu energie a

motorului electric cât și pornirea și oprirea procesului de monitorizare. Modulul de extensie

înregistrează informații specifice testării doar în perioada în care procesul de monitorizare

este pornit. În timpul realizării unui test informațiile înregistrate se pot vizualiza sub forma

grafică (Fig. 2.9).

Fig. 2.9. Vizualizarea formelor curenților și a tensiunii din timpul testului

În același mod se pot vizualiza informațiile specifice altor teste efectuate anterior.

Utilizatorul trebuie doar să selecteze testul anterior realizat în vederea vizualizării

informațiilor specifice acestuia (Fig. 2.10).

Fig. 2.10. Lista cu testele efectuate și salvate

Ulterior, aplicației i se pot adaugă noi functionalități în vederea detecției automate a

defectelor aparute în timpul funcționării motorului și eventual a tipului și sursei acestuia.

Pentru validarea acestui sistem de monitorizare sunt necesare teste de laborator.

2.5. Concluzii

În monitorizarea funcționării motorului asincron este importantă identificarea și

localizarea defectelor. Metodele de diagnoză în motorul electric asincron sunt clasificate după

mai multe criterii: în funcție de principalele componente constructive și în funcție de

indicatorul de diagnosticare. Fiecare din aceste metode au avantaje și dezavantaje.

Metode de diagnoză a defectelor rotorice - metoda bazată pe analiza amprentei

curentului motorului, metoda măsurării rezistenței echivalente a rotorului, metoda măsurării

variației fluxului magnetic, metoda comparării parametrilor tehnici ai motorului asincron –

permit identificarea și localizarea defectelor de tip: goluri de material sau porozitate,

înclinație greșită a barelor rotorice, material necorespunzător. Limitările care apar în

identificarea și localizarea defectelor sunt legate în special de precizia echipamentelor de

monitorizare și în special de modul de prelucrare a semnalelor obținute. Modelarea și

simularea cu metoda elementelor finite poate să completeze tehnicile actuale de monitorizare.


30

3. MODELAREA MOTORULUI ASINCRON TRIFAZAT CU

BARĂ ROTORICĂ ÎNTRERUPTĂ

O diagnoză adecvată, aplicată oricărui tip de motor electric, presupune o bună

fundamentare teoretică. Prin utilizarea instrumentelor de simulare se pot evidenția efectele

cauzate de defecte asupra performanțelor motorului electric și se pot stabili indicatori de

diagnoză pentru identificarea și localizarea defectelor.

Analiza bazată pe metode numerice permite observarea schimbării parametrilor

electrici, magnetici și mecanici ai motorului electric ca urmare a procesului de defectare, fără

a fi nevoie de scoaterea din funcțiune a acestuia, sau experimentarea în laboratoare. Ideea

principală este de a înțelege comportamentul electric, magnetic și mecanic a motorului

electric atât în stare sănătoasă cât și în condiții de defect (avarie).

În acest capitol este descrisă modelarea motoarelor asincrone trifazate cu rotor în

scurtcircuit de mică și medie putere cu metoda elementelor finite și se prezintă rezultatele

obținute la simularea motoarelor cu defect de tip bara rotorică întreruptă, utilizând pachetul

FLUX V11.1.2 2D, în vederea stabilirii unor indicatori eficienți de diagnosticare.

3.1. Modelarea analitică a motorului fără/cu bară rotorică întreruptă

Modelarea analitică a motorului asincron sta la baza analizei numerice efectuate

pentru punerea în evidentă a defectelor de tip bară rotorică întreruptă.

Teoria modelării motoarelor electrice este descrisă de ecuațiile diferențiale ale lui

Maxwell, în care sunt neglijaţi curenţii de deplasare, datorită frecvenței reduse a sursei de

alimentare [117].

JH (3.1)

t

BE

(3.2)

0 B (3.3)

În aceste relaţii:

H - intensitatea câmpului magnetic [A/m];

B – inducţia magnetică [T];

J - densitatea curentului electric de conducţie [A/m2];

E - intensitatea campului electric [V/m];

t – variabila timp [s].

Mărimile câmpului magnetic și electric sunt legate de proprietăţile de material prin

următoarele relații:

BBH 2 (3.4)


31

EJ , (3.5)

unde 2B este reluctivitatea magnetică sau reluctanța specifică magnetică (valoarea inversă

a permeabilității magnetice), este conductivitatea electrică a materialului în S/m.

În domeniul de dependență de timp şi cu luarea în considerare a curenților Foucault,

vectorii intensitate a campului electric E și inducție magnetică B sunt exprimate prin mărimea

vectorială potențialul magnetic vector A (în Wb/m) și mărimea electrică scalară potențialul

electric rU (în V), cu relaţiile:

rUt

AE

(3.6)

AB (3.7)

Pentru modelelarea câmpului sunt luate în considerare două tipuri de materiale

conductoare: conductoare solide, care corespund părţilor constituente masive ale motorului şi

conductoare multifilare, care asigură distribuția omogenă a curentului în secțiunea

transversală a bobinei. Sensul curentului este stabilit de către vectorul unitate 1d , după

cum urmează:

r

m

n

s

ncn

Ut

A

S

INd

J

Conductoare multifilare statorice

(3.8)

Conductoare solide pentru bare rotorice

Pentru dezvoltarea modelului matematic al motorului electric trifazat asincron, se

consideră repartiţia câmpului magnetic în planul transversal bi-dimensional (x, y).

Prin înlocuirea potențialului magnetic vector tyxAA z ,,,0,0 în relațiile (3.1)-()

se obține:

L

U

t

tyxA

S

INd

y

tyxAB

yx

tyxAB

x

r

mz

n

s

ncn

zz

,,

,,,, 22

(3.9)

Pentru modelare, este facil să se utilizeze ca circuit de alimentare o sursă de tensiune

trifazată, specifică, ce conduce la obţinerea unei soluții combinate, între câmpul magnetic și

ecuațiile circuitului electric. Înfășurările statorului sunt în modelate ca fiind conductoare

multifilare iar barele rotorului sunt modelate ca fiind conductoare solide, în care se consideră

efectul curenților Foucault [17], [59], [73], [84], [171].


32

3.2. Modelarea numerică în mediu FLUX 2D

3.2.1. Descrierea metodei

Fundamentarea unei metode precise de diagnoză presupune o analiză amănunţită

asupra consecinţelor defectelor asupra parametrilor de funcţionare ai motorului. În acest sens,

metoda elementelor finite (FEM) poate fi utilizată cu succes, deoarece ia în considerare

neliniaritatea materialului magnetic fiind potrivită pentru investigarea comportamentului

motorului cu defecte [31].

Pentru a reduce complexitatea modelului şi prin urmare a timpului de calcul, în

modelarea FEM a motorului asincron s-au acceptat următoarele ipoteze [130]:

- Motorul asincron este considerat o entitate 2D;

- Aerul care înconjoara motorul şi arborele rotorului nu sunt modelate;

- Bobinele sunt modelate considerand că au conductoarele distribuite în mod egal în

crestături;

- Barele rotorice rupte sunt modelate prin creşterea valorii rezistivităţii materialului

constituent al barei de 105 ori mai mult decât valoarea iniţială [131].

Pentru efectuarea calculelor de FEM este necesar să se realizeze discretizarea

geometriei motorului în elemente componente. Pentru aceasta, s-au considerat trei tipuri de

motoare asincrone trifazate de mică şi medie putere, a căror specificații și parametrii sunt

prezentaţi în Tabelul 3.1.

Tabel 3.1. Specificațiile și parametrii motoarelor asincrone trifazate analizate

MASI37 MASI55 MASI750

Gabarit 63 71 132

Putere [W] 370 550 7500

Turatie [rot/min] 1500 3000 1500

Mod de funcţionare S1 (funcţionare

continuă)

S1 (funcţionare

continuă)

S1 (funcţionare

continuă)

Tensiune nominală [V] 230/400 230/400 400/690

Conexiune stea stea stea

Frecvenţa [Hz] 50 50 50

Grad de protecţie IP55 IP55 IP55

Clasa de izolaţie F F F

Lungimea pachetului de tole (fier)

[mm] 85 60 190

Întrefier [mm] 0.225 0.25 0.350

Diametrul conductorului de cupru

[mm] 0.442 (ET1) 0.516 (ET2) 1+1.05

Numărul de spire în crestătură 143 86 27

Numărul de căi de curent în paralel 1 1 1

Numărul de crestături statorice 24 24 36

Numărul de bare rotorice 22 20 28

Randament [%] 64.37 76.8 87.96

Factor de putere 0.73 0.67 0.7605


33

Cuplu de pornire/Cuplu nominal 2.51 2.73 3.16

Curentul de pornire/Curentul

nominal 3.21 5.19 9.36

Alunecarea [%] 15.13 5.2 2.7

Rezistenţa înfăşurării statorice la

20ºC [Ω] 25.12 15.35 1.267

Curentul nominal [A] 1.09 1.27 16.2

Pentru modelarea motorului asincron cu suportul software-ului FLUX 2D se parcurg

etapele de mai jos [79], [107], [170].

3.2.2. Realizarea geometriei motoarelor şi definirea reţelei de elemente finite

a) Definirea parametrilor motorului

b) Crearea sistemelor de coordonate pentru motor

c) Crearea diametrelor interioare şi exterioare ale motorului pentru realizarea finală a

geometriei motorului

d) Controlarea reţelelor de elemente finite pentru punctele şi liniile care alcătuiesc

geometria motorului.

Parametrii geometrici aferenți motoarelor electrice asincrone studiate sunt dați în

Tabelul 3.2.

Tabel 3.2. Parametri geometrici pentru MASI37, MASI55 și MASI750

PARAMETRI MASI37 [mm] MASI55 [mm] MASI750 [mm]

Diametru exterior stator 90.2 116.3 200

Diametru interior stator 50 65 125

Înălțime crestătură 10.5 8.5 19

Deschidere crestătură 2.15 2.2 2.8

Înălțime deschidere crestătură 0.5 0.5 0.5

Rază inferioară crestătură 0.5 0.7 0.7

Rază superioară crestătură 1 3.05 2

Lățime întrefier 0.225 0.25 0.35

Diametru exterior rotor 49.55 64.5 124.3

Diametru interior rotor 18 22 48

Înălțime bară 9.3 6.95 17.66

Deschidere bară 0.8 0.75 1

Înălțime deschidere bară 0.55 0.75 0.75

Rază inferioară bară 0.59 1.8 1.62

Rază superioară bară 1.605 2.255 3.08

Pentru modelul din această lucrare, rafinarea a fost făcută la părţile inferioară şi

superioară ale barelor rotorice, la partea inferioară a crestăturii statorice şi la intrefier.

e) Generarea, verificarea şi salvarea reţelelor de elemente finite

Caracteristicile reţelei de elemente finite pentru motoarele studiate sunt prezentate în

Tabel .


34

Tabel 3.3. Elementele reţelei pentru motoarele asincron MASI37, MASI55 și MASI750


Procentul de elemente ce nu au fost evaluate 0% 0% 0%

Procentul de elemente de calitate excelentă 99.34% 99.21% 99.64%

Procentul de elemente de calitate bună 0.65% 0.79% 0.36%

Procentul de elemente de calitate medie 0% 0% 0%

Procentul de elemente de calitate slabă 0% 0% 0%

Numărul de noduri 51868 42541 76321

Numărul de elemente de linie 3767 3299 5572

Numărul de elemente de suprafaţă 25903 21246 3124

Ordinul elementelor reţelei 2 2 2

3.2.3. Definirea materialelor care intră în componenţa motoarelor

Materialele pot fi importate din baza de date a software-lui sau pot fi definite de

utilizator în funcţie de curba B-H ori în funcţie de rezistivitate.

În urma definirii materialelor a fost creată o bază de date proprie. Caracteristica B-H

pentru tabla electrotehnică M700-65A este prezentată în Fig. 3.6 [32].

Fig. 3.6. Caracteristica de magnetizare a materialului M700-65A

3.2.4. Crearea circuitului electric de alimentare al motoarelor

Schema electrică a statorului şi a coliviei rotorului este prezentată în Fig. 3.7. Se

menționează că aceeași schemă, cu valori diferite este utilizată pentru toate motoarele

analizate.

Fig. 3.7. Circuitul electric pentru motoarele analizate


35

În schema din Fig. 3.7 semnificaţia mărimilor este:

Z – impedanţa de legare la pământ;

VA, VB, VC – tensiunile de alimentare pentru fazele A, B și C;

BA, BB, BC – module bobine pentru fazele A, B și C;

LA, LB, LC – inductanțe capetelor de înfășurare a bobinelor pentru fazele A, B și C.

Schemele de bobinaj aferente motoarelor MASI37, MASI55 și MASI750 sunt

ilustrate mai jos.

MASI37: 1500 rot/min



Fig. 3.8. Schemele de bobinaj ale motoarelor asincrone trifazate studiate

a) Calculul circuitului electric de alimentare al motorului asincron

În Tabelul 3.4 sunt date rezultatele parametrilor calculați ai motoarelor MASI37,

MASI55 și MASI750.

Tabel 3.4. Rezultatele parametrilor calculați pentru motoarele analizate

Parametri MASI37 MASI55 MASI750

BA [Ω] 25.12 15.35 1.267

BB [Ω] 25.12 15.35 1.267

BC [Ω] 25.12 15.35 1.267

LA [H] 0.012745392 0.017805176 0.002064546

LB [H] 0.012745392 0.017805176 0.002064546

LC [H] 0.012745392 0.017805176 0.002064546

Rr [Ω] 2.65354E-6 1.82876E-6 1.36013E-6

Lr [H] 1.89985E-9 2.09512E-9 4.56936E-9


36

3.2.5. Definirea problemei de rezolvat

a) Definirea proprietăţilor fizice.

Se realizează legătura între circuitul electric exterior şi geometrie şi se defineşte

sensul curentului prin bobine.

Este necesară, de asemenea, definirea părţilor mecanice fixe şi mobile ale motorului.

În cazul de faţă, statorul este partea fixă, rotorul este partea mobilă având viteza şi poziţia

egale cu 0 rot/min, respectiv 0 grade la timpul t=0 s și momentul de inerţie J, măsurat

experimental cu valorile prezentate în Tabelul 3.5. Întrefierul este definit ca fiind partea

compresibilă.

Tabel 3.5. Momentele de inerție ale motoarelor electrice asincrone modelate

J [kgm2]

MASI37 0.00032

MASI55 0.00083

MASI750 0.0310

b) Simularea problemei de rezolvat.

c) Analiza rezultatelor.

3.3. Simulări în regim staționar la motoarele cu bare rotorice întrerupte

Pentru calculul numeric al motoarelor în mediu FLUX 2D MASI37, MASI55 și

MASI750 a fost ales modulul Steady State AC. Adâncimea domeniului motoarelor este

prezentată pentru fiecare motor analizat în Tabelul 3.6.

Tabel 3.6. Adâncimea domeniului motoarelor asincrone modelate

LFe [mm]

MASI37 85

MASI55 60

MASI750 190

Pentru simularea motoarelor în regim staționar, s-au considerat valorile nominale ale

tensiunilor de alimentare și unghiurile de defazaj, definite în regimul staționar (Tabelul 3.7),

cu frecvența stabilită la 50 Hz. Se consideră funcționarea motorului la sarcină nominală,

valorile alunecării pentru fiecare motor fiind cele prezentate în Tabelul 3.1.

Tabel 3.7. Tensiunile de alimentare și unghiurile de defazaj pentru fiecare fază definite în

modulul regimului staționar

Denumire Faza MASI37 MASI55 MASI750

VA [V] 0⁰ 3/400 3/690

VB [V] -120⁰ 3/400 3/690


37

VC [V] 120⁰ 3/400 3/690

În continuare, sunt prezentate rezultaltele simulării pentru fiecare din motoarele

analizate.

3.3.1. Simulări la MASI37

Pentru motorul asincron de putere P=0.37 kW (MASI37) rezultatele și analiza

simulărilor sunt prezentate în continuare.

a) Curenți statorici

În Tabelul 3.8 sunt prezentate valorile curenţilor statorici de fază obținuți în regim

staţionar, pentru motorului MASI37, fără şi cu defecte rotorice de tip bare rupte.

S-a calculat coeficientul de nesimetrie al curentului statoric de fază cu relația:

100max

smed

smedsIs

I

IIk (3.15)

unde Ismax este valoarea maximă a curentului de fază, iar Ismed este media aritmetică a

curenților statorici.

Tabel 3.8. Valorile curenţilor statorici de fază și a coeficientului de nesimetrie pentru

MASI37

Număr bare întrerupte IA [A] IB [A] IC [A] kIs [%]

0 1.07 1.08 1.07 0.62

1 1.04 1.04 1.08 2.53

2 1.00 1.02 1.08 4.53

3 0.9 1.02 1.07 7.36

Din tabel se poate observa că nesimetria curenţilor statorici crește odată cu creşterea

numărului de bare rupte.

b) Cuplul electromagnetic

În Tabelul 3.9 și Fig. 3.9 este prezentată variația cuplului electromagnetic, în regim

staţionar, pentru motorului MASI37, fără şi cu defecte rotorice de tip bare rupte.

Variația relativă a cuplului electromagnetic ΔM este calculată cu relația:

1000

0

M

MMM (3.16)

unde M0 reprezintă cuplul electromagnetic pentru MASI fără bare întrerupte, iar M este

cuplul corespunzător motorului cu una, două sau trei bare întrerupte.

Tabel 3.9. Variația cuplului electromagnetic pentru MASI37

Număr bare întrerupte 0 1 2 3

M [Nm] 2.53 2.52 2.45 2.32

M [%] 100 99.60 96.84 91.70


38

ΔM [%] - -0.4 -3.16 -8.30

Fig. 3.9. Variația cuplului electromagnetic pentru MASI37 fără/cu bare întrerupte

Se observă că valoarea cuplului electromagnetic scade cu creşterea numărului de bare

întrerupte, ceea ce indică faptul că metoda măsurării cuplului electromagnetic este adecvată

pentru identificarea defectelor de tip bară întreruptă.

c) Curenții rotorici

Valorile curenților în barele rotorice pentru MASI37 oținute prin simulări sunt

prezentate tabelar în Anexa 3.

În Tabelul 3.10 sunt prezentate valorile medii Ibmed și maxime Ibmax ale curenților în

barele rotorice precum și valorile factorului de nesimetrie a curenților kIb.

S-a calculat coeficientul de nesimetrie a curenților în bara rotorică kIb cu relația:

100max

bmed

bmedbIb

I

IIk (3.17)

unde Ibmax este valoarea maximă a curentului în bară, iar Ibmed este media aritmetică a

curenților în barele rotorice.

Tabel 3.10. Nesimetria curenților în barele rotorice pentru MASI37

Număr bare întrerupte Ibmed [A] Ibmax [A] kIb [%]

0 143.40 149.60 4.32

1 138.53 169.90 22.60

2 132.09 195.89 48.30

3 124.34 206.02 65.69

În Fig. 3.10 și Fig. 3.11 este reprezentată distribuția curenţilor în barele rotorice atât

pentru cazul motorului MASI37 fără/cu una, două sau trei bare întrerupte.


39

a) b)

c) d)

Fig. 3.10. Distribuția curenţilor în barele rotorice pentru MASI37 fără/cu bare întrerupte: a) fără bare

întrerupte; b) bara 1 întreruptă; c) barele 1 și 2 întrerupte; d) barele 1, 2 și 3 întrerupte

Fig. 3.11. Distribuția comparativă a curenților în barele rotorice pentru MASI37 fără și cu bare

întrerupte

Verificarea datelor obținute s-a realizat prin calculul cu metoda analitică a curentului

din bara rotorică [110], cu relația:

fw

Ib IZ

kmwkI 1

2

112 (3.18)

unde kI este coeficient pentru calculul circuitului rotoric în funcție de factorul de putere, la

sarcină nominală; m este numărul de faze; kw1 este factorul de înfășurare pentru armonica

fundamentală de spațiu a înfășurării primare; w1 este numărul de spire al înfășurărilor primare

și I1f este curentul pe fază în înfășurarea primară în A.


40

Pentru motorul cu P=0.37 kW fără defect rotoric cu relația (3.18) s-a obținut curentul

în bara rotorică 141.3 A, ceea ce este apropiat ca valoare de media curentului obținut la

simulare Ibmed=143.4 A (Tabelul 3.10).

Aceasta confirmă că datele obținute prin simulare corespund cu cele obținute prin

metoda analitică.

În Tabelul 3.11 și Fig. 3.12 sunt prezentate comparativ bară cu bară, valorile relative

ale curentului rotoric în cazul rotorului cu o bară, două bare, respectiv trei bare întrerupte.

Variația relativă a curentului în bara rotorică se determină cu relația:

1000

0

bi

biijb

bjI

III (3.19)

unde Ibij reprezintă curentul pe bara i (i=1,2,3,...,22) corespunzător defectului j (j=1,2,3), iar

Ibi0 este curentul în bara i pentru rotorul fără defect.

Tabel 3.11. Variația relativă a curentului în barele rotorice pentru motoriul MASI37

Bară 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

ΔIb1 [%] -100 23 11 6 -1 -4 -2 0 1 -2 -5 -4 -2 1 0 -3 -4 -3 -3 -5 1 26

ΔIb2 [%] -100 -100 32 19 3 -6 -6 -1 2 -2 -8 -9 -5 1 1 -5 -8 -7 -6 -9 0 39

ΔIb3 [%] -100 -100 -100 48 18 -3 -10 -4 2 -1 -9 -14 -11 -1 2 -4 -11 -12 -10 -13 -3 47

a) b)

c)

Fig. 3.12. Variația relativă a curentului în barele rotorice pentru MASI37 cu bare întrerupte: a) o bară

întreruptă; b) două bare întrerupte; c) trei bare întrerupte

În reprezentările grafice din Fig. 3.12 variația de -100 % corespunde cazului de defect

tip bară întreruptă.


41

Constatări:

Când o bară este întreruptă total sau parţial, o parte din curentul care trecea iniţial prin

bară va fi redistribuit în barel alăturate. Spre exemplu în cazul motorului MASI37,

curentul din bara rotorică 22 creşte de la 135.3 A - fără defect, la 198.6 A - trei bare

întrerupte, adică o creştere relativă a curentului cu 47 %;

Factorul de nesimetrie a distribuției curenților statorici crește de la 0.62 % la 7.36 %;

Factorul de nesimetrie a distribuției curenților rotorici crește de la 4.32 % la 65.69 %

odată cu creșterea numărului de bare întrerupte. Această nesimetrie se reflectă în

variația de flux magnetic, cuplul electromagnetic și curent statoric.

Metodele de diagnoză bazate pe amprenta curentului statoric, măsurarea fluxului

magnetic, vibrodiagnoză sunt eficiente în diagnoza defectelor rotorice


Constatări:



curentul din bara rotorică 20 creşte de la 138.91 A - fără defect, la 181.39 A - trei bare

întrerupte, adică o creştere relativă a curentului cu 31 %;

Factorul de nesimetrie a distribuției curenților statorici crește de la 0.52 % la 7.08 %;

Factorul de nesimetrie a distribuției curenților rotorici crește de la 5.20 % la 55.60 %

odată cu creșterea numărului de bare întrerupte. Această nesimetrie se reflectă în

variația de flux magnetic, cuplul electromagnetic și curent statoric.


magnetic, vibrodiagnoză sunt eficiente în diagnoza defectelor rotorice.

În cazul MASI55, curentul din bara rotorică 20 creşte de la 138.9 A, pentru motorul

fără defect, la 181.4 A, în cazul motorului cu 3 bare rupte, adică o creştere relativă a

curentului cu 31%.


Constatări:



curentul din bara rotorică 13 creşte de la 413.85 A - fără defect, la 600.47 A - cinci

bare întrerupte, adică o creştere relativă a curentului cu 45 %;

Coeficientul de nesimetrie a distribuției curenților statorici crește de la 0.53 % la

5.44 %;

Coeficientul de nesimetrie a distribuției curenților rotorici crește de la 12.6 % la 68.43

% odată cu creșterea numărului de bare întrerupte. Această nesimetrie se reflectă în

variația de flux magnetic, cuplul electromagnetic și curentul statoric.


magnetic, vibrodiagnoză sunt eficiente în diagnoza defectelor rotorice.


42

3.3.4. Studiul comparativ privind influența materialului pentru circuitul magnetic

În cadrul simulărilor efectuate pentru motorul de putere P=7.5 kW fără și cu bare

întrerupte, în regim staționar, autoarea realizează o analiză detaliată a distribuției de câmp

magnetic din întrefierul motorului [32].

Astfel, este propusă o abordare detaliată a barelor întrerupte în cazul utilizării a două

tipuri de materiale pentru circuitul magnetic M700-65A (cu 7 W/kg la 50 Hz și 1.5 T) și

M400-65A (cu 4 W/kg la 50 Hz și 1.5 T), producător S.C. ERDEMIR România S.R.L.

Caracteristicile B-H pentru tabla electrotehnică M700-65A, respectiv M400-65A, este

reprezentată în Fig. 3.21.

Fig. 3.21. Caracteristica de magnetizare pentru tabla electrotehnică M700-65A, M400-65A

În această analiză este neglijat efectul histerezisului magnetic, ipoteza considerată

fiind aceea că materialul magnetic pentru miezul feromagnetic al motorului este izotropic şi

neliniar [170].

Pentru motorul asincron cu P=7.5 kW, asemănător cazurilor anterioare de modelare,

înfășurările statorului sunt modelate ca fiind conductoare multifilare iar barele rotorului sunt

modelate ca fiind conductoare solide, în care se consideră efectul curenților Foucault.

Materialul conductor pentru bara rotorică este aluminiu și are rezistivitatea, în cazul

motorului fără defect, ρ=2.87e-8

[Ωm]. Circuitul de cuplare și pașii de calcul ai parametrilor

acestuia au fost descriși în detaliu în [31]. Pentru simulare, s-au considerat valorile nominale

ale tensiunilor de alimentare cu frecvența stabilită la 50 Hz. Se consideră funcționarea

motorului la sarcină nominală.

Sunt prezentate în continuare rezultatele simulărilor efectuate.

În Fig. 3.22 este prezentată distribuția liniilor de câmp magnetic în cazul motorului de

inducție fără/cu bare întrerupte pentru cele două tipuri de materiale magnetice.

a) M700-65A b) M700-65A c) M700-65A


43

d) M400-65A e) M400-65A f) M400-65A

Fig. 3.22. Distribuția liniilor de câmp magnetic pentru motorul asincron cu P=7.5 kW: a) fără defect -

M700-65A; b) două bare întrerupte - M700-65A; c) cinci bare întrerupte - M700-65A; d) fără defect -

M400-65A; e) două bare întrerupte - M400-65A; f) cinci bare întrerupte - M400-65A

Se observă că în regim staționar distribuția liniilor de câmp magnetic se modifică la

întreruperea barelor rotorice pentru ambele tipuri de materiale magnetice. Acest fapt se

datorează curenților care trec din barele întrerupte în barele alăturate. Barele întrerupte duc la

o saturație magnetică ridicată în jurul lor și, corespunzător, în jurul crestăturilor statorice și

prin urmare la o asimetrie ridicată a fluxului magnetic.

În Tabelul 3.20 sunt prezentate valorile efective ale potențialului magnetic vector în

întrefier pentru motorul fără/cu bare întrerupte pentru cele două materiale utilizate.

Tabel 3.20. Valorile efective ale potențialului magnetic vector în întrefier

Condiția Materiale A [Wb/m] Variația relativă [%]

Fără defecte (NBB) M700-65A 0.0205 -

M400-65A 0.0204 -

Două bare întrerupte

(2BB)

M700-65A 0.0207 1.27

M400-65A 0.0206 0.93

Cinci bare întrerupte

(5BB)

M700-65A 0.0216 5.52

M400-65A 0.0212 3.57

Valorile potențialului magnetic vector în întrefierul motorului fără/cu defecte pentru

cele două materiale sunt apropiate ca valoare. În cazul unui defect de întrerupere a cinci bare

rotorice materialul M400-65A, cu pierderi în fier mai mici, are o variație a potențialului

magnetic vector de 3.57 % față de 5.52 % în cazul materialului M700-65A.

În Fig. 3.23 este ilustrată componenta normală, a inducției magnetice în întrefier când

motorul nu are/are defecte pentru M700-65A și M400-65A.


44

a) b)

c) d)

e) f)

Fig. 3.23. Componenta normală a inducției magnetice în întrefier pentru motorul asincron cu P=7.5 kW:

a) fără defect - M700-65A; b) două bare întrerupte - M700-65A; c) cinci bare întrerupte - M700-65A; d)

fără defect - M400-65A; e) două bare întrerupte - M400-65A; f) cinci bare întrerupte - M400-65A

Se observă că valoarea efectivă a componentei normale a inducției magnetice din

întrefier crește cu întreruperea barelor rotorice. Apare o distorsiune a componentei normale

pentru cazul motorului cu două, respectiv, cinci bare întrerupte care este datorată distribuției

curentului în barele rotorice alăturate barelor întrerupte.

Valoarea maximă a inducției magnetice în dinții statorici, luată pentru doi poli, sunt

prezentate în Tabelul 3.21 și Tabelul 3.22.

Tabel 3.21. Valoarea maximă a inducției magneticeă în dinții statorului pentru M700-65A

Nr. dinte M700-65A

BNBB [T] B2BB [T] ΔB2BB [%] B5BB [T] ΔB5BB [%]

1 1.49 1.39 -0.07 1.19 -0.20


45

2 1.27 1.23 -0.03 1.24 -0.02

3 0.95 0.9 -0.05 0.89 -0.06

4 1.47 1.39 -0.05 1.27 -0.14

5 1.08 1.06 -0.02 1.1 0.02

6 0.84 0.73 -0.13 0.55 -0.35

7 0.44 0.36 -0.18 0.2 -0.55

8 -0.18 -0.16 -0.11 -0.21 0.17

9 -0.05 0.29 -6.80 0.36 -8.20

10 -0.09 0.58 -7.44 0.94 -11.44

11 0.04 -0.16 -5.00 -0.2 -6.00

12 -0.48 -0.44 -0.08 -0.33 -0.31

13 -0.27 -0.34 0.26 -0.27 0.00

14 0.31 -0.44 -2.42 -0.72 -3.32

15 -0.09 -0.15 0.67 -0.23 1.56

16 -0.07 -0.13 0.86 -0.17 1.43

17 0.77 0.69 -0.10 0.44 -0.43

18 1.23 1.17 -0.05 0.96 -0.22

Tabel 3.22. Valoarea maximă a inducției magneticeă în dinții statorului pentru M400-65A

Nr. dinte M400-65A

BNBB [T] B2BB [T] ΔB2BB [%] B5BB [T] ΔB5BB [%]

1 1.47 1.4 -0.05 1.26 -0.14

2 1.3 1.28 -0.02 1.29 -0.01

3 0.95 0.92 -0.03 0.91 -0.04

4 1.39 1.32 -0.05 1.22 -0.12

5 1.08 1.07 -0.01 1.1 0.02

6 0.78 0.69 -0.12 0.56 -0.28

7 0.42 0.38 -0.10 0.28 -0.33

8 -0.18 -0.16 -0.11 -0.2 0.11

9 -0.04 0.22 -6.50 0.28 -8.00

10 -0.07 0.39 -6.57 0.75 -11.71

11 0.04 -0.15 -4.75 -0.25 -7.25

12 -0.46 -0.42 -0.09 -0.34 -0.26

13 -0.27 -0.32 0.19 -0.26 -0.04

14 0.14 -0.44 -4.14 -0.68 -5.86

15 -0.11 -0.16 0.45 -0.23 1.09

16 -0.07 -0.11 0.57 -0.14 1.00

17 0.78 0.7 -0.10 0.49 -0.37

18 1.21 1.14 -0.06 0.99 -0.18

În dinții statorici 9, 10 și 11 valoarea inducției magnetice variază pentru ambele

materiale, atât în cazul întreruperii a două bare (2BB), cât și în cazul întreruperii a cinci bare

rotorice (5BB), față de cazul rotorului fără defect (NBB). Astfel, în cazul materialului M700-


46

65A, în dintele 10, valoarea inducției magnetice variază cu 7.44 % pentru două bare

întrerupte și cu 11.44 % pentru cinci bare întrerupte.

Constatări:

este necesară utilizarea de materiale magnetice de înaltă calitate în construcția

circuitului magnetic al motoarelor asincrone;

variația potențialului magnetic vector conduce la creșterea componentelor armonice

ale câmpului magnetic în întrefier, respectiv la prezența armonicilor de curent, putere

și cuplu electromagnetic;

se justifică astfel utilizarea metodei de diagnoză a defectelor de bară rotorică

întreruptă bazate pe măsurarea fluxului magnetic în întrefier, vibrodiagnoză, amprenta

curentului statoric.

3.3.5. Analiză comparativă

În Tabelul 3.23 sunt prezentați comparativ factorii de nesimetrie pentru motoarele de

puteri 0.37 kW, 0.55 kW și 7.5 kW cu și fără defect de bară rotorică întreruptă.

Tabel 3.23. Comparație între factorii de nesimetrie ai motoarele analizate fără și cu defect de

bară rotorică întreruptă

Nr. Bare

întrerupte


kIs [%] kIb [%] kIs [%] kIb [%] kIs [%] kIb [%]

0 0.62 4.32 0.52 5.20 0.53 12.60

1 2.53 22.60 1.86 23.50 - -

2 4.53 48.30 4.09 40.77 - -

3 7.36 65.69 7.08 55.60 - -

5 - - - - 5.44 68.43

Constatări:

Coeficientul de nesimetrie a distribuției curenților statorici crește cu creșterea

numărului de bare rotorice întrerupte de la 0.62 % la 7.36 % pentru MASI37, de la

0.52 % la 7.08 % pentru MASI55 și de la 0.53 % la 5.44 % pentru MASI750;

Coeficientul de nesimetrie a distribuției curenților rotorici crește considerabil cu

creșterea numărului de bare întrerupte și anume de la 4.32 % la 65.69 % pentru

MASI37, de la 5.20 % la 55.60 % pentru MASI55 și de la 12.60 % la 68.43 % pentru

MASI750. Această nesimetrie se reflectă în variația de flux magnetic, cuplul

electromagnetic și curent statoric;

Factori de diagnosticare eficienți sunt variația valorii efective a curentului statoric și

coeficientul de nesimetrie al sistemului de curenți statorici.

3.4. Simulări în regim tranzitoriu la motoarele cu bare rotorice întrerupte

Pentru calculul numeric al motoarelor în mediu FLUX 2D MASI37, MASI55 și

MASI750 a fost ales modulul Transient Magnetic. Adâncimea domeniului motoarelor este

prezentată pentru fiecare motor analizat în Tabelul 3.6.

Pentru simularea motoarelor în regim tranzitoriu s-au definit tensiunile de alimentare

(Tabelul 3.24).


47

Tabel 3.24. Tensiunile de alimentare și unghiurile de defazaj pentru fiecare fază definite în

regimului tranzitoriu

Denumire MASI37 MASI55 MASI750

VA [V] tsin3

2400

tsin3

2690

VB [V]

3

2sin

3

2400

t

3

2sin

3

2690

t

VC [V]

3

2sin

3

2400

t

3

2sin

3

2690

t

În continuare sunt prezentate rezultatele obținute pentru simulări efectuate pe un

interval de 1 s.


a) Distribuția câmpului magnetic

În Fig. 3.24 sunt prezentate rezultatele obținute pentru distribuția liniilor de câmp

magnetic la MASI37 fără și cu defecte de bară întreruptă în regim tranzitoriu, pentru

t=0.002 s.

a) b)

c) d)

Fig. 3.24. Distribuția fluxului magnetic în MASI37 la pornire pentru t=0.002 s: a) fără defect; b) o bară

întrerupă; c) două bare întrerupte; d) trei bare întrerupte


48

În Fig. 3.25 se prezintă distribuția componentei normale a inducției magnetice în

întrefier pe circumferința statorului.

a) b)

c) d)

Fig. 3.25. Componenta normală a inducției magnetice în întrefier în funcție de circumferința statorului

pentru MASI37: a) fără defect; b) o bară întrerupă; c) două bare întrerupte; d) trei bare întrerupte

Se observă că întreruperea barelor distorsionează distribuția fluxului magnetic atât în

jurul acestora cât și în dinții statorului, rezulând o asimetrie ridicată.

b) Cuplul electromagnetic

În Fig. 3.26 sunt ilustrate comparativ variațiile în timp ale cuplului electromagnetic

pentru MASI37 fără/cu bare întrerupte la pornire (t=0.09 s) și în regim stabilizat (t=0.36 s).

a) b)

Fig. 3.26. Variația în timp a cuplului electromagnetic fără/cu bare întrerupte pentru MASI37: a) la

pornire (t=0.09 s); b) în regim stabilizat (t=0.36 s)


49

Se observă că în cazul motoarelor cu bare întrerupte stabilizarea cuplului

electromagnetic are loc mai lent față de motorul fără defect. Cuplul electromagnetic scade cu

creștere numărului de bare întrerupte.

c) Curentul statoric

În Fig. 3.27 este prezentată variaţia în timp a curentului statoric pe fază la

funcţionarea în gol a motorului (t = 0.3 s).

a) b)

c) d)

Fig. 3.27. Variaţia în timp a curentului statoric pentru MASI37: a) fără defect; b) o bară întreruptă; c)

două bare întrerupte; d) trei bare întrerupte

Pentru motorul fără defect de bară rotorică întreruptă amplitudinea curentului statoric

pe fază este constantă în timp, iar creșterea numărului de bare rotorice rupte creşte variaţia de

amplitudine a curentului de fază.

În Tabelul 3.26 sunt prezentate valorile curentului statoric pe fază pentru MASI37

fără și cu bare rotorice întrerupte.

Tabel 3.26. Valoarea curentului statoric pe fază pentru MASI37 fără/cu bare rotorice

întrerupte

MASI37

Număr bare întrerupte IA [A] IB [A] IC [A] kIs [%]

0 0.813 0.812 0.810 0.164

1 0.831 0.827 0.825 0.402

2 0.836 0.832 0.828 0.480

3 0.862 0.857 0.850 0.661

Curentul statoric pe fază crește cu creșterea numărului de bare întrerupte.


50

În Anexa 4 este prezentat spectrul de curent pentru faza A în cazul MASI37 fără/cu

defecte.

3.4.4. Analiză comparativă

În Tabelul 3.28 sunt prezentați comparativ factorii de nesimetrie pentru motoarele de

puteri 0.37 kW, 0.55 kW și 7.5 kW cu și fără defect de bară rotorică întreruptă.



Nr. Bare întrerupte MASI37 MASI55 MASI750

kIs [%] kIs [%] kIs [%]

0 0.164 0.120 0.47

1 0.402 0.200 -

2 0.480 0.240 -

3 0.661 0.359 -

5 - - 0.78

Constatări:

factorul de nesimetrie a distribuției curenților statorici crește cu creșterea numărului

de bare rotorice întrerupte astfel:

o pentru MASI37 crește de la 0.164 % la 0.661 %;

o pentru MASI55 crește de la 0.120 % la 0.359 %;

o pentru MASI750 crește de la 0.47 % la 0.78 %.

Analiza în regim tranzitoriu arată că factorul de nesimetrie al sistemului de curenți

statorici poate fi utilizat ca indicator de diagnosticare.

3.5. Concluzii

În regim staționar, pentru funcționarea la sarcină nominală a motorului asincron,

prezenţa barelor întrerupte determină ca valoarea curenţilor de fază și a cuplului

electromagnetic să scadă odată cu creşterea numărului de bare întrerupte . Variația relativă a

curentului prin barele rotorice scoate în evidență că o creştere importantă a curentului rotoric

se produce în bara alăturată barei afectate. Analiza distribuției câmpului magnetic din

întrefier a arătat că și în regim staționar de funcționare saturația magnetică este ridicată în

zona barelor întrerupte și că inducția magnetică din întrefier conține suficiente informații

pentru detectarea barelor întrerupte. În regimul tranzitoriu, la funcționarea în gol a motorului,

întreruperea barelor distorsionează distribuția fluxului magnetic atât în jurul acestora cât și în

dinții statorului, rezulând o asimetrie ridicată. Cu cât numărul de bare rotorice întrerupte

crește și forma curentului își modifică amplitudinea. Cuplul electromagnetic scade cu

creșterea numărului de bare întrerupte. Metodele de diagnoză bazate pe amprenta curentului

statoric, măsurarea fluxului magnetic, vibrodiagnoză sunt eficiente în diagnoza defectelor

rotorice. Factori de diagnosticare eficienți sunt variația valorii efective a curentului statoric și

coeficientul de nesimetrie al sistemului de curenți statorici.


51

4 DETERMINĂRI EXPERIMENTALE PENTRU

IDENTIFICAREA DEFECTELOR ROTORICE

În acest capitol au fost realizate măsurători experimentale pentru detectarea defectului

de bară rotorică întreruptă. Determinările experimentale sunt importante au avut ca scop:

verificarea eficacității metodelor de testare în vederea dezvoltării unor proceduri optime de

identificare rapide a defectelor de tip bare întrerupte; verificarea modelului numeric dezvoltat

în mediul FLUX 2D pentru comportarea motorului cu defecte rotorice de tip bară ruptă;

dezvoltarea unei proceduri de identificare a defectelor rotorice.

4.1. Identificarea defectelor rotorice cu metoada rezistenţei rotorice

echivalente şi cu metoda măsurării variației fluxului magnetic

Scopul determinărilor experimentale este de a analiza eficacitatea metodelor

rezistenţei rotorice echivalente şi cu metoda măsurării variației fluxului magnetic pentru

identificarea defectelor rotorice de tip bară întreruptă.

Determinările experimentale au fost realizate în laboratorul de testare a S.C.

Electroprecizia – Electrical Motors S.R.L.

4.1.1. Descrierea eșantioanelor

Pentru testări s-au utilizat rotoare ale motoarelor asincrone trifazate cu rotorul în

scurtcircuit cu puterea de 0.37 kW / 400 V, turaţie 1500 rot/min şi 0.55 kW / 400 V, turaţie

3000 rot/min.

Rotoarele au fost examinate pentru a nu avea defecte de construcţie şi, pentru testări,

s-a păstrat câte un rotor pentru testări în absenţa defectelor rotorice, iar în celelate rotoare au

fost induse defecte rotorice de tip bară ruptă. În Tabelul 4.1. sunt prezentate caracteristicile

celor 6 eșantioanele utilizate pentru testări. În tabel este menţionat şi numărul Z2 de bare

rotorice.

Tabel 4.1. Caracterisiticile rotoarelor de motoare asincrone trifazate utilizate ca eșantioane de

testare

EȘANTIOANE Parametri motor

Z2 OBSERVAȚII FIG. P [W] n [rot/min]

ROT37-0

370 1500 22

Rotor fără defect

(Fig. ) ROT37-1 Rotor cu o bară întreruptă

ROT37-2 Rotor cu două bare întrerupte

ROT37-3 Rotor cu trei bare întrerupte

ROT55-0

550 3000 20

Rotor fără defect

(Fig. ) ROT55-1 Rotor cu o bară întreruptă

ROT55-2 Rotor cu două bare întrerupte

În Fig. 4.1 şi Fig. 4.2 sunt prezentate tipurile de rotoare analizate.


52

a) b)

Fig. 4.1. Rotoare de motor asincron trifazat 0.37 kW/400V utilizate ca eșantioane: a) rotor fără defect

(ROT37-0); b) rotor cu o bară rotorică întreruptă (ROT37-1)

a) b)

c)

Fig. 4.2. Rotoare de motor asincron trifazat 0.55 kW/400V utilizate ca eșantioane: a) rotor fără defect

(ROT55-0); b) rotor cu o bară rotorică întreruptă (ROT55-1); c) rotor cu două bare rotorice întrerupte

(ROT55-2)

4.1.2. Identificarea defectelor rotorice cu metoda rezistenței echivalente

Metoda rezistenţei echivalente se utilizează pentru depistarea defectelor rotorice de tip

bară întreruptă pe fluxul de fabricaţie a motoarelor electrice trifazate cu rotorul în scurtcircuit.

Pentru măsurători se utilizează câte un stator bobinat special pentru fiecare tip de

motor, în care se introduc, rând pe rând, rotoarele de testare. Schema de bobinare a înfăşurării

statorice este specifică (Fig. 4.3), bobinajul fiind format din două bobine - bobina principală

și bobina de măsurare.

Fig. 4.3. Schema de bobinaj special al înfăşurării statorice pentru testarea rotoarelor cu metoda

rezistenţei echivalente pentru motoare cu puterea 0.37kW [34]


53

În Fig. 4.4 este prezentată schema de măsurare pentru testarea rotoarelor.

Fig. 4.4. Schema de măsurare pentru testarea rotoarelor cu metoda rezistenţei echivalente

Echipamentele utilizate (Fig. 4.4) la testare sunt: AT – autotransformator, 8 A/230 V;

A – ampermetru, EM Imax 5 A; W – wattmetru; ROT – rotor de testat; ST – stator bobinat

special.

Măsurarea curentului electric I în bobina principală și a puterii active P prin metoda

wattmetrului, conectat asemănător măsurării cu cadrul Epstein permite punerea în evidență a

variației rezistenței echivalente a circuitului magnetic al statorului și rotorului cu defect.

Rezistența echivalentă a rotorului cu bară întreruptă influențează valoarea rezistenței

echivalente a circuitului, calculată cu relația:

2I

PRe (4.1)

Pentru fiecare tip de motor fără defect, se determină valoarea limită admisibilă a

rezistenţei echivalente Relim a rotorului. Valoarea rezistenței predefinite Relim pentru fiecare tip

de motor este stabilită prin măsurători pe un set de minim 5 rotoare fără defecte.

Criteriul de defectare este considerat pentru cazul când la măsurători rezistența

echivalentă obținută este:

elimRRe (4.2)

Semnificaţia relației (4.2) este că sub valoarea Relim rotorul nu are defecte şi în acest

caz rotorul poate fi montat în motor.

S-au efectuat măsurători cu metoda rezistenței echivalente pe eșantioanele prezentate

în Tabelul 4.1.

Rezultatele determinărilor experimentale, comparativ cu valoarea rezistenţei electrice

limită sunt prezentate în Tabelul 4.2 și în Fig. 4.5.

Tabel 4.2. Rezistenţa echivalentă a rotoarelor fără/cu bara rotorică întreruptă comparativ cu

nivelul limită recomandat

EȘANTIOANE I [A] P [W] Re [Ω] Relim [Ω]

ROT37-0

1.5

45.00 20

21 ROT37-1 46.525 20.67

ROT37-2 51.00 22.66


54

ROT37-3 58.00 25.78

ROT55-0

2

33.00 8.25

9 ROT55-1 35.00 8.75

ROT55-2 38.50 9.625

a) b)

Fig. 4.5. Rezistenţa echivalentă a rotoarelor fără şi cu defect de bară întreruptă în funcție de numărul de

bare întrerupte pentru: a) eșantioane tip ROT37; b) eșantioane tip ROT55

Analiza datelor din Tabelul 4.2 și Fig. 4.5 în cazul eșantioanelor de tip ROT37 arată

că:

rotorul fără defect (ROT37-0) respectă criteriul (4.2);

rotorul cu o bară întreruptă (ROT37-1) respectă criteriul (4.2) ceea ce indică

imprecizia metodei;

numai în cazul a două și trei bare întrerupte (ROT37-2, ROT37-3) metoda indică

corect defectul.

Analiza datelor din Tabelul 4.2 și Fig 4.5 în cazul eșantioanelor de tip ROT55 arată

că:

rotorul fără defect (ROT55-0) respectă criteriul (4.2);

rotorul cu o bară întreruptă (ROT55-1) respectă criteriul (4.2) ceea ce indică

imprecizia metodei;

numai în cazul a două bare întrerupte (ROT55-2) metoda indică corect defectul.

Măsurătorile efectuate arată că odată cu creşterea numărului de bare întrerupte,

puterea absorbită de sistemul de măsură creşte, efect care se regăseşte de asemenea în

creşterea rezistenţei echivalente (Fig. 4.5).

Avantajul metodei este că este usor de implementat în producție. Dezavantajul este

imprecizia metodei pentru defecte minore și tipul golurilor de material, impurități, fisuri.

4.1.3. Identificarea defectelor rotorice prin metoda măsurării variației fluxului magnetic

Pentru măsurători s-a utilizat instalația Risatti, bazată pe metoda măsurării variației

fluxului magnetic în întrefier la rotirea cu viteză constantă a rotorului cu defect.

Datele tehnice ale instalaţiei Risatti 06/M sunt: limite de dimensiuni pentru

poziționarea rotorului între vârfuri - Φext : min 25, max 110 mm; Hmax : 150 mm; Dgaură : min

4 mm; turație: 500 rot/min; senzor de măsurare 04/BPR reglabil după trei axe; afișaj

LCD:120x100; durata ciclului de verificare în regim automat: 0.8 s.


55

Determinările experimentale au fost efectuate pe rotoare fără și cu defect de bară

întreruptă a căror caracteristici sunt prezentate în Tabelul 4.1. Semnalul măsurat cu senzorul

04/BPR este afişat pe ecranul instalaţiei. Curbele înregistrate sunt ilustrate în Fig. 4.7 și Fig.

4.8.

a) b)

c) d)

Fig. 4.7. Variația în timp a semnalului înregistrat pe instalația Risatti pentru rotoare fără/cu defect

pentru puterea de 0.37 kW/400V: a) rotor fără defect (ROT37-0); b) rotor cu o bară rotorică întreruptă

(ROT37-1); b) rotor cu două bare întrerupte (ROT37-2); b) rotor cu patru bare rotorice rupte (ROT37-

4);

a) b)


56

c)

Fig. 4.8. Variația în timp a semnalului înregistrat pe instalația Risatti pentru rotoare fără/cu defect

pentru puterea de 0.55 kW/400V: a) rotor fără defect (ROT55-0); b) rotor cu o bară rotorică întreruptă

(ROT55-1); c) rotor cu două bare rotorice întrerupte (ROT55-2)

Curbele obținute au fost analizate și comparate cu curbele etalon ale aparatului

prezentate în Fig. 2.3.

Forma curbelor obținute indică:

o amplitudine constantă a semnalului afișat (Fig. 4.7.a) și (Fig. 4.8.a) ceea ce

corespunde cu tipul de eșantion - rotor fără defecte (Fig. 2.3.a);

o creștere a amplitudinii semnalului însoțită de deformarea lui (Fig. 4.7.b, Fig. 4.7.c,

Fig. 4.7.d) și (Fig. 4.8.b, Fig. 4.8.c) ceea ce corespunde cu bara întreruptă (Fig.2.3.b);

o multiplicare a deformării semnalului odată cu creșterea numărului de bare

întrerupte.

Constatări:

Aparatul permite citirea numărului de bare rotorice egal cu pulsurile semnalului

înregistrat: 22 pentru rotoare ROT37 și 20 pentru rotoare ROT55.

Măsurătorile realizate pe eșantionul ROT37-0 indică existența unui defect de tip

remanență magnetică (Fig. 4.7.a și Fig. 2.3.e).

Metoda de diagnoză bazată pe măsurarea fluxului magnetic în întrefier permite

identificarea defectelor rotorice fără însă a localiza defectul.

4.2. Identificarea defectelor rotorice cu metoda compararării parametrilor

tehnici ai motorului asincron

Scopul determinărilor este de testare a eficacităţii metodei comparării parametrilor

tehnici ai motorului pentru identificarea defectelor rotorice de tip bară întreruptă.

4.2.1. Eşantioane şi metoda de testare

Pentru a urmări influența barelor întrerupte asupra parametrilor de funcționare ai

motoarelor asincrone trifazate s-au utilizat în construcția motoarelor asincrone de testare

rotoarele prezentate în Tabelul 4.1.


57

Pentru eșantioanele ROT37-0, ROT37-1, ROT37-2 și ROT37-3 s-a utilizat un stator

din seria motoarelor MASI37. Pentru eșantioanele ROT55-0, ROT55-1, ROT55-2 și ROT55-

3 s-a utilizat un stator din seria motoarelor MASI55.

Determinările experimentale pe motoarele trifazate asincrone fără/cu defecte au

cuprins testări la funcționarea în gol, funcționarea în sarcină și funcționarea în scurtcircuit.

S-au utilizat schemele electrice de măsurare și metodele de încercare au fost conform

standardului internațional IEC 60034-2-1. Schema electrică de montaj utilizată pentru

testarea motoarelor fără/cu defecte este prezentată în Fig. 4.9.

Fig. 4.9. Schema de montaj pentru testarea motorului asincron trifazat cu rotor fără /cu defect de bară

întreruptă [33]

O vedere a standului de testare a motorului asincron trifazat cu rotor fără /cu defect de

bară întreruptă este prezentată în Fig. 4.10.

Fig. 4.10. Stand de testare a motorului asincron trifazat cu rotor fără /cu defect de bară întreruptă

Schema de montaj este alcatuită dintr-un grup Ward-Leonard, pentru reglarea

frecvenței și a tensiunii de alimentare a motorului asincron de testare. Aparatele și

transformatoarele de măsură au clasa de precizie 0.2.


58

4.2.2. Determinarea rezistenței înfășurării statorice

În Tabelul 4.3 sunt prezentate valorile rezultate în urma măsurătorilor

Tabel 4.3. Rezistențele înfășurării statorice

MASI37 MASI55

RR

[Ω]

RS

[Ω]

RT

[Ω]

Rf

[Ω]

R30

[Ω]

R115

[Ω]

RR

[Ω]

RS

[Ω]

RT

[Ω]

Rf

[Ω]

R30

[Ω]

R115

[Ω]

25.1 25.08 25.18 25.12 25.97 33.26 15.20 15.32 15.53 15.35 15.87 20.32

Măsurătorile indică o realizare corespunzătoare, simetrică a înfășurării statorice.

4.2.3. Încercarea de funcționare în gol

Rezultatele măsurărilor sunt prezentate în Tabelul 4.4, Tabelul 4.5, Tabelul 4.6,

Tabelul 4.7.

Tabel 4.4. Curentul de funcționare în gol pentru MASI37 și MASI55 fără și cu defect de bară

întreruptă

Nr. Bară

întreruptă

MASI37 MASI55

IR0 [A] IS0 [A] IT0 [A] I0 [A] IR0 [A] IS0 [A] IT0 [A] I0 [A]

0 0.785 0.84 0.825 0.817 0.83 0.865 0.825 0.840

1 0.815 0.85 0.801 0.822 0.844 0.864 0.827 0.845

2 0.835 0.825 0.82 0.827 0.85 0.84 0.855 0.848

3 0.82 0.85 0.814 0.828 0.82 0.89 0.82 0.850

Tabel 4.5. Puterea activă la funcționarea în gol pentru MASI37 și MASI55 fără și cu defect

de bară întreruptă

Nr. Bară

întreruptă

MASI37 MASI55

PR0 [W] PS0 [W] PT0 [W] P0 [W] PR0 [W] PS0 [W] PT0 [W] P0 [W]

0 24 39 28 91 34 41 28 103

1 24 33 36 93 28 37.6 38 103.6

2 29 31 34 94 35 33 38 106

3 26 34.6 35 95.6 29 45 34 108

Tabel 4.6. Pierderile de putere în circuitul magnetic la funcționarea în gol pentru MASI37

fără și cu defect de bară rotorică întreruptă

PARAMETRI MASI37-0 MASI37-1 MASI37-2 MASI37-3

P0 [W] 91 93 94 96

PCu0 [W] 52 52.64 53.28 53.41

Pmec+vent [W] 4 4 4 4

Pmas 20 20 20 20

PFe [W] 15 16.36 16.72 18.59

I0 [A] 0.817 0.822 0.827 0.828


59

Tabel 4.7. Pierderile de putere în circuitul magnetic la funcționarea în gol pentru MASI55



P0 [W] 103 103.6 106 108

PCu0 [W] 33.59 33.99 34.24 34.40

Pmec+vent [W] 10 10 10 10

Pmas 20 20 20 20

PFe [W] 39.4 39.6 41.8 43.6

I0 [A] 0.840 0.845 0.848 0.850

Constatări:

determinările experimentale referitoare la influența barelor întrerupte asupra

curentulului de funcționare în gol indică o creștere a curentului de funcționare în gol,

pusă în evidență pentru ambele tipuri de motoare: în cazul MASI37 curentul crește cu

creșterea numărului de bare întrerupte cu 1.34 %, iar în cazul MASI55 curentul crește

cu 1.19 %. Curentul de funcționare în gol nu poate fi utilizat ca indicator de diagnoză

a defectelor rotorice.

puterea activă la funcționarea în gol crește cu creșterea numărului de bare întrerupte:

în cazul MASI37 cu 5.05 % și în cazul MASI55 cu 4.85 %. Cu unele precauții puterea

de funcționare în gol poate fi utilizat ca factor de diagnoză a defectelor rotorice, fără

însă a putea fi identificat și localizat defectul.

Tabelul 4.6 și Tabelul 4.7 arată că puterile la funcționarea în gol se modifică odată cu

creșterea numărului de bare întrerupte. Cea mai mare modificare este pusă în valoare

de pierderile în fier cu 23.93 % în cazul MASI37 și cu 10.65 % în cazul MASI55.

4.2.4. Încercarea de funcționare la scurtcircuit

Tabel 4.8. Curentul de funcționare în scurtcircuit pentru MASI37 și MASI55 fără și cu defect

de bară întreruptă

Nr. Bară

întreruptă

MASI37 MASI55

IkR [A] IkS [A] IkT [A] Ik [A] IkR [A] IkS [A] IkT [A] Ik [A]

0 0.90 0.96 0.92 0.93 1.81 2 1.90 1.90

1 0.91 0.96 0.95 0.94 1.82 1.98 1.93 1.91

2 0.93 0.97 0.95 0.95 1.87 2.1 1.82 1.93

3 0.95 0.99 0.97 0.97 1.88 2.1 1.87 1.95

Tabel 4.9. Puterea de scurtcircuit pentru MASI37 și MASI55 fără și cu defect de bară

întreruptă

Nr. Bară

întreruptă

MASI37 MASI55

PkR [W] PkS [W] PkT [W] Pk [W] PkR [W] PkS [W] PkT [W] Pk [W]

0 40 52 44 136 88 114 92 294

1 39 50 46 135 90 105 97 292

2 38 48 45 131 88 104 97 289

3 37 47 45 129 87 103 95 285


60

Constatări:

curentul de scurtcircuit crește cu creșterea numărului de bare întrerupte cu 4.3 %

pentru cazul MASI37 și cu 2.6 % pentru MASI55;

puterea de scurtcircuit scade cu creșterea numărului de bare întrerupte cu 5.1 % pentru

cazul MASI37 și cu 3.06 % pentru cazul MASI55.

4.2.5. Încercarea de funcționare la sarcină nominală

Rezultatele măsurărilor sunt prezentate în tabelele de mai jos.

Tabel 4.10. Curentul echivalent de fază IN pentru MASI37 și MASI55 fără și cu defect de

bară întreruptă

Nr. Bară

întreruptă

MASI37 MASI55

IR [A] IS [A] IT [A] IN [A] IR [A] IS [A] IT [A] IN [A]

0 1.07 1.1 1.096 1.09 1.244 1.322 1.256 1.274

1 1.13 1.15 1.150 1.14 1.28 1.3 1.28 1.29

2 1.146 1.144 1.168 1.153 1.31 1.32 1.33 1.32

3 1.22 1.24 1.234 1.23 1.31 1.36 1.33 1.33

Tabel 4.11. Puterea absorbită pentru MASI37 și MASI55 fără și cu defect de bară întreruptă

Nr. Bară

întreruptă

MASI37 MASI55

PR [W] PS [W] PT [W] Pabs [W] PkR [W] PkS [W] PkT [W] Pabs [W]

0 191.2 212.8 192 596 239.2 259.2 236 734

1 206 205.6 208 620 250 251.2 250 751

2 206 212 214 632 254 254 256 764

3 220 220 224 664 245.6 268 253.6 767

Tabel 4.12. Cuplul de pornire, cuplul raportat, curentul de pornire, curentul raportat pentru

MASI37 și MASI55 fără și cu defect de bară întreruptă

Nr. Bară

întreruptă

MASI37 MASI55

Mp [Nm] Mp/MN Ip [A] Ip/IN Mp [Nm] Mp/MN Ip [A] Ip/IN

0 6.08 2.51 3.5 3.21 4.9 2.03 7 5.51

1 6.03 2.49 3.60 3.16 4.76 1.97 7.1 5.50

2 5.93 2.45 3.63 3.15 4.41 1.82 7.2 5.45

3 5.64 2.33 3.68 2.99 4.16 1.72 7.225 5.43

Tabel 4.13. Valoarea determinată a puterii utile și a alunecării

Nr. Bară

întreruptă

MASI37 MASI55

Mm [Nm] n [rpm] Pu [W] s [%] Mm [Nm] n [rpm] Pu [W] s [%]

0 2.76 1273 369 15.13 4.12 2844 549 5.20

1 2.79 1263 369 15.80 4.15 2839 549 5.37

2 2.82 1250 370 16.67 4.20 2823 550 5.90

3 3.01 1176 371 21.60 4.48 2797 551 6.77


61

Tabel 4.14. Pierderile de putere în circuitul magnetic și randamentul pentru MASI37 fără și

cu defect de bară rotorică întreruptă


PCu [W] 118.55 129.67 132.65 150.96

Pem [W] 462.45 473.97 485.61 494.45

PAl [W] 69.96 74.89 80.95 106.80

PFe [W] 15 16.36 16.72 18.59

Pabs [W] 596 620 632 664

Pmas [W] 20 20 20 20

Pmec+vent [W] 4 4 4 4

Pu [W] 369 369 370 371

η [%] 61.86 60.11 59.26 55.26

Tabel 4.15. Pierderile de putere în circuitul magnetic și randamentul pentru MASI55 fără și

cu defect de bară rotorică întreruptă


PCu [W] 161.95 166.04 173.86 176.50

Pem [W] 532.65 545.36 548.34 546.90

PAl [W] 27.69 29.29 32.35 37.02

PFe [W] 39.4 39.6 41.8 43.6

Pabs [W] 734 751 764 767

Pmas [W] 20 20 20 20

Pmec+vent [W] 10 10 10 10

Pu [W] 549 549 550 551

η [%] 67.94 67.45 66.42 65.74

Tabel 4.16. Factorul de putere pentru MASI37 și MASI55 fără și cu defect de bară rotorică

întreruptă

Nr. Bară

întreruptă

MASI37 MASI55

Pabs [W] UN [V] IN [A] cosφ [%] Pabs [W] UN [V] IN [A] cosφ [%]

0 596 400 1.09 78.92 734 400 1.274 83.16

1 620 400 1.14 78.50 751 400 1.29 84.03

2 632 400 1.153 79.12 764 400 1.32 83.54

3 664 400 1.23 77.92 767 400 1.33 83.24

Constatări:

curentul de pornire crește cu creșterea numărului de bare întrerupte cu 12.84 % pentru

cazul MASI37 și cu 4.40 % pentru cazul MASI55;

puterea absorbită crește cu creșterea numărului de bare întrerupte cu 11.41 % pentru


cuplul raportat scade cu creșterea numărului de bare întrerupte cu 7.17 % pentru

MASI37 și cu 15.27 % pentru MASI55;

curentul raportat scade cu creșterea numărului de bare întrerupte cu 5.14 % pentru



62

turația asincronă scade cu creșterea numărului de bare întrerupte cu 7.61 % pentru


alunecarea crește cu creșterea numărului de bare întrerupte cu 42.76 % pentru


pierderile în cupru cresc cu creșterea numărului de bare întrerupte cu 27.33 % pentru


pierderile în colivia rotorică cresc cu creșterea numărului de bare întrerupte cu

52.65 % pentru MASI37 și cu 33.69 % pentru MASI55.

4.3. Identificarea defectelor rotorice cu metoda amprentei curentului

statoric

Scopul determinărilor experimentale este de a analiza eficacitatea metodei de

identificare a defectelor rotorice cu metoda amprentei curentului statoric.

Măsurătorile au fost efectuate la Laboratorul Sisteme Electrice Avansate din cadrul

Institutului de Cercetare Braşov.

4.3.1. Eşantioane şi instalaţii de testare utilizate

Pentru a urmări influenței barelor întrerupte asupra amprentei curentului statoric şi

asupra puterii absorbite de motorul asincron trifazat fără/cu defect s-au utilizat aceleaşi aceste

eșantioane prezentate în Tabelul 4.1.

În Fig. 4.11 este prezentată schema de montaj pentru măsurarea motoarelor trifazate

cu sursă ideală de tensiune.

Fig. 4.11. Schemă de montaj cu sursă ideală de tensiune

O vedere a standului de testare cu sursă ideală de tensiune a motorului asincron

trifazat cu rotor fără /cu defect de bară întreruptă este prezentată în Fig. 4.12.

Fig. 4.12. Stand de testare a motorului asincron trifazat cu rotor fără /cu defect de bară întreruptă cu

sursă ideală de tensiune


63

Caracteristicile echipamentelor: sursa NETWAVE – sursă comandată care permite

alimentarea în regim sinusoidal sau nesinusoidal a echipamentului de testare; analizorul DPA

503 N permite înregistrarea tuturor parametrilor electrici ai echipamentului de testare;

motorul M este format dintr-un stator care permite montarea mai multor rotoare de acelaşi

tip, conform Tabelului 4.1.

Metoda de măsurare

Se montează primul rotor în statorul corespunzător şi se asigură că nu există

excentricităţi şi frecări suplimentare. Se controlează parametrii mediului ambiant.

Se fixează parametrii de testare pentru sursa de alimentare NETWAVE şi se

adaptează domeniul de măsurare a Analizorului trifazat DPA.

Se alimentează motorul cu o durată care să permită eliminarea frecărilor statice/de

pornire.

Se măsoară: tensiunea U și curentul I pe faze, puterea activă P, puterea reactivă Q,

puterea aparentă S, factorul de putere PF și armonicile de curent.

Analizorul preia semnalul de măsurat și face eșantionare la 20 de cicluri prin

medierea la 10 ms obținând valori efective.

Testele au fost realizate pentru un număr de cicluri n = 1, la timpul de măsurare tmăs =

10 s, stabilit in DPA, și timpul de măsurare DNet = 20 ms, stabilit in Netwave,

4.3.1. Rezultate și interpetarea datelor pentru rotoare de 0.37 kW

Rezultatul determinărilor experimentale pentru rotoare de motoare cu puterea de

0.37 kW este prezentat tabelar în Anexa 5 și Anexa 6.

S-a constatat că pentru toate încercările, armonicele 1, 21, 3, 4, 7 prezintă interes în

detectarea defectului de bară întreruptă.

100max

%

med

med

xII

IIk , x=1, 21 ,3 ,4 ,7 (4.18)

Tabel 4.17. Valori medii maxime ale armonicii de curent h=1 pe fiecare fază pentru MASI37


Proba I1L1med [%] I1L2med [%] I1L3med [%] I1med [%] I1max [%] k1I% [%]

MASI37-0 99.607 99.591 99.616 99.605 100 0.396

MASI37-3 99.274 99.318 99.281 99.291 100 0.713

Tabel 4.18. Valori medii maxime ale armonicii de curent h=21 pe fiecare fază pentru

MASI37 fără și cu defect de bară rotorică întreruptă

Proba I21L1med

[%]

I21L2med

[%]

I21L3med

[%] I21med [%] I21max [%] k21I% [%]

MASI37-0 0.5652 0.568 0.5824 0.571867 0.608 6.318489

MASI37-3 0.5792 0.5848 0.5858 0.583267 0.623 6.812207




64


MASI37-0 15.3864 15.2846 15.7524 15.47447 15.932 2.956699

MASI37-3 16.019 15.8808 16.3458 16.08187 17.205 6.983849




MASI37-0 0.1428 0.1396 0.139 0.140467 0.162 15.32985

MASI37-3 0.1448 0.1428 0.142 0.1432 0.183 27.7933




MASI37-0 0.2348 0.2276 0.242 0.2348 0.301 28.19421

MASI37-3 0.3942 0.382 0.4064 0.3942 0.590 49.67022

100%0

0

med

medmedx

medP

PPP , x= 1, 2 (4.19)

Tabel 4.22. Valori medii ale puterilor absorbite pentru MASI37 fără și cu defect de bară

rotorică întreruptă

Proba Pmed

[W]

ΔPmed

[%]

Qmed

[VAR]

ΔQmed

[%]

Smed

[W]

ΔSmed

[%] PFmed

ΔPFmed

[%]

MASI37-0 99.6 - 564.2 - 573 - 0.174 -

MASI37-3 106 6.425703 591 4.750089 600.6 4.816754 0.1754 0.804598

Fig. 4.13. Valori medii ale puterilor absorbite pentru MASI37 fără și cu defect de bară rotorică

întreruptă


65

Fig. 4.14. Variația factorului de putere pentru MASI37 fără și cu defect de bară rotorică întreruptă

Tabel 4.23. Valori medii ale armonicilor de curent pentru MASI37 fără și cu defect de bară

rotorică întreruptă

Proba I21med [%] I3med [%] I4med [%] I7med [%]

MASI37-0 0.571867 15.47447 0.140467 0.2348

MASI37-3 0.583267 16.08187 0.1432 0.3942

Fig. 4.15. Armonici principale de perturbație pentru MASI37 fără și cu defect de bară rotorică

întreruptă

Concluzie: Armonica 7 de curent poate fi utilizata ca indicator al defectelor rotorice de tip

bară ruptă.

4.3.2. Rezultate și interpretarea datelor pentru rotoare de 0.55 kW



Nr. Bare întrerupte MASI37 MASI55

kIs [%] kIs [%]

0 0.396 0.19

1 - 0.24


66

2 - 0.33

3 0.713 -

4.4. Concluzii

Măsurătorile efectuate cu metoda rezistenței echivalente arată că odată cu creşterea

numărului de bare întrerupte atât puterea absorbită de sistem cât și rezistenţa echivalentă

cresc. Este demonstrat că prin folosirea metodei rezistenței echivalente există riscul ca

rotoare cu defecte să fie montate în motoare.

Metoda măsurării variației fluxului magnetic indică că pentru rotoarele fără defecte

majore amplitudinea își păstrează limitele, iar pentru rotoarele cu o bară, două bare, respectiv

trei bare întrerupte aceasta crește în zona unde apare defectul. Metoda poate fi folosită cu

ușurință în producția de serie a motoarelor electrice asincrone.

Parametrii motoarelor electrice asincrone precum alunecarea, cuplul electromagnetic,

curentul nominal și puterea absorbită pot fi indicatori de defectare. În urma testelor este arătat

că alunecarea și curentul nominal cresc cu creșterea numărului de bare întrerupte, iar cuplul

electromagnetic și puterea absorbită scad cu creșterea numărului de bare întrerupte.

Armonica de curent de ordinul 7 este cea mai concludentă în cazul ambelor tipuri de

motoare testate și poate fi folosită ca indicator pentru defectele de tip bară rotorică întreruptă.

Sunt necesare teste și pe motoare de puteri medii pentru a determina dacă armonica de

ordinul 7 poate fi folosită ca indicator pentru depistarea defectului de bară înteruptă.


67

5. CONCLUZII FINALE. CONTRIBUŢII ORIGINALE.

DISEMINAREA REZULTATELOR. DIRECȚII VIITOARE

DE CERCETARE

5.1. Concluzii finale

Menținerea performanțelor motorului electric în limitele admisibile impuse de

standarde și implicit diminuarea ratei de defectare este realizabilă prin identificarea surselor

și cauzelor defectării.

Studiul de caz realizat de autoare permite identificarea și clasificarea defectelor care

apar în fabricația motoarelor electrice asincrone de mică și medie putere. S-a analizat

tehnologia de fabricare a motoarelor electrice din cadrul S.C. Electroprecizia – Electrical

Motors S:R.L și modul de amplasare a punctelor de monitorizare și control a motoarelor pe

linia de fabricație. Este propus un plan de acțiune pentru reducerea numărului de defecte care

cuprinde: îmbunătățirea calității materialelor izolatoare utilizate, implementarea de proceduri

de testare a subansamblelor, controlul în sistemele de mecanizare și automatizare a procesului

tehnologic de fabricație a motoarelor asincrone.

În monitorizarea funcționării motorului asincron este importantă identificarea și

localizarea defectelor.

Metodele de diagnoză în motorul electric asincron sunt clasificate după mai multe

criterii: în funcție de principalele componente constructive și în funcție de indicatorul de

diagnosticare. Fiecare din aceste metode au avantaje și dezavantaje.

Limitările care apar în identificarea și localizarea defectelor sunt legate în special de

precizia echipamentelor de monitorizare și în special de modul de prelucrare a semnalelor

obținute. Modelarea și simularea cu metoda elementelor finite poate să completeze tehnicile

actuale de monitorizare.

Modelarea analitică a motorului asincron este necesară ca bază pentru analiza

numerică efectuată cu scopul evidențierii efectelor datorate defectelor de tip bară rotorică

întreruptă asupra performanțelor motorului.

Mediul FLUX 2D permite modelarea și simularea în regim staționar și în regim

tranzitoriu a funcţionării motorului asincron fără şi cu defecte de bară rotorică întreruptă, prin

punerea în evidență a influenței defectului asupra parametrilor motorului: curenți rotorici,

cuplul electromagnetic, inducția magnetică în întrefier, curenţi statorici.

Prezenţa barelor întrerupte determină ca valoarea curenţilor de fază și a cuplului

electromagnetic să scadă odată cu creşterea numărului de bare întrerupte. Variația relativă a

curentului prin barele rotorice scoate în evidență că o creştere importantă a curentului rotoric

se produce în bara alăturată barei afectate.

De asemenea, este arătat că întreruperea barelor produc distorsionarea liniilor de câmp

magnetic. Cu cât numărul de bare rotorice întrerupte crește și forma curentului își modifică

amplitudinea.


68

Analiza distribuției câmpului magnetic din întrefier a arătat că și în regim staționar de

funcționare saturația magnetică este ridicată în zona barelor întrerupte și că densitatea de flux

magnetic din întrefier conține suficiente informații pentru detectarea barelor întrerupte.

Sunt realizate determinări experimentale cu metoda rezistenței echivalente a rotorului,

metoda măsurării variației fluxului magnetic, metoda variației parametrilor motorului şi

metoda amprentei curentului statoric pentru identificarea defectelor rotorice de tip bară

întreruptă.

Măsurătorile efectuate cu metoda rezistenței echivalente arată că odată cu creşterea

numărului de bare rupte atât puterea absorbită de sistem cât și rezistenţa echivalentă cresc.

Este demonstrat că prin folosirea metodei rezistenței echivalente există riscul ca rotoare cu

defecte să fie montate în motoare.

Metoda măsurării variației fluxului magnetic indică că pentru rotoarele fără defecte

majore amplitudinea își păstrează limitele, iar pentru rotoarele cu o bară, două bare, respectiv

trei bare întrerupte aceasta crește în zona unde apare defectul. Metoda poate fi folosită cu

ușurință în producția de serie a motoarelor electrice asincrone.

Parametrii motoarelor electrice asincrone precum alunecarea, cuplul electromagnetic,

curentul nominal și puterea absorbită pot fi indicatori de defectare. În urma testelor este arătat

că alunecarea și curentul nominal cresc cu creșterea numărului de bare întrerupte, iar cuplul

electromagnetic și puterea absorbită scad cu creșterea numărului de bare întrerupte.

Armonica de curent de ordinul 7 este cea mai concludentă în cazul ambelor tipuri de

motoare testate și poate fi folosită ca indicator pentru defectele de tip bară rotorică întreruptă.

Sunt necesare teste și pe motoare de puteri medii pentru a determina dacă armonica de

ordinul 7 poate fi folosită ca indicator pentru depistarea defectului de bară înteruptă.

5.2. Contribuții originale

Contribuțiile personale aduse în cadrul cercetării teoretică și experimentală sunt:

1. Sintematizarea cunoștințelor privind sursele și mecanismele de defectare la MASI.

2. Sistematizarea cunoștintelor legate de metodele de diagnoză a defectelor statorice,

rotorice, precum și a defectelor rulmenților și de excentricitate.

3. Sistematizarea cunoștintelor legate de metodele de monitorizare on-line a defectelor la

MASI în vederea fundamentării și proiectarii unui sistem de monitorizare on line.

Proiectarea unui sistem de monitorizare on-line a defectelor bazat pe metoda amprentei

curentului statoric la MASI.

4. Dezvoltarea unui model analitic pentru motorul de mică și medie putere cu bară rotorică

întreruptă.

5. Simularea în regim staționar și regim tranzitoriu a funcționării motorului de mică și medie

putere fără și cu defect de bară întreruptă în vederea fundamentării unor metode de

identificare a defectelor rotorice. S-a identificat că metodele de măsurare a cuplului

electromagnetic și metoda amprentei curentului statoric sunt potrivite pentru identificarea

defectelor.

6. Dezvoltarea unei proceduri de analiză statistica a defectelor identificate pe linia de

fabricație.


69

7. Stabilirea eficacității metodei măsurării rezistenței echivalente a rotorului și a metodei

măsurării variației fluxului magnetic prin cercetări experimentale pe motoare in care s-au

indus defecte de bară rotorică întreruptă.

8. Dezvoltarea unei proceduri pentru identificarea defectelor rotorice cu metoda amprentei

curentului statoric fundamentată pe baza simularilor și modelărilor pe standul

Laboratorului de Sisteme Electrice Avansate din cadrul Institutului de Cercetare

Dezvoltare Braşov.

5.3. Diseminarea rezultatelor

Rezultatele obţinute în timpul pregătirii doctorale au fost diseminate prin elaborarea a

9 lucrări de cercetare publicate în volume ale conferinţelor naţionale şi internaţionale, din

care 6 lucrări publicate în domeniul tezei de doctorat ca prim autor.

5.4. Direcții viitoare de cercetare

Cercetarea va fi continuată în următoarele direcții:

efectuarea de determinări experimentale extinse pentru motoare asincrone trifazate de

medie putere cu defecte rotorice și noi simulări pentru cazul motoarelor de randament

ridicat și premium;

fundamentarea procedurii de identificare a defectelor rotorice utilizând ca indicator de

diagnoză spectrul frecvențelor curenților statorici și coeficientul de nesimetrie al

sistemului trifazat de curenți statorici;

analiza numerică a motoarelor asincrone fără și cu defecte statorice și rotorice la

funcționarea cu diferite încărcări;

implementarea sistemului de monitorizare propus de autoare.


70

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

[2] G. G. Acosta, C. J. Verucchi, and E. R. Gelso, “A current monitoring system for

diagnosing electrical failures in induction motors,” Mechanical Systems and Signal

Processing, no. 20, p. 953–965, 2006.

[3] S. K. Ahamed, S. Karmakar, M. Mitra, and S. Sengupta, “Diagnosis of induction motor

faults due to broken rotor bar and rotor mass unbalance through discrete wavelet

transform of starting current at no-load,” Journal of Electrical Systems, vol. 6, no. 3, pp.

442–456, 2010.

[7] I. Albizu and I. Z. A. J. Mazon, “Techniques for on-line diagnosis of stator shorted turns

in induction motors,” Electric Power Components and Systems, vol. 34, no. 1, pp. 97–

114, 2006.

[17] A. Bentounsi, “On line diagnosis of defaults on squirrel cage motors using FEM,”

IEEE Transactions on Magnetics, vol. 34, no. 5, pp. 3511–3514, 1998.

[18] I. Boldea and S. A. Nasar, The Induction Machines Design Handbook, Second Edition.

CRC Press, 2009, no. ISBN: 978-1-4200-6669-2.

[19] A. H. Bonnett and G. C. Soukup, “Cause and analysis of stator and rotor failures in

three-phase squirrel-cage induction motors,” IEEE Transactions on Industry

Applications, vol. 28, no. 4, pp. 921–937, July-August 1992.

[26] M. D. Calin, L. Mariut, and E. Helerea, “On the testing procedure of electrical

machines used in automotive,” in Proceedings of The 5th International Conferenece on

Interdisciplinarity in Education, ICIE 2010, Tallinn, Estonia, 2010, pp. 277–280.

[29] A. Ciobanu, “Online diagnosis system for the induction motor,” Revista Scolii

doctorale Creativitate si Inventica, vol. 3, pp. 1–5, 2011.

[30] A. Ciobanu and E. Helerea, “Diagnosis of faults in induction machine manufacturing,”

in Proceedings of the 13-th International Conference Scientific Research and Education

in the Air Force AFASES, Bras, ov, Romˆania, 2011, pp. 663–668.

[31] A. Ciobanu and E. Helerea, “FEM modeling of the induction motor with rotor faults,”

in Simpozionul National de Electrotehnica Teoretica, SNET’12. Univeristatea

Politehnica din Bucuresti, vol. 3, no. 1, Bucuresti, Romania, 2012, pp. 264–269.

[32] A. Ciobanu and E. Helerea, “Analysis of magnetic field distribution in

inductionmotors with broken rotor bars,” in The 4th International Symposium on

Electrical and Electronics Engineering, Galati, Romania, 2013.

[33] A. Ciobanu, E. Helerea, and M. Ioannidis, “Effects of voltage variation on the

induction motor performances,” in Proceedings of the 6th International Conference on

Interdisciplinarity in Education ICIE’11, Karabuk, Turkey, 2011, pp. 272–278.

[34] A. Ciobanu, E. Helerea, and I. Peter, “An experimental comparative analysis for

broken rotor bars diagnosis,” in 11th International Conference on Applied and

Theoretical Electricity, Annals of the University of Craiova, Craiova, Romania, 2012,

pp. 75–78.

[35] S. Cruz and F. Gaspar, “A new method to diagnose rotor faults in 3-phase induction

motors coupled to time-varying loads,” Przeglad Elektrotechniczny, vol. 88, no. 1a, pp.

202–206, 2012.


71

[42] G. Didier, E. Ternisien, O. Caspary, and H. Razik, “Fault detection of broken rotor bars

in induction motor using a global fault index,” IEEE Transactions on Industry

Applications, vol. 42, no. 1, pp. 79–88, 2010.

[51] J. Faiz and B. M. Ebrahimi, “Locating rotor broken bars in induction motors using

finite element method,” Energy Conversion and Management, vol. 50, no. 1, p. 125–

131, 2009.

[57] M. M. Filip, “Optimizarea tehnologiilor de fabricarea masinilor electrice in vederea

cresterii eficientei si eficacitatii,” Thesis, Universitatea Transilvania din Brasov,

Brasov, Romania, 2010.

[58] V. Fireţeanu, Analiza în element finit în studiul maşinilor electrice. Bucureşti:

Printech, 2010, ISBN: 978-606-521-466-8.

[59] R. Fiser and S. Ferkolj, “Application of a finite element method to predict damaged

induction motor performance,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 37, no. 5, pp.

3635–3639, September 2001.

[68] M. R. W. Group, “Report of large motor reliability survey of industrial and commercial

installations, part ii,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-21, no. 4,

pp. 865–872, July 1985.

[76] E. Helerea, Materiale pentru electrotehnica si electronica. Editura Matrix Rom,

Bucuresti, 2003, no. ISBN: 973-685-649-6.

[77] E. Helerea, I. Lepadat, and A. Ciobanu, “Impact of three-phase voltage dips on the

induction motors – an experimental study,” in The 4th International Symposium on

Electrical and Electronics Engineering, Galati, Romania, Galati, Romania, 2013.

[79] R.-M. Ionescu, G. Scutaru, and I. Peter, Analiza zgomotului magnetic al motoarelor de

inductie cu reglaj de turatie. Editura Universitatii Transilvania din Brasov, 2011, no.

ISBN: 978-973-598-947-7.

[84] C.-E. Kim, Y.-B. Jung, S.-B. Yoon, and D.-H. Im, “The fault diagnosis of rotor bars in

squirrel cage induction motors by time-stepping finite element method,” IEEE

Transactions on Magnetics, vol. 33, no. 2, pp. 2131–2134, 1997.

[93] L. Mariut, M. Filip, E. Helerea, and I. Peter, “Analysis and modeling on the induction

machine faults,” in Proceedings of The 3rd International Symposium on Electrical and

83 Electronics Engineering (ISEEE), Galati, Romania, 2010, pp. 11–16.

[104] O. A. Mohammed, N. Y. Abed, and S. Ganu, “Modeling and characterization of

induction motor internal faults using finite-element and discrete wavelet transforms,”

IEEE Transactions on Magnetics, vol. 42, no. 10, pp. 3434–3436, October 2006.

[105] R. Munteanu, M. Chindriş, E. Miron, Energie şi mediu. Cluj-

Napoca: Mediamira , 2005, ISBN: 973-713-070-7.

[107] A. Negoita, “Modelarea si analiza zgomotului motoarelor asincrone monofazate,”

Master’s thesis, Departamentul de Inginerie Electrica si Fizica Aplicata, Universitatea

Transilvania din Brasov, Brasov, Romania, 2012.

[110] A. Nicolaide, Masini electrice. Editura Scrisul Romanesc, Craiova, 1975.

[111] P. V. Notingher, Sisteme de izolatie. Editura Printech, Bucuresti, 2002.

[117] M. Rachek and T. Merzouki, Numerical Modelling. InTech, 2012, no. ISBN: 978-

953-51-0219-9, ch. Finite Element Method Applied to the Modelling and Analysis of

Induction Motors, pp. 203–226.


72

[130] J. Sprooten, “Finite element and electrical circuit modelling of faulty induction

machines - study of internal effects and fault detection techniques,” Master’s thesis,

Department of Bio, Electro And Mechanical Systems (BEAMS) Universite Libre de

Bruxelles, Bruxelles, Belgium, 2007.

[131] C. W. Steele, Numerical Computation of Electric and Magnetic Fields. New York:

Chapman & Hall, 1997, no. ISBN: 978-1-4613-7766-5.

[132] G. C. Stone, E. A. Boulter, I. Culbert, and H. Dhairani, Electrical Insulation for

Rotating Machines: Design, Evaluation, Aging, Testing, and Repair. IEEE Press Series

on Power Engineering, 2004, no. ISBN: 0-471-44506-1.

[134]L. Szabo, J. Dobai, K. Biro, D. Fodor, and F. Toth, “Study on squirrel cage faults of

induction machines by means of advanced fem based simulations,” in Proceedings of

the International Conference on Electrical Drives and Power Electronics, 2005. EDPE

2005., Dubrovnik, Croatia, 2005.

[137] P. Tavner, L. Ran, J. Penman, and H. Sedding, Condition monitoring of rotating

electrical machines. The Institution of Engineering and Technology, London, United

Kingdom, 2008, no. ISBN: 978-0-86341-739-9, iET Power and Energy Series 56.

[138] W. T. Thomson and R. J. Gilmore, “Motor current signature analysis to detect faults

in induction motor drives – fundamentals, data interpretation, and industrial case

histories,” in Proceedings of the 32nd Turbomachinery Symposium, 2003, pp. 145–156.

[142] Tudorache, P. Taras and V. Fireteanu, “ Finite Element Diagnosis of Squirrel Cage

Induction Motors with Rotor Bar Faults”, on line pe:

http://www.cedrat.com/fileadmin/user_upload/cedrat_groupe/Publications/Publications/

Applications/overlays/Diagnosis_of_Squirrel_Cage_induction_machine_with_rotor_ba

rs_faults.pdf

[139] H. A. Toliyat, S. Nandi, S. Choi, and H. M. Kelk, Electric Machines – Modeling,

Condition Monitoring and Fault Diagnosis. CRC Press, Taylor and Francis Group,

2013, no. ISBN: 978-0-8493-7027-4, iET Power and Energy Series 56, ISBN: 978-0-

86341-739-9.

[143] A. Ukil, S. Chen, and A. Andenna, “Detection of stator short circuit faults in three-

phase induction motors using motor current zero crossing instants,” Electric Power

Systems Research, vol. 81, no. 4, p. 1036–1044, April 2011.

[159] “IEC standard 60034-1 – rotating electrical machines. part.1: Rating and

performance.” published by International Electrotechnical Commission, 2010.

[160] “IEC 60034-2-1:2007 rotating electrical machines - part 2-1:standard methods for

determining losses and efficiency from tests (excluding machines for traction

vehicles).” published by International Electrotechnical Commission, 2007.

[163] “IEC 60034-30:2008 rotating electrical machines – part 30: Efficiency classes of

single-speed, three-phase, cage-induction motors (ie code).” published by International

Electrotechnical Commission, 2008.

[170] “Cedrat: Flux-induction motor with skewed rotor,” http://www.cedrat.com/, 2009.

[171] M. Antonoaie, Modelarea și simularea regimurior dianmice ale motorului asincron.

Editura Universității Transilvania din Brașov, pp.127, 2007, ISBN 978-973-635-938-5.

http://www.cedrat.com/fileadmin/user_upload/cedrat_groupe/Publications/Publications/Applications/overlays/Diagnosis_of_Squirrel_Cage_induction_machine_with_rotor_bars_faults.pdf




73


Conducător Științific

Prof. dr. ing. Elena HELEREA

Doctorandă

Ing. Anca CIOBANU

Rezumat

Prezenta lucrare oferă o analiză a mecanismelor de defectare și a surselor defectării

pentru fiecare parte componentă a motorului electric asincron în vederea stabilirii de metode

adecvate de monitorizare și diagnoză a defectării. De asemenea, realizează un studiu de caz

pentru identificarea și clasificarea defectelor care apar pe linia de producție a motoarelor

electrice cu scopul stabilirii unui plan de acțiune pentru reducerea numărului de defecte și

implicit a costurilor datorate rebuturilor. Este realizată o sinteză a metodelor de diagnoză ca bază

pentru sistemele de monitorizare a regimurilor anormale de funcționare și este proiectat un

sistem de monitorizare a defectelor rotorice. Rezultatelor obținute prin utilizarea mediului FLUX

2D în regim staționar și în regim tranzitoriu pentru motoare de puteri mici și medii permite

fundamentarea fenomenelor care au loc în acestea pentru cazurile fără/cu defecte de bară

rotorică. Prin urmare sunt ilustrate și analizate efectele principale ale întreruperii barelor rotorice

asupra motoarelor. Sunt propuși coeficienți de asimetrie pentru determinarea defectelor de bară

rotorică întreruptă. Analiza numerică este validată cu determinări experimentale realizate la S.C.

Electroprecizia Electrical Motors S.R.L. și în Laboratorul de Sisteme Electrice Avansate din

cadrul Institutului de Cercetare Braşov prin utilizarea a patru metode de diagnosticare a

defectelor rotorice.

Contributions to faults diagnosis in asynchronous motors

Scientific coordinator

Prof. dr. ing. Elena HELEREA

PhD Student

Ing. Anca CIOBANU

Abstract

This paper provides an analysis of failure mechanisms and sources of failure for each

component of the asynchronous motor to establish the appropriate methods of monitoring and

fault diagnosis. Also realizes a case study for the identification and classification of faults that

occurre on the electric motors production line in order to establish an action plan to reduce the

number of faults and thus costs due to wastage. A synthesis of the diagnostic methods as base for

the monitoring systems of abnormal operating regimes is made and a monitoring system for the

rotor faults is designed. The results obtained by using FLUX 2D environment in steady-state and

transient regimes enables small and medium power motors substantiation of phenomena that

occur in them for the cases without / with rotor bars faults. Therefore are illustrated and analyzed

the main effects of the interruption of rotor bars in the asynchronous motors. Coefficients of

asymmetry for determining the broken rotor bar fault are proposed. Numerical analysis is

validated by experimental measurements conducted at the Electroprecia Electrical Motors Ltd

and at the Advanced Electrical Systems Laboratory of the Research Institute Brasov by using

four rotor fault diagnostic methods.


74

Curriculum Vitae

INFORMAŢII PERSONALE CIOBANU Anca

Bld. Alexandru Vlahuță, Brașov, 500398, România

+40762604553

[email protected] , [email protected]

Sexul Feminin | Data naşterii 18/07/1984 | Naţionalitatea Română

EXPERIENŢĂ PROFESIONALĂ

Octombrie 2010 – Octombrie 2013

Cadru didactic asociat

Universitatea Transilvania din Brașov

Iunie 2011 - Mai 2012

Proiectant inginer electrotehnic

S.C. Electroprecizia Electrical Motors S.R.L., Săcele

Octombrie 2009 - Iunie 2011

Proiectant inginer electrotehnic

S.C. Electroprecizia S.A., Săcele

EDUCAŢIE ŞI FORMARE

Octombrie 2010 – Prezent

Doctorandă cu frecvență


Titlul tezei de doctorat elaborată “Contribuții privind diagnoza

defectelor la motoarele electrice asincrone”

Lucrări publicate ca prim autor și coautor: 9 (2 ISI)

Octombrie 2009 – Februarie 2011

Diplomă de Master - Management Energetic


Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor

Iunie 2012 – Septembrie 2013

DidaTec – Lifelong learning and training for higher education

teachers in the technical sciences and engineering fields


Mai 2013

Certificate of Completion for Introduction to Mathcad Prime 2.0

INAS - PTC ChannelAdvantage and PTC ServiceAdvantage,

(Romania)

Noiembrie 2012

Certificate of Completion for Introduction to ANSYS Workbench

14.0 & ANSYS Composite PrePost

INAS - ANSYS Channel Partner, (Romania)

Octombrie 2004 – Iulie 2009

Diplomă de Inginer – Electrotehnică Generală


Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor

COMPETENȚE PERSONALE

Limba maternă Româna

Alte limbi străine cunoscute Engleza, Franceza

Competenţe de comunicare

Competente cheie: managementul timpului si al prioritatilor;

lucrul in echipa; creativitate & inovare

Competenţe informatice

Cunostinte IT: Microsoft Office™

Procesare de grafică: CorelDraw

Software de simulare, modelare și proiectare: FLUX 2D,

AutoCad 2012; Ansys 14.0, Comsol Multiphysics 4.3, Mathcad

Prime 2.0, Statistica

Permis de conducere B




75

Curriculum Vitae

PERSONAL INFORMATION CIOBANU Anca

Alexandru Vlahuță Street, Brașov, 500398, România

+40762604553

[email protected] , [email protected]

Sex Feminine | Date of birth 18/07/1984 | Nationality Romanian

WORK EXPERIENCE

October 2010 – October 2013

Higher education associate teacher

Transilvania University of Brașov (Romania)

June 2011 - May 2012

Electrical engineer

Electroprecizia-Electrical Motors Ltd., Săcele (Romania)

October 2009 - June 2011

Electrical engineer

Electroprecizia JSC, Săcele (Romania)

EDUCATION AND TRAINING

October 2010 – Present

PhD Student


Title of PhD thesis “ Contributions concerning fault diagnosis in

induction motors”

Papers published as first author and coauthor: 9 (2 ISI)

October 2009 – February 2011

Masters diploma - Energy Management


Faculty of Electrical Engineering and Computer Science

June 2012 – September 2013

DidaTec – Lifelong learning and training for higher education

teachers in the technical sciences and engineering fields


May 2013

Certificate of Completion for Introduction to Mathcad Prime 2.0

INAS - PTC ChannelAdvantage and PTC ServiceAdvantage,

(Romania)

November 2012

Certificate of Completion for Introduction to ANSYS Workbench

14.0 & ANSYS Composite PrePost

INAS - ANSYS Channel Partner, (Romania)

October 2004 – July 2009

Bachelor diploma – Electrotechincs


Faculty of Electrical Engineering and Computer Science

PERSONAL SKILLS

Mother tongue(s) Romanian

Other language(s) English, French

Communication skills

Key competencies: time management and priorities; teamwork;

creativity & innovation.

Computer skills

Microsoft Office Tools: Microsoft Office™

Graphical Processing: CorelDraw

Simulation and Computing Software: FLUX 2D, AutoCad 2012;

Ansys 14.0, Comsol Multiphysics 4.3, Mathcad Prime 2.0,

Statistica

Driving licence B



Contribuții privind diagnoza defectelor laold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...

Documents

Transcript of Contribuții privind diagnoza defectelor laold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...