In this paper, an auto-diagnosis method of the stator winding fault for small induction motor is suggested. 3-phase stator currents are sampled, filtered, and transformed with Park's vector transformation. After then Park's vector patterns are obtained. To detect the stator winding fault automatically, a distortion ratio (id/iq) is newly defined and compared with the one of healthy motor, and the threshold levels are suggested. The 2-turn, 4-turn, 8-turn winding fault are tested with no load, 25%, 50%, 75%, and 100% rated load. The distortion ratio of the Park's vector patterns are increased as the increase of the faulted turns, but are same as the increase of the load.
A doubly-fed induction generator(DFIG) system has been widely used in the modem wind turbines due to variable-speed operation, high efficiency and small converter size. It is well known that an inter-turn fault of a generator is very difficult to be detected. The DFIG system uses a wound rotor induction machine so that the magnetizing current of the generator can be fed from both the stator and the rotor. This paper proposes a protection algorithm for a DFIG using the d-q equivalent circuit in the time domain. In the case of a DFIG, the voltages and currents of the rotor side as well as the voltages and currents of the stator are available. The proposed algorithm estimates the instantaneous(i.e., converted into the stationary frame) induced voltages from the rotor and the stator sides. If the difference between the two estimated induced voltages exceeds the threshold, the proposed algorithm detects the inter-turn fault. The algorithm can detect a inter-turn fault of a winding. The performance of the proposed algorithm is validated using a PSCAD/EMTDC simulator under inter-turn fault conditions and normal operating conditions such as an external fault and the change of the wind speed.
This paper describes the methods for the detection of shorted-turn in the rotor of a cylindrical synchronous generator. A search coil is installed in the air-gap to detect the shorted-turn. The occurrence of a fault in the rotor winding results in a decrease of the induced voltages in the stator. And the magnitude of the rotor flux can be estimated by using the search coil and the estimated stator voltages respectively. And the magnitude of the estimated rotor flux is used for discriminating the rotor windings short or not by detecting the magnitude of the rotor flux. The method using a search coil located in the air-gap can detect not only the occurrence of a turn fault but also its position in the rotor winding. But the method using the estimated stator voltages gives the magnitude of the rotor flux, and only the number of a short-turn.
영구자석 동기전동기에서 고정자 권선의 단락으로 인해 발생하는 권선 고장을 동작 중 실시간으로 검출할 수 있는 고장 진단 기법을 제시한다. 제안된 기법은 고조파 분석을 통해 q축 전류의 2차 고조파를 관찰함으로서 이루어지며 고장이 없는 정상 조건에서의 고조파 데이터와 비교를 통해서 고장을 판별한다. 임의의 정상 동작 조건에서의 고조파 데이터는 선형 보간법과 몇 개의 사전 측정된 고조파 데이터를 통해서 구해진다. 제안된 고장 검출 기법의 타당성을 입증하기 위해 내부 고정자의 권선 단락이 가능한 전동기가 제작되었으며 전체 구동 시스템과 고조파 분석 알고리즘 및 고장 검출 알고리즘이 DSP TMS320F28335에 의해 구현되어 실험이 수행된다. 제안된 방법은 부가적인 진단 장비를 필요로 하지 않으며 정상 상태 조건만 만족된다면 동작 중 실시간으로 고장을 검출할 수 있다.
This paper proposes a finite element method (FEM)-based model of an interior permanent magnet (IPM)-type BLDC motor having stator inter-turn faults. We also propose impedance modeling of the magnetic characteristics. By integrating the developed model with a current-controlled voltage source inverter (CCVSI) model, the distributed characteristics of an inter-turn fault operated by a six-switch inverter are investigated considering speed control. Moreover, this paper presents the flux density distribution and torque characteristics for analyzing the inter-turn fault of an IPM-type BLDC motor. Additionally, fault impedance is required to calculate the circulating current that causes magnetic distortion. Thus, this paper proposes a method for estimating the circulating current taking into account the voltage at the shorted turn and the rotating speed. The analysis data were verified experimentally.
인버터 구동 영구자석 동기전동기에서 고정자 권선과 인버터 스위치에 고장이 존재할 때 동작 중 실시간으로 고장을 검출하고 고장의 유형을 판별할 수 있는 진단 기법이 제시된다. 제안된 기법은 q축 전류의 2차 고조파를 실시간으로 관찰함으로써 이루어지며 고장이 없는 정상 조건에서의 고조파 데이터와 비교를 통해서 고장을 판별한다. 임의의 정상 동작 조건에서의 고조파 데이터는 선형 보간법을 이용해 구해진다. 고장 검출 시 진단 알고리즘은 고장 유형 판별모드로 전환되어 상전류의 파형 분석을 통해 고장의 유형을 판별한다. 제안된 고장 검출 기법의 타당성을 입증하기 위해 내부 권선 단락이 가능한 전동기가 제작되었으며 전체 시스템과 고조파 분석 및 고장 검출 알고리즘이 DSP TMS320F28335에 의해 구현된다. 제안된 방법은 부가적인 진단 장비를 요구하지 않으며 정상상태 조건이 만족된다면 동작 중 실시간으로 고장을 검출할 수 있다.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제2권1호
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pp.23-30
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2013
This paper proposes a parametric model for inter-turn fault detection in a fault-tolerant permanent-magnet (FTPM) machine, which can predict the effect of the short-circuit fault to various physical quantity of the machine. For different faulty operations, a new effective stator inter-turn fault detection method is proposed. Finally, simulations of vector-controlled FTPM machine drives are given to verify the feasibility of the proposed method, showing that even single-coil short-circuit fault could be exactly detected.
Most of modern wind turbines employs a doubly-fed induction generator (DFIG) system because it has many advantages due to variable-speed operation, relatively high efficiency and it small converter size. The DFIG system uses a wound rotor induction machine so that the magnetizing current of the generator can be fed from both the stator and the rotor. This paper presents a protection relaying algorism for DFIG using the DQ equivalent circuits. The induced voltages calculated from the stator and rotor sides are nearly the same in the steady state. They become different in the DQ equivalent circuits during an internal fault. The proposed algorithm compares the inducted voltages estimated from the stator and the rotor circuit converted into the stationary reference frame. If the difference between the induced voltages exceeds the threshold, the proposed algorithm detects an turn-to-turn fault.
In this paper, a method for detecting broken rotor bar and stator winding fault in a low voltage squirrel-case induction motor using an air-gap flux variation analysis is proposed to develop a simple and low cost diagnosis technique. To measure the leakage flux in radial direction, a radial flux sensor is designed as a search coil and installed between stator slots. The proposed method is able to identify two kinds of motor faults by calculating load condition of motors and monitoring abnormal signals those are related with motor faults. Experimental results obtained on 7.5kW three-phase squirrel-cage induction motors are discussed to verify the performance of the proposed method.
This paper deals with the performance analysis of three phase induction motor considering its stator side faults and operating thermal limits. The speed control of induction motor using three phase boost converter operated by a MOSFET switch and a PI controller is demonstrated and presented in this article. IGBTs switches are used for inverter drive mechanism. The experimental result of speed control of induction motor using voltage control technique clearly shows better accuracy than conventional methods of speed control. A three phase 1HP 415V 0.78 kW 4 Pole induction motor is designed using motor solver software. Based on the parameters used in the software thermal analysis of induction motor is done and torque variation with conductor area, efficiency, output curve, losses in different parts of motor has been obtained. Also different types of faults namely under voltage, over voltage, stator imbalanced voltage, turn to turn, locked rotor bar, wrong alignment of rotor bar with respect to stator are studied and fault analysis is performed. Hence comparison is made based upon the results obtained before and after faults.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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