Erkennung von Rotorfehlern an umrichtergespeisten, feldorientiert geregelten Asynchronmaschinen einschließlich fehlertoleranter Regelung des Antriebs
Final Report Abstract
Rotorunsymmetrien in Asynchronmaschinen verursachen unerwünschte Effekte wie Drehmomentschwankungen und Verluste und sollten frühzeitig erkannt werden. Das vorliegende Projekt befasste sich mit der Diagnose von Rotorunsymmetrien in umrichtergespeisten Asynchronmaschinenantrieben variabler Drehgeschwindigkeit in verschiedenen Varianten der feldorientierten Regelung. Im Einzelnen werden der Einfluss des für die Gewinnung des Orientierungswinkels verwendeten Maschinenmodells - mit und ohne Lagesensor- auf Diagnoseproblematik und die notwendigen Algorithmen der Signalverarbeitung betrachtet. Rotorunsymmetrien einer Asynchronmaschine charakteristische Harmonische, die in vielen früheren Arbeiten zur Fehlererkennung beim Netzbetrieb herangezogen werden. Diese Arbeit betrachtet geregelte Antriebe variabler Drehgeschwindigkeit, in denen nicht nur die Ströme sondern vorteilhaft andere Zeitverläufe der Zustands- und Hilfsvariablen zum Zwecke der Zustandsdiagnose Verwendung finden können: die Stellgrößen der Stromregler und die Ströme im feldorientierten Koordinatensystem. In geregelten Systemen ist die von der Rotorunsymmetrie verursachte charakteristische Frequenz immer bekannt ist. Sie ist dem Schlupf proportional, der als Zwischenvariable der Regelung stets bekannt ist. Es zeigt sich, dass deshalb die Fehlererkennung im geregelten System einfach, transparent und ohne zusätzliche Sensoren oder Hardware realisierbar ist. Die entwickelte Signalverarbeitung basiert auf der diskreten Fourier-Transformation, die nicht über eine Zeit- sondern über eine Winkelintegration durchgeführt wird. Der dazu verwendete Winkel wird aus der Integration der charakteristischen Frequenz gewonnen. Das neue Verfahren liefert dank einer Fensterintegration ein kontinuierliches Signal und kann sogar unter nichtstationären Bedingungen eingesetzt werden. Neben der Stellgröße der Stromregler und dem Betrag des Rotorflussraumzeigers wurden die Ströme der Maschine im feldorientierten Koordinatensystem als mögliche Fehlerindikatoren intensiv untersucht. Sie liefern genügende Informationen, um die durch einen unterbrochenen Rotorstab hervorgerufene Unsymmetrie bereits bei schwacher Last zu detektieren. Eine Referenzmessung Ist dennoch notwendig, um eine Ansprechschwelle zu definieren und fehlerhafte Rotoren von herstellungsbedingten Unsymmetrien unterscheiden zu können. Die im Labor durchgeführten Messungen beweisen, dass die entwickelte Methode unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen und bei verschiedenen Varianten der feldorientierten Regelung mit und ohne Winkelsensor zuverlässig funktioniert. Die knapp bemessene Bearbeitungszeit erlaubte nicht die Erreichung der teilweise ehrgeizigen Ziele. Technische Schwierigkeiten mit der Steuerungselektronik brachten weitere wesentliche Verzögerungen im Projektablauf.
Publications
- "Detection of Rotor Faults in Field Oriented Controlled Induction Machines," Industry Applications Conference, 2006. 41st IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2006 IEEE, vol.5, no., pp.2326-2332, 8-12 Oct. 2006
Serna, E.; Pacas, J.M.
- "Limitations on Detecting Rotor Asymmetries from the Measured Currents in Closed Loop Operation," Industrial Electronics, 2007. ISIE2007. IEEE International Symposium on , vol., no., pp.1311-1316, 4-7 June 2007
Serna, E.; Pacas, M.
- "Diagnosis of rotor asymmetries in induction machines with different field oriented schemes," Industrial Electronics, 2008. IECON 2008. 34th Annual Conference of IEEE, vol., no., pp.1143-1148,10-13 Nov. 2008
Serna, E.; Pacas, M.
- "Detection of rotor asymmetries of induction machines in an encoderless control scheme," Industrial Electronics, 2009. ISIE 2009. IEEE International Symposium on , vol., no., pp.523-528, 5-8 July 2009
Serna, E.; Pacas, M.
- Diagnostics of Rotor Asymmetries in Inverter-Fed, Variable Speed Induction Machines, Logos-Verl. Berlin, 2009 ISBN 978-3-8325-2253-7
Eva Teresa Serna Calvo
