شماره ركورد
34589
پديد آورنده
اسداله كلانتر
عنوان
عيبيابي ياتاقان موتورالقايي و تشخيص ناهمراستايي محوري در الكتروپمپ با استفاده از سيگنالهاي الكتريكي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك طراحي كاربردي -ديناميك، كنترل و ارتعاشات
سال تحصيل
1393
تاريخ دفاع
1404/10/30
استاد راهنما
جناب آقاي دكتر ميرسعيد صفي زاده
استاد مشاور
جناب آقاي فردين دالوند(مشاور صنعتي)
دانشكده
مهندسي مكانيك پرديس
چكيده
پايش وضعيت موتورهاي القايي بر اساس سيگنالهاي الكتريكي در سالهاي اخير بهعنوان رويكردي كمهزينه و قابلاعتماد مورد توجه قرار گرفته است. با وجود اين، روشهاي كلاسيك مبتني بر تحليل طيف جريان در تشخيص خرابيهاي كمانرژي، از جمله خرابي تكنقطهاي ياتاقان و ناهمراستايي محور، كارايي پايدار و مناسبي ارائه نميكنند. پژوهش حاضر با هدف رفع اين محدوديت، رويكردي زمانمحور مبتني بر مدلسازي بخش قابلپيشبيني سيگنال، استخراج پسماند و بررسي ويژگيهاي لحظهاي دامنه و فركانس را ارائه و ارزيابي كرده است. اين چارچوب بر روي دو مجموعه مستقل شامل 28 آزمون خرابي ياتاقان و 63 آزمون ناهمراستايي در چهار سطح بارگذاري اعمال شده است.
نتايج نشان ميدهد كه حذف مؤلفههاي غالب سيگنال و تحليل پسماند حاصل آن، امكان آشكارسازي الگوهاي غيرخطي و كمدامنه مرتبط با خرابي را فراهم ميكند؛ الگوهايي كه در حوزه فركانس بهدليل دامنه پايين قابل تشخيص نيستند. در خرابي ياتاقان، تحليل دامنه و فركانس لحظه اي سيگنالهاي الكتريكي و همچنين تركيب تحليل پسماند و ويژگيهاي لحظهاي توانسته است علائم ضربهاي عيب را با دقت بالا و بهصورت مستقل از بار آشكار كند. در مطالعه شرايط ناهمراستايي نيز، تحليل پسماند جريان قادر به برجستهسازي نوسانات گشتاور بوده و تفكيك منظم ميان حالتهاي هممحور و ناهممحور را ممكن ساخته است، هرچند آثار اين عيب نسبت به ياتاقان ضعيفتر است.
بهطور كلي، يافتهها نشان ميدهد كه روشهاي زمانمحور مبتني بر مدلسازي مؤلفههاي اصلي سيگنال و تحليل پسماند ميتوانند جايگزيني موثر براي روشهاي كلاسيك طيفي باشند و با توجه به وابسته نبودن به مدل ماشين و عدم نياز به حسگرهاي اضافي، قابليت پيادهسازي مستقيم در محيطهاي صنعتي را دارند. چارچوب پيشنهادي اين پژوهش ميتواند مبنايي براي توسعه سامانههاي پايش هوشمند در كاربردهاي صنعتي متنوع باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/08
عنوان به انگليسي
Bearing Fault Detection in Induction Motors and Shaft Misalignment Detection in Electro-Pumps Using Electric Signals
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اسداله كلانتر
چكيده به لاتين
Vibration analysis has traditionally been used for fault detection in induction-motor-driven electro-pumps; however, in industrial environments it suffers from practical limitations such as high cost, restricted sensor placement, and susceptibility to sensor failure. Conse-quently, condition monitoring based on electrical signals has emerged as a cost-effective and non-intrusive alternative. Despite this, conventional spectral analysis of stator current signatures often exhibits low signal-to-noise ratio, strong load dependency, and statistical overlap between healthy and faulty conditions, which can lead to unreliable diagnosis and false alarms.
This dissertation presents an integrated electrical-signal-based framework for the detection of localized bearing faults and shaft misalignment in induction motors. The proposed ap-proach exploits the physical electromechanical coupling by which mechanical impacts and torque fluctuations generated by bearing defects and misalignment induce short-time dis-turbances in rotor speed and air-gap flux rotation, which in turn modulate the phase and instantaneous frequency of stator voltages and currents. Instantaneous amplitude and in-stantaneous frequency features are extracted using the analytic signal representation, and their fault-sensitive impulsive behavior is quantified through higher-order statistical indices in the time domain.
To enhance fault visibility under noisy industrial conditions, linear-prediction-based and time-synchronization-based noise-cancellation structures are developed for stator current and voltage signals. The resulting residual and difference signals, together with instanta-neous features, are shown to significantly improve the signal-to-noise ratio and to suppress load-dependent deterministic components. Among the investigated indicators, the kurtosis of instantaneous frequency of motor voltage and current, as well as their prediction-error counterparts, provide highly sensitive and statistically separable signatures for both single-point bearing defects and shaft misalignment.
The proposed methods are experimentally validated on an 7.5-kW induction motor driving a centrifugal pump under four load levels and multiple fault conditions, including outer-race, inner-race, rolling-element, and cage defects, as well as parallel, angular, and com-bined misalignment. The results demonstrate stable, load-robust, and non-overlapping dis-crimination between healthy and faulty states, confirming that the combination of instan-taneous feature analysis and noise-cancellation-based residual processing constitutes a reli-able and practically applicable framework for condition monitoring of industrial induction-motor-driven systems.
كليدواژه هاي فارسي
پايش وضعيت، , موتور القايي , خرابي ياتاقان , ناهمراستايي محور , دامنه لحظهاي , فركانس لحظهاي , پيشبيني خطي , تحليل پسماند , حذف نويز سيگنال. , Instantaneous Domain
كليدواژه هاي لاتين
Condition Monitoring , Induction Motor , Bearing Fault , Misalignment , Stator Current , Line Voltage , Signal Processing , Instantaneous Frequency , Linear Prediction , Residue
Author
Asadollah Kalantar
SuperVisor
Mir Said Safizadeh