امروزه تبدیل موجک به یکی از مهمترین ابزارها در زمینه تحلیلهای عددی و پردازش سیگنال و تصویر تبدیل شده است. با توجه به خواص تبدیل موجک، کارایی این تبدیل در حذف نویز به اثبات رسیده است. هدف اصلی در حذف نویز این است که سیگنال بازسازیشده تا حد امکان به سیگنال اصلی نزدیک بوده و در عین حال خواص اصلی سیگنال چون میزان همواری آن نیز حفظ شود.
در این تحقیق ابتدا عیوب الکتریکی و مکانیکی در ماشینهای الکتریکی بررسی گردیده و عوامل به وجود آورنده و روشهای رفع این عیوب بیان شده است . به دنبال آن ، به کمک روش تابع سیم پیچی ماشین شبیه سازی و خطای مورد نظر یعنی خطای سیم بندی استاتور به آن اعمال و نتایج مورد بررسی قرار داده شده است. پارامتر اصلی که برای تشخیص خطا در این تحقیق استفاده کرده ایم ، جریان سه فاز استاتور در حالت سالم و خطادار ،تحت بارگذاری های مختلف خواهد بود.
در قسمت بعدی تئوری موجک و همچنین شبکه عصبی مورد بررسی قرار گرفته است . مادر اینجا از برای استخراج مشخصات سیگنال استفاده کرده ایم ، مهمترین دلیلی که برای استفاده از این موجک داریم خاصیت متعامد بودن و پشتیبانی متمرکز سیگنال در حوزه زمان می باشد. شبکه عصبی که برای تشخیص خطا استفاده کرده ایم ، شبکه سه لایه تغذیه شونده به سمت جلو با الگوریتم آموزش BP و تابع فعالیت سیگموئیدی می باشد . در فصل چهارم روش تشخیص خطای سیم بندی استاتور در ماشین القایی بیان شده است که به صورت ترکیبی از آنالیز موجک و شبکه عصبی لست. روند کلی تشخص خطا به این صورت می باشد که ابتدا از جریان استاتور ماشین در حالت سالم و همچنین تحت خطاهای مختلف که در فصل دوم بدست آورده ایم استفاده شده و تبدیل موجک بروی آن اعمال گردیده است.سپس با استفاده از ضرایب موجک مقادیر انرژی در هر مقیاس استخراج و به عنوان ورودی شبکه عصبی جهت آموزش دادن آن برای تشخیص خطای سیم بندی استاتور مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت به کمک داده های تست، صحت شبکه مذکور مورد بررسی قرار داده شده است. در نهایت نتیجه گیری و پیشنهادات لازم بیان گردیده است.
با توجه به مطالب اشاره شده نتیجه می شود که با تشخیص به موقع هر کدام از عیوب اوّلیه در ماشین القایی می توان از پدید آمدن حوادث ثانویّه که منجر به وارد آمدن خسارات سنگین می گردد ، جلوگیری نمود . در این راستا سعی شده است که با تحلیل ، بررسی و
تشخیص یکی از این نمونه خطاها، خطای سیم بندی استاتور یک موتور القایی قفس سنجابی ، گامی موثر در پیاده سازی نظام تعمیراتی پیشگویی کننده برداشته شود و با بکارگیری سیستم های مراقبت وضعیت بروی چنین ماشینهایی از وارد آمدن خسارات سنگین بر صنایع و منابع ملی جلوگیری گردد
موتورهای الکتریکی نقش مهمی را در راه اندازی موثر ماشینها و پروسه های صنعتی ایفا می کنند. بخصوص موتورهای القایی قفس سنجابی را که بعنوان اسب کاری صنعت می شناسند. بنابراین تشخیص خطاهای این موتورها می تواند فواید اقتصادی فراوانی در پی داشته باشد. از جمله مدیریت کارخانه های صنعتی را آسان می کند، سطح اطمینان سیستم را بالا می برد، هزینه تعمیر و نگهداری پایین می آید و نسبت هزینه به سود بطور قابل توجهی کاهش می یابد.
Bonnett و Soukup برای خرابیهای استاتور موتورهای القایی سه فاز قفس سنجابی، پنج حالت خرابی مطرح کرده اند که عبارت اند از: حلقه به حلقه، کلاف به کلاف، قطع فاز، فاز به فاز و کلاف به زمین[1]. برای موتورهای قفس سنجابی، خرابیهای سیم پیچی استاتور و یاتاقانها کل خرابیها به حساب می آیند و همچنین اکثر خرابیهای سیم پیچی استاتور موتور القایی از فروپاشی عایقی حلقه به حلقه ناشی می شود]2[. برخی از محققین خرابیهای موتور را چنین تقسیم بندی کرده اند: خرابی ساچمه ها ( یاتاقانها) %40-50، خرابی عایق استاتور %30-40 و خرابی قفسه روتور %5- 10 [3] که اگر خرابی حلقه به حلقه جلوگیری نشود، منجر به خطای فاز به زمین یا فاز به فاز می گردد، که خطای فاز به زمین شدید تر است. در مقالات[4] [5] نظریه تابع سیم پیچی و کاربرد آن در آنالیز گذرای موتورهای القایی تحت خطا شرح داده شده است. از این نظریه در مدلسازی خطای حلقه به حلقه استاتور استفاده شده است. علاوه بر روشهای فوق خطای استاتور موتور القایی را می توان به کمک بردارهای فضایی مورد مطالعه قرار داد[6].
فصل اول :
بررسی انواع خطا در ماشینهای القایی و علل بروز و روشهای تشخیص آنها
1-1- مقدمه:
خرابیهای یک موتور قفس سنجابی را می توان به دو دسته الکتریکی و مکانیکی تقسیم کرد.هر کدام از این خرابیها در اثر عوامل و تنش های متعددی ایجاد می گردند . این تنشها در حالت کلی بصورت حرارتی ، مغناطیسی ، دینامیکی ، مکانیکی و یا محیطی می باشند که در قسمت های مختلف ماشین مانند محور ، بلبرینگ ، سیم پیچی استاتور ، ورقه های هسته روتور واستاتور و قفسه روتور خرابی ایجاد می کنند. اکثر این خرابیها در اثر عدم بکارگیری ماشین مناسب در شرایط کاری مورد نظر ، عدم هماهنگی بین طراح و کاربر و استفاده نامناسب از ماشین پدید می آید . در این قسمت سعی گردیده است ابتدا انواع تنشهای وارده بر ماشین ، عوامل پدید آمدن و اثرات آنها بررسی گردد .
قبل از بررسی انواع تنشهای وارده بر ماشین القایی بایستی موارد زیر در نظر گرفته شود :
1- با مشخص کردن شرایط کار ماشین می توان تنشهای حرارتی، مکانیکی ودینامیکی را پیش بینی نمود و ماشین مناسب با آن شرایط را انتخاب کرد . به عنوان مثال ، سیکل کاری ماشین و نوع بار آن ، تعداد دفعات خاموش و روشن کردن و فاصله زمانی بین آنها ، از عواملی هستند که تاثیر مستقیم در پدید آمدن تنشهای وارده بر ماشین خواهند داشت .
2- وضعیت شبکه تغذیه ماشین از لحاظ افت ولتاژ در حالت دائمی و شرایط راه اندازی و میزان هارمونیکهای شبکه هم در پدید آمدن نوع تنش و در نتیجه پدید آمدن خرابی در ماشین موثر خواهند بود .
1-2- بررسی انواع تنشهای وارد شونده بر ماشین القایی :
1-2-1- تنشهای موثر در خرابی استاتور : ]1[
الف ـ تنشهای گرمایی : این نوع از تنشها را می توان ناشی از عوامل زیر دانست:
◄ سیکل راه اندازی : افزایش حرارت در موتورهای القایی بیشتر هنگام راه اندازی و توقف ایجاد می شود . یک موتور در طول راه اندازی ، پنج تا هشت برابر جریان نامی از شبکه جریان می کشد تا تحت شرایط بار کامل راه بیفتد . بنابراین اگر تعداد راه اندازی های یک موتور در پریود کوتاهی از زمان زیاد گردد دمای سیم پیچی به سرعت افزایش می یابد در حالی که یک موتور القایی یک حد مجاز برای گرم شدن دارد و هرگاه این حد در نظر گرفته نشود آمادگی موتور برای بروز خطا افزایش می یابد . تنشهایی که بر اثر توقف ناگهانی موتور بوجود می آیند به مراتب تاثیر گذارتر از بقیه تنشها هستند .
◄ اضافه بار گرمایی : بر اثر تغییرات ولتاژ و همچنین ولتاژهای نامتعادل دمای سیم پیچی افزایش می یابد.
بنابر یک قاعده تجربی بازای هر %2/1-3 ولتاژ فاز نامتعادل دمای سیم پیچی فاز با حداکثر جریان خود، 25% افزایش پیدا می کند .
◄ فرسودگی گرمایی : طبق قانون تجربی با ºc10 افزایش دمای سیم پیچی استاتور عمر عایقی آن نصف می شود. بنابراین اثر معمولی فرسودگی گرمایی ، آسیب پذیری سیستم عایقی است .
فهرست مندرجات:
مقدمه......2
فصل اول: بررسی انواع خطا در ماشینهای القایی و علل بروز و روشهای تشخیص آنها
1-1-مقدمه..................3
1-2-بررسی انواع تنشهای وارد شونده بر ماشین القایی.............4
1-2-1-تنشهای موثر در خرابی استاتور..................4
1-2-2- تنشهای موثر در خرابی روتور.................5
1-3- بررسی عیوب اولیه در ماشینهای القایی...................8
1-3-1- عیوب الکتریکی اولیه در ماشینهای القایی.....................10
1-3-2- عیوب مکانیکی اولیه در ماشینهای القایی....................17
فصل دوم: مدلسازی ماشین القایی با استفاده از تئوری تابع سیم پیچ
2-1-تئوری تابع سیم پیچ...........21
2-1-1-تعریف تابع سیم پیچ............21
2-1-2-محاسبه اندوکتانسهای ماشین با استفاده از توابع سیم پیچ...............26
2-2-شبیه سازی ماشین القایی..........29
2-2-1- معادلات یک ماشین الکتریکی باm سیم پیچ استاتور و n سیم پیچ روتور.........32
2-2-1-1-معادلات ولتاژ استاتور.................32
2-2-1-2- معادلات ولتاژ روتور............33
2-2-1-3- محاسبه گشتاور الکترومغناطیسی..............35
2-2-1-4- معادلات موتور القای سه فاز قفس سنجابی در فضای حالت..........36
2-3- مدلسازی خطای حلقه به حلقه و خطای کلاف به کلاف........44
فصل سوم: آنالیز موجک و تئوری شبکه های عصبی
3-1-تاریخچه موجک ها............54
3-2-مقدمه ای بر خانواده موجک ها...............54
3-2-1-موجک هار....................55
3-2-2- موجک دابیشز................55
3-2-3- موجک کوایفلت............56
3-2-4- موجک سیملت....................56
3-2-5- موجک مورلت...............56
3-2-6- موجک میر...............57
3-3- کاربردهای موجک................57
3-4- آنالیز فوریه................58
3-4-1- آنالیز فوریه زمان-کوتاه..........58
3-5-آنالیز موجک....................59
3-6- تئوری شبکه های عصبی.............69
3-6-1- مقدمه................69
3-6-2- مزایای شبکه عصبی............69
3-6-3-اساس شبکه عصبی....................69
3-6-4- انواع شبکه های عصبی...............72
3-6-5-آموزش پرسپترونهای چند لایه.................76
فصل چهارم:روش تشخیص خطای سیم بندی استاتور در ماشین القایی(خطای حلقه به حلقه)
4-1- اعمال تبدیل موجک.................79
4-2- نتایج تحلیل موجک..................81
4-3- ساختار شبکه عصبی............94
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات..
نتیجه گیری.................97
پیشنهادات.......................98
پیوست ها.....................99
منابع و ماخذ
فارسی.............................101
چکیده لاتین.......................105
شامل 115 صفحه فایل word قابل ویرایش
چکیده :
در این پایان نامه ابتدا عیوب الکتریکی و مکانیکی در ماشینهای الکتریکی بررسی گردیده و عوامل به وجود آورنده و روشهای رفع این عیوب بیان شده است . به دنبال آن ، به کمک روش تابع سیم پیچی ماشین شبیه سازی و خطای مورد نظر یعنی خطای سیم بندی استاتور به آن اعمال و نتایج مورد بررسی قرار داده شده است. پارامتر اصلی که برای تشخیص خطا در این پایان نامه استفاده کرده ایم ، جریان سه فاز استاتور در حالت سالم و خطادار ،تحت بارگذاری های مختلف خواهد بود.
در قسمت بعدی تئوری موجک و همچنین شبکه عصبی مورد بررسی قرار گرفته است . مادر اینجا از برای استخراج مشخصات سیگنال استفاده کرده ایم ، مهمترین دلیلی که برای استفاده از این موجک داریم خاصیت متعامد بودن و پشتیبانی متمرکز سیگنال در حوزه زمان می باشد. شبکه عصبی که برای تشخیص خطا استفاده کرده ایم ، شبکه سه لایه تغذیه شونده به سمت جلو با الگوریتم آموزش BP و تابع فعالیت سیگموئیدی می باشد . در فصل چهارم روش تشخیص خطای سیم بندی استاتور در ماشین القایی بیان شده است که به صورت ترکیبی از آنالیز موجک و شبکه عصبی لست. روند کلی تشخص خطا به این صورت می باشد که ابتدا از جریان استاتور ماشین در حالت سالم و همچنین تحت خطاهای مختلف که در فصل دوم بدست آورده ایم استفاده شده و تبدیل موجک بروی آن اعمال گردیده است.سپس با استفاده از ضرایب موجک مقادیر انرژی در هر مقیاس استخراج و به عنوان ورودی شبکه عصبی جهت آموزش دادن آن برای تشخیص خطای سیم بندی استاتور مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت به کمک داده های تست، صحت شبکه مذکور مورد بررسی قرار داده شده است. در نهایت نتیجه گیری و پیشنهادات لازم بیان گردیده است.
با توجه به مطالب اشاره شده نتیجه می شود که با تشخیص به موقع هر کدام از عیوب اوّلیه در ماشین القایی می توان از پدید آمدن حوادث ثانویّه که منجر به وارد آمدن خسارات سنگین می گردد ، جلوگیری نمود . در این راستا سعی شده است که با تحلیل ، بررسی و تشخیص یکی از این نمونه خطاها، خطای سیم بندی استاتور یک موتور القایی قفس سنجابی ، گامی موثر در پیاده سازی نظام تعمیراتی پیشگویی کننده برداشته شود و با بکارگیری سیستم های مراقبت وضعیت بروی چنین ماشینهایی از وارد آمدن خسارات سنگین بر صنایع و منابع ملی جلوگیری گردد.
فهرست مطالب :
چکیده
مقدمه
فصل اول : بررسی انواع خطا در ماشینهای القایی و علل بروز و روشهای تشخیص آنها
1-1-مقدمه
1-2-بررسی انواع تنشهای وارد شونده بر ماشین القایی
1-2-1-تنشهای موثر در خرابی استاتور
1-2-2- تنشهای موثر در خرابی روتور
1-3- بررسی عیوب اولیه در ماشینهای القایی
1-3-1- عیوب الکتریکی اولیه در ماشینهای القایی
1-3-2- عیوب مکانیکی اولیه در ماشینهای القایی
فصل دوم : مدلسازی ماشین القایی با استفاده از تئوری تابع سیم پیچ
2-1-تئوری تابع سیم پیچ
2-1-1-تعریف تابع سیم پیچ
2-1-2-محاسبه اندوکتانسهای ماشین با استفاده از توابع سیم پیچ
2-2-شبیه سازی ماشین القایی
2-2-1- معادلات یک ماشین الکتریکی با m سیم پیچ استاتور و n سیم پیچ روتور
2-2-1-1-معادلات ولتاژ استاتور
2-2-1-2- معادلات ولتاژ روتور
2-2-1-3- محاسبه گشتاور الکترومغناطیسی
2-2-1-4- معادلات موتور القای سه فاز قفس سنجابی در فضای حالت
2-3- مدلسازی خطای حلقه به حلقه و خطای کلاف به کلاف
فصل سوم : آنالیز موجک و تئوری شبکه های عصبی
3-1-تاریخچه موجک ها
3-2-مقدمه ای بر خانواده موجک ها
3-2-1-موجک هار
3-2-2- موجک دابیشز
3-2-3- موجک کوایفلت
3-2-4- موجک سیملت
3-2-5- موجک مورلت
3-2-6- موجک میر
3-3- کاربردهای موجک
3-4- آنالیز فوریه
3-4-1- آنالیز فوریه زمان-کوتاه
3-5-آنالیز موجک
3-6- تئوری شبکه های عصبی
3-6-1- مقدمه
3-6-2- مزایای شبکه عصبی
3-6-3-اساس شبکه عصبی
3-6-4- انواع شبکه های عصبی
3-6-5-آموزش پرسپترونهای چند لایه
فصل چهارم : روش تشخیص خطای سیم بندی استاتور در ماشین القایی (خطای حلقه به حلقه)
4-1- اعمال تبدیل موجک
4-2- نتایج تحلیل موجک
4-3- ساختار شبکه عصبی
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات
نتیجه گیری
پیشنهادات
پیوست ها
منابع و ماخذ
فارسی
منابع لاتین
چکیده لاتین