چكيده:

در اين پايان نامه ابتدا عيوب الكتريكي و مكانيكي در ماشينهاي الكتريكي بررسي گرديده و عوامل به وجود آورنده و روشهاي رفع اين عيوب بيان شده است . به دنبال آن ، به كمك روش تابع سيم پيچي ماشين شبيه سازي و خطاي مورد نظر يعني خطاي سيم بندي استاتور به آن اعمال و نتايج مورد بررسي قرار داده شده است. پارامتر اصلي كه براي تشخيص خطا در اين پايان نامه استفاده كرده ايم ، جريان سه فاز استاتور در حالت سالم و خطادار  ،تحت بارگذاري هاي مختلف خواهد بود.

در قسمت بعدي تئوري موجك و همچنين شبكه عصبي مورد بررسي قرار گرفته است . مادر اينجا از   براي استخراج مشخصات سيگنال استفاده كرده ايم ، مهمترين دليلي كه براي استفاده از اين موجك داريم خاصيت متعامد بودن و پشتيباني متمركز سيگنال در حوزه زمان مي باشد. شبكه عصبي كه براي تشخيص خطا استفاده كرده ايم  ، شبكه سه لايه تغذيه شونده به سمت جلو با الگوريتم آموزش BP  و تابع فعاليت سيگموئيدي مي باشد . در فصل چهارم روش تشخيص خطاي سيم بندي استاتور در ماشين القايي بيان شده است كه به صورت تركيبي از آناليز موجك و شبكه عصبي لست. روند كلي تشخص خطا به اين صورت مي باشد كه ابتدا از جريان استاتور ماشين در حالت سالم و همچنين تحت خطاهاي مختلف كه در فصل دوم بدست آورده ايم استفاده شده و تبديل موجك بروي آن اعمال گرديده است.سپس با استفاده از ضرايب موجك مقادير انرژي در هر مقياس استخراج و  به عنوان ورودي شبكه عصبي جهت آموزش دادن آن براي تشخيص خطاي سيم بندي استاتور مورد استفاده قرار گرفته است. در نهايت به كمك داده هاي تست، صحت شبكه مذكور مورد بررسي قرار داده شده است. در نهايت نتيجه گيري و پيشنهادات لازم بيان گرديده است.

با توجه به مطالب اشاره شده نتيجه مي شود كه با تشخيص به موقع هر كدام از عيوب اوّليه در ماشين القايي مي توان از پديد آمدن حوادث ثانويّه كه منجر به وارد آمدن خسارات سنگين مي گردد ، جلوگيري نمود . در اين راستا سعي شده است كه با تحليل ، بررسي و تشخيص يكي از اين نمونه خطاها، خطاي سيم بندي استاتور يك موتور القايي قفس سنجابي ، گامي موثر در پياده سازي نظام تعميراتي پيشگويي كننده برداشته شود و با بكارگيري سيستم هاي مراقبت وضعيت بروي چنين ماشينهايي از وارد آمدن خسارات سنگين بر صنايع و منابع ملي جلوگيري گردد.

فهرست مطالب

چكيده……………………………………………………………………………………………………………………………………..۱

مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….۲

فصل اول: بررسي انواع خطا در ماشينهاي القايي و علل بروز و روشهاي تشخيص آنها

۱-۱-مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………۳

۱-۲-بررسي انواع تنشهاي وارد شونده بر ماشين القايي……………………………………………………………………۴

۱-۲-۱-تنشهاي موثر در خرابي استاتور………………………………………………………………………………………..۴

۱-۲-۲- تنشهاي موثر در خرابي روتور………………………………………………………………………………………..۵

۱-۳- بررسي عيوب اوليه در ماشينهاي القايي…………………………………………………………………………………۸

۱-۳-۱- عيوب الكتريكي اوليه در ماشينهاي القايي…………………………………………………………………………۱۰

۱-۳-۲- عيوب مكانيكي اوليه در ماشينهاي القايي…………………………………………………………………………..۱۷

فصل دوم: مدلسازي ماشين القايي با استفاده از تئوري تابع سيم پيچ

۲-۱-تئوري تابع سيم پيچ…………………………………………………………………………………………………………..۲۱

۲-۱-۱-تعريف تابع سيم پيچ………………………………………………………………………………………………………۲۱

۲-۱-۲-محاسبه اندوكتانسهاي ماشين با استفاده از توابع سيم پيچ……………………………………………………..۲۶

۲-۲-شبيه سازي ماشين القايي……………………………………………………………………………………………………۲۹

۲-۲-۱- معادلات يك ماشين الكتريكي باm سيم پيچ استاتور و n سيم پيچ روتور……………………………..۳۲

۲-۲-۱-۱-معادلات ولتاژ استاتور……………………………………………………………………………………………….۳۲

۲-۲-۱-۲- معادلات ولتاژ روتور………………………………………………………………………………………………..۳۳

۲-۲-۱-۳- محاسبه گشتاور الكترومغناطيسي…………………………………………………………………………………۳۵

۲-۲-۱-۴- معادلات موتور القاي سه فاز قفس سنجابي در فضاي حالت……………………………………………۳۶

۲-۳- مدلسازي خطاي حلقه به حلقه و خطاي كلاف به كلاف…………………………………………………………۴۴

فصل سوم: آناليز موجك و تئوري شبكه هاي عصبي

۳-۱-تاريخچه موجك ها……………………………………………………………………………………………………………۵۴

۳-۲-مقدمه اي بر خانواده موجك ها……………………………………………………………………………………………۵۴

۳-۲-۱-موجك هار…………………………………………………………………………………………………………………..۵۵

۳-۲-۲- موجك دابيشز………………………………………………………………………………………………………………۵۵

۳-۲-۳- موجك كوايفلت…………………………………………………………………………………………………………..۵۶

۳-۲-۴- موجك سيملت…………………………………………………………………………………………………………….۵۶

۳-۲-۵- موجك مورلت……………………………………………………………………………………………………………..۵۶

۳-۲-۶- موجك مير…………………………………………………………………………………………………………………..۵۷

۳-۳- كاربردهاي موجك………………………………………………………………………………………………………….۵۷

۳-۴- آناليز فوريه…………………………………………………………………………………………………………………….۵۸

۳-۴-۱- آناليز فوريه زمان-كوتاه………………………………………………………………………………………………..۵۸

۳-۵-آناليز موجك……………………………………………………………………………………………………………………۵۹

۳-۶- تئوري شبكه هاي عصبي…………………………………………………………………………………………………..۶۹

۳-۶-۱- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………۶۹

۳-۶-۲- مزاياي شبكه عصبي……………………………………………………………………………………………………..۶۹

۳-۶-۳-اساس شبكه عصبي………………………………………………………………………………………………………..۶۹

۳-۶-۴- انواع شبكه هاي عصبي………………………………………………………………………………………………….۷۲

۳-۶-۵-آموزش پرسپترونهاي چند لايه…………………………………………………………………………………………۷۶

فصل چهارم:روش تشخيص خطاي سيم بندي استاتور در ماشين القايي(خطاي حلقه به حلقه)

۴-۱- اعمال تبديل موجك………………………………………………………………………………………………………….۷۹

۴-۲- نتايج تحليل موجك…………………………………………………………………………………………………………..۸۱

۴-۳- ساختار شبكه عصبي………………………………………………………………………………………………………….۹۴

فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهادات..

نتيجه گيري………………………………………………………………………………………………………………………………………۹۷

پيشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………..۹۸

پيوست ها………………………………………………………………………………………………………………………………..۹۹

منابع و ماخذ

 فارسي………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۰۰

منابع لاتين……………………………………………………………………………………………………………………………..۱۰۱

چكيده لاتين…………………………………………………………………………………………………………………………..۱۰۵

فهرست شكل

شكل۱-۱ : موتور القايي با ساختار مجزا شده از هم…………………………………………………………….۹

شكل۱-۲: شماي قسمتي از موتور و فركانس عبور قطب………………………………………………………………۱۰

شكل۱-۳: (الف) اتصال كوتاه كلاف به كلاف بين نقاط b وa    (ب) خطاي فاز به فاز……………………..۱۵

شكل۲-۱: برش از وسيله دو استوانه اي با قرارگيري دلخواه سيم پيچ در فاصله هوايي………………………..۲۲

شكل۲-۲: تابع دور كلاف متمركز باN دور هادي مربوط به شكل۲-۱………………………………………………۲۳

شكل۲-۳: تابع سيم پيچي كلاف متمركز N دوري مربوط به شكل۲-۱……………………………………………..۲۵

شكل ۲-۴: ساختار دو سيلندري با دور سيم پيچA وB…………………………………………………………………..26

شكل۲-۵: تابع دور كلاف ‘BB شكل۲-……………………………………………………….. ………………………….۲۷

شكل۲-۶:(الف) تابع دور فازa استاتور   (ب) تابع سيم پيچي فازa استاتور……………………………………..۳۰

شكل۲-۷: تابع سيم پيچي حلقه اول روتور…………………………………………………………………………………۳۰

شكل۲-۸(الف) اندوكتانس متقابل بين فازA استاتور و حلقه اول روتور  (ب) مشتق اندوكتانس متقابل بين فازa استاتور و حلقه اول روتور نسبت به زاويه  …………………………………………………………………………۳۱

شكل۲-۹:  شكل مداري در نظر گرفته شده براي روتور قفس سنجابي ……………………………………………۳۴

شكل ۲-۱۰: نمودار جريان (الف) فازa  (ب)فازb   (ج) فازc استاتور در حالت راه اندازي بدون بار…..۴۱

شكل۲-۱۱: (الف) نمودار سرعت موتور در حالت راه اندازي بدون بار(ب) نمودار گشتاور الكترومغناطيسي موتور در حالت راه اندازي بدون بار…………………………………………………………………………………………..۴۲

شكل۲-۱۲: نمودار جريان (الف) فازa   (ب) فازb    (ج) فازC استاتور در حالت دائمي بدون بار…….۴۳

شكل۲-۱۳: فرم سيم بندي استاتور وقتي كه اتصال كوتاه داخلي اتفاق افتاده است      (الف) اتصال ستاره       (ب) اتصال مثلث ………………………………………………………………………………………………………………. ۴۵

شكل۲-۱۴: تابع دور، فازD در حالت خطاي حلقه به حلقه (الف) ۳۵دور  (ب) ۲۰دور  ج) ۱۰دور………………………………………………………………………………………………………………………………..۴۸

شكل۲-۱۵: تابع سيم پيچي فازD در خطاي حلقه به حلقه  (الف)۳۵دور    (ب)۲۰دور   (ج) ۱۰دور………………………………………………………………………………………………………………………………..۴۸

شكل۲-۱۶: (الف)تابع اندوكتانس متقابل بين فازC و حلقه اول روتور   (ب) تابع مشتق اندوكتانس متقابل بين فاز C و حلقه اول روتور نسبت به زاويه …………………………………………………………………………….۴۸

شكل۲-۱۷: (الف)تابع اندوكتانس متقابل بين فازD و حلقه اول روتور   (ب) تابع مشتق اندوكتانس متقابل بين فاز D و حلقه اول روتور نسبت به زاويه………………………………………………………………………………۴۹

شكل۲-۱۸:  نمودار جريان استاتور    (الف) فازa     (ب)فازb      (ج) فازC  در خطاي ۱۰ دور در حالت راه اندازي بدون بار ……………………………………………………………………………………………………………….۵۰

شكل۲-۱۹: نمودار جريان استاتور     (الف) فازa      (ب) فازb     (ج) فازC در خطاي ۳۵ دور در حالت راه اندازي بدون بار ……………………………………………………………………………………………………………….۵۱

شكل۲-۲۰: (الف) گشتاور الكترو مغناطيسي در خطاي ۱۰دور   (ب) خطاي ۳۵ دور ………………………..۵۲

شكل۲-۲۱: نمودار سرعت موتور در خطاي حلقه به حلقه (۳۵دور) ……………………………………………….۵۲

شكل۲-۲۲:نمودار جريان استاتور      (الف) فازa       (ب) فازb        ( ج) فازC   درخطاي (۳۵دور) در حالت دائمي بدون بار …………………………………………………………………………………………………………….۵۳

شكل۳-۱:(الف) تابع موجك هار Ψ  (ب) تابع مقياس هار  ………………………………………………………۵۵

شكل۳-۲: خانواده تابع موجك دابيشزΨ ……………………………………………………………………………………۵۵

شكل۳-۳: (الف) تابع موجك كوايفلت Ψ  (ب) تابع مقياس كوايفلت  …………………………………….. ۵۶

شكل۳-۴: (الف) تابع موجك سيملت Ψ     (ب) تابع مقياس سيملت  ……………………………………….۵۶

شكل۳-۵: تابع موجك مورلت Ψ …………………………………………………………………………………………….۵۷

شكل۳-۶: (الف) تابع موجك مير Ψ   (ب) تابع مقياس مير  ……………………………………………………۵۷

شكل۳-۷: تبديل سيگنال از حوزه زمان-دامنه به حوزه فركانس-دامنه با آناليز فوريه …………………………۵۸

شكل۳-۸: تبديل سيگنال از حوزه زمان- دامنه به حوزه زمان –مقياس با آناليز موجك ………………………۵۹

شكل۳-۹: (الف) ضرايب موجك       (ب) ضرايب فوريه …………………………………………………………..۶۰

شكل۳-۱۰: اعمال تبديل فوريه بروي سيگنال و ايجاد سيگنالهاي سينوسي در فركانسهاي مختلف…………۶۱

شكل۳-۱۱: اعمال تبديل موجك بروي سيگنال ………………………………………………………………………….۶۱

شكل۳-۱۲: (الف) تابع موجك Ψ       ب) تابع شيفت يافته موجك  …………………………………………۶۲

شكل۳-۱۳: نمودار ضرايب موجك……………………………………………………………………………………………۶۳

شكل۳-۱۴: ضرايب موجك هنگامي كه از بالا به آن نگاه شود ………………………………………………………۶۳

شكل۳-۱۵: مراحل فيلتر كردن سيگنال S  …………………………………………………………………………………۶۵

شكل۳-۱۶: درخت آناليز موجك ……………………………………………………………………………………………..۶۶

شكل ۳-۱۷:درخت تجزيه موجك …………………………………………………………………………………………….۶۶

شكل۳-۱۸: باز يابي مجدد سيگنال بوسيله موجك ………………………………………………………………………..۶۷

شكل۳-۱۹: فرايند upsampling كردن سيگنال …………………………………………………………………………۶۷

شكل ۳-۲۰: سيستم filters quadrature  mirror ……………………………………………………………….67

شكل ۳-۲۱: تصوير جامعي از مرفولوژي نرون منفرد …………………………………………………………………..۷۰

شكل۳-۲۲: مدل سلول عصبي منفرد …………………………………………………………………………………………۷۱

شكل۳-۲۳: ANN سه لايه ……………………………………………………………………………………………………..۷۱

شكل۳-۲۴: منحني تابع خطي …………………………………………………………………………………………………..۷۳

شكل۳-۲۵: منحني تابع آستانه اي …………………………………………………………………………………………..۷۳

شكل۳-۲۶: منحني تابع سيگموئيدي …………………………………………………………………………………………۷۴

شكل۳-۲۷: پرسپترون چند لايه ………………………………………………………………………………………………..۷۵

شكل۳-۲۸: شبكه عصبي هاپفيلد گسسته(ونگ و مندل،۱۹۹۱) ……………………………………………………….۷۵

شكل ۴-۱: ساختار كلي تشخيص خطا ………………………………………………………………………………………۷۹

شكل۴-۲: ساختار كلي پردازش سيگنال در موجك ………………………………………………………………………۸۱

شكل۴-۳: تحليل جريان استاتور درحالت خطادار (۳۵دور) با   در بي باري ……………………………….۸۲

شكل۴-۴: : تحليل جريان استاتور درحالت خطادار (۲۰دور) با   در بي باري …………………………….۸۲

شكل۴-۵: : تحليل جريان استاتور درحالت خطادار (۱۰دور) با   در بي باري …………………………….۸۳

شكل۴-۶: : تحليل جريان استاتور درحالت سالم با   در بي باري ……………………………………………..۸۳

شكل۴-۷: : تحليل جريان استاتور درحالت خطادار(۳۵دور)با   در بارداري ………………………………..۸۴

شكل۴-۸: : تحليل جريان استاتور درحالت خطادار(۲۰دور)با   در بارداري …………………………………۸۴

شكل۴-۹: : تحليل جريان استاتور درحالت خطادار(۱۰دور)با   در بارداري …………………………………۸۵

شكل۴-۱۰:تحليل جريان استاتور در حالت سالم با  در بارداري …………………………………………………۸۵

شكل۴-۱۱: ضرايب موجك براي جريان استاتور ماشين خطادار(با خطاي ۳۵دور)در بي باري با ……۸۶

شكل۴-۱۲: ضرايب موجك براي جريان استاتور ماشين خطادار(با خطاي ۲۰ دور)در بي باري با……….۸۷٫

شكل۴-۱۳: ضرايب موجك براي جريان استاتور ماشين خطادار(با خطاي ۱۰دور)در بي باري با ……۸۸

شكل۴-۱۴: ضرايب موجك براي جريان استاتور ماشين سالم در بي باري با  ……………………………..۸۹

شكل۴-۱۵: نماي شبكه عصبي ………………………………………………………………………………………………..۹۴

شكل۴-۱۶: خطاي train كردن شبكه عصبي …………………………………………………………………………….۹۵

فهرست جداول

جدول۴-۱ : انرژي ذخيره شده در ماشين سالم ……………………………………………………………………………۹۰

جدول ۴-۲: انرژي ذخيره شده در ماشين خطا دار (۱۰ دور) ……………………………………………………….۹۱

جدول ۴-۳: انرژي ذخيره شده در ماشين خطا دار (۲۰ دور) …………………………………………………….. .۹۲

جدول ۴-۴: انرژي ذخيره شده در ماشين خطا دار (۳۵ دور) ……………………………………………………… ۹۳

جدول۴-۵: نمونه هاي تست شبكه عصبي ………………………………………………………………………………. ۹۶

فهرست منابع و ماخذ لاتين

 [ ۱] Austin H. Bonnet ; George G . Soukup, “Cause and analysis of stator and rotor failures is 3 phase squirrel cage induction motors” IEEE trans-on Industry application vol 28, no. 7, july 1992.pp 921-237.

 [۲]  Thorsen, O.V. and Dalva, M, “Condition monitoring methods, failure identification and analysis for high voltage motors in petroche mical Industry”, electrical machines and Drives, eight International conference.1997.

[3]  R.M. Mccoy, R.M., P.F. Albrecht, J.C. Appiarius, E.L. Owen, “Improved motors for utility applications,” volume 1: Industry  assessment study update and analysis”. EPRIEL – ۴۲۸۶  (RP – ۱۷۶۳ –۲), ۱۹۸۵

مراجع فارسي

]۳۷] جعفر ميلي منفرد، فرامرز ساماني و بابك معنوي خامنه ” مدلسازي و شبيه سازي موتور القايي دو قفسه به كمك نظريه تابع سيم پيچ”، هفتمين كنفرانس مهندسي برق ايران۱۳۸۷٫

]۳۸]  حميد رضا اكبري ركن آبادي، ” تعميم نظريه تابع سيم پيچ به منظور در نظر گرفتن اثر اشباع در مدلسازي ماشين القايي” ، پايان نامه كارشناسي ارشد، خرداد ۱۳۸۴، دانشگاه صنعتي امير كبير.

[۳۹]  محمد اسمعيلي فلك ،”آشنايي با ويولت و كاربردهاي آن در سيستمهاي قدرت” پروژه كارشناسي دانشگاه آزاد واحد اردبيل  ،بهار۸۷

[۴۰]  آلفرد مرتينز،  ترجمه دكتر محمد حسن مرادي, ” ويولت، فيلتر بانك، تبديل زمان  فركانس و كاربردهاي آنها” انتشارات دانشگاه پلي تكنيك تهران  , زمستان ۸۴

[۴۱]  مصطفي كيا، “شبكه هاي عصبي در matlab “انتشارات خدمات نشر كيان رايانه سبز  زمستان ۱۳۸۷

[۴۲]  پروفسور رابرت جي. شالكف، ترجمه دكتر محمود جورابيان، “شبكه هاي عصبي مصنوعي” انتشارات دانشگاه شهيد چمران اهواز، سال ۱۳۸۲

دانلود فايل