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……………………………………………………………………………………………………………………………………..۱

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

فصل اول: بررسی انواع خطا در ماشینهای القایی و علل بروز و روشهای تشخیص آنها

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

۱-۲-بررسی انواع تنشهای وارد شونده بر ماشین القایی……………………………………………………………………۴

۱-۲-۱-تنشهای موثر در خرابی استاتور………………………………………………………………………………………..۴

۱-۲-۲- تنشهای موثر در خرابی روتور………………………………………………………………………………………..۵

۱-۳- بررسی عیوب اولیه در ماشینهای القایی…………………………………………………………………………………۸

۱-۳-۱- عیوب الکتریکی اولیه در ماشینهای القایی…………………………………………………………………………۱۰

۱-۳-۲- عیوب مکانیکی اولیه در ماشینهای القایی…………………………………………………………………………..۱۷

فصل دوم: مدلسازی ماشین القایی با استفاده از تئوری تابع سیم پیچ

۲-۱-تئوری تابع سیم پیچ…………………………………………………………………………………………………………..۲۱

۲-۱-۱-تعریف تابع سیم پیچ………………………………………………………………………………………………………۲۱

۲-۱-۲-محاسبه اندوکتانسهای ماشین با استفاده از توابع سیم پیچ……………………………………………………..۲۶

۲-۲-شبیه سازی ماشین القایی……………………………………………………………………………………………………۲۹

۲-۲-۱- معادلات یک ماشین الکتریکی باm سیم پیچ استاتور و n سیم پیچ روتور……………………………..۳۲

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

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

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

۲-۲-۱-۴- معادلات موتور القای سه فاز قفس سنجابی در فضای حالت……………………………………………۳۶

۲-۳- مدلسازی خطای حلقه به حلقه و خطای کلاف به کلاف…………………………………………………………۴۴

فصل سوم: آنالیز موجک و تئوری شبکه های عصبی

۳-۱-تاریخچه موجک ها……………………………………………………………………………………………………………۵۴

۳-۲-مقدمه ای بر خانواده موجک ها……………………………………………………………………………………………۵۴

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

۳-۲-۲- موجک دابیشز………………………………………………………………………………………………………………۵۵

۳-۲-۳- موجک کوایفلت…………………………………………………………………………………………………………..۵۶

۳-۲-۴- موجک سیملت…………………………………………………………………………………………………………….۵۶

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

۳-۲-۶- موجک میر…………………………………………………………………………………………………………………..۵۷

۳-۳- کاربردهای موجک………………………………………………………………………………………………………….۵۷

۳-۴- آنالیز فوریه…………………………………………………………………………………………………………………….۵۸

۳-۴-۱- آنالیز فوریه زمان-کوتاه………………………………………………………………………………………………..۵۸

۳-۵-آنالیز موجک……………………………………………………………………………………………………………………۵۹

۳-۶- تئوری شبکه های عصبی…………………………………………………………………………………………………..۶۹

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

۳-۶-۲- مزایای شبکه عصبی……………………………………………………………………………………………………..۶۹

۳-۶-۳-اساس شبکه عصبی………………………………………………………………………………………………………..۶۹

۳-۶-۴- انواع شبکه های عصبی………………………………………………………………………………………………….۷۲

۳-۶-۵-آموزش پرسپترونهای چند لایه…………………………………………………………………………………………۷۶

فصل چهارم:روش تشخیص خطای سیم بندی استاتور در ماشین القایی(خطای حلقه به حلقه)

۴-۱- اعمال تبدیل موجک………………………………………………………………………………………………………….۷۹

۴-۲- نتایج تحلیل موجک…………………………………………………………………………………………………………..۸۱

۴-۳- ساختار شبکه عصبی………………………………………………………………………………………………………….۹۴

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات..

نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………۹۷

پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………..۹۸

پیوست ها………………………………………………………………………………………………………………………………..۹۹

منابع و ماخذ

 فارسی………………………………………………………………………………………………………………………………….۱۰۰

منابع لاتین……………………………………………………………………………………………………………………………..۱۰۱

چکیده لاتین…………………………………………………………………………………………………………………………..۱۰۵

فهرست شکل

شکل۱-۱ : موتور القایی با ساختار مجزا شده از هم…………………………………………………………….۹

شکل۱-۲: شمای قسمتی از موتور و فرکانس عبور قطب………………………………………………………………۱۰

شکل۱-۳: (الف) اتصال کوتاه کلاف به کلاف بین نقاط b وa    (ب) خطای فاز به فاز……………………..۱۵

شکل۲-۱: برش از وسیله دو استوانه ای با قرارگیری دلخواه سیم پیچ در فاصله هوایی………………………..۲۲

شکل۲-۲: تابع دور کلاف متمرکز باN دور هادی مربوط به شکل۲-۱………………………………………………۲۳

شکل۲-۳: تابع سیم پیچی کلاف متمرکز N دوری مربوط به شکل۲-۱……………………………………………..۲۵

شکل ۲-۴: ساختار دو سیلندری با دور سیم پیچA وB…………………………………………………………………..26

شکل۲-۵: تابع دور کلاف ‘BB شکل۲-……………………………………………………….. ………………………….۲۷

شکل۲-۶:(الف) تابع دور فازa استاتور   (ب) تابع سیم پیچی فازa استاتور……………………………………..۳۰

شکل۲-۷: تابع سیم پیچی حلقه اول روتور…………………………………………………………………………………۳۰

شکل۲-۸(الف) اندوکتانس متقابل بین فازA استاتور و حلقه اول روتور  (ب) مشتق اندوکتانس متقابل بین فازa استاتور و حلقه اول روتور نسبت به زاویه  …………………………………………………………………………۳۱

شکل۲-۹:  شکل مداری در نظر گرفته شده برای روتور قفس سنجابی ……………………………………………۳۴

شکل ۲-۱۰: نمودار جریان (الف) فازa  (ب)فازb   (ج) فازc استاتور در حالت راه اندازی بدون بار…..۴۱

شکل۲-۱۱: (الف) نمودار سرعت موتور در حالت راه اندازی بدون بار(ب) نمودار گشتاور الکترومغناطیسی موتور در حالت راه اندازی بدون بار…………………………………………………………………………………………..۴۲

شکل۲-۱۲: نمودار جریان (الف) فازa   (ب) فازb    (ج) فازC استاتور در حالت دائمی بدون بار…….۴۳

شکل۲-۱۳: فرم سیم بندی استاتور وقتی که اتصال کوتاه داخلی اتفاق افتاده است      (الف) اتصال ستاره       (ب) اتصال مثلث ………………………………………………………………………………………………………………. ۴۵

شکل۲-۱۴: تابع دور، فازD در حالت خطای حلقه به حلقه (الف) ۳۵دور  (ب) ۲۰دور  ج) ۱۰دور………………………………………………………………………………………………………………………………..۴۸

شکل۲-۱۵: تابع سیم پیچی فازD در خطای حلقه به حلقه  (الف)۳۵دور    (ب)۲۰دور   (ج) ۱۰دور………………………………………………………………………………………………………………………………..۴۸

شکل۲-۱۶: (الف)تابع اندوکتانس متقابل بین فازC و حلقه اول روتور   (ب) تابع مشتق اندوکتانس متقابل بین فاز C و حلقه اول روتور نسبت به زاویه …………………………………………………………………………….۴۸

شکل۲-۱۷: (الف)تابع اندوکتانس متقابل بین فازD و حلقه اول روتور   (ب) تابع مشتق اندوکتانس متقابل بین فاز D و حلقه اول روتور نسبت به زاویه………………………………………………………………………………۴۹

شکل۲-۱۸:  نمودار جریان استاتور    (الف) فازa     (ب)فازb      (ج) فازC  در خطای ۱۰ دور در حالت راه اندازی بدون بار ……………………………………………………………………………………………………………….۵۰

شکل۲-۱۹: نمودار جریان استاتور     (الف) فازa      (ب) فازb     (ج) فازC در خطای ۳۵ دور در حالت راه اندازی بدون بار ……………………………………………………………………………………………………………….۵۱

شکل۲-۲۰: (الف) گشتاور الکترو مغناطیسی در خطای ۱۰دور   (ب) خطای ۳۵ دور ………………………..۵۲

شکل۲-۲۱: نمودار سرعت موتور در خطای حلقه به حلقه (۳۵دور) ……………………………………………….۵۲

شکل۲-۲۲:نمودار جریان استاتور      (الف) فازa       (ب) فازb        ( ج) فازC   درخطای (۳۵دور) در حالت دائمی بدون بار …………………………………………………………………………………………………………….۵۳

شکل۳-۱:(الف) تابع موجک هار Ψ  (ب) تابع مقیاس هار  ………………………………………………………۵۵

شکل۳-۲: خانواده تابع موجک دابیشزΨ ……………………………………………………………………………………۵۵

شکل۳-۳: (الف) تابع موجک کوایفلت Ψ  (ب) تابع مقیاس کوایفلت  …………………………………….. ۵۶

شکل۳-۴: (الف) تابع موجک سیملت Ψ     (ب) تابع مقیاس سیملت  ……………………………………….۵۶

شکل۳-۵: تابع موجک مورلت Ψ …………………………………………………………………………………………….۵۷

شکل۳-۶: (الف) تابع موجک میر Ψ   (ب) تابع مقیاس میر  ……………………………………………………۵۷

شکل۳-۷: تبدیل سیگنال از حوزه زمان-دامنه به حوزه فرکانس-دامنه با آنالیز فوریه …………………………۵۸

شکل۳-۸: تبدیل سیگنال از حوزه زمان- دامنه به حوزه زمان –مقیاس با آنالیز موجک ………………………۵۹

شکل۳-۹: (الف) ضرایب موجک       (ب) ضرایب فوریه …………………………………………………………..۶۰

شکل۳-۱۰: اعمال تبدیل فوریه بروی سیگنال و ایجاد سیگنالهای سینوسی در فرکانسهای مختلف…………۶۱

شکل۳-۱۱: اعمال تبدیل موجک بروی سیگنال ………………………………………………………………………….۶۱

شکل۳-۱۲: (الف) تابع موجک Ψ       ب) تابع شیفت یافته موجک  …………………………………………۶۲

شکل۳-۱۳: نمودار ضرایب موجک……………………………………………………………………………………………۶۳

شکل۳-۱۴: ضرایب موجک هنگامی که از بالا به آن نگاه شود ………………………………………………………۶۳

شکل۳-۱۵: مراحل فیلتر کردن سیگنال S  …………………………………………………………………………………۶۵

شکل۳-۱۶: درخت آنالیز موجک ……………………………………………………………………………………………..۶۶

شکل ۳-۱۷:درخت تجزیه موجک …………………………………………………………………………………………….۶۶

شکل۳-۱۸: باز یابی مجدد سیگنال بوسیله موجک ………………………………………………………………………..۶۷

شکل۳-۱۹: فرایند upsampling کردن سیگنال …………………………………………………………………………۶۷

شکل ۳-۲۰: سیستم filters quadrature  mirror ……………………………………………………………….67

شکل ۳-۲۱: تصویر جامعی از مرفولوژی نرون منفرد …………………………………………………………………..۷۰

شکل۳-۲۲: مدل سلول عصبی منفرد …………………………………………………………………………………………۷۱

شکل۳-۲۳: ANN سه لایه ……………………………………………………………………………………………………..۷۱

شکل۳-۲۴: منحنی تابع خطی …………………………………………………………………………………………………..۷۳

شکل۳-۲۵: منحنی تابع آستانه ای …………………………………………………………………………………………..۷۳

شکل۳-۲۶: منحنی تابع سیگموئیدی …………………………………………………………………………………………۷۴

شکل۳-۲۷: پرسپترون چند لایه ………………………………………………………………………………………………..۷۵

شکل۳-۲۸: شبکه عصبی هاپفیلد گسسته(ونگ و مندل،۱۹۹۱) ……………………………………………………….۷۵

شکل ۴-۱: ساختار کلی تشخیص خطا ………………………………………………………………………………………۷۹

شکل۴-۲: ساختار کلی پردازش سیگنال در موجک ………………………………………………………………………۸۱

شکل۴-۳: تحلیل جریان استاتور درحالت خطادار (۳۵دور) با   در بی باری ……………………………….۸۲

شکل۴-۴: : تحلیل جریان استاتور درحالت خطادار (۲۰دور) با   در بی باری …………………………….۸۲

شکل۴-۵: : تحلیل جریان استاتور درحالت خطادار (۱۰دور) با   در بی باری …………………………….۸۳

شکل۴-۶: : تحلیل جریان استاتور درحالت سالم با   در بی باری ……………………………………………..۸۳

شکل۴-۷: : تحلیل جریان استاتور درحالت خطادار(۳۵دور)با   در بارداری ………………………………..۸۴

شکل۴-۸: : تحلیل جریان استاتور درحالت خطادار(۲۰دور)با   در بارداری …………………………………۸۴

شکل۴-۹: : تحلیل جریان استاتور درحالت خطادار(۱۰دور)با   در بارداری …………………………………۸۵

شکل۴-۱۰:تحلیل جریان استاتور در حالت سالم با  در بارداری …………………………………………………۸۵

شکل۴-۱۱: ضرایب موجک برای جریان استاتور ماشین خطادار(با خطای ۳۵دور)در بی باری با ……۸۶

شکل۴-۱۲: ضرایب موجک برای جریان استاتور ماشین خطادار(با خطای ۲۰ دور)در بی باری با……….۸۷٫

شکل۴-۱۳: ضرایب موجک برای جریان استاتور ماشین خطادار(با خطای ۱۰دور)در بی باری با ……۸۸

شکل۴-۱۴: ضرایب موجک برای جریان استاتور ماشین سالم در بی باری با  ……………………………..۸۹

شکل۴-۱۵: نمای شبکه عصبی ………………………………………………………………………………………………..۹۴

شکل۴-۱۶: خطای train کردن شبکه عصبی …………………………………………………………………………….۹۵

فهرست جداول

جدول۴-۱ : انرژی ذخیره شده در ماشین سالم ……………………………………………………………………………۹۰

جدول ۴-۲: انرژی ذخیره شده در ماشین خطا دار (۱۰ دور) ……………………………………………………….۹۱

جدول ۴-۳: انرژی ذخیره شده در ماشین خطا دار (۲۰ دور) …………………………………………………….. .۹۲

جدول ۴-۴: انرژی ذخیره شده در ماشین خطا دار (۳۵ دور) ……………………………………………………… ۹۳

جدول۴-۵: نمونه های تست شبکه عصبی ………………………………………………………………………………. ۹۶

فهرست منابع و ماخذ لاتین

 [ 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 فارسی

]۳۷] جعفر میلی منفرد، فرامرز سامانی و بابک معنوی خامنه ” مدلسازی و شبیه سازی موتور القایی دو قفسه به کمک نظریه تابع سیم پیچ”، هفتمین کنفرانس مهندسی برق ایران۱۳۸۷٫

]۳۸]  حمید رضا اکبری رکن آبادی، ” تعمیم نظریه تابع سیم پیچ به منظور در نظر گرفتن اثر اشباع در مدلسازی ماشین القایی” ، پایان نامه کارشناسی ارشد، خرداد ۱۳۸۴، دانشگاه صنعتی امیر کبیر.

[۳۹]  محمد اسمعیلی فلک ،”آشنایی با ویولت و کاربردهای آن در سیستمهای قدرت” پروژه کارشناسی دانشگاه آزاد واحد اردبیل  ،بهار۸۷

[۴۰]  آلفرد مرتینز،  ترجمه دکتر محمد حسن مرادی, ” ویولت، فیلتر بانک، تبدیل زمان  فرکانس و کاربردهای آنها” انتشارات دانشگاه پلی تکنیک تهران  , زمستان ۸۴

[۴۱]  مصطفی کیا، “شبکه های عصبی در matlab “انتشارات خدمات نشر کیان رایانه سبز  زمستان ۱۳۸۷

[۴۲]  پروفسور رابرت جی. شالکف، ترجمه دکتر محمود جورابیان، “شبکه های عصبی مصنوعی” انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز، سال ۱۳۸۲

دانلود فایل