Sensitivitätsanalyse eines Statorfehler-Indikators bei umrichtergespeisten ASM

Abstract

Diese Diplomarbeit thematisiert die Detektion von Statorwindungsfehlern bei umrichtergespeisten Asynchronmaschinen mittels eines auf INFORM basierendem Fehlerdetektionsverfahrens. Die frühzeitige Erkennung solcher Fehler nimmt angesichts stetig steigender Kostenoptimierung und der Nutzung elektrischer Antriebe in sicherheitskritischen Bereichen an Bedeutung zu. Da sich Statorwindungsfehler innerhalb kürzester Zeit bis hin zu Bruchteilen einer Sekunde ausbreiten und zu Betriebsstörungen oder dem Ausfall eines Antriebs führen können, liegt das Hauptaugenmerk dieser Arbeit auf der Erkennung eines Statorwindungsfehlers zwischen zwei Windungen im Anfangsstadium, seiner Lokalisierung und vor allem der Untersuchung der Wirkungsweise der hier verwendeten Messmethode bei unterschiedlichen Betriebsarten und Maschinenausführungen. Der Grundgedanke des angewendeten Fehlerdetektionsverfahrens beruht auf der Tatsache, dass sich eine durch einen Statorwindungsfehler hervorgerufene Asymmetrie in der Maschine in einer Assymetrie der transienten Reaktanz äußert. Durch die Auswertung der Symmetrieeigenschaften der transienten Reaktanz wird ein Fehlerindikator gebildet, welcher Schwere und Lage eines Kurzschlusses indizieren kann.<br />Außerdem werden die Messungen für drei verschiedene Statorausführungen (2-, 4- und 6-polig) sowie bei Quasi-Stillstand, Leerlauf und bei Lastbetrieb durchgeführt, woraus eine womögliche Abhängigkeit der Resultate von diesen Umgebungsfaktoren bestimmt werden kann.<br />

This thesis deals with the detection of stator winding faults on inverter-fed induction machines using a fault-detection method based on the INFORM procedure. Early detection of such faults is rapidly gaining in importance considering steadily growing cost-optimization of electrical drives and their use in safety-critical areas.Since stator winding faults can spread within very short time up to fractions of a second through the drive and lead to malfunctions or its total breakdown the main focus of this work lies on the detection of turn to turn failures in their early stage, their localization and the examination of the used method under different operating conditions as well as different machine-designs.<br />The fundamental idea of the used fault detection method is based on the fact that an imbalance in the machine caused by a failure is expressed within an asymmetry of the transient reactance. By evaluating the symmetry-properties of the transient reactance a fault indicator can be calculated, which makes it possible to indicate severity and location of a short circuit. In order to examine the dependence of the results on factors such as machine-design and operating conditions have measurements been taken for three different stator-designs (2, 4 and 6 poles) and under the following operating conditions: zero-flux and zero-load, rated-flux and zero load, rated flux and different load levels.<br />