Detecting eccentricity faults in a PMSM in non-stationary conditions

Detección de fallo de excentricidad en PMSM bajo condiciones no estacionarias

Los motores síncronos de imanes permanentes son ampliamente usados en aplicaciones que requieren alto rendimiento y resistencia como automatización industrial, aeroespacial y automotriz. Este artículo presenta un estudio de motor síncrono de imanes permanentes (PMSM) en condición de falla de excentricidad. En este contexto, la monitorización y detección de fallas de PMSM proporcionan un valor añadido y están adquiriendo una importancia cada vez mayor. En este artículo se investiga el efecto de la excentricidad en el espectro de corriente de motores PMSM con el fin de desarrollar un esquema eficaz de supervisión. Para poder realizar el estudio se usa el análisis de elementos finitos (FEA) de dos dimensiones (2-D). Se investigan los armónicos inducidos en la corriente de estator por condición de fallas y se usa el análisis avanzado de señales por medio de la transformada Wavelet continua y discreta. Los resultados de simulación y experimentales son presentados para corroborar el método propuesto en un amplio rango de velocidad de operación del motor y proporcionan una herramienta eficaz para el diagnóstico de condición de falla de un PMSM.

Introducción

Los motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) se están haciendo populares en aplicaciones de alto rendimiento en comparación con otros tipos de motores de CA. El funcionamiento a alta velocidad y el control preciso del par son algunas de las características ventajosas, como la elevada relación par/corriente y la alta relación potencia/peso, el alto rendimiento, el bajo nivel de ruido y la robustez.

Los fallos de los accionamientos en muchas aplicaciones tienen un grave impacto en el funcionamiento del sistema; estos fallos a veces provocan pérdidas de producción o pueden poner en peligro la seguridad de las personas. Por ejemplo, los sistemas de accionamiento del control de vuelo son un subsistema crítico en los vehículos aeroespaciales. Los fallos de los sistemas de actuación pueden poner en peligro la seguridad operativa e impedir que se lleve a cabo la operación prevista. La detección de fallos en un sistema de actuación es esencial para iniciar las acciones de mantenimiento y evitar el fallo total del sistema (Cao et al., 2011; Ertugrul et al., 2001). La monitorización del estado de los PMSM y la detección y el diagnóstico de fallos han recibido, por tanto, una atención creciente entre los científicos e ingenieros durante los últimos años.

La gama de fallos en las máquinas PMSM incluye fallos electromecánicos, como cortocircuitos y desmagnetización, y fallos mecánicos como excentricidad del rotor y daños en los rodamientos. La excentricidad de la máquina aparece cuando hay un entrehierro desigual entre el rotor y el estator. Se pueden considerar dos tipos de excentricidad: estática y dinámica. En la excentricidad estática, la posición mínima del entrehierro aparece en una posición específica fija en el espacio, mientras que la excentricidad dinámica existe cuando la posición mínima del entrehierro cambia con la posición angular del rotor y gira con él.