Fault detection of permanent magnet synchronous motor (pmsm) by means of stator currents analysis

Resumen

La máquina síncrona de imanes permanentes (PMSM) se ha vuelto popular en aplicaciones de alto rendimiento en comparación con otros tipos de máquinas AC. La capacidad de operación a altas velocidades y un control de par preciso son algunas de sus ventajas características, que incluyen uan elevada relación par/densidad de corriente, elevada potencia respecto al peso de la máquina, baja generación de ruido eléctrico y elevada robustez. En esta tesis, se estudia el motor PMSM bajo fallos eléctricos y mecánicos, con diferentes valores de velocidad y par. Los fallos eléctricos considerados son el corto circuito de espiras y la desmagnetización del imán permanente; por su parte, los fallos mecánicos son el daño en los cojinetes y la excentricidad dinámica y estática en el rotor. El motor PMSM sano y bajo condición de fallo es simulado en diferentes puntos de trabajo mediante el análisis de elementos finitos (FEA) en dos dimensiones (2-D). Con estas simulaciones se obtiene el contenido armónico de la corriente y la densidad de flujo, y se comparan con los resultantes de una máquina sana, a efectos de comprender y caracterizar los fallos bajo estudio. La tesis introduce, aplica y evalúa las herramientas matemáticas apropiadas por determinar la condición de fallo por medio del análisis de la corriente de estator. Distribuciones tiempo-frecuencia, transformada Wavelet y transformada Hilbert Huang son usadas para la detección de fallos en el rango de operación del motor. Otras transformadas tiempo-frecuencia menos frecuentes son también estudiadas. Los resultados experimentales validan las simulaciones realizadas, y confirman la bondad de los métodos de análisis utilizados. Finalmente, se sugiere el método y herramienta matemática más adecuada para cada tipo de fallo, y se propone un protocolo para la detección automática de fallos en PMSM.