labview - en.kku.ac. · pdf fileของโปรแกรม labview...

วิศวกรรมสาร มข. ปที่ 34 ฉบับที่ 5 (615 - 628) กันยายน – ตุลาคม 2550

KKU Engineering Journal Vol. 34 No .5 (615 - 628) September – October 2007

บทความวิจัย

การวิเคราะหสัญญาณฮารมอนิกสกระแสเพื่อศึกษาความผิดพรองของมอเตอรเหนี่ยวนํา 3-เฟส โดย

การใชเครื่องมือวัดเสมือนดวยโปรแกรม LabVIEW*

ศุภชัย อรุณพันธ1) สาวิตร ตณัฑนุช2)และสรุะพล เธียรมนตรี2)

1) ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัย สงขลา 90000 2) ผูชวยศาสตราจารย ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร 90112

Email: [email protected]

บทคัดยอ

มอเตอรเหนี่ยวนํา 3-เฟส เปนสวนประกอบของเครื่องจักรกลที่นิยมใชกันอยางแพรหลายในภาคอุตสาหกรรม การบํารุงรักษามอเตอรจึงเปนสวนสําคัญที่จะทําใหคุณภาพของผลผลิตและประสิทธิภาพการผลิตเพ่ิมสูงข้ึน งานวิจัยนี้นําเสนอการวินิจฉัยความผิดพรองของมอเตอรดวยการวิเคราะหคุณลักษณะของสัญญาณ ฮารมอนิกสกระแสโดยใชมอเตอรเหนี่ยวนํา 3-เฟส ขนาด 0.5 และ 2

hp ; 50-Hz เปนตนแบบ การวินิจฉัยความผิดพรองที่นําเสนอนี้ ครอบคลุมความผิดพรอง 3 ลักษณะ คือการลัดวงจรของขดลวดสเตเตอร (ลัด 1-เฟส และ 2-เฟส) การรั่วลงกราวด และกรณีเกิดความไมสมมาตรที่แกนโรเตอร ซึ่งความผิดพรองทั้ง 3 ลักษณะนี้ สามารถจําลองไดบนมอเตอรตนแบบ การทดลองไดใชโปรแกรม LabVIEW เพ่ือจําลองเครื่องมือวัดเสมือนและนําสัญญาณกระแสที่ไหลเขาขดลวดสเตเตอรโดยผานหมอแปลงกระแส (current transformer) จํานวน 3 ตัว มีอัตราสวนของกระแสและแรงดัน ขนาด 5/0.33 A/V เขาการด DAQ USB 6009 แสดงผลที่มอนิเตอรของเครื่องมือวัดเสมือน ผลการศึกษาพบวาสามารถจําแนกคุณลักษณะฮารมอนิกสกระแสของมอเตอรที่ผิดพรองได ซึ่งสามารถนําไปประยุกตใชเปนระบบตรวจวัดแบบออนไลนและระบบบํารุงรักษาอัจฉริยะโดยไมจําเปนตองถอดรื้อเครื่องจักรออก

คําสําคัญ : สัญญาณกระแส มอเตอรเหนี่ยวนํา ฮารมอนิกสกระแส

* รับตนฉบับเมื่อวันที่ 24 เมษายน 2550 และไดรบับทความฉบับแกไขเมื่อวันที่ 22 มิถุนายน 2550

ศุภชัย อรุณพันธ สาวิตร ตัณฑนุช และสุระพล เธยีรมนตร ี

616

An Analysis of Current Harmonic signal for The Study of 3-Phase Induction motor

Faults Using Virtual Instrument by LabVIEW*

Supachai Aroonphun1) Sawit Tanthanuch2) and Surapon Teanmontree2)

1) Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Srivijaya 90900 2) Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Prince of Songkla University 90112

Email: [email protected]

ABSTRACT

Three-phase induction motors are widely used in industrial work. Proper maintenance is

required to enable effective quality control and maximise productivity . This research describes a technique for diagnosing motor faults using current harmonic signature analysis. Three-phase 50-Hz motors of 0.5 and 2 hp are used in the tests to demonstrate 3 fault conditions : stator short turn ( short 1-phase and 2-phase), earth fault, and unbalanced rotor core. The current waveform is monitored in the stator winding using 3 current transformers rated at 5/0.33 A/V, sampled with DAQ card USB 6009, and analysed within LabVIEW. The tests show individual signatures in the current harmonics which are characteristics of each fault condition. The technique can provide on-line monitoring, and offers the ability for immediate diagnosis without the need to disrupt production.

Keywords : current signal, induction motor, current harmonic

* Original manuscript submitted: April 24, 2007 and Final manuscript received: June 22, 2007

การวิเคราะหสัญญาณฮารมอนิกสกระแสเพื่อศึกษาความผิดพรองของมอเตอรเหนี่ยวนํา 3-เฟส

โดยการใชเครื่องมือวัดเสมอืนดวยโปรแกรม LabVIEW

617

บทนํา

เครื่องจักรกลไฟฟาในโรงงานอุตสาหกรรมทั่ว ๆ ไป จะมีมอเตอรเหนี่ยวนํา 3-เฟสเปนสวนประกอบหลักของเครื่องจักรกล โดยเฉพาะมอเตอรเหนี่ยวนําชนิดที่มีโรเตอรเปนแบบกรงกระรอก (squirrel cage rotor) เพราะมีความแข็งแรง ทนทาน ราคาถูก ประสิทธิภาพสูง การบํารุงรักษาต่ํา แตเมื่อใชงานไประยะหนึ่งมอเตอรจะเกิดความเสียหายเนื่องจากสาเหตุหลายประการ ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับมอเตอรสามารถตรวจสอบไดหลายวิธี บทความนี้จะนําเสนอวิธีการตรวจสอบความผิดพรองของมอเตอรเหนี่ยวนํา 3-เฟสดวยการวิเคราะหคุณลักษณะของสัญญาณฮารมอนิกสกระแส โดยการใชการด DAQ

ของโปรแกรม LabVIEW ตรวจจับฮารมอนิกสกระแสที่เกิดขึ้นที่สเตเตอรขณะมอเตอรทํางานทั้งแบบสตารและเดลตา ทั้งนี้ฮารมอนิกสกระแสที่เกิดขึ้นจะบงบอกถึงความผิดพรองของมอเตอรที่เกิดจากสาเหตุตางๆได เพ่ือปองกันความเสียหายที่จะลุกลามเปนปญหาใหญตอไป

ความผิดพรองของเครื่องจักรกลไฟฟาแบงออกไดเปน 2 สวน คือ ความผิดพรองภายในและความความผิดพรองภายนอก สําหรับมอเตอรเหนี่ยวนํานั้นความผิดพรองภายในตัวมอเตอรไดแก short-turn หรือ short-coil ในขดลวดสเตเตอร ขดลวดรั่วลงดิน (earth fault) ขดลวดหายไปบางเฟส (open circuit) และความไมสมมาตรของแกนโรเตอร (unbalance rotor core) สวนความผิดพรองภายนอกตัวมอเตอรไดแก โหลดทางกลเกิน (mechanical overload) แรงเคล่ือนเปล่ียนแปลง (supply

voltage changes) หรือเกิดการเปลี่ยนแปลงทางความถี่ (frequency changes) ความผิดพรองของเครื่องจักรกลไฟฟาแบงเปนเปอรเซ็นตความเสียหายไดดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 เปอรเซ็นตความผิดพรองของสวนประกอบตางๆ ในมอเตอรเหนี่ยวนํา


618

ความผิดพรองตาง ๆ ที่เกิดขึ้นจะนําไปสูความเสียหายใหกับมอเตอรกรณีตาง ๆ แสดงใหเห็นไดดังรูปที่ 2 ซึ่งสงผลกระทบโดยตรงตอประสิทธิภาพและประสิทธิผลในการดําเนินงานของภาคอุตสาหกรรม

รูปที่ 2 ตัวอยางที่เกิดจากความผิดพรองบางสวนในเครื่องจักรกลไฟฟาเหนี่ยวนํา

(a) ลัดวงจรระหวางรอบถึงรอบ (b) ลัดวงจรระหวางคอยลถึงคอยล (c) ลัดวงจรระหวางคอยลกับแกนสเตเตอร (d) ลัดวงจรของขดลวดกับแกนสเตเตอร

ระหวางกลางรองสล็อต

(e) ลัดวงจรบนรอยตอของขดลวด ( f) ลัดวงจรระหวางเฟสถึงเฟส

การวิเคราะหฮารมอนิกสกระแส

ในระบบไฟฟาที่เปนอุดมคติสัญญาณไฟฟาจะมีรูปรางเปนลูกคลื่นไซนูซอยด ในอุปกรณไฟฟาพ้ืนฐานที่มีการตอบสนองตอแรงดันที่จาย ที่ความถี่คาหนึ่งๆ แบบเชิงเสน เชนตัวตานทาน ตัวเหนี่ยวนํา และตัวเก็บประจุ จะทําใหรูปสัญญาณของกระแสและแรงดันมีรูปรางเดียวกัน กลาวคือหากจายแรงดันเปนรูปคล่ืนไซนูซอยดก็จะเกิดกระแสไหลเปนรูปลูกคลื่นไซนูซอยดเชนเดียวกัน แตในความเปนจริงจะมีสัญญาณกระแสที่ไมเปนลูกคลื่นไซนูซอยด ซึ่งเกิดจากการตอบสนองตอแรงดันที่จายของภาระที่ไมเปนเชิงเสน



619

(ก) (ข)

รูปที่ 3 (ก) สัญญาณที่มีฮารมอนกิส (ข) สัญญาณแบบไซนูซอยดที่รวมกันเปนสญัญาณในรูป(ก)

รูปที่ 4 แสดงฮารมอนิกสในโดเมนของเวลาและโดเมนของความถี ่

จากรูปที่ 3 แสดงสัญญาณไฟฟาที่มีสัญญาณความถี่ฮารมอนิกสปะปนอยูทําใหรูปสัญญาณไมเปนลูกคลื่นไซนูซอยด ความถี่ฮารมอนิกส คือความถี่ที่มีคาเปนจํานวนเทาของความถี่หลักมูล ทั้งนี้กรณีที่ความถี่หลักมูลมีคาเปน 50 เฮิรตซ คาความถี่ฮารมอนิกสอันดับ 3 จะมีคาเปน 150 เฮิรตซ และความถี่ฮารมอนิกสอันดับ 5 จะมีคาเปน 250 เฮิรตซ รูปที่ 3(ข) แสดงสัญญาณไฟฟาลูกคลื่นไซนูซอยดและฮารมอนิกสอันดับ 3 และอันดับ 5 ที่รวมกันเปนสัญญาณท่ีไมเปนรูปคล่ืนไซนูซอยด ในทางปฏิบัติฮารมอนิกสที่เกิดขึ้นจะมีหลายอันดับและยังมีการเลื่อนเฟสจากความถี่หลักมูลดวยซึ่งจะมีความซับซอนมากกวานี ้ จากรูปที่ 4 เปนการแยกแยะรูปคล่ืนฮารมอนิกสออกเปนรูปคล่ืนไซนูซอยดที่ความถี่ตาง ๆ กันตามแกนความถี่ ซึ่งจะเห็นวาแตละรูปคล่ืนไซนูซอยดก็จะมีขนาดที่แตกตางกันออกไป ดัชนีที่ใชในการบอกปริมาณของสัญญาณฮารมอนิกสที่รวมอยูในสัญญาณไฟฟา คือคาสวนเบ่ียงเบนของฮารมอนิกสรวม หรือ Total Harmonic Distortion (THD) ซึ่งจะบงถึงปริมาณของสัญญาญความถี่ฮารมอนิกสวาปะปนอยูกี่เปอรเซ็นต และสามารถระบุเจาะจงเปน THD ของสัญญาณฮารมอนิกสของแรงดันและกระแส ซึ่งใชตัวยอเปน THDV และ THDI ไดอีกดวย


620

การนําฮารมอนิกสท่ีเกิดข้ึนในมอเตอรเหนี่ยวนําไปประยุกตใชงาน

สําหรับระบบไฟฟากําลังของประเทศไทย ความถี่หลักมูลคือ 50 เฮิรตซ โดยปกติแลวการที่จะอธิบายวารูปคล่ืนใดๆ มีลําดับฮารมอนิกสที่เทาใดปะปนอยูบาง และฮารมอนิกสแตละอันดับนั้นมีปริมาณหรือขนาดมากนอยแคไหน เราสามารถใชอนุกรมฟูริเยรอธิบายได THD ใชระบุปริมาณของฮารมอนิกสที่มีอยูทั้งหมดโดยเปรียบเทียบกับคา RMS ของสวนประกอบความถี่หลักมูล หรือเปรียบเทียบกับคา RMS ของปริมาณทั้งหมด ทั้งนี้แลวแตมาตรฐานตาง ๆ จะกําหนดไว จาก IEEE 519 : 1992 ไดนิยาม THD แสดงไดดังสมการ 1

%10021

2

2

xI

ITHD n

n

I

∑∞

== (1)

โดยที่ nI คือกระแสอารเอ็มเอสที่อันดับฮารมอนิกสตางๆ

1I คือกระแสสตารทของมอเตอร

กระบวนการวิจัย การวิเคราะหสัญญาณฮารมอนิกสกระแสมอเตอรสวนใหญแลวจะใชกับมอเตอรเหนี่ยวนํา3-เฟส ซึ่งการวิเคราะหดังกลาวนี้จะมีขอดี คอืเปนการวิเคราะหจากขอมูลที่สามารถตรวจจับไดงายกวาสัญญาณอื่น ๆ เชนสัญญาณของเสนแรงแมเหล็กที่ตองใชขดลวดหา (search coil) เปนตน ระบบวิธีการวินิจฉัยแสดงเปนบลอกไดอะแกรมไดดังรูปที่ 5

รูปที่ 5 บล็อกไดอะแกรมระบบการวินิจฉัยมอเตอรเหนี่ยวนําดวยการวิเคราะหสัญญาณฮารมอนิกสกระแส



621

รูปที่ 5 แสดงกระบวนการตรวจจับสัญญาณฮารมอนิกสกระแส โดยใชหมอแปลงกระแสจํานวน 3 ตัว จับสัญญาณจากเฟส R S และ T ที่จายแรงดัน 3-เฟส เขามอเตอร เมื่อมอเตอรเกิดความผิดพรองจากกรณีตาง ๆ สัญญาณกระแสที่ไหลเขามอเตอรทั้ง 3-เฟส จะเกิดการเปลี่ยนแปลง โดยหมอแปลงกระแสจะนําสัญญาณนี้เขาสูการด A/D USB 6009 ที่ตออยูกับ ซีพียู โดยมีเครื่องมือวัดเสมือนที่ไดจําลองขึ้นจากโปรแกรม LabVIEW นําสัญญาณที่ไดไปวิเคราะหเพ่ือแยกฮารมอนิกสกระแสและแสดงผลออกมา ดังผลการทดลองที่ไดตามรูปที่ 11-12 วงจรขดลวดมอเตอรท่ีใชจําลองความผิดพรอง

มอเตอรที่ใชทดลองในงานวิจัยนี้ ไดจัดทําเปนกรณีพิเศษ จํานวน 4 ตัว ขนาด 0.5 และ 2 hp. ขนาดละ 2 ตัว โดยตอสายแทปแยกคอยลออกเปนสองสวนตอเขากับสวิตซภายนอก ในการลัดวงจรของขดลวดนั้นจะใชเพียง 1 ใน 4 สวน ของจํานวนขดลวด เพ่ือใหขดลวดลัดวงจรระหวางคอยลถึงคอยล กรณีขดลวดรั่วลงกราวด และกรณีความไมสมมาตรที่แกนโรเตอร ดังรูปที่ 6

รูปที่ 6 วงจรขดลวดมอเตอรที่ใชจาํลองความผิดพรองกรณีลัดวงจรทีส่เตเตอร และขดลวดรั่วลงกราวด

จากรูปที่ 6 มอเตอร ใชกับแรงเคลื่อนไฟฟา 3-เฟส 220/380 โวลต ความถี่ 50 เฮิรตซ 4 โพล มี สวิตซสําหรับ เปด-ปด เพ่ือใหขดลวดสเตเตอรลัดวงจรตามเงื่อนไข เชน ขณะที่มอเตอรทํางานในสภาพปกติ ใหกดสวิตซ หมายเลข 4 , 2 , 9 , 3 , 11 , และ 8 เมื่อตองการใหขดลวดเฟส A ลัดวงจร ก็ใหกดสวิตซ หมายเลข 7 เมื่อตองการใหขดลวดเฟส A และ B ลัดวงจร ใหกดสวิตซหมายเลข 7 และ 10 เมื่อ


622

ทดสอบเสร็จแตละเง่ือนไข ใหยกสวิตซที่ทําใหขดลวดลัดวงจรกลับตําแหนงเดิม การทดลองกรณีขดลวดรั่วลงกราวดนั้นใหนําสายไฟที่ตอรวมกับความตานทานปรับคาไดต้ังแต 0-2.3 กิโลโอหมมาตอเขากับขั้วใดขั้วหนึ่งของสวิตซหมายเลข 2 , 3 และ 8 ทีละเฟส แลวแตจะทดสอบการรั่วลงกราวดของขดลวดเฟสใด ทั้งนี้การกระทําแตละเง่ือนไขนั้นจะตองตอวงจรใหเรียบรอยกอนที่จะปอนไฟเขาสูตัวมอเตอรทุกครั้งเพ่ือความปลอดภัยของผูทดลอง มอเตอรที่ใชทดลองดังรูปที่ 7

(ก) (ข)

รูปที่ 7 (ก) มอเตอรสําหรับการทดลอง 2 ขนาด ( 0.5 , 2 hp. ; 50-Hz)

(ข) การทดลองกรณแีกนโรเตอรไมสมมาตร มอเตอร 2 hp.

เคร่ืองมือและอุปกรณท่ีใชในการทําวิจัย เครื่องมือวัดเสมือน (virtual instrument) ที่ใชกับงานวิจัยนี้ จําลองขึ้นโดยการเขียนโปรแกรมจากโปรแกรมสําเร็จรูป LabVIEW version 8 สัญญาณฮารมอนิกสกระแสจากมอเตอรเมื่อเกิดความผิดพรองขึ้น จากสาเหตุใดสาเหตุหนึ่ง จะถูกถายทอดผานหมอแปลงกระแส (current transformer) ที่เปนตัวตรวจรู (sensor) กระแส โดยสัญญาณที่ออกมาจากหมอแปลงกระแสจะเปนสัญญาณอนาลอก นําเขาทางพอรตอนาลอกของการด A/D ของโปรแกรม LabVIEW เขาเครื่องมือวัดเสมือนเพ่ือวิเคราะหฮารมอนิกสกระแสที่เกิดขึ้น และแสดงผลของสัญญาณที่วิเคราะหไดทางมอนิเตอรของเครื่องมือวัดเสมือนที่ไดจําลองไว ในรูปแบบฮารมอนิกสกระแสอันดับตาง ๆ เชน อันดับ 1 (50 Hz) อันดับ 3(150 Hz) หรืออันดับ 5

(250 Hz) แลวแตเง่ือนไขที่ไดทดลองในขณะนั้น อุปกรณตาง ๆ แสดงใหเห็นไดดังรูปที่ 8

รูปที่ 8 (ก) การด A/D USB 6009 Interactive Control Panal

(ข) หมอแปลงกระแส (Current transformer, CT: 5/0.33 A/V)



623

จากการศึกษาโปรแกรม LabVIEW สามารถเขียนโปรแกรมใหไดหนาจอแสดงที่ Front panal

เปนเครื่องมือวัดเสมือน โดยสามารถวัดคาตาง ๆ ไดดังรูปที่ 9

รูปที่ 9 Front panel ของเครือ่งมอืเสมือนฮารมอนิกสกระแสจาก LabVIEW

รูปที่ 10 Diagramของเครื่องมือเสมือนฮารมอนิกสกระแสจาก LabVIEW

จากรูปที่ 9 เปนเครื่องมือวัดเสมือนที่จําลองขึ้นมา เพ่ือใชในงานวิจัยนี้ สามารถวัดปริมาณตาง ๆ ไดดังนี้


624

Wave form phase แสดงลําดับเฟสของสัญญาณไฟทั้ง 3-เฟส ที่ปอนเขามอเตอรใน

โดเมนเวลา (Time-domain)

Velocity แสดงความเร็วรอบของมอเตอรเปน รอบ/นาที Frequency แสดงความถี่ทั้ง 3-เฟส ของระบบไฟที่ปอนเขามอเตอร %THD แสดงเปอรเซ็นตความผิดเพ้ียนของสัญญาณไซนูซอยดเมื่อ

มอเตอรผิดพรอง

RMS แสดงกระแสอารเอ็มเอสของแตละเฟส ทั้ง 3-เฟส

Harmonics แสดงฮารมอนิกสกระแสของแตละเฟส ทั้ง 3-เฟส ในโดเมนความถี ่ (Frequency domain)

ผลการทดลอง

การสรางเครื่องมือวัดเสมือนดวยโปรแกรม LabVIEW สําหรับวัดคาฮารมอนิกสกระแสของมอเตอรที่ทําการวิจัยนี้ เพ่ือใหมีความแมนยํา (accuracy) และความเที่ยงตรง (precision) คาที่วัดไดจากเครื่องมือวัดเสมือนตองนํามาเปรียบเทียบกับคาที่วัดไดจากออสซิโลสโคป (oscilloscope) และเครื่องวัดพลังงานไฟฟา (power quality analyzer ; FLUKE43B) โดยใชสัญญาณไซนูซอยดจากฟงกชั่น-เจนเนอรเรเตอร และทดลองวัดคา THD จากเครื่องมือวัดทั้งสองหลาย ๆ คา ผลที่ไดถูกตองตรงกันทุกคา ทําใหเครื่องมือวัดเสมือนที่สรางขึ้นนี้มีความนาเชื่อถือสูงและสามารถนําไปใชวัดคาฮารมอนิกสกระแส จากความผิดพรองของมอเตอรไดจริง

ตัวอยางผลการทดลองที่นํามาแสดงนี้ เปนผลที่ไดจากการทดลองกับมอเตอร 3-เฟส ขนาด 2

hp. 220/380 Vols, 4 Poles, 50 Hz , กระแสที่พิกัด 5.9/3.4 A , เมื่อวงจรขดลวดตอแบบสตารและเดลตา ∆ /Y ความเร็วเทากับ 1,500 r/min และผลจากการจําลองความผิดพรองทั้ง 3-กรณีไดแก การลัดวงจรของขดลวดสเตเตอร การรั่วลงกราวด และกรณีเกิดความไมสมมาตรที่แกนโรเตอร นํามาแสดงเพื่อเปนตัวอยางเพียงเฟสเดียว จากการทดลองแตละเง่ือนไขที่เกิดความผิดพรอง เชนกรณีขดลวดสเตเตอรลัดวงจรท่ีเฟส A , B หรือเฟส C ผลการทดลองที่นํามาแสดงใหเห็นเปนกรณีที่ขดลวดเฟส A ลัดวงจรเทานั้น แตผลของเฟส B และ C ไมไดลัดวงจร โดยกราฟที่แสดงผลจะเห็นทั้ง 3-เฟส ดังรูปที่ 11-12



625

รูปที่ 11 ผลฮารมอนิกสกระแสเมื่อมอเตอรปกต ิ

(ก) (ข)

(ค) (ง) รูปที่ 12 (ก) ผลฮารมอนิกสกระแสกรณีลัดวงจรเฟส A (ข) ผลฮารมอนิกสกระแสกรณีลัดวงจรเฟส AB

(ค) ผลฮารมอนิกสกระแสกรณีขดลวดรั่วลงกราวด เฟส A (ง) ผลฮารมอนิกสกระแสกรณีแกนโรเตอรไมสมมาตร


626

จากรูปที่ 11 เปนผลการทดลองที่ไดเมื่อมอเตอรมีสภาพสมบูรณ สังเกตไดจากการดูสัญญาณไซนูซอยด ของเฟส A , B , และ C ที่ Wave form Phase จะมีลําดับเฟสหางกัน 120 องศาทางไฟฟา และมีแอมปลิจูดเทากันทุกเฟส และฮารมอนิกสกระแสที่เกิดขึ้นจะปรากฏเฉพาะฮารมอนิกสอันดับ 1 ที่เปนความถี่หลักมูลเพียงอยางเดียว สวนผลของฮารมอนิกสกระแสเมื่อมอเตอรเกิดความผิดพรองกรณีตางๆ ตามเงื่อนไขการทดลอง ดังรูปที่ 12 (ก) - (ง) จะเห็นความแตกตางของฮารมอนิกสอันดับตาง ๆ ไดอยางชัดเจน โดยจะไดสรุปผลไวที่บทสรุปลําดับถัดไป ในสวนของพารามิเตอรทั้งหมดที่แสดงในเครื่องมือวัดเสมือนไดแสดงใหเห็นตามตารางที่ 1- 4

status

I rms (A)

Inormal (A)

I rms ที่เพ่ิมข้ึน

(เทา)

%THD

%THDnormal

THD ทีเพ่ิมข้ึน

(เทา)

Harmonics

(3th)

Phase A* 3 0.44 6.82 7.45 2.05 3.63 0.040 Phase B 1.6 0.42 3.81 10.29 2.23 4.61 0.028 Phase C 1.6 0.42 3.81 11.10 1.70 6.53 0.020

ตารางที่ 1 สรุปผลฮารมอนิกสกระแสกรณีขดลวดลัดวงจรที่ เฟส A

status

Phase

I rms

(A)

I normal(A)

Irms ที่เพ่ิมข้ึน

(เทา)

Harmonics

(3th)

Short AB

Phase A 5 0.44 11.36 0.040 Phase B 4.6 0.42 10.95 0.028 Phase C 1.9 0.42 4.52 0.020

ตารางที่ 2 สรุปผลฮารมอนิกสกระแสกรณีขดลวดลัดวงจรที่ เฟส AB

status

Phase

I rms

(A)

I normal(A)

Irms ที่เพ่ิมข้ึน

(เทา)

Harmonics

(3th)

%THD

Ground A

Phase A 0.43 0.44 0.98 0.003 13.89 Phase B 0.41 0.42 0.98 0.003 14.58 Phase C 0.41 0.42 0.98 0.003 13.98

ตารางที่ 3 สรุปผลฮารมอนิกสกระแสกรณีขดลวดรั่วลงกราวดที่ เฟส A

status

Phase

I rms(A)

I normal

(A) Irms

ที่เพ่ิมข้ึน(เทา)

Harmonics

(5th)

Harmonics

(7th)

Unbalance rotor core

Phase A 3.7 0.44 8.41 0.008 0.005 Phase B 3.6 0.42 8.57 0.009 0.004 Phase C 3.6 0.42 8.57 0.009 0.003 ตารางที่ 4 สรุปผลฮารมอนิกสกระแสกรณีแกนโรเตอรไมสมมาตร

ในงานวิจัยซึ่งไดทดลองกับมอเตอร 3-เฟส จํานวน 4 ตัว โดยผลที่นํามาแสดงเพียงบางสวน ผลการศึกษาพบวาการเปลี่ยนแปลง ฮารมอนิกสกระแสกรณีขดลวดสเตเตอรลัดวงจร 1-เฟส นั้นหาก



627

กระแสอารเอ็มเอส ; rmsI ของเฟสใดมีอัตราการเพิ่มขึ้นสูงที่สุด และ %THD เพ่ิมขึ้นในอัตรานอยสุด ดังแสดงในตารางที่ 1 วิเคราะหไดวากระแสลัดวงจรจะเกิดขึ้นที่เฟสนั้น

กรณีที่เกิดการลัดวงจรของขดลวดสเตเตอร 2-เฟส พบวา ถา 2-เฟสใดท่ีมีอัตราการเพิ่มขึ้นของกระแสอารเอ็มเอส; rmsI มากใกลเคียงกัน และในขณะที่เฟสที่เหลือกลับมีการเพิ่มขึ้นของกระแสอารเอ็มเอส ; rmsI นอยกวา และฮารมอนิกสอันดับ 3 ของทั้ง 2-เฟส มีคาสูงใกลเคียงกัน สวนอีก 1-เฟสท่ีเหลือมีคาฮารมอนิกสอันดับ 3 นอยกวาดังแสดงในตารางที่ 2 วิเคราะหไดวาเกิดการลัดวงจรที่ 2-เฟสดังกลาว

การเปล่ียนแปลงฮารมอนิกสกระแสกรณีขดลวดรั่วลงกราวดเฟสใดเฟสหนึ่งพบวา กระแสอารเอ็มเอส ; rmsI มีคาใกลเคียงกับตอนมอเตอรสมบูรณ แตฮารมอนิกสอันดับ 3 จะเพิ่มขึ้น ถาเปนการตอวงจรขดลวดสเตเตอรแบบสตาร ฮารมอนิกสอันดับ 3 จะเพิ่มขึ้นทั้ง 3-เฟส เทากัน ถาสังเกตกราฟของ wave form phase จะเห็นความผิดเพ้ียนของรูปคล่ืนไซนูซอยดอยางเห็นไดชัด ดังแสดงในตารางที่ 3

การเปล่ียนแปลงฮารมอนิกสกระแสกรณีเกิดความไมสมมาตรของแกนโรเตอรนั้น พบวากระแสอารเอ็มเอส ; rmsI เพ่ิมขึ้นทั้ง 3-เฟส และท่ีแตกตางจากกรณีอ่ืน ๆ คือ ไมปรากฏฮารมอนิกสอันดับ 3

แตจะปรากฏฮารมอนิกสอันดับ 5 และ 7 โดยผลที่ไดเปนแบบเดียวกันทั้ง 2 กรณีคือเมื่อขดลวดสเตเตอรตอวงจรแบบสตารและแบบเดลตา ดังแสดงในตารางที่ 4

สรุป

งานวิจัยนี้นําเสนอการวินิจฉัยความผิดพรองของมอเตอรเหนี่ยวนํา โดยอาศัยการวิเคราะห ฮารมอนิกสกระแสที่เกิดขึ้น หากมอเตอรเหนี่ยวนําเกิดความผิดพรองขึ้น จะทําใหเกิดฮารมอนิกสกระแสอันดับอื่นปะปนอยูกับความถี่หลักมูลจํานวนมาก ทําใหสัญญาณหลักมูลผิดเพ้ียนไป การวิเคราะหฮารมอนิกสกระแสเพื่อศึกษาความผิดพรองของมอเตอรเหนี่ยวนํา 3-เฟส โดยการใชเครื่องมือวัดเสมือนดวยโปรแกรม LabVIEW สามารถตรวจสอบความสมบูรณของมอเตอรไดอยางรวดเร็ว โดยไมจําเปนตองถอดรื้อชิ้นสวนของเครื่องจักรออกแตอยางใด ทําใหการตรวจสอบ ตลอดจนการวางแผนการซอมบํารุงรักษามอเตอรเปนไปอยางสะดวก รวดเร็ว ประหยัดเวลาและคาใชจาย ซึ่งเปนสวนสําคัญในระบบควบคุมคุณภาพของผลผลิตและเปนการเพ่ิมประสิทธิภาพการผลิตภาคอุตสาหกรรมใหสูงขึ้น

กิตติกรรมประกาศ

งานวิจัยนี้ไดรับทุนสนับสนุนจากสาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัยและไดรับความอนุเคราะหเครื่องมือวิจัยจากภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร วิทยาเขตหาดใหญ


628

เอกสารอางอิง

เฉลิมชาติ มานพ และชาญวิทย ต้ังสิริวรกุล. 2547. “ขอเสนอแนะสําหรับงานวินิจฉัย

เคร่ืองจักรกลไฟฟา”การประชุมวิชาการทางวิศวกรรมศาสตรมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร ครั้งที่ 3, 8-9 ธ.ค. 47

onnelt, A.H. and Soukup, G.C. 1992. “ Cause and Analysis of Stator and Rotor Failures in Three-Phase Squirel-Cage Induction motors.” IEEE Tran. Industry App. Vol. 28, No.4 July/August, pp. 921-937.

Benbouzid, M.E.H. and Kliman, G.B. 2003.“ What stator current processing based technique to use for induction motor rotor faults diagnosis.” : IEEE Trans. On Energy Conversion, Vol.35, No.5, Sebtember/October. Pp.1007-1013.

A.H. Bonnett and T. Albers, “Squirrel-Cage Rotor Option for AC Induction Motors” : IEEE Trans. On industry applications, Vol.37, No.4, July/August 2001,pp.1197-1208

labview - en.kku.ac. · pdf fileของโปรแกรม labview...

Documents