Prototipazione di un dispositivo embedded per il rilevamento guasti tramite MCSA in condizioni non stazionarie su dispositivi azionati da motori elettrici

This thesis aims to develop the prototype of an embedded device for fault detection in electrically operated systems. Specifically this device is able to detect faults acting at different levels on a transmission system driven by a permanent magnet synchronous motor by implementing an innovative Motor Current Signature Analysis (MCSA) technique based on the wavelet transform. The drive system is monitored analyzing only the current of one of the three stator phases with a time-frequency analysis based on the wavelet decomposition. The use of the wavelet analysis in place of the more common Fourier transform allows not to limit the detection of faults to the steady-state conditions and can also potentially be a starting point for the implementation of a fault prognosis method. The validity of this approach has already been tested offline in previous works by processing in Matlab current signals previously acquired from the motor driver. Therefore this thesis aims to continue this activity by developing the prototype of a dedicated device that uses the described approach to monitor in real time the degradation of an electrically operated transmission. Specifically the idea is to make a first prototype of a stand-alone device that can be easily installed on the motor and that manages both the current signal acquition and its analysis for fault detection. Keywords: Fault Detection, PMSM, MCSA, Wavelet, Prototype

La presente tesi ha l'obiettivo di sviluppare il prototipo di un dispositivo embedded per il rilevamento guasti in sistemi azionati elettricamente. Nello specifico tale dispositivo è in grado di individuare la presenza di fault che agiscono a diverso livello su un sistema di trasmissione azionato da un motore elettrico sincrono a magneti permanenti implementando un’innovativa tecnica di Motor Current Signature Analysis (MCSA) basata sulla trasformata wavelet. Il monitoraggio dello stato dell'azionamento viene cioè effettuato analizzando soltanto la corrente di una delle tre fasi dello statore di cui viene fatta un’analisi tempo-frequenza attraverso la decomposizione wavelet. L’utilizzo di tale trasformata, in sostituzione della più comune trasformata di Fourier, permette di non limitare il rilevamento dei guasti al solo funzionamento del sistema in condizioni di regime e può potenzialmente anche essere un punto di partenza per l'implementazione di un metodo di prognosi dei guasti. La validità di tale approccio è stata già testata offline in una serie di lavori precedenti, elaborando in Matlab segnali di corrente precedentemente acquisiti dal driver del motore. Tale lavoro di tesi si pone quindi l'obiettivo di portare avanti quest'attività sviluppando il prototipo di un dispositivo dedicato che utilizzi l'approccio appena descritto per monitorare in tempo reale lo stato di degradazione della trasmissione di un sistema azionato elettricamente. Nello specifico l'idea è quella di realizzare un primo prototipo di un device stand-alone che sia facilmente installabile sul motore e che si occupi sia dell’acquisizione del segnale di corrente sia della sua analisi per l’individuazione di fault. Parole chiave: Rilevamento guasti, PMSM, MCSA, Wavelet, Prototipo