Radio-frequency-based measurement methods for bearing current analysis in induction motors

The most common reason for a low-voltage induction motor breakdown is a bearing failure. Along with the increasing popularity of modern frequency converters, bearing failures have become the most important motor fault type. Conditions in which bearing currents are likely to occur are generated as a side effect of fast du/dt switching transients. Once present, different types of bearing currents can accelerate the mechanical wear of bearings by causing deformation of metal parts in the bearing and degradation of the lubricating oil properties.The bearing current phenomena are well known, and several bearing current measurement and mitigation methods have been proposed. Nevertheless, in order to develop more feasible methods to measure and mitigate bearing currents, better knowledge of the phenomena is required. When mechanical wear is caused by bearing currents, the resulting aging impact has to be monitored and dealt with. Moreover, because of the stepwise aging mechanism, periodically executed condition monitoring measurements have been found ineffective. Thus, there is a need for feasible bearing current measurement methods that can be applied in parallel with the normal operation of series production drive systems. In order to reach the objectives of feasibility and applicability, nonintrusive measurement methods are preferred. In this doctoral dissertation, the characteristics and conditions of bearings that are related to the occurrence of different kinds of bearing currents are studied. Further, the study introduces some nonintrusive radio-frequency-signal-based approaches to detect and measure parameters that are associated with the accelerated bearing wear caused by bearing currents.

De radio aeternitatis seu honestate e suo fonte scilicet jure naturae, emanante

Variantti B.

De radio aeternitatis seu honestate e suo fonte scilicet jure naturae, emanante

Variantti A.

Kognitiivinen radio sotilaallisen maanpuolustuksen kontekstissa

Kognitiiviteknologialla on ennustettu olevan disruptiivisia vaikutuksia sodankäyntiin. Kognitiiviteknologian avulla pyritään löytämään myös ratkaisu kasvavista datansiirtovaatimuksista aiheutuvaan radiotaajuisen spektrin ahtauteen. Tämän tutkimuksen keskiössä on kognitiivinen radio. Diplomityössä ennakoidaan niitä muutoksia, joita radion kognitiiviset ominaisuudet tuovat sotilaalliseen toimintaympäristöön. Tutkimuksessa etsitään kognitiivisen radion suorituskykyyn, suorituskyvyn rakentamiseen ja käyttöön liittyviä tekijöitä, jotka ovat merkityksellisiä sotilaallisesta näkökulmasta. Radion kognitiivisuutta käsitellään kongitiivisten ominaisuuksien, kuten adaptiivisuuden tai tilannetietoisuuden, kautta. Painopisteenä on kognitiivisten ominaisuuksien keskinäinen arvottaminen, mahdollisten vaikutusten tarkastelu operatiivisessa viitekehyksessä sekä tarvittavien toimenpiteiden kartoittaminen kognitiivisen tekniikan operatiivisen käytön mahdollistamiseksi. Tutkimuksen pohjalta esitetään kognitiivisten ominaisuuksien tärkeysjärjestys suorituskyvyn ja johtamisjärjestelmien kehittämisen näkökulmista ja alustavia operatiivisia vaatimuksia kognitiiviselle radiolle sekä kuvataan spektrin hallinnan kehittämismahdollisuuksia. Operatiivisia vaikutuksia tutkitaan myös uhkalähtöisesti eli arvioimalla, miten tietty kognitiivinen ominaisuus vaikuttaisi yleisimpiin tiedonsiirtoverkkoihin kohdistuviin uhkiin. Lisäksi työssä arvioidaan kognitiivisen radion käyttöönoton esteitä Puolustusvoimissa. Tutkimuksen päämenetelmä on delfoi, jota on täydennetty asiantuntijahaastatteluin sekä -arvioin. Kognitiiviselle radiolle on useita erilaisia määritelmiä. Kaikkia kriteerejä täyttävää kognitiivista radiota ei ole vielä olemassa, vaikka kognitiivisia ominaisuuksia radioissa on ollut pitkään. Kognitiivinen radio, tai jo pelkästään ohjelmistoradio kehittyneillä kognitiivisilla ominaisuuksilla, tuo huomattavia mahdollisuuksia parantaa langattoman tiedonsiirron toimintakykyä sotilaallisessa käyttöympäristössä. Merkittävin suorituskykylisä sotilaallisessa käyttöympäristössä saadaan seuraavista kognitiivisista ominaisuuksista: 1) dynaaminen spektrin hyväksikäyttö (DSA) 2) yhteyksien adaptiivisuus ja radioresurssien hallinta (SLA ja RRM) sekä 3) älykäs verkonmuodostus (SON ja RBR). Tiedonsiirtojärjestelmien ylläpito ja rakentaminen vaativat aiempaa enemmän suunnittelua ja ammattitaitoa, mutta toisaalta loppukäyttäjän osaamistasovaatimuksia voidaan laskea sitä mukaa, kun lähestytään 0-konfiguraatiojärjestelmiä. Radioiden kognitiivisuuden myötä voidaan myös passiivisiin uhkiin, esimerkiksi elektroniseen tiedusteluun, varautua aiempaa tehokkaammin. Aktiivisiin uhkiin, kuten häirintään, kognitiiviset ominaisuudet vaikuttavat jopa toiminnan fundamentteja muuttavasti. Tiedonsiirtojärjestelmien ohjelmistopohjaisuus nostaa kyberin merkitttävyyttä arvioitaessa eri uhkien kokonaismerkityksiä. Onnistunut kyberoperaatio voi tarkoittaa koko järjestelmän lamautumista tai vakavaa tietovuotoa. Kognitiivisten ominaisuuksien liittäminen osaksi sotilasradiojärjestelmiä on haasteellista. Käyttöönoton esteitä ovat osaamisen puute, lainsäädännön ja regulaation jäykkyys, tekniikan osittainen kypsymättömyys sekä tietoturvan hallinta. Spektri on muutoksessa, mikä tulee näkymään spektrin sirpaloitumisena vuoteen 2020 mennessä. Paine taajuushallinnan muuttamisesta kognitiivitekniikkaa sallivampaan suuntaan nousee erityisesti siviilipuolen kehittyvien mobiililaitteiden datansiirtomäärien kasvaessa. Lainsäädäntö antaa viranomai-sille suuret valtuudet säädellä spektrin käyttöä poikkeusoloissa. Tämä mahdollistaa sotilaallisten järjestelmien suunnittelun ja kehittämisen taajuusriippumattomasti jo normaalioloissa. Haasteena on spektrin hallinnoinnin kehittäminen esimerkiksi ennakoitua nopeammassa tilannekehityksessä. Spektriä tulisi hallita kokonaisturvallisuuden näkökulmasta joustavasti viranomaisten yhteisillä päätöksillä. Kognitiivisen radion tulisi tulevaisuudessa voida käyttää muille järjestelmille osoitettuja taajuusresursseja taajuuksien ollessa käyttämättömänä. Kognitiivista radiota kannattaisi kehittää taajuusvapaasti. Spektri tullee olemaan tulevaisuudessa yhä ahtaampi, ja tähän haasteeseen kognitiivinen radio tarjoaa osaltaan ratkaisun.