DOI: 10.25666/dataubfc-2023-03-06-03
title: AMPERE: Detection and diagnostics of rotor and stator faults in rotating machines
title: AMPERE: Détection et diagnostic des défauts rotorique et statorique des machines tournantes

description: Dataset of speed, current, voltage and vibration measurements of an electromechanical drive system. The system is a three-phase asynchronous motor. It is composed of an aging bearing and a squirrel cage rotor with defects (broken bars). In addition, unbalanced power supply faults are investigated. All experiments are performed under different local levels.
description: Jeu de données des mesures de vitesse, de courant, de tension et de vibration d'un système d'entraînement électromécanique. Le système est un moteur asynchrone triphasé. Il est composé d'un roulement vieillissant et d'un rotor à cage d'écureuil présentant des défauts (barres cassées). En outre, des défauts d'alimentation électrique déséquilibrée sont étudiés. Toutes les expériences sont réalisées sous différents niveaux de charge.
description: Audience: University: master, Research, Informal Education
description: UpdatePeriodicity: no update
description: AdditionnalInformation: The platform is installed at the Ampère Laboratory, in Lyon, France.
description: AdditionnalInformation: La plateforme est installée au Laboratoire Ampère, à Lyon, en France.
description: Experimental data: The AMPERE laboratory test bench is designed to monitor two parts, 1) monitor the rotor of the motor, 2) monitor the stator of the motor. Hence, there are two sets of data corresponding to two different monitoring cases. The first set concerns the monitoring of the electrical bars and the bearing at the rotor level with data from the inverter output. The second dataset corresponds to the monitoring of the motor stator windings with data collected from the power grid.

Hence, this test bench is composed of a three-phase inverter to supply and control a 5.5 kW electric motor. The motor used is a squirrel cage motor and its rotating shaft is connected to an electromagnetic brake which operates as a load on the motor. This brake, achieved at a nominal speed, is designed to dissipate a maximum power of 5 kW with a maximum brake torque of 100 N.m. 

For the first set of data, the whole test bench is equipped with several heterogeneous sensors placed at different positions. There are three-phase current and voltage sensors corresponding to the three phases of the motor. Furthermore, three separate accelerometers are placed on the motor. The first one is in vertical direction on the opposite side of the coupling, the second one is in parallel direction to the motor axis on the opposite side of the coupling and the last one is in horizontal direction and perpendicular to the motor axis on the opposite side of the coupling. Finally, an encoder placed at the output of the brake is used to measure the rotation speed. The acquisition system, Odyssey GOuld Nicolet, used to measure these signals has eight differential inputs, known as fast channels, which can be sampled at up to 10 MHz on 14 bits. These inputs were used to measure the voltages as well as the currents. In addition, there are eight common mode inputs, called slow channels, on which the sampling frequency can reach 1 MHz on 16 bits. One of these eight inputs was used to measure the rotation speed. Then, three inputs are reserved for accelerometers to measure the vibration. The accelerometer inputs also offer the possibility of a 100 kHz sampling rate. They are powered by constant current sources providing between 1 and 10 mA at 28 V. 

All acquisitions are performed in the permanent mode over a period of 5 seconds with a sampling frequency of 20 kHz. The data are stored in .mat files with 11 columns. Column 1 represents the time steps of the acquisition, column 2 to column 4 represent the three-phase voltage signals, column 5 to column 7 are the three-phase current signals, column 8 is the peed, and the last three columns, from column 9 to 11, are for the three accelerometers.

Regarding the monitoring dataset of the electrical bars and the motor bearing, 25 experiments are carried out with data collected at the output of the inverter. In detail, there are 5 different health states of the motor, a healthy state with a healthy rotor, a breakage of one rotor bar, a breakage of three rotor bars, breakages of four rotor bars, and a degraded bearing. In each health state, 5 load levels were applied. 

For the second set of data, the data are carried out from the power grid supply for monitoring the stator behavior. In this case, different resistances are added to one of the stator windings in order to reproduce a short-circuit between the windings of the b-phase of the motor and cause a supply unbalance. Besides, the composition of the test bench remains unchanged from what has been described previously. Also, the data collection procedure remains the same, i.e. the sampling frequency is equal to 20 kHz with an acquisition period/file of 5 seconds in .mat files. In these files, column 1 represents the acquisition time, column 2 to column 4 represent the signals of the three-phase currents, column 5 to column 7 contain the voltage measurements, column 8 is for the instantaneous motor rotation speed, and column 9 to 11 are for the accelerometers.

In total, 25 experiments were performed for the monitoring the stator power supply with data collected from the supply grid. There are 5 different health states of the motor, a healthy state of the stator, 5%, 10%, 20\% and 40% srotor unbalance. In each health state, 5 load levels were applied 0%, 25%, 50%, and 75%.

Two .pptx files containing the test bench figure and its scheme can be found in the AMPERE dataset repository by clicking on "ACCESS TO DATA" on the home page of the site.
description: Données expérimentales: Il y a donc deux ensembles de données correspondant à deux cas de surveillance différents. Le premier ensemble concerne la surveillance des barres électriques et du roulement au niveau du rotor avec des données provenant de la sortie du variateur. Le second jeu de données correspond à la surveillance des enroulements du stator du moteur avec des données collectées à partir du réseau électrique.

Ainsi, ce banc d'essai est composé d'un onduleur triphasé pour alimenter et contrôler un moteur électrique de 5,5 kW. Le moteur utilisé est un moteur à cage d'écureuil et son arbre tournant est connecté à un frein électromagnétique qui fonctionne comme une charge sur le moteur. Ce frein, réalisé à une vitesse nominale, est conçu pour dissiper une puissance maximale de 5 kW avec un couple de freinage maximal de 100 N.m. 

Pour le premier jeu de données, l'ensemble du banc d'essai est équipé de plusieurs capteurs hétérogènes placés à différentes positions. Il y a des capteurs de courant et de tension triphasés correspondant aux trois phases du moteur. De plus, trois accéléromètres distincts sont placés sur le moteur. Le premier est en direction verticale sur le côté opposé de l'accouplement, le second est en direction parallèle à l'axe du moteur sur le côté opposé de l'accouplement et le dernier est en direction horizontale et perpendiculaire à l'axe du moteur sur le côté opposé de l'accouplement. Enfin, un encodeur placé à la sortie du frein est utilisé pour mesurer la vitesse de rotation. Le système d'acquisition, Odyssey GOuld Nicolet, utilisé pour mesurer ces signaux possède huit entrées différentielles, appelées canaux rapides, qui peuvent être échantillonnées jusqu'à 10 MHz sur 14 bits. Ces entrées ont été utilisées pour mesurer les tensions ainsi que les courants. De plus, il existe huit entrées en mode commun, appelées canaux lents, sur lesquelles la fréquence d'échantillonnage peut atteindre 1 MHz sur 16 bits. Une de ces huit entrées a été utilisée pour mesurer la vitesse de rotation. Ensuite, trois entrées sont réservées aux accéléromètres pour mesurer les vibrations. Les entrées accéléromètres offrent également la possibilité d'une fréquence d'échantillonnage de 100 kHz. Elles sont alimentées par des sources de courant constant fournissant entre 1 et 10 mA sous 28 V. 

Toutes les acquisitions sont réalisées en mode permanent sur une période de 5 secondes avec une fréquence d'échantillonnage de 20 kHz. Les données sont stockées dans des fichiers .mat à 11 colonnes. La colonne 1 représente les pas de temps de l'acquisition, les colonnes 2 à 4 représentent les signaux de tension triphasée, les colonnes 5 à 7 sont les signaux de courant triphasé, la colonne 8 est le peed, et les trois dernières colonnes, de la colonne 9 à 11, sont pour les trois accéléromètres.

En ce qui concerne le jeu de données de surveillance des barres électriques et du roulement du moteur, 25 expériences sont réalisées avec des données collectées à la sortie de l'onduleur. En détail, il y a 5 états de santé différents du moteur, un état sain avec un rotor sain, une rupture d'une barre du rotor, une rupture de trois barres du rotor, des ruptures de quatre barres du rotor, et un roulement dégradé. Dans chaque état de santé, 5 niveaux de charge ont été appliqués. 

Pour le deuxième ensemble de données, les données sont effectuées à partir de l'alimentation du réseau électrique pour surveiller le comportement du stator. Dans ce cas, différentes résistances sont ajoutées à l'un des enroulements du stator afin de reproduire un court-circuit entre les enroulements de la phase b du moteur et de provoquer un déséquilibre de l'alimentation. Par ailleurs, la composition du banc d'essai reste inchangée par rapport à ce qui a été décrit précédemment. De même, la procédure de collecte des données reste la même, c'est-à-dire que la fréquence d'échantillonnage est égale à 20 kHz avec une période d'acquisition/fichier de 5 secondes dans des fichiers .mat. Dans ces fichiers, la colonne 1 représente le temps d'acquisition, les colonnes 2 à 4 représentent les signaux des courants triphasés, les colonnes 5 à 7 contiennent les mesures de tension, la colonne 8 est pour la vitesse de rotation instantanée du moteur, et les colonnes 9 à 11 sont pour les accéléromètres.

Au total, 25 expériences ont été réalisées pour la surveillance de l'alimentation du stator avec des données collectées à partir du réseau d'alimentation. Il y a 5 états de santé différents du moteur, un état sain du stator, 5%, 10%, 20% et 40% de déséquilibre du srotor. Dans chaque état de santé, 5 niveaux de charge ont été appliqués : 0%, 25%, 50% et 75%.

Deux fichiers .pptx contenant la figure du banc d'essai et son schéma peuvent être trouvés dans le dépôt de données AMPERE en cliquant sur "ACCÈS AUX DONNÉES" sur la page d'accueil du site.