This thesis presents the design of a platform for testing DC motors over the Internet. The system allows customers to test multiple DC motors under the specific loading conditions of the real world application for which the motor is required. This provides more information than the motor performance charts alone, therefore allowing the user to make a more-informed decision. The architecture is divided into three subsystems: the Motor Test Platform, the Target Software Application and the Server Software Application. A proof-of-concept prototype was built using this architecture. This implementation was evaluated against benchmark tests to determine its capabilities as a simulation and evaluation tool. The positioning system performed well and was able to connect to different Test Motors with any proximal human operation. The positioning system did introduce some error compared to emulation done with manual coupling.

This thesis presents the design of a platform for testing DC motors over the Internet. The system allows customers to test multiple DC motors under the specific loading conditions of the real world application for which the motor is required. This provides more information than the motor performance charts alone, therefore allowing the user to make a more-informed decision. The architecture is divided into three subsystems: the Motor Test Platform, the Target Software Application and the Server Software Application. A proof-of-concept prototype was built using this architecture. This implementation was evaluated against benchmark tests to determine its capabilities as a simulation and evaluation tool. The positioning system performed well and was able to connect to different Test Motors with any proximal human operation. The positioning system did introduce some error compared to emulation done with manual coupling.

Student Number : 0400486V - MSc (Eng) dissertation - School of Electrical and Information Engineering - Faculty of Engineering and the Built Environment / The Voltage Dip Test Facility at the University of the Witwatersrand utilises a resistive load during testing of variable speed drives. This method produces valuable results regarding the performance of drives under dip conditions. It has been shown that load type does influence the performance of drives and this variation cannot be tested under current conditions as only linear loading is attainable with resistive loads. This thesis proposes a programmable load based on the concept of field-oriented control of an induction motor. The concepts involved with field-oriented control are discussed and shown to be suitable for this application. An implementation strategy utilising custom-designed software and an off-the-shelf VSD is developed and executed. The performance of the programmable load is analysed under both steady-state and dynamic conditions.

Les applications entrainées par des moteurs asynchrones consomment à elles seules la majorité de l’énergie électrique utilisée dans le secteur industriel. Des défauts, majoritairement d’origine mécanique, sont susceptibles de se développer au cours du fonctionnement de ces systèmes et rendent nécessaires la mise en place d’une maintenance souvent onéreuse. Afin de réduire ces coûts et d’optimiser la disponibilité des matériels, des méthodes de diagnostic peuvent être développées afin de détecter au plus tôt l’apparition d’un défaut. Cependant, la fiabilité de ces algorithmes et l’automatisation du diagnostic sont complexifiées par la diversité des systèmes alimentés par les variateurs de vitesse industriels ainsi que par le changement de leur point de fonctionnement. Afin de répondre à ces problématiques, un protocole de diagnostic permettant de réaliser une détection sensible et robuste des défaillances mécaniques est développé dans ce travail. Cette méthode consiste à segmenter le plan couple-vitesse du moteur surveillé et à réaliser des références statistiques caractérisant son fonctionnement sain sur chacune des zones de fonctionnement. Des indicateurs de défaut peuvent ensuite être définis statistiquement afin de quantifier l’écart du système vis-à-vis de son comportement sain. Ces indicateurs sont ainsi indépendants du système surveillé et de son point de fonctionnement. Les principales applications ciblées par ce protocole sont les systèmes de compression, de pompage et de ventilation qui représentent une part importante de l’énergie électrique consommée dans le secteur industriel. Le protocole de diagnostic développé dans cette étude est validé expérimentalement dans le cadre de la détection de différentes niveaux de déséquilibre mécanique mais également pour la surveillance d’un système de transmission de type poulies-courroies. De plus, les campagnes expérimentales sont effectuées sur plusieurs systèmes électromécaniques dont les propriétés sont foncièrement différentes afin de valider les performances de normalisation de ce protocole. / Systems driven by induction motors consume most of the industrial electric supply. Mechanical faults may develop over time and disrupt their proper functioning, resulting in high maintenance expenditure. In order to reduce these costs and to improve machines availability, diagnosis methods can be developped to perform the early detection of incipient faults. However, the variety of industrial applications driven by induction motors complicates the automation of fault detection. To resolve these issues, a sensitive and robust diagnosis protocol has been developed in two stages. First, the torque-speed plane of the monitored motor is segmented in different functioning areas. Then, a statistical reference is achieved on each operating zone in order to characterize the healthy working of the system. Statistic-based indicators may then quantify the system deviation from its healthy behaviour. These indicators are therefore independent of the monitored system and of its functioning point. The applications targeted by this study are fans, pumps and compressors which are widely used in industrial processes. This diagnosis protocol is experimentally validated on the detection of several levels of mechanical unbalance and for the monitoring of V-belts drive health state. Moreover, test campaigns are achieved on varied electromechanical systems in order to validate the normalization performances of the developed protocol.

The doctoral thesis is divided into three main parts with a focus on induction motors. The first part deals with the electromagnetic design and analysis of windings of AC ma-chines. There is introduced the density of conductors, which describes the distribution of the windings in the slots. There is derived general formula for calculation of the total winding factor applicable to any type of winding. The second part of this work deals with the acceleration method of the induction motors torque-speed characteristics measurement. The measured characteristics are used for exact identification of the equivalent circuit parameters of induction motor. The third section is focused on a very precise identification of the equivalent circuit parameters of induction motor in the form of -circuit. The identification is based on mutual comparison of measured and calculated torque-speed and current-speed characteristics.

Le mémoire traite de la machine à réluctance variable en proposant d'une manière simultanée et du point de vue conception des solutions à ses deux inconvénients majeurs à savoir les ondulations de couple et les efforts radiaux. Les premières se propagent le long de la chaine de transmission diminuant ainsi le confort des usagers et les deuxièmes sont à l’origine d’une nuisance sonore. Dans une première partie et en s’intéressant à une structure axiale caractérisée par une faible force radiale, un bilan sur cette structure est donc établi. En effet, une configuration à deux stators et un rotor est la plus adéquate pour éventuellement remplacer la machine radiale de référence. Cette structure axiale est comparée à cette machine de référence après avoir établi des règles de passage d’une structure à une autre. Un premier passage est effectué en gardant le même encombrement et un deuxième passage en dimensionnant la machine axiale pour satisfaire le même cahier des charges que la machine radiale. Dans une deuxième partie, le travail s’oriente vers la modification de la structure radiale de la machine de référence et son optimisation. Plusieurs modifications sont proposées dont une structure avec une cale magnétique qui est la plus performante. Des optimisations géométriques à l’aide de l’algorithme génétique sur un point de fonctionnement sont ensuite effectuées pour remédier aux deux problèmes. A la fin, un récapitulatif de plusieurs structures optimisées est proposé pour servir de référence. Le choix de la machine la plus adéquate pourra donc être effectué en faisant un compromis entre la maximisation du couple, la réduction de ses ondulations et la réduction des efforts radiaux. / This report deals with switched reluctance motor by offering design solutions to the drawbacks of torque ripples and radial forces in the same time. Torque ripples reduce the user comfort and radial forces are the origin of noise. In the first part, an axial structure characterized by low radial force is analysed. Indeed, an axial configuration with two stators and one rotor is the most appropriate to replace the reference radial machine. Ones the rules of passage from one structure to another are established, the axial structure is then compared to the reference one. A first passage is made by keeping the same volume and a second one by sizing the axial machine with the same specifications as the radial one. In the second part, the work concerns the modification of radial structure of the reference machine and its optimization. Several modifications are proposed including a structure with a magnetic wedge which is the most efficient. Geometric optimization using genetic algorithm are then performed on operating points to remedy the both problems. In the end, several optimized structures are proposed. The choice of the most suitable machine can be done by making a compromise between the torque maximization, reducing its ripples and reducing radial forces.