Indonesi an  Journa of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Sci ence   Vo l.  9,  No.  2,   Februa ry 20 18,  pp.  493 ~ 501   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v9.i 2.pp 493 - 501          493       Journ al h om e page http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   A Re al Tim e Con diti on Moni toring Sy stem fo r Gea rs Ope rating  un der Var i able Load  Co nd itions       Alw ad ie . A   Facul t y   of Engin ee ring ,   El e ct ri cal  Eng ine er ing  D epa rtment ,   Na jran Unive rsit y   King  Abdulaziz   Road,   St at e   Najr an,   Saud Arab ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   J un   9 , 201 7   Re vised  N ov   2 0 , 2 01 7   Accepte Dec  11 , 201 7       Gea rs  are  important   component  of  the   ro ta t ional   power  tra nsm ission  s y stem   and  are   la rg ely   u sed  in  var i abl e l oad  and  spee a ppli c at ions. The   fau lt s on  the  gea gen erate   ex ce ss ive   vibr at ion   which  leads  to  bre akdown  of  th m ac hine.   Sensor  base m et hods  coul d ia g nose  gea fau l ts  but  prove to  be   expe nsiv e   and  have   l imited  appl icat ions  due  to  hea v y   cost   an nee of  a c ce ss   of  gea r   box  for  sensor  insta llati on .   T he  m otor  stat or   cur ren ana l y si has  bee n   rep orte to  ove rco m the   dra wbac ks  of  the   sensor  base fau lt   det e ct i o n   m et hods.  How eve r,   m otor  stat or   cur ren an aly sis  has  li m it ed  capabi lit y   for   rel i abl d e t ec t io of  sm al gear  fau lt   sign at ur es  t y p ically   for   low  loa d   condi ti ons .   Th is  pape r   pre sen ts  an  a lt ern at iv n on - inva sive   app roa ch  b ase d   on  insta nta n eous   power  ana l y sis  of  the   m otor  to  r el i ably   di agnose   gea fau lt for  var ia b le   load  appl i ca t ions.  The   th eor etic al  and  expe r ime nta r esult indi c at es  that  the   insta nta n eou power  ana l y si offe rs  thre fau lt   relat ed   har m onic and  amplit ude  v aria ti ons  on  the se   har m onic could  give   th indi c at ion  of   he al th  st at us  of  t he  ge ar.     The  superior ity   of   t he  proposed   insta n ta n eous  p ower  ana l y sis  te chn ique   has  bee conf irmed   through  expe riments  pe rform ed  on  thr ee   oper a ti ng  point of  the   m otor.   The  compari son  of  the   ampli tude   s ensit ivit y   of  th m otor  stat or   cur ren t   and  insta nta n eous  power  at   three  ope rat ing  poin ts  has  bee per form ed   to  val id ate   the   super iori t y   o the proposed te chni que .   Ke yw or d s :   Gear healt h m on it ori ng   Motor co uple d gea fa ults   Re li able fau lt   detect ion   Sign al   proces sing   Copyright   ©   201 8   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e   Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Alwa die.  A   Faculty  of E ngineerin g, Ele ct rical  Enginee ring D e pa rtm ent , N a jran  Unive rsity   King  Abd ulazi z Roa d,   Stat e N aj ra n,   Saudi  Ar a bia   Em a il al wad ie @hotm ail.co m       1.   INTROD U CTION     The  gear a re  the  im po rtant  c om po ne nt  of  the  in dustria f aci li ti es  and   ar us e in  the  m achines  f or  the  r otati on al   powe tra ns m iss ion .   Th reli ab il ity  and   c os e ff ect ive  operati on  of  in dustria m achines  c ould  be   ens ur e thr ou gh   a doptio of  the  pro pe conditi on   m on i toring  te ch nique  [ 1 - 5].  The   un e xpect ed  m achine   sh ut dow ns   an cat ast rop hic  fail ur es  co uld  be  av oid e thr ough  co ntin uous   c onditi on  m on it or in a nd   fau l t   diag nosis  proc ess.  Ma ny  c onditi on   m on it ori ng   te c hn i qu es   su c as  vib rat ion   a naly sis,  tem per at ure  an al ysi s ,   so un a naly sis,  aco us ti em i ssion,  n on - i nvasi ve  m oto st at or   c urre nt  a naly sis  ha ve  be en  repor te i the   li te ratur [6 - 9].  Me asur em ent  m et ho d,   co st  of   the  se nsors ,   instal la ti on   of  the  sensors  a nd   r el ia bili ty   of   the  m easur ed  data   are  the  i m po r ta nt  par am et ers  in  the  sel ect i on   of   the  pro pe co nd it io m on it ori ng  te ch nique  [10 - 12] .   Seve ral  stud ie hav bee c onduct ed  in  the  past  to  m o nitor   the  co nd it ion   of   the  ge ar  thr ough   vibrat ion   a naly sis  te chn iq ue  [ 13 - 17 ] Althou gh   vibrat ion   a naly sis  hav be en  sho wn   t s uccess fu ll dia gnos e   the  gea f aults   but  it   involve the  huge  c ost   of   t he  acce le ro m et ers  us e for  data  colle ct ion   a nd  it use   is   lim it ed  wh e re  acce ss  to  the  ge arbo is  no po s sible  f or   se ns or  instal la ti on  [ 18 - 24 ] T he   non - i nv a sive  m oto sta tor  c urre nt  a naly sis  has   bee pro po s ed   by   few  resea rc hers   to  overc om the  dr a wb ac ks  associat ed   wit t he   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   9 ,  No.  2 Fe bruary  2 01 8   :   493    501   494   vibrat ion   analy sis  te chn i qu e   [ 25 - 27 ] T he  st at or   c urren c ould  be  m easure f r om   the  m otor  s upply  li ne   an thu it   do e not  re qu i res  ac cess  to  t he  ge arbo x.   Althou gh,  m oto sta t or   c urre nt  ana ly sis  te chn iq ue   is  b est   al te rn at ive  to   vibrat ion  anal ysi te chn iq ue   for  th de vel op m ent  of  an   econom ic al   and   ver sat il co nd it io m on it or ing   syst e m howev e r,   m os of   the  r es earche rs  have  us e this  m et ho only   on  f ull   load  c onditi on   [28 - 30 ] Hence th ere  is  nee to  ex plore  th e ff ect ive ness  of  m oto sta to c urren a naly sis  m et ho to  dia gnose   gear   fa ults  for  var ia ble  loa ding  poi nts  of  the   m oto r.   F ur the rm or e,  the  tw fau lt   relat e c om po ne nts  pr oduce by  sta tor  c urre nt  sp ect r um   app ear  nea to  fund am ental   co m po nen a nd   a m pl it ud o the se  fau lt   c om po nen ts  i s   su pp resse by  the  la rg am plit ud of  the  f undam ental   co m po nen [ 31 - 33] Th us,  the  r el ia ble  fau lt   de te ct ion   thr ough m oto r st at or  c urren a naly sis i s sti ll  a ch al le ngin is su e i n on - li ne  c onditi on m on it or i ng appli cat ion s .   Re centl y so m of   t he  resear cher s   ha ve  repor te the  us of  insta ntane ou s   powe sig nal  ( wh ic ta ke s   the infor m at ion  fro m  b oth  t he  stat or  curre nt  an d v oltage)  f or  th e d ia gnos i s o f beari ng   fa ults. Th e e xper i m enta l   resu lt ha ve  s how bette r   capab il it of   detect ing   b ea rin fau lt thr ough  re ported   te chn iq ue.   H ow e ve r ,   theo reti cal   and  ex per im ental   inv est igati ons  of   i ns ta nta neous  powe f or  ge ar  fa ult  detect ion   ha ve  nev e r   bee perform ed  in  e arli er  rese arc work  [ 34,  35] The   m ai cont ribu ti ons  of  th is  pa per   a re  1)  De rivati on  of   ge a r   fau lt   fr e quenc m od el   in  var ia ble  loadi ng  co nd it io ns   f or   insta ntane ous  pow er  s pe ct ra  2)   E xp e ri m ental  confirm at ion   of  the  de rive ge ar  fa ult  fr e quency  m od el   3)  Com par ison   of  the  m oto sta tor  cu rr e nt  ana ly sis  te chn iq ue  a nd   instanta ne ous   powe a nal ysi te chn iq ue  f or   reli able  c onditi on  m on it or i ng   of  gea r   fau lt sp eci fical ly  un der va riable l oa c onditi ons.   The  rest  of  th pap e has  be en  orga nized  as  fo ll ows:  Se ct ion   II   der i ve the  gear   fa ul fr eq uen cy   m od el   fo inst antane ous  pow er  sp ect ra  for  var ia ble   load  op e rati ons  of  the  m oto r.   Sect ion   I II   pro vid e the  desig of  the  exp e rim ental   t est   rig  and   da ta   acqu isi ti on   syst e m Sect io IV   pro vid es   the  sp ect ra  of  th e   instanta ne ous  powe an m otor  sta tor  cu rr e nt  for  heal thy  and   fa ulty   gear   operat ing   in  va riabl l oad  conditi ons.  Th com par ison   of   the  gea fa ult  detect ion   capab il it ie of   the  m oto sta tor  cu rr e nt  ana ly sis  te chn iq ue  a nd  instanta ne ous  powe analy sis   te chn i qu e   has   al so   bee giv e in  t his  sect io n.   Fi nally Sect ion   pr ese nts t he  c oncl us i on of thi s p a per.       2.     THE   MA T HEM ATICA L MO DEL O F THE ST AT OR C URREN T AND  IN STAN T AN E OUS  POWER  FO R  GEA R CO N DITIO N MO NITO RING     S t a t or   c ur r e nt   of   t he   m ot or   w i t he a l t hy   ge ar   c on ne c t e o n   t he   s ha f t   d oe s   no t   c o nt a i s i de   ba n ds   of   t he   ge a r   de f e c t   f r e qu e nc i e s .   H ow e ve r ,   du r i ng   t he   f a ul t ge a r ,   l ow e r   s i de   ba nd   a n up pe r   s i de   ba nd   ha r m on i c s   a r e   a pp e a r e a r ou nd   t he   f u nd am e nt al   f r e qu e nc y   of   t he   c ur r e nt ,   a s   de s c r i be i E q ua t i on   ( 1 ) .   T he   ge a r   f a ul t   f r e q ue nc i e s   ha ve   be e c a l c ul a t e us i ng   E qu a t i on   ( 2)   a nd   a r e   s ho w i n   T a bl e   1 .     ( )   =   0 ( )   +    0   ( ) cos [ 2 ( ±   ) 0 ]           (1)      =   |     + |         , {                      +                          (2)     wh e re:   ,                         is   t he   ge a r   chara cte ri st ic   defec t   freq ue ncy     0 ( ) ,   is t he  c urren t i the  m oto f or  h eal thy  gear.   ( ) ,   is t he  c urren t i the  m oto f or  f a ulty  g e ar.   ,   is t he  f re qu e nc y of t he  s upply  curre nt.   0 ,   is t he  loa a ngle .       T ab le   1 Calcu lat e d   Gear   Fau lt Ha r m o n ics  in   Stato Cu r rent Sp ectra   Load  Co n d itio n s   Moto Sp eed ( rp m )   Lower Side  Ban d  ( Hz)   Up p er  Sid e Ban d  ( Hz)   No  L o ad   1485   2 5 .2   7 4 .8   Mediu m   Load   1432   2 6 .2   7 3 .8   Fu ll L o ad   1392   2 6 .8   7 3 .2       Wh e reas,  for h eal thy gear , th e  instanta neous powe r of  t he  m otor c ou l d be  de scribe d usin g Eq uation ( 3).      Po ( t ) = V 0 ( t ) I 0 ( t )                 (3)     wh e re:   ( ) ,   is t he  ideal  i ns t antane ous P ow er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A Rea Time C onditi on M on it or in g System  for Gea rs  Op e r ating   un der  V ari ab le   Loa ( Alw ad ie . A )   495   V 0 ( t ) ,   is t he  insta ntan eous s upply   vo lt age   I 0 ( t ) ,   is t he  insta ntan eous s upply cu rr e nt   Wh e we  rep la ce  the  he al thy  gear   with  t he  de fected  gear,  t he  m oto s haf fluctuate du to  ef fect  of   def ect e te et h.  The   sym m et r of  the  el ect r om agn et ic   flu betwee sta to a nd  r otor  is  disturbe du e   t t he se   fluctuati ons  of  the  sh aft.  T he  distu r bed   s ymm et ry  event ually   create side  ba nd   harm on ic aro un the   fun dam ental   fr equ e ncy.  T hes sideba nd   harm on ic are  calcu la te us i ng   Eq uation  ( 4)  and   ( 5)  an are  sh ow in Ta ble  2 .     ( ) =  ( ) + 0 ( ) ( ) [  { 4 ( ) 0   6 } +  { 4 ( + ) 0   6 }   +   2  ( 0   6 )  ( 2 ) ]    (4)      =   | 2   + |           , { 2                      2   +                               (5)        Table   2 Ca lc ulate d   Gea r Faul t Harm on ic In Insta ntane ous  Power Spe ct ra   Load  Co n d itio n s   Moto Sp eed  (r p m )     (Hz )   Lower Side  Ban d  ( Hz)   Up p er  Sid e Ban d  ( Hz)   No  L o ad   1485   2 4 .8   7 5 .2   1 2 4 .8   Mediu m   Load   1432   2 3 .8   7 6 .2   1 2 3 .8   Fu ll L o ad   1392   2 3 .2   7 6 .8   1 2 3 .2           It  has   bee obser ve f r om   Table  I   an II  that  the  def e ct   in  gea ca use m oto cu rrent  analy si s   pro du ce  t wo  har m on ic at   lowe side ba nd  a nd   uppe s ideba nd  f requ encies.  Wh il e   three  har m onic are  induced   i i ns t antane ous  pow er  s pectr um   at   ge ar   fa ult  fr e qu e ncy   ( ),  lo w er  si de band   an up per  side ba nd   fr e qu e ncies.  T hu s the  i ns ta nt aneous  power  sp ect r um   pr ovides  m or ha rm on ic   com po nen ts  relat ed  t gea r   def ect   as  com par e to  sta to r   cur re nt  analy sis.  This  is  th disti nguish   f eat ur of  the  i ns ta nta neous  powe r   analy sis  for  re li able  fau lt   di agnosis  a ppli cat ion s.  These   m at he m at ic a der i vations  are   co nf irm ed  th rou gh  exp e rim ents in  the  nex sect io n.         3.    E X PE RI M ENTAL  DESI GN       te st  rig  was  desig ne to  c onduct   the  e xpe rim ents  of   the  healt hy  an fa ulty   gear s T he   schem at i c   diag ram   of   the  desig ned   te st   rig  has  been   sh ow in  Fig ure  1.   It  c on sist of   cu rr e nt  sens or   (i 5S P Q 3),  vo lt age  se nsor   (EV CC ),   ta cho m et er  (R7050),   La bVIE W Data  acqu isi t ion   boa rd   ( NI   6281) healt hy   gear  assem bly,  fau lt gear   assem bly  and   th r ee  ph a se  1HP,  50   Hz,   in duct ion  m oto r.   Sam pling   rate  was  10   kH and f reque ncy  reso l ution o f 0. 2 Hz.       Sing le   sta ge  be vel  gear   as se m bl cou ple with  m oto sha ft  was  us e i this  stu dy.  T he  co nical ly  sh a ped   rac a nd   pin io gea r are  m ou nte on   sh a fts  that  are   90   de gree apar t.  Th pitch  su r face  of   bev el   gear s   is a co ne  sh a pe.  T he  te et of the g ea rs  a re cu strai ght   and  a re all  p ar al le l t the  li ne  p oi nting  to  t he  ap e of  the  c one  on  w hich  t he  te et a re  base d In  this  work,  t he   num ber   of  te e th  of  t he  pin io gea r   ( 1 is  20  an nu m ber  of   te et on  t he   w heel   gea r   ( 2 is   30.  The   ex pe rim en ts  we re   co nduc te on  t he  he al thy  pi nion  ge ar ,   too th   dam aged  pin i on  gea r,   unde th ree  diff e ren l oad i ng  co nd it io ns T he  fa ult  on  ge ar  to oth   was  c reate arti fici al ly  u sing  elec tric   disch arg e  m achine (EDM).  T he he al thy and de fec te gea rs  a re show in  Fig ure  2 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   9 ,  No.  2 Fe bruary  2 01 8   :   493    501   496       Figure  1. The   Schem at ic   Diagr am   of  t he  De velo ped  Set - Up           (a)   (b)     Figure  2 .    Gear  U nd e Te st  (a )   Healt hy  Gear  (b)  Fa ult  Gea r       4.    R ES ULTS  AND DIS C USSION S   4.1 Case   S tu d y 1: Fa ult  dia gnosis  of   th e  gear  th r ough  i nstantane ous  po w er  analysi s   The  norm al iz e sp ect ra  of   t he  instanta neous  powe f or   t he  healt hy  an fa ulty   gear   op e rati ng  in   var ia ble  load   c onditi on  has  be en  s how in  i Fig ure  a nd   res pecti vely The  i ns ta nta ne ous  po wer   s pe ct ra   pro vid es  t hr ee fau lt   relat e f r equ e ncies  a nd the  am plit ud values  on  the se   fau lt  f re quenci es  are  m on it or ed  a nd  recorde d.  F or  exam ple,  the  a m pl it ud value are   - 71.98, - 64. a nd  - 59. 04  dB  f or  healt hy   gear  a nd  - 68.98,  - 61.55  a nd   - 56. dB  f or  de fec te gea operat ing   under   no - l oad   c onditi on.  Th us dB  c hange  in  am plit ud e   values  at  g ear fault   fr e qu e ncie occ ur  d ue  t fau lt   in  the g ea r.   Sim il arl y,  change o dB  and  13  dB h as   been  ob s er ved  at   m edium   load  a nd  fu ll - l oad  co ndit ion .   T he  s um m ar of   the   a m plit ud var i at ion at   gea def ec t   fr e qu e ncies  ha s b ee n give i n Table   3 .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A Rea Time C onditi on M on it or in g System  for Gea rs  Op e r ating   un der  V ari ab le   Loa ( Alw ad ie . A )   497   Table  3 . Sum m ary o the   Am plit ud Va riat i ons  for  Helt hy  a nd  Fa ulty   Gear  in  In sta ntane ous  P ower   S pec tra   Op erating  Poin t   A m p litu d e Values  f o Health y   Gear   (dB )   A m p litu d e   Valu es  f o Fau lty   Gear   (dB )   Dif f erence in A m p litu d e ( d B)   No  L o ad   - 7 1 .98   - 6 8 .98   3   Mediu m   Load   - 8 7 .54   - 8 1 .01   6   Fu ll L o ad   - 7 2 .48   - 5 9 .2   1 3 .28             (a)     (b)           (c)     Figure  4.   The   I ns ta nta neou P ow e S pectra   of the   Fa ulty   Ge ar  f or  T hr ee   O per at in Po i nts  (a)  N Loa d     ( b)   Me diu m   Load  (c F ull   L oa d       4.2 Case   st ud y 2 F au lt  dia gnosis  of the  ge ar thr ough  m otor st ator cu rrent  analysis       As  desc ribe earli er,  the  gea r   fau lt has  bee inv est i gated  in  var i ou stu di es  through  m otor  sta tor   current  a naly sis  unde f ull  load  co ndit ion s.  Howe ver,  the  us of  m oto s ta tor  cu rr e nt  analy sis  for  gea fa ults  detect ion   in  va riable  loa ding  conditi ons  has  nev e be en  i nvest igate in  previo us   stu dies.   W hile  this  pa per   has   consi der e t hr e e d if fer e nt loa di ng  c onditi ons  to in vestigat e t he gear  f a ults v ia   m oto sta t or   current a naly sis.              Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   9 ,  No.  2 Fe bruary  2 01 8   :   493    501   498         (a)     (b)       (c)     Figure  5. T he  Motor  Stat or  C urren Sp ect ra  of  the  Healt hy  Gear  f or  Th ree   O per at in Po i nts  (a N L oa (b)  Me diu m   Load   (c)   Fu ll   L oa d           The  norm al iz e sp ect ra  of   th m oto sta tor   cur re nt  f or   th healt hy  and   def ect e gea op e rati ng  in   var ia ble  loa c onditi on  has  be en  s how i i Fi gure  an res pect ively T he  m oto r   sta tor  c urre nt  s pe ct ra   pro vid es  tw f ault  relat ed  fr e qu e ncies  an the  am plit ud values  on  these  fau lt   fr e quenci es  are  m on it or ed  a nd   recorde d.   F or   e xam ple,  the  a m pl it ud value are  - 69. 91   an - 67. 52  dB  for  healt hy  gear   and   - 68. 91,  - 66. 53   dB   for  de fected  ge ar  operati ng  unde no - l oad   conditi on.  Th us,  dB  c hange  in  am plit ud values  at   gea fau lt   fr e qu e ncies o c cur  due  to f a ult  in  the g ear Si m il arly change o dB  an dB  has   bee obser ve at   m edium  load  a nd   fu ll - l oad   c onditi on.   The  s umm a ry   of   the  am plit ud var ia ti ons  at   gear   de fect  fr e qu e ncies  ha been  giv e in  Ta ble  4       Table  4 . Sum m ary O T he Am plit ud Va riat ion s  F or H el thy  And Fa ulty  Gea I n St at or Current  Sp ect ra   Op erating  Poin t   A m p litu d e Values  f o Health y   Gear   (dB )   A m p litu d e Values  f o Fau lty   Gear   (dB )   Dif f erence in A m p litu d (dB )   No  L o ad   - 6 9 .91   - 6 8 .91   1   Mediu m   Load   - 7 3 .58   - 7 0 .01   3   Fu ll L o ad   - 7 0 .03   - 6 3 .04   7           It  has   been  co nclu ded  f r om   Table  IV  that  the  dia gnos is   of  the  gea fa ults  th rou gh  non - in vasiv e   m oto sta tor  c urren a naly sis   is  sen sit ive  to   the  operati ng  po i nt  of  t he  m otor  a nd  this  t echn i qu e   giv es   bette r   resu lt only  at fu ll  loa ding c onditi on.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A Rea Time C onditi on M on it or in g System  for Gea rs  Op e r ating   un der  V ari ab le   Loa ( Alw ad ie . A )   499         (a)     (b)         (c)     Figure  6. T he  Motor  Stat or  C urren Sp ect ra  of the  Faulty   G ear  f or  T hr ee   Op e rati ng  P oint   (a)   N L oa ( b)  Me di um   Load   (c)   Fu ll   L oa d           The  Fig ur pr ese nts  the  c om par ison   of   t he  am pli tud var ia ti ons  on  gear   def ect   fr e qu e ncies  f or   instanta ne ous  powe s pectra  and  m oto sta t or  cu rr e nt  s pe ct ra.  It   has   be en  obser ved  th at   the  c hange  in  th e   a m plit ud in  m oto sta tor  current  s pectra  is  ver sm all  un de lo load  op e rati ng  poin ts,  hen ce m ot or   sta to r   current  a naly sis  is  no su it able  for  the  diagnosis  of   ge ar  fa ults  unde low  l oad   a ppli cat ion s.  Howev e r ,   ob s er vab le   am plit ud var ia ti on of  great er   than  dB  a re  f ound  f or   f ull  load  op e ra ti on of  the  m oto r.   Com par at ively the  la rg e c ha ng e in   am pli tud we re  detect ed  in   instant aneous   po wer   sp ect ra  e ve a lo w   load  operati ng  conditi ons  an eve m or pr om inent  a m plitu de   dif fer e nce  was  f ound  at   f ull  load  c onditi on   of  the  m oto r.   A nothe prom inent  featur of   the  instanta neous  powe anal ysi is  that  it  pro vid es  thre e   fau lt   relat ed  c om po nen ts  which  enhance s the  r el i abili ty  o f ault  detect ion i n o nl ine cond it io n m on it or ing sy s tem .           Figure  7. Com par is on of t he  Am plit ud es  Va riat ion of the   Gear  Fa ult  Fr e qu e ncies  for  t he   I ns ta ntane ou P ower  Sp e ct rum   and   Moto S ta tor  Cu rr e nt  S pectr um   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   9 ,  No.  2 Fe bruary  2 01 8   :   493    501   500   5.    CON CLU S ION       reli able  no n - i nv asi ve  fa ul diagnosis  t echn i qu e   has   been  desi gn e in  this  resea rch   f or   t he  conditi on  m onit or in of  the  gear s   c oupled   with  i nductio m oto s pecifi cal ly   fo r   va ria ble  loa a ppli cat ion s.  The  gear   fa ult  fr e quencies  ha ve  been   f orm ula te theo r et ic al ly   and   th ei sensiti vity   to  fa ult  le vels   unde var ia ble  loa conditi ons  has   bee c onfirm ed  e xp e rim ent al ly   in  t he  in sta ntane ou s   powe s pectr um The  com par ison   of   capab il it ie of   the  instanta ne ous  powe anal ysi m e tho for  the  reli able  f ault  diagnosis  unde var ia ble  loa c onditi ons  ha been  do ne  with  the   previ ously   us ed   sta tor   c urren a naly sis  m e tho d.  It  ha bee pr oved  t hat  th instanta ne ou powe s pect ru m   con ta ins  three  fau lt   rel at ed  com pone nts  an ha ve  high  a m plit ud sen sit ivit as  com par ed  to  m o tor  cu rr e nt  sig natu re  analy sis  wh ic has  only   two  fa ult  relat e com po ne nts.       REFERE NCE S   [1]   Nooli  P.  K. ,   "A   ver satile  and  co m puta ti onall y   ef fic i ent   condi t ion   indi c at or   for  A H - 64  rotorc raf gea rboxe s,"   Deg ree   of  Master   of  Sci enc e   Univer si t y   of  South Ca ro li n a,   2011 .     [2]   Al - Arbi,   Sal em,   "Conditi on  m o nit oring  of   ge ar   s y stems   using  vibra ti on   an aly s is,"  Doctor a th esis,   Univer si t y   of   Huddersfie ld, 20 12.   [3]   Hena o,   H . ,   Kia ,   S.H.,   C apol ino ,   G. - A.:   Torsiona l   vibration  assess m ent   and  g ea r   f aul t   dia gnosis  in   railwa y   t racti on   s y stem.  I EEE  Tr ansa ctions on  In dustria l   Elec t ron ic s,  vo l. 58, i ss ue  5,   pp.   1707 17 17,   2011 .   [4]   Kar,   C. ,   Mohant y ,   A.R.:  Vibra ti o and  cur r ent   t ra nsient   m onit orin for  gea rbox  f a ult   de te c ti on  usi ng  m ult ire solut i on  Fourier  tr ansform .   Journal  of   Sound a nd  Vib ratio n,   vol .   311 ,   pp .   1 09 132,   2008 .   [5]   Kia,   S.H.,   Hena o,   H.,   Capol ino ,   G . - A.:   Anal y tical   and  exp eri m ent a stud y   of  gea rbox  m ec hanica eff ec on  th e   induc ti on   m ac hi ne  sta tor  cur ren t   signat ur e.  IEEE   Tra nsa ct ions   on   Industrial  E lect ronic s,  vo l.  45,   i ss ue  4,   pp .   1405 1415,   2009 .   [6]   Kia,   S.H.,   Hen a o,   H.,   Capolino,   G.A.:   Gea too th   surfac dama ge  fau lt   de te c ti o using  induc ti o m ac hine   stat o r   cur ren t   spac v e ct or analy sis .   I E EE   Tra nsa ct ions   on  Industri al E l ec tron ic s,   vol. 6 2,   issue   3,   pp.   18 66 2001,   2015 .   [7]   Kia,   S.H.,   Hena o,   H.,   Capol ino ,   G. - A.:   Deve lop m ent   of  te st  benc dedica t ed  t condi ti on  m onit oring  of  wind  turbi nes,   IE EE - I ECON,  Dallas ( TX,   US A),  Nov ember  2014.     [8]   Lout as,   T. H . ,   So ti ria d es,   G. ,   Ka l ai t zogl ou,   I.,  Kos topoul os,  V.:   C ondit ion  m onit or ing  of  sing le - st age   ge arb ox  wit h   art if ic i al l y   indu c ed  gea cr ac ks  u ti lizing  on - l ine   v ibra ti on  and  ac o ustic   emiss ion  m ea surem ent s.  Applie Acousti cs,   vol.   70 ,   pp .   1148 1159,   2009 .     [9]       Feki,   N.,   Cle rc ,   G.,   Vel ex,   P.:  An  int egr ate el ectro - m ec ha nic a m odel   of  m otor - gea unit s   -   appl ic a ti ons  t toot h   fau lt de t ection  b y   elec tr ic m ea su rement s.  Me chanic a S y s te m   an Signal Proce ss ing,   vo l. 29, pp.  377 390,   2012 .   [10]   Dane shi - Far ,   Z.,   Hena o,   H. ,   Ca poli no,   G. - A,  " Plane t ar y   ge arb ox  eff e ct on   in duct ion   m ac hin in   wind  turb i ne:  m odel ing  and  a naly s is,"  In:  Pro ce ed ings  of  Int e rna ti on al   Conf er enc e   on  Elec tri c al   Mac h ine (IC EM),   Marsei ll e   (Franc e) ,   pp .   17 90 1796,   2 5   Se pte m ber ,   2012.   [11 ]   Otte will,  J.R.,  Orkisz,   M,  "Condi ti on  m onit oring  of  gea rboxe s using  sy n chr onousl y   av era ged el e ctric  m otor  signal s,"   Mec hanica l   S y st em a nd  Sign al   P roc essing,   v ol. 3 8,   issue ,   2 ,   pp .   4 82 498,   2013 .   [12]   Girsang,   I. P.,   D hupia ,   J.S. ,   Mulja di,   E . ,   Singh,  M.,   P ao,   L. Y,    "G ea rbox  and  dri ve  tra in  m odel to  stud y   of  d y na m ic   eff ects of  m oder wind  turb ine s, " IE EE T r ansa c tions   on  Industrial   Applicati ons,   v ol.   50 ,   pp .   3777 3786,   2014 .   [13]   Dalpi a z,   G . ,   R iv ola ,   A.,   Rub ini,  R. ,   "Eff ective n e ss   and  sensiti vi t y   of   vibratio pr oce ss ing  techniq ues  for  local  fau lt   det e ct ion   in   gear s,"  Mec han ic a S y stem  and  Signa Proce ss ing, vol.  14 ,   issue   3,   pp.   387 412,   2000 .   [14]   Ba y d ar,   N . ,   Ba l l,   A,  "Case  stu d y - de tecti on  of   gea fa il ur es  via   vibr at ion  an ac ousti sign al using  wave l et  tra nsform , " Mechani c al   S y stem  a nd  Signal Proce s sing,  vol .   17 ,   pp .   787 804,   2003.   [15]   Mohant y ,   A.R . ,   Kar,   C,   "M onit oring  g ea v i bra ti ons  throug m otor  cur ren signat ur an aly sis  and  wav elet   tra nsform , " Mechani c al   S y stem  a nd  Signal Proce s sing,  vol .   20 ,   issue,   1 ,   pp .   158 1 87,   2006 .   [16]   Stranga s,  E. G. Response  of  ele ct ri ca d rive to   gea and  be ari ng   fau lt -   d ia gnos is  under   tr ansie n and  st ea d y   st ate   condi ti ons .   In:   Proce edi ngs  of   W orkshop  on  El ectrical   M ac hin es  Design  Cont rol  and   Diagno sis  (W EMDCD ) ,   invi te d   p ap er,  Pa ris  (Franc e ), pp.   289 297,   11 12   Marc 2013 .   [17]   A.  Kouadri ,   G.   R.   Ibra him  and  A.  Albar bar ,   "V ar y ing  lo ad  det e ct ion  in  g ea rbox  s y st em  base on  ada ptive   thre shold  esti m a ti on, " MATEC   W eb  of  Confer e nce s,  2016 .   [18]   Karnve er ,   "A   stu d y   on  ge arb ox  n oise  with   induce toot h   def ec ts,   m aste the sis ,   Th apa Univ esity   I ndia ,   Jul y   2015 .   [19]   Miguel   Delga do   Priet o,   Dani el  Zuri ta   Mi ll an ,   W ensi  W ang,   Anderson  Mac hado  Ortiz,  Juan   Antonio  Orteg Redondo,   and  L uis  Rom era Marti ne z, "S el f - pow ere wire le ss   sensor  a ppli ed  to  gea di agnosis  base on  ac oust i c   emiss ion, " IE E E   Tra nsa ct ions   on   Instrum ent ation   and  Me asure m e nt,   vo l. 65, i ss ue, 01, Ja nuar y   201 6.   [20]   R.   Li   and  D.  He,   Rota ti on al   m ac hin health  m onit oring  and  fa ult   detec t ion  using  EMD - base ac ousti emiss ion   fea tur qu ant if icati on , ”  I EEE  Tr a nsac ti ons  on   Inst rum ent at ion   and   Mea surem ent,  v ol.   61 ,   no .   4 ,   pp .   990 1001,   Apr .   2012.   [21]   I.   Yesil y u rt,   Th appl icat ion  of  the   condi t iona m om ent ana l y si to  gea rbox  fau lt   det ection c om par at ive   stud y   using t he   spec tro gra m   and  sc al og ram,”   ND T E  In t . ,   vol. 37, no. 4,  pp.   309 320 ,   Ju n.   2004 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A Rea Time C onditi on M on it or in g System  for Gea rs  Op e r ating   un der  V ari ab le   Loa ( Alw ad ie . A )   501   [22]   C.   K.  T an,   P.   Ir ving,   and   D.  Mb a,   compara t i ve  expe r imental  stud y   on  the   d iagnos ti and  pr og nostic   c apa bi li t i e s   of  ac ousti cs  emi ss ion,   vibration  and  spec trometric  oil  anal y s is  for   spur  gea rs, ”  Me ch.   S y s t.  Signal   Proce ss . ,   vol .   21 ,   no.   1 ,   pp .   208 2 33,   Jan .   2007 .   [23]   D.  Gala r,   A.  Thaduri,   M.  Catel an i,   and  L .   Cia n i,   Conte xt  awa r enes for  m ai nte nan ce   de ci sion  m aking:  dia gnosis  and  prognosis  ap proa ch,”  Me asur ement, vol .   67,   p p.   1 37 150 ,   Ma y   2015.   [24]   Chee   Keong   Tana,   Phi Irving a,  David  M,   "A   c om par at ive  exp e rimenta l   stud y   o the   d ia gnost ic  and  prognost ic  ca pab il i ti es  of  a cousti cs  emiss io n,   vibration  and  spec trometric  oi l   ana l y sis  for  spu gea rs,"  Me chanic a S y st ems   and   Signal   Pr oc essing,   vol .   21 ,   pp .   20 8 233,   2007 .   [25]   Mohant y ,   A.R.,  Kar,   C. Fault   de te c ti on  in  m ult ista ge  ge arb ox  by   demodulation  of  m otor  cur ren wave form .   IEEE   Tra nsac ti ons on   Industria l   Elec tr onic es,   vol .   53 ,   i ss ue,   4,   pp.   1285 1297,   2006 .   [26]   Sun - Ki  Hong,  Ki - Seok  Kim ,   Yong - Ho  Cho,   "M otor  gea fau lt   dia gnosis  b y   cur ren t ,   noise  a nd  vibra t ion  on   ac  m ac hine   consid eri ng  envi ronm ent ,   Int ern ati onal   Journa of   El e ct r ic a l,  Co m pute r,   En erg e t ic ,   Elec t ronic  a nd   Com m unic at ion Engi ne eri ng  Vol :9,   No:8 ,   2015 .   [27]     Jidong  Zha ng   ;     Jaspree S.  Dhu pia   ;     Chanda n J.  Gaja na y a ke ,   "S ta tor  cur ren ana l y sis  from   elec tr ic a m ac hin es   using  resona nce  residua te ch ni que  to  de te c f aul ts  in  pl aneta r y   g ea rboxe s ,   IEE Tra nsa ctions  on  Industrial   El e ct roni cs ,   vo l.  62,   Iss ue  9 ,   Sep t ember  2015.   [28]   Jidong  Zha ng   ;     Jaspree S.  Dhup ia   ;     Chanda n J.   Gaja na y a ke ,   " Model  base cur ren an aly sis  of  el e ct ri ca l   m ac hi nes  to  detec t   fau lts   in  pla n et ar gea rbox es, "   I EE E/ AS ME  Int ern ational  Conf ere nc on   Ad v anc ed   Intelli g e nt  Mec hat ron ic s (A IM),  2014.     [29]   Shahin  Heda y a t Kia   ;     Moh amm ad  Hos ei nta ba Marz ebali   ;     Hum ber to  Hena o   ;     Gér ard - André   Capol ino   ;     Jaw ad  Faiz , Sim ula tion  and  expe ri m ent al   anal y s es  of  pla net ar y   g ea toot def ect  using  el ec tr ical  and  m ec hanica l   signat ure o f   wound  rotor  induc t ion  gen era to rs,"  IEE E   11th  Inte r nat ion al   S y m pos ium  on  Diagnost ic for  Elec tr ica l   Mac hine s,   Pow e Elec tron ic and   Drive s (SD EMPED),  2017.     [30]   J.  Igba ,   K.  Alemza deh ,   C.   Durugbo,  and  K.  Henningse n,   Perform anc assess m e nt  of  wind  turbi ne  gea rboxe usi ng   in - service  da ta Curre nt  appr o aches  and  futur t ren ds,”   R ene wa ble   and  Sus taina ble   En erg y   Rev i ews,  vol.   50 ,   pp .   144 - 159,   Oc tober 2015.   [31]   I.   Bravo - Im az,  H .   Dava ri  Arda kani ,   Z.   L iu,   A.   Garc ía - Arrib as,   A.  Arnai z ,   and   J.  Le e ,   Motor  cur ren sign at u re   ana l y sis  for  gea rbox  condi ti on   m onit oring  un der   tra nsien spee ds  using  wave let  ana l y sis  an dual - le v el   tim s y nchr onous  averagi ng, ”  Me cha n ic a S y s te m s a nd   Signal  Proce ss i ng,   vol .   94 ,   pp .   7 3 - 84,   Sept .   2017 .   [32]   J.  R.   Otte will,   A.  Ruszczy k ,   and  D.  Broda,   ‘‘Monitori ng  toot profil fa ult in  epi c y c lic  gea rboxe using  s y nchr onousl y   a ver age m otor  c urre nts:  Math ematica m odeling  and  expe r imental  val id at ion  con dit ion  m o nit orin g   of  gea rboxe using  sy n chr onousl y   av era ged  e lect ric   m otor  signal s,’’  Mec hanica Sy stem  and  Signa Proce ss ing,   vol .   84,   Part   A,   pp.   7 8 - 79,   2017 .   [33]   Bogia tzidis,  I . X. ,   Safa c as,   A.N. ,   Mitroni kas,   E. D   , "D et e ct ion  of   bac kl ash  pheno m ena   appeari ng  in  singl c ement  kil drive   using  the   cur r ent   and  t he  elec tromagn e ti torqu signature, IEEE  Tr an sac ti ons  on  Indu stria E lectr oni cs,   vol.   60 ,   issue,   8 ,   pp.   3441 3453 ,   2013.   [34]   Irfa n,   M.,   Saad ,   N.,   Ibra him,  R. ,   As irva dam,  V.S,  An  int el li ge nt  fau lt   dia gnos is  o induc ti on  m otors  in  an  arb it rar nois y   envi ronm ent , Journ al   of   Nondestruc t ive  Evala lu at ion ,   v ol.   35 ,   issue  12 ,   doi :10. 1007/s1 0921 - 015 - 0327 - 3,   Marc 2016 .   [35]   Irfa n,   M. ,   Saad ,   N.,   Ibra h im,  R. ,   As irva dam,  V. S,  "A   non  inva sive  m et hod  for  condi ti on  m on itoring  of  inducti on  m otors  oper at in under   arb it r ar loa ding  cond it i ons,"  Arabi an  Journal  of  Scie n ce  and  Engi ne eri n g,   vol.   41 ,   issue  9,   pp.   3463 3471 ,   2016.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.