Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti

ÜNSAL, ABDURRAHMAN; KABUL, Ahmet

doi:10.17341/gazimmfd.697785

Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti

Ahmet Kabul, (Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Burdur, Türkiye)

Abdurrahman Ünsal (Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

8 0

Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 2011 - 2024 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.697785 İndeks Tarihi: 29-07-2022

Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti

Öz:

Asenkron motorların endüstriyel üretim süreçlerinde yaygın olarak kullanılması, bu motorların arıza tespitlerinin doğru ve eksiksiz olarak yapılmasını gerekli kılmıştır. Kırık rotor çubukları ve eksenel kaçıklık arızaları asenkron motorlarda karşılaşılan arıza tiplerindendir. Bu iki arızanın aynı anda oluşması işletme ortamında sıklıkla karşılaşılan bir durumdur.Böyle anlarda, bu arızalara ait harmonik bileşenlerin net bir şekilde tespit edilebilmesi, planlanmamış işletme duruşlarının önlenmesi açısından önemlidir. Bu bileşenlerin tespitinde karşılaşılan önemli sorunların başında başka sinyaller (gürültü, baskın harmonik bileşenler vb.) içerisinde gizlenen düşük genlikli harmonik bileşenler gelmektedir. Bu çalışmada, eksenel kaçıklık ve kırık rotor çubuklarından oluşan çoklu arıza durumu incelenmiştir. Motorun akım ve titreşim sinyalleri dört farklı yük kademesinde (%25, %50, %75, %100) kaydedilerek, Hilbert zarf analizi yöntemi ile sinyal analizleri yapılmıştır. Analiz sonucunda karakteristik frekanslar ve bu bileşenlere ait genlikler zarf spektrumunda başarılı bir şekilde görüntülenebilmektedir. Grafiksel ve tablo formunda verilen sonuçlar, önerilen yöntemin aynı anda oluşan kırık rotor çubuğu ve eksenel kaçıklık arızalarının tespitinde kullanılabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelime: Hilbert zarf analizi karakteristik frekanslar çoklu arıza

Diagnosis of simultaneous broken rotor bars and static eccentricity faults of induction motors by analyzing stator current and vibration signals

Öz:

It is important to detect the faults of induction motors in an accurate manner due to their widespread use in industrial production processes. Broken rotor bars and eccentricity faults are the common faults of induction motor. The simultaneous occurrence of these two types of faults is often encountered in industrial facilities. Therefore, it is important to properly detect characteristic harmonic components of these types of faults. It is difficult to detect these components at low loading and noisy conditions. In this paper, the simultaneous broken rotor bars and static eccentricity faults are investigated based on the stator current and vibration signals. Hilbert envelope analysis was applied to the stator current and vibration signals under four different loading levels (25%, 50%, 75% and 100%) of induction motor. The frequencies and amplitudes of characteristic harmonic components have been successfully detected in envelope spectrum. The results show that the proposed method can be used to diagnose the simultaneous broken rotor bars and eccentricity faults of induction motors.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Irmak E., Vadi S., Computer based implementation of speed control experiment depending on frequency variation for induction motors, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 26 (1), 57-62, 2011.
2. Choudhary A., Goyal D., Shimi S.L., Akula A., Condition monitoring and fault diagnosis of induction motors: A review, Arch. Comput. Methods Eng., 26, 1221-1238, 2019.
3. Aydın İ., Karaköse M., Akın E., Negative selection based fuzzy fault diagnosis method, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 24 (4), 745-753, 2009.
4. Maruthi G.S., Hegde V., Application of MEMS acceloremeter for detection and diagnosis of multiple faults in the roller element bearings of three phase induction motor, IEEE Sens. J., 16 (1), 145-152, 2016.
5. Ishkova I., Vitek O., Diagnosis of eccentricity and broken rotor bar related faults of induction motor by means of motor current signature analysis, 16th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE), Kouty nad Desnou, Czech Republic, 682-686, 20-22 May 2015.
6. Ünsal A., Asenkron motorlarda paralel hizalama hatalarının entropi analizi ile incelenmesi, Politeknik Dergisi, 23 (4), 1037-1050, 2020.
7. Culbert I., Letal J., Signature analysis for online motor diagnostics: Early detection of rotating machine problems prior to failure, IEEE Ind. Appl. Mag., 23 (4), 76-81, 2017.
8. Martinez-Morales J.D., Palacios-Hernandez E.R., Campos-Delgado D.U., Multiple-fault diagnosis in induction motors through support vector machine classification at variable operating conditions, Electrical Engineering, 100, 59-73, 2018.
9. Gyftakis K.N., Panagiotou P.A., Spyrakis D., Detection of simultaneous mechanical faults in 6‐kV pumping
10. induction motors using combined MCSA and stray flux methods, IET Electr. Power Appl., 15 (5), 643-652, 2021.
11. Gangsar P., Tiwari R., Signal based condition monitoring techniques for fault detection and diagnosis of induction motors: A state-of-the-art review, Mech. Syst. Sig. Process., 144, 106908-106944, 2020.
12. Hujare D.P., Karnik M. G., Vibration responses of parallel misalignment in Al shaft rotor bearing system with rigid coupling, Mater. Today:. Proc., 5 (11-3), 23863-23871, 2018.
13. Bayrak M., Küçüker A., A power based algorithm design for detection of broken rotor bars faults in three phase induction motors, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (2), 303-311, 2016.
14. Rangel-Magdaleno J., Peregrina-Barreto H., RamirezCortes J, Cruz-Vega I., Hilbert spectrum analysis of induction motors for the detection of incipient broken rotor bars, Measurement, 109, 247-255, 2017.
15. Morales-Perez C., Rangel-Magdaleno J., PeregrinaBarreto H., Amezquita-Sanchez J. P., ValtierraRodriguez M., Incipient broken rotor bar detection in induction motors using vibration signals and the orthogonal matching pursuit algorithm, IEEE Trans. Instrum. Meas., 67 (9), 2058-2068, 2018.
16. Wang Z., Yang J., Li H., Zhen D., Xu Y., Gu F., Fault identification of broken rotor bars in induction motors using an improved cyclic modulation spectral analysis, Energies, 12 (17), 3279, 2019.
17. Lizarraga-Morales R.A., Rodriguez-Donate C., CabalYepez E., Lopez-Ramirez M., Ledesma-Carrillo L.M., Ferrucho-Alvarez E., Novel FPGA-based methodology for early broken rotor detection and classification through homogeneity estimation, IEEE Trans. Instrum. Meas., 66 (7), 1760-1769, 2017.
18. Gu F., Wang T., Alwodai A., Tian X., Shao Y., Ball A.D., A new method for accurate broken rotor bar diagnosis based on modulation signal bispectrum analysis of motor current signals, Mech. Syst. Sig. Process., 50-51, 400-413, 2015.
19. Ünsal A., Kabul A., Asenkron motor rotor arızalarının istatiksel analiz yöntemi ile değerlendirilmesi, Politeknik Dergisi, 20 (2), 283-289, 2017.
20. Unsal A., Kabul A., Detection of the broken rotor bars of squirrel-cage induction motors based on normalized least mean square filter and Hilbert envelope analysis, Electr. Eng., 98, 245-256, 2016.
21. Verucchi C., Bossio J., Bossio G., Acosta G., Misalignment detection in induction motors with flexible coupling by means of estimated torque analysis and MCSA, Mech. Syst. Sig. Process., 80, 570-581, 2016.
22. Afrizal N., Ferrero R., Leakage error compensation in motor current signature analysis for shaft misalignment detection in submersible pumps, IEEE Trans. Instrum. Meas., 69 (11), 8821-8830, 2020.
23. Ünsal A., Güçlü S., Asenkron motor eksenel kaçıklık arızalarının Shannon entropisi ile analizi, Uludağ University Journal of the Faculty of Engineering, 24 (3), 199-210, 2019.
24. Sobra J., Kindl V., Skala B., Determination of the force caused by broken rotor bar and static eccentricity in an induction machine, ELEKTRO, Rajecke Teplice, Slovakia, 375-378, 19-20 May 2014.
25. Seghiour A., Seghier T., Zegnini B., Diagnostic of the simultaneous of dynamic eccentricity and broken rotor bars using the magnetic field spectrum of the air-gap for an induction machine, 3rd International Conference on Control, Engineering & Information Technology (CEIT), Tlemcen, Algeria, 1-6, 25-27 May 2015.
26. Mirzaeva G., Saad K.I., Advanced diagnosis of rotor faults and eccentricity in induction motors based on internal flux measurement, IEEE Trans. Ind. Appl., 54 (3), 2981-2991, 2018.
27. Minaz M.R., Yıldız K., İndiksiyon motorun mekanik arıza teşhisinde makine öğrenme tekniklerinin kullanılması, European Journal of Science and Technology, 16, 881-904, 2019.
28. Tian S., Quian Z., Planetary gearbox fault feature enhancement based on comibined adaptive filter method, Adv. Mech. Eng., 7 (12), 1-12, 2015.
29. Jiang R., Liu S., Tang Y., Liu Y., A novel method of fault diagnosis for rolling element bearings based on the accumulated envelope spectrum of the wavelet packet, J. Vib. Control, 21 (8), 1580-1593, 2013.
30. Axelberg P.G.V., Bollen M., Gu I.Y.H., Trace of flicker sources by using the quantity of flicker power, IEEE Trans. Power Delivery, 23 (1), 465-471, 2008.
31. Bessam B., Menacer A., Boumehraz A., Cherif H., Detection of broken rotor bar faults in induction motor at low load using neural network, ISA Trans., 64, 241- 246, 2016.
32. Elbouchikhi E., Choqueuse V., Amirat Y., Bembouzid M.E.H., Turri S., An efficient Hilbert-Huang transformbased bearing faults detection in induction machines, IEEE Trans. Energy Convers., 32 (2), 401-413, 2017.
33. Ghanbari T., Autocorrelation function-based technique for stator turn-fault detection of induction motor, IET Science, Measurement & Technology, 10 (2), 100-110, 2016.
34. Kabul A., Ünsal A., Detection of broken rotor bars of induction motors based on the combination of Hilbert envelope analysis and Shannon entropy, tm - Technisches Messen, 88 (1), 45-58, 2021.
35. Talhaoui H., Menacer A., Kessal A., Tarek A., Experimental diagnosis of broken rotor bars fault in induction
36. machine based on Hilbert and discrete wavelet transforms, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 95, 1399-1480, 2018.
37. Wang J., Fu P., Zhang L., Gao R. X., Zhao R., Multilevel information fusion for induction motor fault diagnosis, IEEE/ASME Trans. Mechatron., 24 (5), 2139-2150, 2019.
38. Abd-el-Malek M., Abdelsalam A.K., Hassan O.E., Induction motor broken rotor bar fault location detection through envelope analysis of start-up current using Hilbert tarnsform, Mech. Syst. Sig. Process., 93, 332- 350, 2017.

APA	KABUL A, ÜNSAL A (2021). Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. , 2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
Chicago	KABUL Ahmet,ÜNSAL ABDURRAHMAN Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. (2021): 2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
MLA	KABUL Ahmet,ÜNSAL ABDURRAHMAN Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. , 2021, ss.2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
AMA	KABUL A,ÜNSAL A Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. . 2021; 2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
Vancouver	KABUL A,ÜNSAL A Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. . 2021; 2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
IEEE	KABUL A,ÜNSAL A "Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti." , ss.2011 - 2024, 2021. 10.17341/gazimmfd.697785
ISNAD	KABUL, Ahmet - ÜNSAL, ABDURRAHMAN. "Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti". (2021), 2011-2024. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.697785

APA	KABUL A, ÜNSAL A (2021). Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(4), 2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
Chicago	KABUL Ahmet,ÜNSAL ABDURRAHMAN Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.4 (2021): 2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
MLA	KABUL Ahmet,ÜNSAL ABDURRAHMAN Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.4, 2021, ss.2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
AMA	KABUL A,ÜNSAL A Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(4): 2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
Vancouver	KABUL A,ÜNSAL A Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(4): 2011 - 2024. 10.17341/gazimmfd.697785
IEEE	KABUL A,ÜNSAL A "Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.2011 - 2024, 2021. 10.17341/gazimmfd.697785
ISNAD	KABUL, Ahmet - ÜNSAL, ABDURRAHMAN. "Asenkron motorlarda eşzamanlı kırık rotor çubukları ve statik eksenel kaçıklık arızalarının stator akımı ve titreşim sinyalleri analizi ile tespiti". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/4 (2021), 2011-2024. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.697785