title: Development of a diagnostic tool for identifying non-adjacent broken bars in industrial cage motors
title: Ανάπτυξη διαγνωστικής μεθόδου για ανίχνευση μη γειτονικών σπασμένων μπαρών σε βιομηχανικούς κινητήρες κλωβού
Creators: name: Σαλινας Μαριος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Rotor electrical faults, particularly the progressive degradation of rotor cage bars in induction motors, pose significant threats to both operational efficiency and safety. Early detection is critical to prevent costly downtime and mitigate safety risks. However, traditional diagnostic methods, such as Motor Current Signature Analysis (MCSA) during steady-state operation, often fail to identify non-adjacent broken bars. Although transient analysis during motor start-up can effectively detect such faults, it is impractical in many industrial applications where motors run continuously with infrequent start-ups. To overcome this limitation, this study presents a novel fault detection technique that focuses on identifying non-adjacent broken rotor bars by analysing zero-sequence stray flux during steady-state operation, collected through external flux leakage sensors strategically placed in a symmetrical arrangement.
The research is based on extensive simulations of a 1.1 MW induction motor, commonly used in industrial settings, under various load levels and fault scenarios. The study includes healthy motors, as well as motors with faults such as one broken bar, two adjacent broken bars, and two non-adjacent broken bars at half pole pitch. Simulations of the aforementioned cases were conducted using FEM software (Simcenter MAGNET) at a sample rate of 5kHz. The simulated data was then post-processed using MATLAB to accurately diagnose each fault condition and to thoroughly analyse the behaviour of non-adjacent bar breakages.
description: Τα ηλεκτρικά σφάλματα ρότορα είναι συνηθισμένα προβλήματα που εμφανίζονται στους επαγωγικούς κινητήρες, παρουσιάζοντας συχνά βλάβες οι οποίες αργούν να γίνουν καταστροφικές. Λόγω της φύσης αυτού του τύπου βλαβών, η έγκαιρη ανίχνευση τους είναι κρίσιμη για να αποφευχθεί η δαπανηρή διακοπή λειτουργίας τους, αλλά και οποιοσδήποτε κίνδυνος ασφάλειας. Εστιάζοντας σε θραύσεις μπαρών κλωβού του ρότορα βρισκόμενες μη-γειτονικά, οι συνέπειες της βλάβης ενδέχεται να μην εμφανιστούν με την εφαρμογή παραδοσιακών διαγνωστικών μεθόδων που χρησιμοποιούν την ανάλυση χαρακτηριστικών ρεύματος στάτη κατά την λειτουργία του κινητήρα στη μόνιμη κατάσταση. Παρόλα αυτά, η ανάλυση του κινητήρα κατά την εκκίνηση χρησιμοποιώντας την ίδια μέθοδο, θα μπορούσε να σημάνει αξιόπιστα αποτελέσματα, αλλά υπάρχουν πολυάριθμες βιομηχανικές εφαρμογές οπού οι κινητήρες δεν υφίστανται συχνές εκκινήσεις. Ως εκ τούτου, στην παρούσα έρευνα παρουσιάζεται μια νέα τεχνική ανίχνευσης βλαβών για μη-γειτονικές σπασμένες μπάρες, βασισμένη στην ανάλυση της μαγνητικής ροής μηδενικής ακολουθίας κατά τη μόνιμη λειτουργία, η οποία συλλέγεται μέσω εξωτερικών αισθητήρων μαγνητικής ροής που τοποθετούνται συμμετρικά γύρω από τον κινητήρα. Η έρευνα διεξήχθη χρησιμοποιώντας δεδομένα από προσομοιώσεις διαφορετικών περιπτώσεων κινητήρα με βάση έναν πραγματικό επαγωγικό κινητήρα των 1.1 MW που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία. Οι περιπτώσεις που εξετάστηκαν είναι αυτές των υγιών και εσφαλμένων κινητήρων σε διαφορετικές περιπτώσεις φορτίου. Συγκεκριμένα, εξετάστηκαν κινητήρες με σφάλμα μίας σπασμένης μπάρας, δύο γειτονικών σπασμένων μπαρών και δύο μη-γειτονικών σπασμένων μπαρών με απόσταση μισού πολικού βήματος. Οι προσομοιώσεις των κινητήρων πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων (Simcenter MAGNET) με ρυθμό δειγματοληψίας στα 5kHz. Στη συνέχεια, τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε μετεπεξεργασία χρησιμοποιώντας το λογισμικό της MATLAB για την εφαρμογή των διαγνωστικών εργαλείων μέσω ανάλυσης των σημάτων στις διαφορετικές περιπτώσεις του κινητήρα, δίνοντας έμφαση στη μελέτη της συμπεριφοράς του κινητήρα με μη-γειτονικές σπασμένες μπάρες.