title: Eccentricity impact and detection in permanent magnet generators for renewables

title: Επίδραση και διάγνωση της εκκεντρότητας σε γεννήτριες μόνιμων μαγνητών για ανανεώσιμες
Creators: name: Καραμπας Στεφανος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2025

description: This thesis explores the diagnosis of static,dynamic and mixed eccentricity faults in permanent magnet synchronous generators (PMSGs). For the purposes of this thesis, the C-GEN topology, a double rotor, slotless, air-cored Permanent Magnet Synchronous Generator, was employed. Traditional diagnostic methods, such as Motor Current Signature Analysis (MCSA), can lead to false negative results due to the double rotor configuration, air-cored structure and circuit design, which can suppress fault signatures and reduce diagnostic accuracy. The performance and reliability of the C-GEN machine depends on the early identification of eccentricity faults. The machine coils are subjected to electrical and thermal stress as a result of circulating currents in the circuit’s parallel coils caused by the eccentricity fault. This stress can degrade insulation and aggravate faults, leading potentially to secondary failures such as winding short circuits or rotor demagnetization. A Finite Element Method (FEM) Software (Simcenter MAGNET) is used in this study to examine the generator’s behavior, under varying load and fault conditions. The simulated data was post-processed in MATLAB to diagnose each fault condition and analyze the behavior associated with eccentricity faults. The study evaluates multiple diagnostic techniques, such as MCSA, Torque Monitoring, Flux Monitoring, Magnetically Coupled Search Coils, and ZeroSequence Flux (ZSF). ZSF emerged as the most reliable method, offering robust fault identification and high sensitivity.
description: Αυτή η διπλωματική εργασία εξετάζει τη διάγνωση σφαλμάτων στατικής, δυναμικής και μεικτής εκκεντρότητας σε σύγχρονες γεννήτριες με μόνιμους μαγνήτες. Για τους σκοπούς της παρούσας εργασίας, χρησιμοποιήθηκε η τοπολογία C-GEN, μια σύγχρονη γεννήτρια με δύο δρομείς, χωρίς αυλάκια και χωρίς φερομαγνητικό πυρήνα στο στάτη. Οι παραδοσιακές μέθοδοι διάγνωσης, όπως η Ανάλυση Υπογραφής Ρεύματος Κινητήρα (MCSA), μπορούν να οδηγήσουν σε ψευδώς αρνητικά αποτελέσματα λόγω της τοπολογίας του διπλού δρομέα, της ελλειψης πυρήνα στο στάτη και του σχεδιασμού του κυκλώματος, που περιορίζουν τις χαρακτηριστικές υπογραφές σφάλματος και μειώνουν την ακρίβεια διάγνωσης. Η απόδοση και η αξιοπιστία της μηχανής C-GEN εξαρτάται από την έγκαιρη ανίχνευση των σφαλμάτων εκκεντρότητας. Τα πηνία της μηχανής υφίστανται ηλεκτρική και θερμική καταπόνηση λόγω των κυκλοφορούντων ρευμάτων στα παράλληλα πηνία του κυκλώματος, τα οποία προκαλούνται από το σφάλμα εκκεντρότητας. Αυτή η καταπόνηση μπορεί να υποβαθμίσει τη μόνωση και να επιδεινώσει τα σφάλματα, οδηγώντας ενδεχομένως σε δευτερογενείς βλάβες, όπως εσωτερικά βραχυκυκλώματα ή απομαγνήτιση των μόνιμων μαγνητών. Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκε λογισμικό Μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM) (Simcenter MAGNET) για την εξέταση της συμπεριφοράς της γεννήτριας υπό διάφορες συνθήκες φορτίου και σφάλματος. Τα προσομοιωμένα δεδομένα υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με MATLAB για τη διάγνωση κάθε κατάστασης σφάλματος και την ανάλυση της συμπεριφοράς που σχετίζεται με τα σφάλματα εκκεντρότητας. Η μελέτη αξιολογεί πολλές διαγνωστικές τεχνικές, όπως η η Ανάλυση Υπογραφής Ρεύματος Κινητήρα, η Ανάλυση Υπογραφής Ροπής, η Ανάλυση Φάσματος Μαγνητικής Ροής, τα Μαγνητικά Συζευγμένα Ανιχνευτικά Πηνία και τήν Ανάλυση Μαγνητικής Ροής Μηδενικής Ακολουθίας (ZSF). Η Ανάλυση Μαγνητικής Ροής Μηδενικής Ακολουθίας αναδείχθηκε ως η πιο αξιόπιστη μέθοδος, προσφέροντας ισχυρή ταυτοποίηση σφαλμάτων και υψηλή ευαισθησία.