Asenkron motor stator arızalarının kaçak akı yöntemi ile tespiti ve prototip geliştirilmesi
Detecting induction motor stator faults by leakage flux method and development of prototype
Yazar: KÜRŞAD AKBAYIR
Danışman: PROF. DR. MÜSLÜM ARKAN
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Arıza tespiti = Fault diagnosis ; Asenkron motorlar = Induction motors ; Kaçak akı = Leakage flux ; Üç fazlı asenkron motorlar = Three phase induction motors

Özet:
Asenkron motorlar sağlamlığı, basitliği ve ucuz olmaları nedeniyle endüstride en çok kullanılan elektrik motorlarıdır. Bu nedenle asenkron motor arızaları üretimin durması, iş gücü kayıplarının oluşması ve verimin düşmesi gibi maliyetli sonuçlar doğurmaktadır. Asenkron motorlarda görülen en yaygın arızalardan biri stator sarım-sarım arası kısa devre arızalarıdır. Başlangıç aşamasında fark edilmesi oldukça güç olan bu arızaların teşhisinde kullanılan klasik yöntem Motor Akım İmza Analizi (Motor current signature analysis-MCSA) yöntemidir. Ancak bu yöntem değişken yük durumlarında ve besleme kaynağı düzensizliklerinde yanıltıcı sonuçlar verebilmektedir.
Bu çalışmada, asenkron motorun gövdesinden sızan kaçak akının analizine dayanan arıza teşhis yöntemi üzerinde durulmuş ve stator arızasını başlangıç aşamasında kaçak akının analizi ile tespit edebilecek bir prototip tasarlanmıştır. Bu amaçla, Sonlu Elemanlar Yöntemini (Finite Element Method-FEM) kullanan ANSYS@Maxwell-2D programında bir asenkron motor modeli tasarlanmış, çeşitli arıza oranları uygulanmış, farklı çalışma yüklerinde çalıştırılarak toplanan kaçak akı bilgileri analiz edilmiş ve arıza teşhisinde kullanılabilecek algoritmalar elde edilmiştir. Analiz aşamasında zaman domenindeki kaçak akı işaretlerine Matlab programında Hızlı Fourier Dönüşümü (Fast Fourier Transform-FFT) uygulanarak işaretlerin frekans spektrumları elde edilmiştir. Frekans domenindeki sağlıklı ve arızalı motor harmonikleri karşılaştırılarak kullanılabilecek karakteristik arıza işaretleri tespit edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise kaçak akı ölçümü ile stator sarım-sarım arası kısa devre arızasını gerçek zamanlı olarak tespit edebilecek bir prototip tasarlanmıştır. Bu işlem için DSP tabanlı STM32F429 mikrodenetleyici kartı kullanılmıştır. Simülasyon sonucu çıkarılan algoritmaya dayanan yazılım mikrodenetleyici karta yüklenmiş ve kaçak akı yöntemi ile stator arızası teşhisi yapabilen bir prototipin uygulanabilirliği gösterilmiştir.

Abstract:
Induction motors are the most widely used electric motors in the industry due to their robustness, simplicity and cheapness. For this reason, induction motor failures cause costly consequences such as production stoppage, loss of workforce and decrease in efficiency. One of the most common faults seen in induction motors is short circuit faults between stator turn-to-turn. The classical method used in the diagnosis of these faults, which are very difficult to notice at the beginning stage, is the Motor Current Signature Analysis (MCSA) method. However, this method can give misleading results in variable load situations and supply source irregularities.
	In this study, the fault diagnosis method based on the analysis of the leakage flux leaking from the body of the induction motor is emphasized, and a prototype is designed that can detect the stator fault at the initial stage by analyzing the leakage flux. For this purpose, an induction motor model was designed in the ANSYS@Maxwell-2D program using the Finite Element Method-FEM, various failure rates were applied, the leakage flux information collected by operating at different operating loads was analyzed and algorithms that could be used in fault diagnosis were obtained. In the analysis phase, the frequency spectrums of the signals were obtained by applying Fast Fourier Transform (FFT) to the leakage flux signals in the time domain in the Matlab program. By comparing healthy and faulty motor harmonics in the frequency domain, characteristic fault signatures that can be used are determined. In the last stage of the study, a prototype was designed that can detect the short circuit fault between the stator turn-to-turn in real time by measuring the leakage flux. The DSP-based STM32F429 microcontroller card is used for this process. The software based on the algorithm obtained as a result of the simulation, has been loaded on the microcontroller board, and the feasibility of a prototype that could diagnose stator failure with the leakage flux method was demonstrated.