Asenkron motor rotor arizasi tespit cihazinin düşük maliyetli el cihazı olarak gerçekleştirilmesi
Low cost implementation of induction motor rotor failure detection device
Yazar: MUSTAFA PARLA
Danışman: PROF. DR. HAYRİ ARABACI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Asenkron motorların arızaları ile ilgili son 20 yıldır çok sayıda çalışma yapılmaktadır. Çalışmalarda genellikle veri alma kartları ve yüksek kapasiteli işlemcilere sahip bilgisayarlar kullanılmıştır. Bu durumda teşhis sistemlerinin bir fabrika ortamında pratik olarak uygulanabilmesi çok maliyetli olmaktadır. Ayrıca fabrika ortamında bulunan her bir motor için teşhis sisteminin oluşturulduğu düşünülürse maliyet artmakta ve uygulanabilirlik zorlaşmaktadır. Taşınabilir el cihazı şeklinde tasarlanan bir arıza teşhis sistemi hem maliyet hem de uygulama kolaylığı getirecektir. Ancak el cihazında kullanılabilecek düşük kapasiteli işlemci, teşhis algoritmalarında kullanılan işlem yükü yüksek işlemleri gerçekleştirmek için özel çözümler gerektirmektedir. Dolayısıyla teşhis için bir el cihazı gerçekleştirmek zorlaşmaktadır. Bu çalışmada, rotor arızası teşhisi için düşük kapasiteli işlemci kullanarak taşınabilir bir el cihazı uygulaması gerçekleştirilmiştir. Sağlam ve arızalı durum tespiti için bir asenkron motor kullanılarak deneysel çalışmalar yapılmıştır. Deneyler için kullanılan asenkron motorda laboratuvar ortamında farklı seviyelerde arızalar oluşturulmuştur. Sağlam durum ve oluşturulan arızalı durumlar için motorun stator akımı hall sensörü kullanılarak sisteme aktarılmış ve kaydedilmiştir. Akım verilerinden özellik çıkarımı için motorun hat akımının frekans spektrumundan faydalanılmıştır. Frekans spektrumu elde edilmesi için Hızlı Fourier Dönüşümü kullanılmıştır. Elde edilen akım spektrumları kullanılarak rotor arızalarının stator akımına etkileri incelenmiştir. Sistemde 16 bitlik mikrodenetleyici ile işlemler gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar cihaz ekranında yazdırılmış ve grafiksel gösterim için bilgisayara aktarılmıştır. Gerçekleştirilen sistem hem fabrikaların düşük maliyetli olarak arıza teşhisini mümkün kılmış hem de farklı konumlardaki motorlara uygulamayı da kolaylaştırmıştır. Deneysel sonuçlar önerilen yöntemin ve gerçekleştirilen sistemin arıza teşhisini gerçekleştirebildiği gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler:  Arıza Teşhisi, Asenkron Motor, Hızlı Fourier Dönüşümü, Mikrodenetleyici, Motor Akım Sinyal Analizi, Rotor Arızaları

Abstract:
Many studies have been made on the faults of asynchronous motors for the last 20 years, and continue. High-speed data acquisition cards and computers with powerful processors are generally used in these studies. In this situation, the practical implementation of the diagnosis systems in factories is very costly.  Also, the cost of the system increases and the applicability becomes more difficult when we consider that a diagnosis system is created for each motor separately in the factory.  The diagnostic system as a handheld device is going to provide low cost and ease of use of the application.  However, the low-capacity processor that can be used in the handheld device requires special solutions to perform the operations that need more calculations in diagnostic algorithms. Therefore, the implementation of a handheld device for diagnosis becomes difficult. In this study, a portable handheld device application has been implemented by a low capacity processor for rotor failure diagnosis. Experimental studies have been carried out using an asynchronous motor to detect health and fault conditions. In the asynchronous motor used for the experiments, different levels of faults were created in the laboratory environment. For the health state and the faults created, the stator current of the motor has been transferred to the system using the hall sensor and saved. The frequency spectrum of the line current of the motor was used for feature extraction from the current data. Fast Fourier Transform was used to obtain the frequency spectrum. The effects of rotor faults on stator current have been investigated by using the obtained current spectrums. Operations were carried out by a 16-bit microcontroller in the system. Results were shown on the device screen and transferred to the computer for graphical display. The realized  system did not only make it possible to diagnose the motor failures for the factories at low cost but also made it possible to easily apply it to motors in different locations. It has been shown with experimental results that the proposed method and the system performed can detect fault diagnosis.

Keywords: Asynchronous Motors, Fast Fourier Transform, Fault Detection, Microcontroller, Motor Current Signals Analysis, Rotor Faults