Sürekli mıknatıslı senkron motorlarda eksantriklik arızasının tespiti
Eccentricity fault detection in permanent magnet synchronous motors
Yazar: MERVE GÜR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TANER GÖKTAŞ
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Sürekli mıknatıslı senkron motorlar (SMSM), yüksek verim ve enerji tasarrufu, küçük hacim ve kütle, yüksek güç sağlamasının yanı sıra kararlı kontrol hassasiyeti, yüksek moment gibi avantajlarından dolayı endüstride en fazla tercih edilen motorlardan biridir. Endüstride sıkça kullanılan tüm motorlarda olduğu gibi sürekli mıknatıslı senkron motorların da çalışma ömrü uygun çalışma şartlarına bağlıdır. Sanayide oldukça yaygın olarak kullanılan bu tip motorlarda olası bir arıza durumu üretim verimini düşürmekte dolayısıyla ciddi finansal kayıplara yol açmaktadır. Bu yüzden potansiyel arızaların henüz başlangıç aşamasında iken tespit edilmesi sistemin sürekliliği ve verimi açısından büyük öneme sahiptir.
Genel olarak elektrik motorlarında meydana gelen arızaları mekaniksel ve elektriksel olarak iki sınıfa ayırabiliriz. Mekaniksel arıza türlerinden biri olan eksantriklik arızası ise mevcut arızalar arasında önemli bir paya sahiptir. Eksantriklik arızası temel olarak stator ve rotor arasındaki hava aralığının homojen bir şekilde dağılmadığı durumda oluşur. Bir elektrik motorunda eksantriklik arızası var ise akım, gerilim, moment, akı gibi elektriksel, mekaniksel ve manyetiksel büyüklükler etkilenir.
Literatürde elektrik makinelerinde arıza tespiti üzerine birçok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmaların çoğunda stator akım spektrumları incelenerek arıza tespiti yapılmıştır. Stator akımındaki karakteristik arıza sinyalleri farklı tipteki arızaların tespitini sağlamakta ve ayrıca arızanın ne kadar büyüklükte olduğu hakkında bilgi vermektedir. Ancak farklı topolojilere sahip motorlarda bazı karakteristik sinyaller stator akımında görülemeyebilir. Bu tez çalışmasında sürekli mıknatıslı senkron motorlarda eksantriklik arızasının tespiti için stator akımının yanı sıra indüklenen gerilim, kaçak akı yoğunluğu, moment, çıkış gücü gibi büyüklükler de incelenmiştir.
Bu tezde, ANSYS@ Maxwell programı kullanılarak farklı tip topolojiye sahip sürekli mıknatıslı senkron motorlar modellenerek, eksantriklik arızasının tespiti için elektriksel, mekaniksel ve manyetiksel analizler yapılmıştır. Statik, dinamik ve karışık eksantriklik arızası için belirli seviyede arıza durumları oluşturulmuş ve stator akımı, indüklenen gerilim, moment, kaçak akı yoğunluğu, güç ve hız sonuçları elde edilmiştir. Örnekleme frekansı ile kayıt altına alınan sinyaller, MATLAB ortamına aktarılıp hızlı fourier dönüşümü (FFT) uygulanarak sinyalin içeriğindeki harmonik bileşenlerin değişimi izlenip eksantriklik arızasının motor büyüklükleri üzerine etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır.

Abstract:
Permanent magnet synchronous motors (PMSM) are one of the most preferred motors in the industry due to their advantages such as high efficiency and energy saving, small volume and mass, high power, as well as stable control accuracy and high torque. As with all motors used in the industry, the operating life of PMSM is dependent on the appropriate operating conditions. In such motors, which are widely used in industry, a possible failure situation reduces production efficiency and thus leads to serious financial losses. Therefore, the detection of potential failures at an early stage is of great importance for the continuity and efficiency of the system.
In general, electrical motor failures can be divided into two classes mechanically and electrically. One of the types of mechanical fault, eccentric fault has an important share among the existing faults. Eccentric fault basically occurs when the air gap between the stator and rotor is not homogeneously dispersed. If an electric motor has an eccentric fault, electrical, mechanical and magnetic magnitudes such as current, voltage, moment and flux are affected.
There are many studies on fault detection in electrical machines in the literature. In most of these studies, stator current spectra were investigated and fault detection was performed. The characteristic fault signals in the stator current provide detection of different types of faults and also provide information on the magnitude of the fault. However, in motors with different topologies, some characteristic signals may not be seen in the stator current. Therefore, it is very difficult to make accurate and reliable fault detection by looking at only the stator current. In this thesis, induced voltage, leakage flux, moment and output power are investigated in addition to stator current to detect eccentricity failure in permanent magnet synchronous motors.
In this thesis, by using ANSYS @ Maxwell program, permanent magnet synchronous motors with different types of topologies are modeled and electrical, mechanical and magnetic analyzes are performed for the detection of eccentricity fault. Then, for different types of eccentricity, fault conditions have been created with different degrees and results are obtained regarding the motor parameters and characteristics (current, voltage, moment, flux etc.) by considering the asymmetric working condition. The signals recorded at the specific sampling frequency were transferred to Matlab and the change of the harmonic components in the contents of the signals were observed by applying fast fourier transform.