Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi ile Yapılması

Mehmet Recep Minaz

doi:10.17798/bitlisfen.595943

Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi ile Yapılması

Abstract

Bu çalışma fırçasız DC motorlarda (BLDC) oluşabilecek arızalar önceden belirlenerek motor çalışmasının devamlılığının sağlanması ve oluşabilecek olumsuzlukları önlemek açısından önem taşımaktadır. Hem arıza tespiti ve arıza şiddetinin belirlenmesi hem de sabit mıknatıslı motorunun tasarımı sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak gerçekleştirildi. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak motor analizleri yapıldı. Sonlu elemanlar yöntemiyle sağlıklı motor, arızalı motor ve bu arızaların farklı şiddetlerinde simülasyonlar gerçekleştirildi. Endüksiyon motoru için Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) uygun görülürken BLDC motoru için trapezoidal sinyal çıkışından dolayı Dalgacık dönüşüm (WT) yöntemi kullanılarak analiz gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada daha az belirgin olmayan durum analiz edilmiştir. FFT ve WT ölçülenler ile iyi bir uyum içinde olduğunu göstermiştir. Önerilen yöntemi kullanarak stator akımı ve stator geriliminin sabit mıknatıs arıza tespiti için yararlı olduğunu göstermiştir. Ayrıca, farklı sınıflandırıcılar kullanarak karşılaştırma yapılmıştır. İncelenen k-NN, MLP ve RF algoritması sınıflandırma da doğruluğunun oldukça kayda değer olduğu bulunmuştur.

Keywords

Fırçasız DC motor,Sinyal İşleme,Arıza Tespiti.

References

[1] O. Zandi and J. Poshtan, “Fault Diagnosis of Brushless DC Motors Using Built-in Hall Sensors,” IEEE Sens. J., 2019.
[2] G. Choi and T. M. Jahns, “Post-demagnetization characteristics of permanent magnet synchronous machines,” in 2015 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, ECCE 2015, 2015.
[3] M. S. Khan, U. V. Okonkwo, A. Usman, and B. S. Rajpurohit, “Finite Element Modeling of Demagnetization Fault in Permanent Magnet Direct Current Motors,” in IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2018.
[4] A. Polat, L. T. ERGENE, and H. Bakhtiarzadeh, “Asansör Uygulamalarında Kullanılan Daimi Mıknatıslı Senkron Motor Tasarımı,” Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Derg., vol. 2018, no. 2018, pp. 757–770, 2018.
[5] C. Bruzzese, “Diagnosis of eccentric rotor in synchronous machines by analysis of split-phase currents - Part I: Theoretical analysis,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2014.
[6] A. G. Espinosa, J. A. Rosero, J. Cusidó, L. Romeral, and J. A. Ortega, “Fault detection by means of Hilbert-Huang transform of the stator current in a PMSM with demagnetization,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 25, no. 2, pp. 312–318, 2010.
[7] M. A. S. K. Khan and M. A. Rahman, “Development and Implementation of a Novel Fault Diagnostic and Protection Technique for IPM Motor Drives,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 1, pp. 85–92, 2009.
[8] J. A. Rosero, L. Romeral, J. Cusidó, A. Garcia, and J. A. Ortega, “On the short-circuiting fault detection in a PMSM by means of stator current transformations,” PESC Rec. - IEEE Annu. Power Electron. Spec. Conf., pp. 1936–1941, 2007.

[9] Y. Lee and T. G. Habetler, “An on-line stator turn fault detection method for interior PM synchronous motor drives,” Conf. Proc. - IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo. - APEC, pp. 825–831, 2007.
[10] B. M. Ebrahimi and J. Faiz, “Feature extraction for short-circuit fault detection in permanent-magnet synchronous motors using stator-current monitoring,” IEEE Trans. Power Electron., 2010.
[11] A. Stavrou, H. G. Sedding, and J. Penman, “Current monitoring for detecting inter-turn short circuits in induction motors,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 16, no. 1, pp. 32–37, 2001.
[12] P. Silvester and M. V. K. Chari, “Finite Element Solution of Saturable Magnetic Field Problems,” IEEE Trans. Power Appar. Syst., 1970.
[13] S. J. Salon, Finite Element Analysis of Electrical Machines. 2011.
[14] & H. Witten, I. H. , Frank, E., Practical Machine Learning Tools and Techniques. 2011.
[15] P. S. Panigrahy, P. Konar, and P. Chattopadhyay, “Application of data mining in fault diagnosis of induction motor,” in 2016 IEEE 1st International Conference on Control, Measurement and Instrumentation, CMI 2016, 2016.
[16] F. Gürbüz and F. Turna, “Rule extraction for tram faults via data mining for safe transportation,” Transp. Res. Part A Policy Pract., 2018.
[17] S. Sjökvist and S. Eriksson, “Experimental verification of a simulation model for partial demagnetization of permanent magnets,” IEEE Trans. Magn., 2014.
[18] H. Chen, R. Qu, J. Li, and D. Li, “Demagnetization Performance of a 7 MW Interior Permanent Magnet Wind Generator with Fractional-Slot Concentrated Windings,” IEEE Trans. Magn., 2015.
[19] Y. Da, X. Shi, and M. Krishnamurthy, “Health monitoring, fault diagnosis and failure prognosis techniques for brushless permanent magnet machines,” in 2011 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, VPPC 2011, 2011.
[20] A. Usman, B. M. Joshi, and B. S. Rajpurohit, “Review of fault modeling methods for permanent magnet synchronous motors and their comparison,” in Proceedings of the 2017 IEEE 11th International Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives, SDEMPED 2017, 2017.
[21] S. M. Mirimani, A. Vahedi, F. Marignetti, and E. De Santis, “Static eccentricity fault detection in single-stator-single-rotor axial-flux permanent-magnet machines,” IEEE Trans. Ind. Appl., 2012.
[22] J. R. Cameron, W. T. Thomson, and A. B. Dow, “Vibration and current monitoring for detecting airgap eccentricity in large induction motors,” IEE Proc. B Electr. Power Appl., 1986.
[23] K. Kang, J. Song, C. Kang, S. Sung, and G. Jang, “Real-Time Detection of the Dynamic Eccentricity in Permanent-Magnet Synchronous Motors by Monitoring Speed and Back EMF Induced in an Additional Winding,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2017.
[24] A. Sapena-Bañó, M. Pineda-Sanchez, R. Puche-Panadero, J. Martinez-Roman, and D. Matić, “Fault Diagnosis of Rotating Electrical Machines in Transient Regime Using a Single Stator Current’s FFT,” IEEE Trans. Instrum. Meas., 2015.
[25] T. Goktas, M. Zafarani, and B. Akin, “Discernment of Broken Magnet and Static Eccentricity Faults in Permanent Magnet Synchronous Motors,” IEEE Trans. Energy Convers., 2016.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Engineering

Journal Section

Research Article

Authors

Mehmet Recep Minaz ^*
0000-0001-8046-6465
Türkiye

Publication Date

June 15, 2020

Submission Date

July 24, 2019

Acceptance Date

December 6, 2019

Published in Issue

Year 2020 Volume: 9 Number: 2

DOI

https://doi.org/10.17798/bitlisfen.595943

IZ

https://izlik.org/JA48TX46TX

Cite

RIS / Bibtex

APA

Minaz, M. R. (2020). Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi ile Yapılması. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(2), 846-861. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.595943

AMA

1.Minaz MR. Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi ile Yapılması. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020;9(2):846-861. doi:10.17798/bitlisfen.595943

Chicago

Minaz, Mehmet Recep. 2020. “Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı Ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi Ile Yapılması”. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9 (2): 846-61. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.595943.

EndNote

Minaz MR (June 1, 2020) Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi ile Yapılması. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9 2 846–861.

IEEE

[1]M. R. Minaz, “Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi ile Yapılması”, Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol. 9, no. 2, pp. 846–861, June 2020, doi: 10.17798/bitlisfen.595943.

ISNAD

Minaz, Mehmet Recep. “Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı Ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi Ile Yapılması”. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9/2 (June 1, 2020): 846-861. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.595943.

JAMA

1.Minaz MR. Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi ile Yapılması. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020;9:846–861.

MLA

Minaz, Mehmet Recep. “Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı Ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi Ile Yapılması”. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol. 9, no. 2, June 2020, pp. 846-61, doi:10.17798/bitlisfen.595943.

Vancouver

1.Mehmet Recep Minaz. Fırçasız DC Motorunun Eksen Kaçıklığı ve Kırık Mıknatıs Arızalarının Tespitinin Bilgisayar Benzetimi ile Yapılması. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020 Jun. 1;9(2):846-61. doi:10.17798/bitlisfen.595943

Cited By

Analysis of Brushless DC Motor Sounds with Machine Learning Methods Using Wavelet Transform Based Features

Firat University Journal of Experimental and Computational Engineering

https://doi.org/10.62520/fujece.1632384