Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlarda Titreşim Sinyaline Dayalı Eksenden Kaçıklık Arızasının Tespiti. Mühendisliği Bölümü 60250, TOKAT

Transkript

1 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlarda Titreşim Sinyaline Dayalı Eksenden Kaçıklık Arızasının Tespiti Mustafa ER Mehmet AKAR 2,2 Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü 625, TOKAT 2 Özet Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar (SMSM) yüksek verim ve güç faktörü, yüksek güç-ağırlık oranı ve yüksek moment - eylemsizlik oranı gibi üstünlüklerinden dolayı endüstriyel otomasyon sistemlerinde oldukça yaygın kullanılmaktadırlar. Sunulan çalışmada SMSM de meydana gelen Statik Eksenden Kaçıklık (), Dinamik Eksenden Kaçıklık () ve Karışık Eksenden Kaçıklık () arızalarının tespiti için Mertebe Takip Analiz (MTA) yöntemi kullanılmıştır. Önerilen yöntem dinamik titreşim sinyallerine uygulanmıştır. Veri toplama ve analiz için LabVIEW 2 yazılımı kullanılmıştır. Deneysel sonuçlar eksenden kaçıklık arızasına ait bileşenlerin temel frekansın alt bandında. ve 3. mertebelerinde üst bandında ise 5. ve 7. mertebelerinde ortaya çıktığını göstermiştir. Bu durum hem durağan çalışmada hem de dinamik çalışma şartlarında doğrulanmıştır.. Giriş Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar (SMSM) endüstriyel uygulamalarda daha sık tercih edilmeye başlamıştır. Tercih sebeplerinin başında farklı hızlarda çalışabilmeleri, hacimağırlık oranı bakımından daha avantajlı olmaları, verimlerinin asenkron motorlara göre yüksek olması, uygulamalardaki şekilsel uyumluluğu, yüksek hızlarda çalışabilmeleri, hız kontrolüne uygun olmaları olarak gösterilebilir. Bu motorların uygulama alanları arttıkça karşılaşılan arıza çeşitleri de artmıştır. Bu arızalar periyodik bakımlarla en aza indirgemeye çalışılsa da arızayı engellemede yetersiz kalmaktadır[]. Son zamanlarda periyodik bakım yerine kestirimci bakım daha önem kazanmıştır. SMSM de meydana gelen arızalar üç başlık altında toplanabilir: Elektriksel arızalar (sürücü ve sargı arızaları), mekaniksel arızalar (rulman ve eksenden kaçıklık) ve manyetik arızalar (mıknatıs). Eksenden kaçıklık arızası stator ve rotor arasındaki hava aralığının eşit olmaması sonucu oluşan bir arıza tipidir[2]. Üreticiler tarafından öngörülen eksenden kaçıklık oranı % 5- arasındadır. Eksenden kaçıklığın motorda oluşan titreşim ve gürültü seviyeleri ile doğrudan ilişkili olduğundan üreticiler bu oranı mümkün olduğunca düşürmeye çalışmaktadır. Bu oranın artması rotorun stator sargılarına veya karkasına sürtme ihtimalini doğurmaktadır. Elektrik motorlarında çalışmasını doğrudan etkileyen etkenlerden birisi arızalara bağlı ortaya çıkan titreşim seviyeleridir. Günümüzde sabit mıknatıslı motorlarda titreşim seviyelerini en aza indirmek için birçok çalışma yapılmaktadır. Titreşim problemleri motorun çalışmasında veya yüklenmesinde her zaman meydana gelebilir[3]. Bu makale 4 bölümden oluşmaktadır. Giriş kısmından sonra Bölüm 2 de Eksenden kaçıklık arızasına sahip SMSM hakkında genel bilgi verilmiştir ve uygulanan metot anlatılmıştır. 3. Bölüm de ise deneysel çalışma ve veri toplama işlemi anlatılmış ve deneysel sonuçlar verilmiştir. Son bölümde Sonuçlar yer almaktadır. 2. SMSM'de Eksenden Kaçıklık Arızası SMSM de stator ile rotor arasındaki hava aralığı homojen olarak dağılmama durumunda eksenden kaçıklık arızası meydana gelmektedir. Bu durum da homojenlik bozulmaları farklı şekillerde meydana gelmektedir. Rotor ekseninin merkezi aynı zamanda dönüş ekseninin de merkezi ise bu durum statik eksenden kaçıklık arızası olarak adlandırılırken, stator merkezinin dönüş merkeziyle aynı olması durumu ise dinamik eksenden kaçıklık arızası olarak adlandırılmaktadır[4]. Genellikle bu iki arıza tipi gerçekte birlikte olmaktadır. Meydana gelen bu arıza türü karışık eksenden kaçıklık olarak isimlendirilir. Bu arıza tipi stator ve rotor arasındaki hava boşluğunda oluşan akı dağılımını değiştirmektedir. Bu değişim, indüklenen akımın dalga şeklinde harmonikler olarak ortaya çıkarken düzensiz manyetik çekimler motor gövdesin de titreşimler üretmektedir. SMSM'de eksenden kaçıklık arızasının tespitinde sıklıkla akım, gerilim ve tork sinyalleri kullanılmaktadır. Ancak bu analizler genellikle durağan çalışma şartlarında alınan sinyallere uygulanmaktadır. Arıza tespitinde izlenen sinyallerin; zaman, frekans, zamanfrekans, mertebe boyutlarında analizi yapılarak arızaya dair öznitelik vektörleri çıkartılmaktadır. Frekans boyutunda 27

2 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE analiz için en çok tercih edilen yöntem Hızlı Fourier Dönüşümü (HFD) yöntemidir. SMSM'de rotor hızının besleme frekansıyla doğru orantılı olarak değişmesi arızaya dair frekans bileşenlerinin de yerinin sürekli değişmesine neden olmaktadır. Durağan olmayan çalışmada arıza tespiti için bu bir dezavantajdır. HFD yönteminin durağan olmayan hız koşullarında, motor akımının genlik ve frekansının özellikle hızlanma ve yavaşlama bölgelerinde hem genliğinin hem de frekansının sürekli değişmesi HFD yöntemini dinamik sinyallerdeki yetersizliğinden dolayı arıza tespitinde başarısız kılmaktadır. Bu durumlarda temeli dinamik titreşim sinyalinin dinamik hız sinyaline göre tekrar örneklenmesi prensibine dayanan Yeniden Örnekleme Tabanlı Mertebe Takip Analiz Yöntemi (YÖT-MTA) kullanılmaktadır[5]. SMSM de dinamik titreşim sinyali yerine motor akım sinyali kullanılarak motorda meydana gelen arıza tespiti yapılabilir [6]. SMSM de 2 boyutlu ve 3 boyutlu zaman adımlamalı sonlu elemanlar yöntemi ile stator oluklarının, saturasyonun ve eksenden kaçıklık arızasının etkileri manyetik alan ve titreşim analizleri ile incelendiğinde arızaya dair bilgilere kolaylıkla ulaşabilmektedir[7]. Stator oluklarının ve doyum etkileri hesaba katılarak yapılan eksenden kaçıklık arızasının teşhisinde manyetik alan analizleri hataya ait frekans bileşenlerinin Eşitlik ile hesaplanabileceğini göstermiştir. Bununla beraber eksenden kaçıklık arızalarının sebep olduğu diğer problemlere(örneğin; dengesiz manyetik çekme) ait formülde yer almaktadır. Ayrıca statik ve dinamik eksenden kaçıklıktan kaynaklanan balanssızlık da hataya ait titreşim frekansları oluşturmaktadır. f titresim = (A ± B p )f e () Eşitlikte kullanılan f titresim titreşime ait arıza frekansını, A ve B ',,, n gibi sabit sayıyı, p motor kutup çifti sayısını ve f e ise elektriksel kaynak frekansını temsil etmektedir. 2.. Yeniden Örneklemeli Mertebe Takip Analiz Yöntemi (YÖT-MTA) YÖT-MTA ile Hızlı Fourier Dönüşümlü Mertebe Takip Analiz Yöntemi (HFD-MTA) tabanlı metotların çoğu sınırlamalarının üstesinden gelinmektedir. Bu yöntemde sabit t örnekleme zamanına karşılık sabit açısal aralıklar örneklemektedir. Sabit t örnekleme ile örneklenmiş zaman, interpolasyon algoritması ile eşit açısal aralıklara dönüştürülmektedir. Eşit açısal aralıkların oluştuğu zamanlar enkoder sinyalinin işlenmesi ile hesaplanmaktadır. Örneklemeden sonra verinin zaman boyutundaki karşılığının açısal boyutta ne olacağına karar verilmektedir [8]. Bu süreç özel veri toplama donanım sistemleri ile gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilebilmektedir. YÖT-MTA yöntemine ait işaret akış diyagramı Şekil de verilmektedir [9]. Şekil. YÖT-MTA işaret akış diyagramı Açısal boyuta dönüştürülen veri Hızlı Fourier Dönüşümü veya Ayrık Zamanlı Fourier Dönüşümüne göre işlenir[8]. Dönüşümler açısal boyuttaki veri üzerinde gerçekleştiği sürece çıkış spektral çizgileri sabit oranları temsil etmektedir. Bu, açı/mertebe boyutunda zaman/frekans örnekleme ilişkisine karşılık eşdeğer örnekleme ilişkilerinin olduğu anlamına gelir. Bu eşdeğer örnekleme ilişkileri Eşitlik 2' de verilmiştir; = R = N θ O nyquist = O max = sample 2 sample = θ Eşitlik 2'de kullanılan çıkış mertebe spektrumunun mertebe çözünürlüğünü, R analiz edilen değerlerin toplam sayısını, N gerçekleştirilen dönüşümler üzerindeki zaman noktalarının toplam sayısını, θ tekrar örneklenen örneklerin açısal aralığını, sample verinin örneklendiği andaki açısal örneği, O nyquist Nyquist örneğini ve O max analiz edilebilen maksimum örneği temsil etmektedir. Eşitlik 2 de verilen örnekleme ilişkileri zaman boyutunda verilen HFD analiz örnekleme şartlarıyla benzerlik göstermektedir. Mertebe çözünürlüğü,, analiz edilen dönüşümlerin sayısının tersidir. Bu, iyi mertebe çözünürlüğü için analizin birçok çözünürlük üzerinde uygulanması gerektiği anlamına gelmektedir. Analiz edilebilecek maksimum mertebe bir çevrim başına karşılık gelen örnek sayısı veya açısal örnekleme oranı ile bulunabilir. Dönüşümlerin açısal boyuttaki karşılıkları Eşitlik 3 da verilmektedir [8]. (2) 27

3 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE a m = N b m = N N n= x(n θ) cos(2πo mn θ) N n= x(n θ) sin(2πo mn θ) (3) Eşitlik 3 'de verilen o m, a m ve b m ifadeleri sırasıyla analiz edilen mertebeyi, o m için Kosinüslü terime ait Fourier katsayısını ve o m için Sinüslü terime ait Fourier katsayısını temsil etmektedir. Dönüşüm sonucunda x ekseni artık frekans değil, ilgili frekansa ait mertebe olarak adlandırılmaktadır. Mertebe ekseninde herhangi bir frekans bileşeninin yeri Eşitlik 4 ile hesaplanmaktadır. Eşitlikte kullanılan n r rotor hızını temsil etmektedir. Sağlam motorda, 64-2Z/C3 kodlu dış çapı 42 mm, iç çapı 2 mm olan rulman kullanılmaktadır. Statik eksenden kaçıklık arızasını oluşturmak için bu rulman sökülerek yerine dış çapı 37 mm, iç çapı 2 mm olan 694-2RS kodlu yeni bir rulman takılmıştır. Böylece dış kısmının merkezi rulman ile aynı merkezde, iç kısmının merkezi ise rulman merkezinden,25 mm kaydırılarak, 42x37 mm ölçülerinde bir baga (özel halka) yapılmıştır. Modifiye edilmiş rulmanın motora takılmasıyla yaklaşık %5'lik bir statik eksenden kaçıklık arızası oluşturulmuştur. Mertebe = Frekans 6 n r (4) 3. Deneysel çalışma ve veri Toplama Deneysel çalışmada 2 adet özdeş motor kullanılmıştır. Kullanılan motorların mil gücü,2 kw, 8 kutuplu, 23 VA, nominal torku 4 Nm ve nominal hızı 3 d/d dır. Bu motorlardan birisi kapalı çevrim hız kontrol modunda motor olarak kullanılırken diğeri ise kapalı çevrim tork kontrol modunda fren olarak sistemi yüklemekte kullanılmıştır. Şekil.2' de kullanılan deney düzeneği ve ekipmanları görülmektedir. Şekil.3. Statik eksenden kaçıklığın oluşturulması (a- Orijinal rulman, b-694 kodlu rulman, c-baga,) Dinamik eksenden kaçıklık arızasının oluşturulmasında statik eksenden kaçıklık arızasında izlenen prosedüre benzer bir yol izlenmiştir. Dinamik eksenden kaçıklıkta sağlam rulman yerine 695-2RS kodlu dış çapı 42 mm, iç çapı 25 mm olan rulman takılmıştır. Dinamik eksenden kaçıklık arızası için öncekine benzer bir baga rulman iç yuvası ile rotor mili arasına yaptırılmıştır. Dinamik eksenden kaçıklık için üretilen bagada da iç çap merkezden.25 mm kayık yapılarak bu arıza türünde de yaklaşık %5'lik oranda arıza üretilmiştir. a) b) c) Şekil 4. Dinamik eksenden kaçıklığın oluşturulması (a- Orijinal rulman, b-694 kodlu rulman, c-baga) Şekil 2: Deney düzeneği (:SMSM, 2:Yük, 3:Yük kontrolör, 4:Güç kaynağı, 5:Motor kontrolör, 6: Veri toplama kartı) Gerçekte hem statik hem de dinamik eksenden kaçıklık arızalarının birlikte olması; stator ve rotor arasındaki hava boşluğunda meydana gelen akı dağılımını değiştirmektedir. Yapılan deneysel çalışmada yaklaşık %5'lik karışık eksenden kaçıklık arızası dış çapı 37 mm ve iç çapı 25 mm olan 685-RS rulman ve statik, dinamik eksenden kaçıklık arızaları için oluşturulan bagaların birlikte kullanımı ile sağlanmıştır. Şekil.5' de sırasıyla sağlam, statik, dinamik ve karışık eksenden kaçıklık durumlarının oluşturulmasında kullanılan rulmanlar bir arada görülmektedir. Gerçekleştirilen çalışmada statik, dinamik ve karışık eksenden kaçıklık arızasının üretilmesi için motor yük tarafındaki rulman sökülerek yerine bu arızaların oluşturulmasına olanak sağlayacak yeni rulmanlar takılmıştır. 272

4 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE Şekil 5. Eksenden kaçıklık için kullanılan rulmanlar (a- Sağlam, b-statik, c-dinamik, d-karışık) Deneysel çalışmada kullanılan SMSM 75 rpm (5 Hz), 5 rpm ( Hz), 3 rpm (2 Hz) olarak 3 farklı hız durumu için, durağan ve durağan olmayan durumlar da %, %25,.., %25 yük altında çalıştırılarak rotor hızı ve motor titreşim sinyalleri izlenmiştir. Veri toplama işlemi CDAQ-974 kabini, titreşim ölçümü için NI9234 modülü kullanılarak saniye boyunca 28 Hz örnekleme frekansı ile gerçekleştirilmiştir. Motor gövdesinde oluşan titreşimlerin ölçümü için hassasiyeti mv/g, ölçüm aralığı ± 5 g ve frekans aralığı,5- khz olan PCB marka ivme ölçerler kullanılmıştır. Şekil. 6 da sensör konumu görülmektedir. Ayrıca motor sürücü üzerinde bulunan enkoder çıkış soketi üzerinden hız bilgisi TTL sinyal olarak izlenmiştir. Veri toplama ve analizinde LabVIEW Sound and Vibration Assistant Toolkit 2 programı kullanılmıştır Durağan çalışma İlk olarak 75 d/d durağan çalıştırılan sağlam motora ait veriler sn boyunca 2,8 khz örnekleme frekansı boyunca elde edilmiştir. Sağlam motora ait spektrumlar incelenmiş ve daha sonra bu değerlerle sırası ile dinamik eksenden kaçıklık statik eksenden kaçıklık ve son olarak da karışık eksenden kaçıklık arızasına sahip SMSM nin spektrumları ile karşılaştırılmıştır. Arızaya ait mertebe bileşenlerinin daha net ortaya çıkabilmesi için temel bileşen olan 4. mertebe filtrelenmiştir..5 x x -3.5 [((-3/p)*fe)*6]/nr [((-3/p)*fe)*6]/nr 75 d/d DURAĞAN ÇALIŞMADA SAĞLAM - MOTOR [((-2/p)*fe)*6]/nr [((-/p)*fe)*6]/nr [((+/p)*fe)*6]/nr [((+2/p)*fe)*6]/nr 75 d/d DURAĞAN ÇALIŞMADA SAĞLAM - MOTOR [((-2/p)*fe)*6]/nr [((-/p)*fe)*6]/nr [((+/p)*fe)*6]/nr [((+2/p)*fe)*6]/nr [((+3/p)*fe)*6]/nr [((+3/p)*fe)*6]/nr x 75 d/d DURAĞAN ÇALIŞMADA SAĞLAM - MOTOR -3 [((-3/p)*fe)*6]/nr [((-2/p)*fe)*6]/nr [((-/p)*fe)*6]/nr [((+/p)*fe)*6]/nr Şekil 6. Titreşim sensörlerinin konumlandırıldığı eksen.5 [((+2/p)*fe)*6]/nr [((+3/p)*fe)*6]/nr 3.. Analiz sonuçları Deneysel olarak yapılan analizler motorun çalışma durumuna göre temel olarak iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Öncelikle sağlam motor ve daha sonra sırası ile dinamik eksenden kaçık arızalı, statik eksenden kaçık arızalı ve karışık eksenden kaçık arızalı motorlar 75 d/d, 5 d/d ve 3 d/d hızlarında çalıştırılarak motorda meydana gelen titreşimler ölçülmüştür, ikinci aşamada ise motorlara aynı işlemler durağan olmayan çalışma koşulunda uygulanmıştır Şekil 7: % yükte 75 d/d için durağan çalışma da sağlam motora göre arıza durumlarının titreşim seviyeleri ( a) Sağlam Motor -, b) Sağlam Motor -, c) Sağlam Motor - ) 273

5 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE Şekil 7 de yer alan 3 grafik incelendiğin de motor tam yükte çalıştırıldığında Eşitlik gereğince 75 d/d' da temel frekans 4. mertebeye yerleşmektedir. Eksenden kaçıklık arızasına ait pikler temel frekansın alt bandında. ve 3. mertebelerinde üst bandında ise 5. ve 7. mertebelerinde ortaya çıktığını göstermiştir. Ayrıca şekiller incelendiğinde temel frekansın alt bandında 2/4 katında, üst bandında 6/4 katında yük ve motor arasında bağlantıyı sağlayan kaplinlerin doğru hizalanamaması sonucu üretilen ve yanlış hizalama olarak bilenen ek arıza bileşenleri yer almaktadır. Sağlam ve arızalı motorlar, farklı hız ve yüklerde çalıştırılarak titreşim sinyalleri incelenmiştir. Sonuçlarda arızaya ait bileşenlerin., 3., 5. ve 7. mertebe seviyelerindeki değişimleri daha net görülmektedir. Bu mertebelerdeki yük değerlerindeki değişimler normalize edilerek Şekil 8-'da verilmiştir d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE Şekil 8: 75 d/d Durağan çalışmada sağlam motora göre -- durumlarındaki değişim miktarlarının normalize edilmesi ( a).mertebe, b) 3. Mertebe, c) 5. Mertebe, d) 7. Mertebe) 5 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE. 75 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE

6 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE 5 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE 7. 3 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE Şekil 9. 5 d/d Durağan çalışmada sağlam motora göre -- durumlarındaki değişim miktarlarının normalize edilmesi ( a).mertebe, b) 3. Mertebe, c) 5. Mertebe, d) 7. Mertebe) Şekil : 3 d/d Durağan çalışmada sağlam motora göre -- durumlarındaki değişim miktarlarının normalize edilmesi ( a).mertebe, b) 3. Mertebe, c) 5. Mertebe, d) 7. Mertebe) 3 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE Normalize edilen grafiklere bakıldığında arızaya ait genlik değişiminin hemen hemen tüm çalışma hızlarında ve farklı yükler altında belirgin bir şekilde ortaya çıktığı görülmektedir. Şekiller incelendiğinde karışık eksenden kaçıklık arızalı motordaki genlik değişimi diğer durumlara göre daha net ortaya çıkmaktadır. Bu farklılığın olduğu genlik değerleri belirgin olarak,3 ve 5. mertebe seviyeleridir. 3 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE Durağan çalışmada yapılan analiz sonuçlarında beklenildiği gibi eksenden kaçıklık arızası titreşim sinyallerinde ilave frekanslar ortaya çıkarmıştır. Bu ilave frekanslar ve 7. seviyelerinde meydana gelirken deneysel sonuçlar bu ilave frekansların 3. ve 5. mertebe seviyelerinde daha belirgin olduğu göstermektedir d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE Durağan olmayan çalışma SMSM'ler genellikle çalışma koşulları göz önünde bulundurulduğunda durağan çalışmadan çok yükselme ve azalma referans rampalarına göre dinamik çalışma koşullarında çalıştırılırlar. Bu durum göz önünde bulundurarak durağan çalışmada izlenen veri alma işlemleri ilk 2 sn hızlanma ve son iki saniye yavaşlama bölgesi olarak sn boyunca 2,8 khz örnekleme frekansı ile dinamik çalışma koşullarında tekrarlanmıştır. 275

7 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE Titreşim (g) Titreşim Sinyali Zaman (s) Titreşim Sinyali.8 x d/d DURAĞAN OLMAYAN ÇALIŞMADA SAĞLAM - MOTOR [((-3/p)*fe)*6]/nr [((-2/p)*fe)*6]/nr [((-/p)*fe)*6]/nr [((+/p)*fe)*6]/nr [((+2/p)*fe)*6]/nr [((+3/p)*fe)*6]/nr Titreşim (g) Zaman (s) 75 Hız x d/d DURAĞAN OLMAYAN ÇALIŞMADA SAĞLAM - MOTOR [((-3/p)*fe)*6]/nr [((-2/p)*fe)*6]/nr [((-/p)*fe)*6]/nr [((+/p)*fe)*6]/nr [((+2/p)*fe)*6]/nr [((+3/p)*fe)*6]/nr Hız (d/d) Zaman (s) Şekil. Motorun zamana bağlı hız ve titreşim grafikleri Motor Şekil de görüldüğü gibi -2 sn hızlanma ve 8- sn arası ise yavaşlama bölgelerinde dinamik bir yapıda çalışmaktadır. Kullanılan yöntemin avantajı bu noktada ortaya çıkmaktadır. FFT sinyallerini dinamik çalışmada yetersizliğini ortadan kaldırarak, dinamik titreşim sinyalini dinamik hız sinyaline göre örnekleme yaparak zaman boyutunda dinamik olan sinyali mertebe boyutunda durağan hale getirmektedir. Şekil 2:% Yükte 75 d/d Durağan olmayan çalışma da sağlam motora göre arıza durumlarının titreşim seviyeleri ( a) Sağlam Motor -, b) Sağlam Motor -, c) Sağlam Motor - ) Şekil 2' de durağan çalışmada olduğu gibi temel frekansın alt ve üst bandında ilave frekanslar yer almaktadır. Burada bakıldığında yine, 3, 5 ve 7. mertebelerde ilave frekanslar yer almaktadır. Bu değerlerin daha iyi yorumlanabilmesi için sağlam göre arızalı motorlardaki değişim miktarlarının normalize edilmesi Şekil 3-5 da yer almaktadır. 75 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE. x d/d DURAĞAN OLMAYAN ÇALIŞMADA SAĞLAM - MOTOR [((-3/p)*fe)*6]/nr [((-2/p)*fe)*6]/nr.8 2 [((-/p)*fe)*6]/nr [((+/p)*fe)*6]/nr [((+2/p)*fe)*6]/nr [((+3/p)*fe)*6]/nr

8 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE 75 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE 3. 5 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE 5. 5 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE 7. 5 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE Şekil 3: 75 d/d Durağan olmayan çalışmada sağlam motora göre -- durumlarındaki değişim miktarlarının normalize edilmesi ( a) Sağlam-, b) Sağlam-, c) Sağlam-) Şekil 4: 5 d/d Durağan olmayan çalışmada sağlam motora göre -- durumlarındaki değişim miktarlarının normalize edilmesi ( a) Sağlam-, b) Sağlam-, c) Sağlam-) 5 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE. 3 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE

9 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE 3 d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE Tablo. 5 d/d ve 3 d/d Durağan olmayan çalışmada arızalara ait mertebelerin sağlam motora göre db cinsinden yüzde genlik değişimleri (MUTLAK) d/d Dinamik, Statik ve Karışık Eksenden Kaçık Arızalı Motorların Sağlam Motora Göre % Genlik Değişimleri Yük d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE 5. Durumu (%).8 28,42 2,79 56,3 6,3,86 2, d/d D EKN - S EKN - K EKN NORMALİZE ,24 3, 35,85 2,43 6,96 8, ,76 7,5 43,32 4,98 7,8 4, ,35 6,62 5,5 33,63,2 9,58 2,24,32 8,96 37,67 3,85 39, ,97 2,9 5, 38,97,89 9, ,4 2,5 45,38,76 7,57 28, ,92 2,94 25,2,6 5,28 2,84 Şekil 5: 3 d/d Durağan olmayan çalışmada sağlam motora göre -- durumlarındaki değişim miktarlarının normalize edilmesi ( a) Sağlam-, b) Sağlam-, c) Sağlam-) Şekil 3-5 incelendiğinde arızaya ait hata bileşenlerinden motorda meydana gelen eksenden kaçıklık arızası motorun titreşim sinyallerinin genliklerindeki değişimi rahatlıkla görülmektedir. Farklı hız değerlerinde bir arıza çeşidi belirgin bir farkla ortaya çıkmaz iken, statik eksenden kaçıklık ve karışık eksenden kalıklık arızalarına ait pikler daha net görülmektedir. Titreşim seviyeleri incelendiği zaman, statik eksenden kaçıklık arızasında motorda meydana gelen titreşim seviyesinin genel olarak arttığı görülürken, bunu karışık eksenden kaçıklık arızası takip etmektedir. Bu değerlere, genlik değerlerinde meydana gelen değişimlerinin yüzde değerlerine bakarak daha iyi analiz edilebilir. 5 3,35 28,8 29,3 7,87 4,7 23,92 75,98 9,34,92 4,53 26,23 34,73 7,2 3, 27,47 6,9 5,22 6,5 25 7,4 7,5 22,35 39,38 33,99 37,45 3 d/d Dinamik, Statik ve Karışık Eksenden Kaçık Arızalı Motorların Sağlam Motora Göre % Genlik Değişimleri Yük Durumu (%). 3. 7,9 8,88 52, 6, 8,74 27,99 25,2 2,92 78,72 7,35,39 48,4 5,57, 73,43 35,28 9,46 48,77 278

10 EEB 26 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, -3 Mayıs 26, Tokat TÜRKİYE 75 4,62 2,64 32,59 44,5 24,22 5,57 2,24 2,67 76,9 39,92 2,9 6, ,8 3,49 53,42 37,88 6,5 6, ,7 2,34 64,4 27,5 27,5 2, ,5 5,73 78,4 9,5 6,48 38,9 5 3,83,3 8,9,26 25,97 3,4 75 3,95,2 43,34 46,8 83,34 48, 4,39 35,83 73,72 7,96 47,52 5, ,7 2,62 63,56 7,78 47,8 22,48 5 d/d ve 3 d/d durağan olmayan çalışmada arızalara ait mertebelerin sağlam motora göre db cinsinden yüzde genlik değişimlerine bakıldığında devir sayısı ve yük durumuna göre değişik göstermektedir. Motorun.% yükdeki değerlerine bakıldığında iki hız değerinde 3. ve 5. mertebelerde değişim değerleri ortalama olarak diğer mertebelerdeki ortalama değerlerinden daha yüksektir. 4. Sonuçlar Bu çalışmada önerilen yöntem SMSM'nin sağlam ve eksen kaçıklık arızalı durumlarda durağan ve durağan olmayan koşullarda farklı yük durumlarında rotor hızı ile birlikte motorda farklı eksenlerden alınan titreşim sinyalleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında motorda arızaya ait net bilgiler içeren sinyallere ulaşılmıştır. Burada YÖT-MTA yöntemi durağan olmayan koşullarda FFT yönteminin eksiklerini başarılı bir şekilde tamamlamaktadır. Elde edilen sonuçlara göre arızaya ait mertebeler temel mertebenin alt bandında (. ve 3. Mertebe) ve üst bandında (5. ve 7. Mertebe) belirli mertebelerde sabit kalmaktadır. Sunulan yöntem motor hızından bağımsız olarak eksenden kaçıklık arızasının tespitini hem durağan hem de dinamik çalışmada mümkün kılmaktadır. 5. Kaynaklar [] Eker, M. ve Akar, M., "A novel approach demagnetization fault diagnosis in permanent magnet synchronous motors", Journal of New Engineering and Natural Science, No:, -3, 23. [2] Vas, P., "Parameter Estimation, Condition Monitoring, and Diagnosis of Electrical Machines, Oxford, U.K.: Clarendon, 3-2, 23. [3] Finley, W., Loutfi, M. ve Souer, B.J., "Motor Vibration Problems - Understanding and Identifying", Cement Industry Technical Conference (CIC), 23 IEEE- IAS/PCA, 23, -2. [4] Nandi, S., Toliyat, H.A. ve Li, X., "Condition monitoring and fault diagnosis of electrical machines-a Review", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.2 (4), , 25. [5] Eker, M., "Sabit mıknatıslı senkron motorda demagnetizasyon ve eksenden kaçıklık arızalarının tespiti". Yüksek Lisans Tezi, Gaziosmanpaşa Universitesi, Tokat, Turkiye, 23. [6] Akar, M. ve Eker, M., "Demagnetization fault diagnosis in permanent magnet synchronous motors", Przeglad Elektrotechniczny 23, ISSN , R.89NR 2a/23., , 23. [7] Ebrahimi, M. B. ve Faiz, M.J., " Configuration Impacts on Eccentricity Fault Detection in Permanent Magnet Synchronous Motors", IEEE Transactıons on Magnetıcs,Vol:48 (2),93-96,22. [8] Blough, J.R., " Adaptive resampling - transforming from the time to the angle domain. IMAC-XXIV: Conference & Exposition on Structural Dynamics, 26. [9] National Instruments. Sound and vibration measurement suite 29 help manual. Part Number 37246C-, 29. Teşekkür Bu çalışma TÜBİTAK tarafından 2 Hızlı Destek Projeleri kapsamında E64 numaralı "Sabit Mıknatıslı Senkron Motorda Mertebe Takip Analiz Yöntemi ile Arıza Tespiti" isimli proje tarafından desteklenmiştir. 279