Tasarlanmasi Ve Uygulanmasi Design and Application of a Novel Method That Contains Rbf Neural...

7/31/2019 Tasarlanmasi Ve Uygulanmasi Design and Application of a Novel Method That Contains Rbf Neural Network and x

1/98

YILDIZ TEKNK NVERSTESFEN BLMLER ENSTTS

FAZLI ASENKRON MOTORLARDA RULMANARIZALARINI TESPT ETMEK ZERE X Y

DNM VE RTFA YAPAY SNR AIALGORTMASI EREN YEN BR YNTEMN

TASARLANMASI VE UYGULANMASI

Elektrik Yk. Mh. zzet Ylmaz NEL

FBE Elektrik Mhendislii Anabilim DalndaHazrlanan

DOKTORA TEZ

Tez Savunma Tarihi : 16 ubat 2006Tez Danman : Do. Dr. brahim ENOL, YTJri yeleri : Prof. Dr. Halit PASTACI, YT

: Do. Dr. Hadi SARUL, YT: Prof. Dr. A. Faik MERGEN, T: Do. Dr. Nurettin UMURKAN, YT

STANBUL, 2005


2/98

ii

NDEKLER

Sayfa

SMGE LSTES ....................................................................................................................... iv

KISALTMA LSTES ...............................................................................................................vi

EKL LSTES .......................................................................................................................vii

ZELGE LSTES ...................................................................................................................xi

NSZ.....................................................................................................................................xii

ZET.......................................................................................................................................xiii

ABSTRACT ............................................................................................................................xiv

1. ASENKRON MOTOR.......................................................................................... 15

1.1 Asenkron Motorun Yaps .....................................................................................161.1.1 Stator......................................................................................................................171.1.2 Rotor ...................................................................................................................... 171.1.2.1 Sincap Kafesli Rotor (Ksa Devre Rotor)..............................................................171.1.2.2 Sargl Rotor (Bilezikli Rotor)...............................................................................171.2 Asenkron Motorun Matematiksel Modeli .............................................................17

1.3 Asenkron Motorlarda Karlalan Arzalar ve Arza Tespit Yntemleri..............241.3.1 Asenkron Motorda Meydana Gelen Arzalarn Belirtileri.....................................32

2. YAPAY SNR ALARI (YSA) .......................................................................... 37

2.1 Yapay Sinir Alarnn zellikleri.......................................................................... 372.1.1 Dorusal Olmama.................................................................................................. 372.1.2 renme ................................................................................................................382.1.3 Genelleme..............................................................................................................382.1.4 Uyarlanabilirlik...................................................................................................... 382.1.5 Hata Tolerans........................................................................................................38

2.1.6 Donanm ve Hz..................................................................................................... 382.1.7 Analiz ve Tasarm Kolayl..................................................................................392.2 YSAnn Uygulama Alanlar .................................................................................392.2.1 Arza Analizi ve Tespiti.........................................................................................392.2.2 Tp Alannda ..........................................................................................................402.2.3 Savunma Sanayi.....................................................................................................412.2.4 Haberleme ............................................................................................................412.2.5 retim.................................................................................................................... 412.2.6 Otomasyon ve Kontrol...........................................................................................412.3 Yapay Sinir A Yaplar .......................................................................................412.3.1 Radyal Tabanl Fonksiyon Alar ( RTFA)........................................................... 41

3. UYGULAMA........................................................................................................44


3/98

iii

3.1 Test Dzenei ........................................................................................................443.2 Hzl Fourier Dnm Analizi Kullanlarak Gerekletirilen Arza Tespiti.....473.3 Park Dnm Kullanlarak Gerekletirilen Arza Tespiti................................583.4 X Y ( ) Dnm Kullanlarak Gerekletirilen Arza Tespiti..................72

4. SONULAR ve NERLER ................................................................................86

4.1 FFT Analizi Yntemi............................................................................................. 864.2 Park Dnm .....................................................................................................864.3 X Y Dnm...................................................................................................87

KAYNAKLAR.........................................................................................................................90

ZGEM..............................................................................................................................92

EK Tez almasnda kullanlan Yazlmlar ............................................................................. 93

FFT (Fast Fourier Transform) Dnm................................................................................93FFT Hesaplanmas ve izim .....................................................................................................94Park Dnm ........................................................................................................................ 95X Y Dnm...................................................................................................................... 98


4/98

iv

SMGE LSTES

Radyan olarak temas as

s Stator akm uzay vektr ile sD ekseni arasndaki a

r Stator akm uzay vektr ile rd ekseni arasndaki aB Srtnme katsays

DP Rulman d ap

DB Bilya ap

ef Statik ya da dinamik arzalar nedeniyle oluan harmonik bileenlerin frekanslar

sf Stator magnetomotor kuvveti

rf Rotor magnetomotor kuvveti

si Stator akm uzay vektr

ri Rotor akm uzay vektr

IsA (t) Stator A faz akm ani deeri

IsB (t) Stator B faz akm ani deeri

IsC(t) Stator C faz akm ani deeri

J Atalet momenti

Ls Stator sargs endktansLr Rotor sargs endktans

Lm Mknatslanma endktans

Msr Stator ile rotor arasndaki mknatslanma endktansnn maksimum deeri

NB Rulmandaki bilya says

nd Arza mertebesi

nr rotorun saniyedeki devir says

Nr Rotorsar

m say

s

Ns Statorsarm says

A faznn manyetik ekseni referans alndnda stator evresinin as

p Zamana gre trev

P ift kutup says

R Rotor oluk says

te Motorda endklenen moment

tL Yk momenti

v Besleme geriliminde varolan stator mmk harmonikleri


5/98

v

s Stator aks

r Rotor aks

r Rotor elektriksel hz

m Motor (mekanik) asal hz


6/98

vi

KISALTMA LSTES

EMI Elektromanyetik Giriim

FFT Hzl Fourier Dnm

IGBT zole Kapl Bipolar TransistorMMK Manyetomotor kuvvet

RTFA Radyal Tabanl Fonksiyon A

UMP Dengesiz Elektromanyetik ekim Kuvveti

YSA Yapay Sinir A


7/98

vii

EKL LSTESSayfa

ekil 1.1 Ferrarinin asenkron motoru (a), Teslann asenkron motoru (b) ............................ 16

ekil 1.2 fazl ve ksa devre rotorlu bir asenkron motorun yaps .....................................16

ekil 1.3 Sarg ularnn bileziklere balan, yldz yldz (a), gen - gen (b) balant18

ekil 1.4 fazl simetrik asenkron motorun temel yapsnn yatay kesiti. ...........................19

ekil 1.5 Sabit ve dnen eksen takmlarnda, stator ve rotor akmlarnn uzay vektrlerinin

gsterilii...........................................................................................................21

ekil 1.6 Asenkron motorun sabit eksen takmndaki iki fazl modeli....................................23

ekil 1.7 Tek sral sabit bilyal bir rulmann yaps; D bilezik (1), i bilezik (2), bilya (3),

kafes (4) ............................................................................................................26

ekil 1.8 Ksmi i bilezik arzas (a), tam i bilezik arzas (b), d bilezik arzas (c) bulunan

rulmanlar ...........................................................................................................27ekil 1.9 Ar snma nedeniyle meydana gelen i bilezik arzas (a) , kafes arzas (b)

bulunan rulmanlar ............................................................................................. 27

ekil 1.10 Rulmann mile montaj esnasnda oluabilecek sorunlar, (a) eksen kakl, (b) mil

erilii, (c) D bilezik erilii, (d) bilezik erilii ......................................28

ekil 1.11 Rulman akmlarnn motor zerinde izledii yol. .................................................. 29

ekil 1.12 Rulman akmlarn engellemesi amacyla motor milinin topraklanmas ................30

ekil 1.13 Motor miline monte edilmi bir izoleli rulman ....................................................... 30ekil 1.14 Asenkron motorda Faraday kafesinin yerletirilmesi.............................................. 31

ekil 1.15 Tipik bir arza tespit sistemi....................................................................................31

ekil 2.1 Radyal tabanl fonksiyon a yaps .......................................................................... 42

ekil 3.1 Asenkron motorlarda meydana gelen rulman arzalarn tespit edebilmek iin

kurulan deney seti. ............................................................................................44

ekil 3.2 Rulman llendirme sistemi ....................................................................................45

ekil 3.3 Deneyde kullan

lan ve suni olarak ar

zaland

r

lm

rulmanlardan baz

lar

. D

bilezikarzal rulman (a), bilezik arzal rulman (b), Kafes arzas (c), Bilya arzas

(d) bulunan rulman............................................................................................ 46

ekil 3.4 Deney setinin bir senkron generatrden beslenmesine ait montaj emas ................48

ekil 3.5 Alternatrden beslenen ve bota alan asenkron motorda; salam ve d bilezik

arzas (a), salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c), salam

ve bilya arzas (d), bulunan rulman kullanldnda elde edilen frekans

spektrumlar ...................................................................................................... 49

ekil 3.6 FFT analizi yntemini ebekeden beslenen motorda gerekletirmek iin kurulan


8/98

viii

deney setinin blok diyagram ............................................................................ 50

ekil 3.7Alternatrden beslenen ykl asenkron motorda; salam ve d bilezik arzas (a),

salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c), salam ve bilya

arzas (d), bulunan rulman kullanldnda elde edilen frekans spektrumlar. 51

ekil 3.8 ebekeden beslenen ve bota alan asenkron motorda; salam ve d bilezik arzas(a), salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c), salam ve bilya

arzas (d) bulunan rulman kullanldnda, elde edilen frekans spektrumlar..52

ekil 3.9 ebekeden beslenen ykl asenkron motorda; salam ve d bilezik arzas (a),


arzas (d), bulunan rulman kullanldnda elde edilen frekans spektrumlar. 54

ekil 3.10 Srcden beslenen ve bota alan asenkron motorda salam ve d bilezik

ar

zas

(a), salam ve i bilezik ar

zas

(b), salam ve kafes ar

zas

(c), salamve bilya arzas (d) bulunan rulman kullanldnda elde edilen frekans

spektrumu..........................................................................................................56

ekil 3.11 Srcden beslenen ykl asenkron motorda salam ve d bilezik arzas (a),


arzas (d) bulunan rulman kullanldnda elde edilen frekans spektrumu......57

ekil 3.12 Park dnm kullanlarak yaplan analiz iin deney seti ve lm sisteminin blok

diyagram ..........................................................................................................59

ekil 3.13 Alternatrden beslenen ve bota alan asenkron motorda, salam ve d bilezik


ve bilya arzas (d) bulunan rulman kullanldnda akmn D ve Q

bileenlerinin deiimi ......................................................................................60

ekil 3.14 Alternatrden beslenen ykl asenkron motorda, salam ve d bilezik arzas(a),


arzas (d) bulunan rulman kullanldnda akmn D ve Q bileenlerinin

deiimi.............................................................................................................61

ekil 3.15 ebekeden beslenen ve bota alan asenkron motorda, salam ve d bilezik




ekil 3.16 ebekeden beslenen ykl asenkron motorda, salam ve d bilezik arzas(a),


arzas (d) bulunan rulman kullanldnda akmn D ve Q bileenlerinin

deiimi.............................................................................................................63


9/98

ix

ekil 3.17 Srcden beslenen ve bota alan asenkron motorda salam, ve d bilezik

arzas (a), salam ve i bilezik arzas (b),salam ve kafes arzas (c), salam



ekil 3.18 Srcden beslenen ykl asenkron motorda, salam ve d bilezik arzas (a),salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c); salam ve bilya

arzas (d) bulunan rulman kullanldnda elde edilen akm bileenlerinin

deiimi.............................................................................................................65

ekil 3.19 Asenkron motorda meydana gelen rulman arzalarn Park Dnm yardmyla

tespit etmek zere kullanlan a yaps .............................................................66

ekil 3.20 Arza tespiti iin kullanlan an, bota alan asenkron motordan alnan test datas

iin

k

ve hata deerlerinin deiimi ............................................................68ekil 3.21 Arza tespiti iin kullanlan an, ykl durumdaki asenkron motordan alnan test

datas iin k ve hata deerlerinin deiimi .................................................. 69

ekil 3.22 Arza tespiti iin kullanlan an, srcden beslenen ve bota alan asenkron

motordan alnan test datas iin k ve hata deerlerinin deiimi ................ 70

ekil 3.23 Arza tespiti iin kullanlan an, srcden beslenen ve ykl alan asenkron


ekil 3.24 X - Y dnm kullanlarak yaplan analiz iin deney seti ve lm sisteminin

blok diyagram .................................................................................................. 72

ekil 3.25 Alternatrden beslenen ve yksz alan asenkron motorda, salam ve d bilezik

arzas (a), salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes bilezik arzas (c),

salam ve bilya arzas (d) bulunan rulman kullanldnda akmn X Y


ekil 3.26 Alternatrden beslenen ve ykl alan asenkron motorda, salam ve d bilezik




ekil 3.27 ebekeden beslenen ve yksz alan asenkron motorda, salam ve d bilezik




ekil 3.28 ebekeden beslenen ve ykl alan asenkron motorda, salam ve d bilezik


ve bilya arzas (d), bulunan rulman kullanldnda akmn X Y


10/98

x


ekil 3.29 Asenkron motorda meydana gelen rulman arzalarn X Y dnm yardmyla

tespit etmek zere kullanlan a yaps .............................................................77

ekil 3.30 Arza tespiti iin kullanlan an, ebekeden beslenen ve bota alan asenkron

motordan alnan test datas iin k ve hata deerlerinin deiimi ................ 79ekil 3.31 Arza tespiti iin kullanlan an, ebekeden beslenen ve ykl alan asenkron


ekil 3.32 Srcden beslenen ykl asenkron motorda salam ve d bilezik arzas (a),


arzas (d) bulunan rulman kullanldnda elde edilen akm bileenlerinin

deiimi.............................................................................................................81

ekil 3.33 Srcden beslenen ve ykl al

an asenkron motorda salam ve d

bilezikarzas (a), salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c), salam

ve bilya arzas (d) bulunan rulman kullanldnda elde edilen akm

bileenlerinin deiimi. .....................................................................................82

ekil 3.34 Arza tespiti iin kullanlan an, srcden beslenen ve bota alan asenkron


ekil 3.35 Arza tespiti iin kullanlan an, srcden beslenen ve ykl alan asenkron



11/98

xi

ZELGE LSTES

izelge 1.1 Arza tespit yntemlerinin karlatrlmas ..........................................................32

izelge 1.2 Asenkron motorda meydana gelen arzalar sonucunda ortaya kan harmoniklerin

karakteristik frekanslar ....................................................................................36

izelge 3.1 Deney setinde kullanlan asenkron motorun etiket deerleri ................................45

izelge 3.2 6204ZZ kod numaral rulmann katalog bilgileri .................................................. 46

izelge 3.3 Alternatrden beslenen ve bota alan asenkron motorda rulman arzas

nedeniyle meydana gelen titreim ve elektriksel harmonik frekanslar............ 49

izelge 3.4 Alternatrden beslenen ve ykl alan asenkron motorda rulman arzas

nedeniyle meydana gelen titreim ve elektriksel harmonik frekanslar............ 50

izelge 3.5 ebekeden beslenen ve bota alan asenkron motorda rulman arzas nedeniyle

meydana gelen titreim ve elektriksel harmonik frekanslar ............................ 52

izelge 3.6 ebekeden beslenen ve ykl alan asenkron motorda rulman arzas nedeniyle


izelge 3.7 Srcden beslenen ve bota alan asenkron motorda rulman arzas nedeniyle


izelge 3.8 Srcden beslenen ykl asenkron motorda rulman arzas nedeniyle meydana

gelen titreim ve elektriksel harmonik frekanslar............................................57

izelge 3.9 YSAn test etmek iin kullanlan data patterni ....................................................67

izelge 3.10 YSAn test etmek iin kullanlan data patterni .................................................. 78


12/98

xii

NSZ

Doktora almam esnasnda bilgi ve tecrbesiyle bana yol gsteren tez danmanm sayn

brahim ENOLa teekkr ederim.

Tez almamn bandan itibaren bana her konuda yardm eden, deerli fikirlerini benimle

paylaan, hocam ve meslektam sayn Dr. Elk. Mh. K. Burak DALCIya katklarndan

dolay teekkr ederim.

Deney setinin gerekletirilmesi srasnda yardmlarn esirgemeyen, pratik bilgi ve becerisini

benimle paylaan sayn Habib ZAKa kranlarm sunarm.

Eitim hayatm boyunca her trl desteini benden esirgemeyen, almalarm boyunca bana

sabrla katlanan Aileme teekkr ederim.


13/98


14/98

xiv

ABSTRACT

Induction motors are constituted 90% of all electrical motors in industrial applications, due totheir low cost, simple and robust structure and producibility in variety ratings. However,induction motors are the one of the critical parts in many industrial processes. Thats why,

working the induction motors without failure and detect the failures before they occur havegreat importance. According to the results of the researches, 40 50% of the all failures thatoccurs in induction motors are bearing failures. Bearing failures occur, in inner or outer ringsor the rolling elements between inner and outer rings or the cage structure that keeps rollingelements together and same distance, because of the abrasion and the corrosion. In this aspect,the aim of the thesis is A system design that detects the bearing faults in three phaseinduction motors with their failure type automatically. It has been guessed that an importantcontribution is provided to industry with this study.

The study has been summarized in four sections.

In the first section, after mentioning of the structure and the mathematical model of inductionmotor, reasons, indications and protection methods of the bearing failures that occur ininduction motors are mentioned.

In the second section, the general information about artificial neural networks and theirapplication subjectsare given and then the Radial Basis Artificial Neural Network structurewas told. After this, how to use the ANNs about the detection of failures in induction motorswith the samples in literature is discussed.

In the third section, the details of the application and the results are given. In this section, theresults of FFT Transform analysis, Parks Transform analysis and X Y Transform analysismethods that are utilized to detect of bearing failures in induction motors are told.

In the forth and the last section a comparison between the methods are made, and theadvantages and disadvantages of the proposed method is mentioned.

Keywords: Induction motor, Bearing defect, ANN, X Y Transform, Parks Transform


15/98

15

1. ASENKRON MOTORBir toplumun kalknmlk dzeyi, o toplumun rettii mal ve hizmetlerin miktar ve

kalitesiyle orantldr. retimin etkin ekilde gerekletirilmesi ise, tamamen enerjinin aklc

kullan

m

na bal

d

r. Hareket ve

s

enerjisi, sanayide en ok kullan

lan enerji trleridir.Ancak enerji; s, mekanik ve elektrik olmak zere belirli formlarda retilebilmektedir.

Elektrik enerjisi, dier enerji trleri iinde %30luk bir kullanm payna sahiptir ve bu oran

gn getike daha da artmaktadr (Boldea, 2002). Sanayide kullanlan elektrik enerjisinin

kk bir ksm dorudan s ve k elde etmekte kullanlrken, daha byk miktarlardaki

elektrik enerjisi ise elektrik motorlar tarafndan mekanik enerjiye dntrlmektedir.

Asenkron motorlar; dorudan bir fazl ya da fazl alternatif akm ebekesinden

beslenebilmesi, dayankl, bakm gerektirmeyen yaps ve dk maliyetleri nedeniyle, hem

sanayide hem de ev aletlerinde en ok kullanlan motor tr haline gelmitir. Gnmzde

gelimi lkelerde kii bana 3kWlk elektrik motoru dmektedir ki, bunun nemli bir

ksm asenkron motorlar tarafndan karlanmaktadr. Otuz krk watttan balayan glerden

45000 BG (33120 kW) ne kadar uzanan geni bir spektrumda asenkron motorlar

retilebilmektedir .

Asenkron motorlar; genellikle bir ya da fazl

alternatif ak

m ebekesinden beslenmeklebirlikte, %10 kadar g elektronii elemanlaryla gerekletirilmi frekans eviriciler

tarafndan srlmektedir.

Enerjinin aklc kullanm, yksek verim ve dk kayplarn ucuz maliyetlerle

gerekletirilmesini akla getirir. Azalan kayplar, motorun evresel etkisini azaltaca gibi,

enerji santrallerinin doa ile olan olumsuz etkileimini, minimuma indirgeyecektir. Bu amacn

gerekletirilmesine frekans eviriciler nemli katk salamakla birlikte elektromanyetik

giriim (EMI) ve ebekenin akm harmonikleriyle kirlenmesi gibi olumsuz etkileri deberaberinde getirmektedir (Boldea,2002).

Asenkron motorlarn icad 1885lere dayanr ki, Galileo Ferrari ve Nicola Tesla bu motoru ilk

olarak reten ve patentini alan bilim adamlardr. Ferrarinin rettii makine doru akm

makinesine benzer ekilde, iki ift kutuplu bir stator sargsna sahipken rotoru bakr bir

silindirden meydana gelmitir. Teslann makinesinde ise stator sargs, karkas boyunca

yaylm ve bununla birlikte rotorda da ksa devre edilmi bir sarg daha bulunmaktadr. Her

iki makinenin kesidi ekil 1.1de verilmitir (Boldea,2002).


16/98

16

ekil 1.1 Ferrarinin asenkron motoru (a), Teslann asenkron motoru (b)

Gnmzde ise asenkron motorlar; yine ayn temel prensiplere dayanan fakat daha modern

yaplarda tekil edilmektedir.

1.1 Asenkron Motorun YapsAsenkron motorlar, genel olarak stator ve rotor olmak zere balca iki ksmdan meydana

gelir.

ekil 1.2 fazl ve ksa devre rotorlu bir asenkron motorun yaps


17/98

17

1.1.1 StatorStator, asenkron motorun duran ksmdr ve 0.4 0.5 mm kalnlndaki silisyumlu saclarn

zel kalplarda preslenmesiyle imal edilir. Daha sonra darda sarlm ve paketlenmi

fazl sarglar, statorda alm oluklara yerletirilir. Sarg ular klemens kutusundaki ilgili

noktalara balanr. Gvdeye motor kapaklar taklr ve motor kapaklarnn ortasndaki

rulmanlar ise statorun ortasnda dnecek olan rotora yataklk eder.

1.1.2 RotorAsenkron motorun dnen ksmna rotor ad verilir. Sincap kafesli (ksa devre rotor) ve sargl

tip (bilezikli rotor) olmak zere iki eit rotor yaps vardr.

1.1.2.1 Sincap Kafesli Rotor (Ksa Devre Rotor)Rotor, silisyumlu saclarn kalp preste kesilerek paketlenmesinden sonra, kanallarn iine

eritilmi alminyum dklmesi ile elde edilir. Rotorun her iki tarafnda, rotor ubuklarn ksa

devre eden halkalar bulunur, bu halkalarn ularndaki kk kanatklar pervane grevi

grerek motorun soumasn salar. Baz byk motorlarda kanallara bakr ubuklar

yerletirilir.

1.1.2.2 Sargl Rotor (Bilezikli Rotor)Saclar paketlenerek silindir haline getirilen rotorun zerindeki oluklara 3 fazl alternatif akm

sargs yerletirilir. Aralarnda 120 faz fark bulunan fazl sarglar yldz ya da gen

balandktan sonra elde edilen sarg ucu, mile yaltlarak yerletirilen adet bilezie

balanr ve bylece bilezikli rotor elde edilir. Buna ait balantemasekil 1.3te verilmitir

(GLEZ,1995).

1.2 Asenkron Motorun Matematiksel ModeliAsenkron makinenin geici ve kararl rejimde davrann temsil eden matematiksel model,

hesaplama kolayl asndan uzay vektrleri kullanlarak tanmlanabilir. Analizin kolay

yaplabilmesi iin, motorda hava aralnn dzgn, demir geirgenliinin sonsuz olduu,

hava aralndaki ak younluunun yzeye dik geldii, oluk etkisi ve demir kayplar ile u

etkilerinin olmad kabul edilir. ekil 1.4te fazl simetrik asenkron motorun yatay kesiti

verilmitir. Bu ekilde stator ve rotor sarglar, hava aralnn her iki tarafnda, bir tek bobinolarak gsterilmitir. Gerekte her bir faz sargs, kendi manyetik ekseninde sinsiodal bir


18/98

18

manyeto motor kuvvet (mmk) retecek ekilde yerletirilir. fazl simetrik asenkron

motorun matematiksel modeli, uzay vektrleri kullanlarak aada elde edilmitir:

ekil 1.3 Sarg ularnn bileziklere balan, yldz yldz (a), gen - gen (b) balant.

fazl simetrik gerilimin uygulanmasyla geen IsA(t), IsB(t), IsC(t) stator faz akmlar ,

( ) ( ) ( )[ ])3/2cos()(3/2cos)(cos, +++= tititiNtf sCsBsAss (1.1)

manyeto motor kuvvetini oluturur. Burada; Ns stator sarm says ve , a faznn manyetik

ekseni referans al

nd

nda stator evresinin a

s

d

r.

Uzay vektr notasyonu, fazl sistemdeki ani deerlerin motor kesiti zerine yerletirilmi

kompleks dzleme aktarlmasn salar. Bu dzlemde uzay vektr, besleme gerilimi asal

hzyla dner. Bu fazr ayn hzda olmak kaydyla rnein manyetik aky tanmlayabilir.

Hatta, kararl halde besleme geriliminin dengeli ve simetrik olduu kabul edilirse, uzay

vektr faz gerilim fazrlerine eit hale gelebilir. (Pujol, 2000)

Asenkron motor modelini edeer uzay vektrne dntrebilmek iin 120 operatr

kullanlr.2 4

23 3,j j

a e a e

= = olarak tanmlanmtr.


19/98

19

Stator A faznn manyetik ekseni, sabit eksen takmnda sD eksenidir. Motorda; manyeto

motor kuvvet, fiziksel olarak mevcuttur ve llebilir bir deerdir. Stator akm uzay vektr

aadaki gibi tanmlanr.

( )2 /3 4 /3 22 2( ) ( ) ( ) ( ) [ ( ) ( ) ( )]3 3sjj j

s sA sB sC sA sB sC si t i t i t e i t e i t ai t a i t i t e = + + = + + = (1.2)

Burada s as, stator akm uzay vektr ile sD ekseni arasndaki adr. (1.2) eitliine gre;

ekil 1.4 fazl simetrik asenkron motorun temel yapsnn yatay kesiti.

frekans ve genlii Is olan fazl sinsiodal stator akmlarnn uzay vektr; ( ) tjss eIti=

olarak belirtilir. Yani, stator akm uzay vektr, srekli sinsiodal halde, genlii Is olan ve

asal hzyla dnen bir vektrdr. Geici rejimde fazl stator akmlar dengeli olmayabilir.

Bu durumda stator akm uzay vektrnn genlii ve/veya asal hz deikendir. (1.1)

eitliinde verilen statordaki mmk; (1.2) bants kullanlarak aadaki gibi yazlabilir.


20/98

20

( ) ( )[ ] jsss etiNtf = Re23

, (1.3)

Statordaki mmk uzay vektr;

( ) ( )tiNtf sss = (1.4)

olarak tanmlanr. Stator akmlarnn uzay vektr; (1.5) bants ile, statorun sD ve sQ

eksenlerindeki akm bileenlerinin toplam olarak ifade edilir.

( ) ( )tjititi sQsDs +=)( (1.5)

Bu bantda, isD ve isQ akmlar gerek akmlar olmayp sadece teorik olarak mevcuttur. Bu

iki fazl

ak

mlar

n ani deerleri, makinan

n gerek fazl

ak

mlar

n

n ani deerleri cinsindenaadaki gibi elde edilir.

( )

== sCsBsAssD iiiii

2

1

2

1

3

2Re (1.6)

( ) [ ]sCsBssQ iiii ==3

1Im (1.7)

Rotor akmlar

nn rotorda oluturduu mmk (1.1) eitliine benzer ekilde aa

daki gibi

oluturulur.

( ) ( ) ( ) ( )[ ])3/2cos()3/2cos()cos(, +++= rrCrrBrrArr tititiNtf (1.8)

Burada; Nr rotor sarm says, r stator ve rotor eksen takmlar arasndaki adr. Rotor eksen

takmnda rotor akmlarnn uzay vektr:

rrr jiii += (1.9)

olarak belirtilir. Rotor akm uzay vektr rotordaki mmkin ani deerini ve asn belirler.

Rotor eksen takmnda ifade edilen rotordaki mmk veya rotor akm, statorun sabit eksen

takmna gre:

dt

d rr

= (1.10)

asal hzyla dner. Rotor akm, rotor eksen takmnda aadaki gibi ifade edilir.

rj

rr eii= (1.11)


21/98

21

Burada; r as, rotor akm uzay vektr ile r ekseni arasndaki adr. Statorun sabit eksen

takmnda ifade edilen rotor akm uzay vektr ise,

( )rrjrr eii

+= (1.12)

formlyle bulunur. ekil 1.5te stator ve rotor akmlarnn uzay vektrleri, sabit ve rhzyla

dnen eksen takmlarnda gsterilmektedir:

ekil 1.5 Sabit ve dnen eksen takmlarnda, stator ve rotor akmlarnn uzay vektrleriningsterilii

Stator ve rotorda oluan mmk deiimlerinin toplam;

( ) ( ) ( )tftftf rrsr ,,,,, += (1.13)

( ) ( )

+=

+= jr

s

rss

j

rr

j

ssr eiN

NiNeiNeiNtf Re

2

3Re

2

3Re

2

3,, (1.14)

Denklemleri ile elde edilir.Bu eitlikler kullanlarak, stator akm uzay vektr ile rotor akm

uzay vektrnn stator eksen takmndaki toplam,

+= rs

rsm i

N

Nii (1.15)

olarak elde edilir. Statorda oluan ak ise;


22/98

22

rj

rmssrmsss eiLiLiLiL +=+= (1.16)

eklinde tanmlanr.Burada; Ls stator sargs endktans ve Lm mknatslanma endktansdr.

Stator aks uzay vektrnn ilk terimi stator akmlarnn oluturduu aky gsterir. kinci

terim ise stator eksen takmnda ifade edilen rotor akmlarnn statorda oluturduu akdr.

Lineer olmayan manyetik koullar iin Ls ve Lm sabit olmayp makine akmlarna baldr.

Stator aks ayn zamanda,

( ) ( )tjt sQsDs += (1.17)

rdmsDssD iLiL += (1.18)

rqmsQssQ iLiL += (1.19)

eklinde ifade edilebilir. Asenkron motorun sabit eksen takmndaki iki fazl modelinin temel

yapsekil 1.6da grlmektedir.

Rotor akmlar iin aadaki dnmler kullanlr:

rj

rrqrdr eijiii=+= (1.20)

=

r

r

rr

rr

rq

rd

i

i

i

i

cossin

sincos(1.21)

rqrrdrr iii sincos += (1.22)

rqrrdrr iii cossin += (1.23)

ki fazl gerilim ve akm bileenleri, fazl gerilim ve akmlar cinsinden aadaki gibi elde

edilir:

= sCsBsAsD vvvv2

1

2

1

3

2(1.24)

[ ]sCsBsQ vvv =3

1(1.25)

=sCsBsAsD iiii 212132 (1.26)


23/98

23

[ ]sCsBsQ iii =3

1(1.27)

[ ]rCrbr iii =3

1 (1.29)

ekil 1.6 Asenkron motorun sabit eksen takmndaki iki fazl modeli.

Sabit eksen takmndaki stator ve rotor gerilim eitlikleri, uzay vektr eklinde aadaki gibi

formle edilebilir;

dt

diRv ssss

+= (1.30)

+= rrr

rrr jdt

diRv

(1.31)

Burada Rs ve Rr srasyla stator ve rotor direnleridir. Yukardaki eitlikler kullanlarak

asenkron motorun matris eklindeki modeli,

+

=

r

s

smrr

s

sm

ms

r

s

r

s

r

s

i

i

LLj

i

i

LL

LL

dt

d

i

i

R

R

v

v 00

0

0 (1.32)


24/98


25/98

25

eitli glerde ve ok eitli uygulama alanlarnda kritik neme sahip asenkron motorlar

karmza kmaktadr. Ancak kk ve orta gteki motorlarda meydana gelen arzalar

efektif birekilde tespit edecek ticari bir rn bulunmamaktadr. Sensr, algoritma ve ilemci

teknolojisindeki hzl gelimeler arzalarn nceden tespiti iin gerekli alt yapy hazrlar.

Asenkron motordan bilgi toplamak iin ok eitli sensrler kullanlmaktadr. Bu sensrler

stator gerilimleri ya da akmlarn, hava aral ya da harici ak younluklarn, rotor

pozisyonlarn ya da hzn, k momentini, motorun iindeki ya da dndaki scakl veya

motordaki titreimleri lebilir. Ancak nceden kurulmu bir proseste alan ya da yeni

devreye alnacak bir asenkron motora; ak, moment, scaklk, titreim sensrlerini

yerletirmek her zaman olanakl olmayabilir. Bu nedenle, son yllarda arza tespit

algoritmalar, motordan alnan akm; gerilim, devir bilgisine ihtiya duymaktadr. Gnmzde

yaplan almalar, stator, rotor ve rulmanlar olmak zere, balca motor bileenindeki

arzalar zerinde durmaktadr. Statorda meydana gelen balca arzalar; sarglarn kopmas ya

da sarg izolasyonundaki arzalar sonucu ksa devrelerin meydana gelmesi eklinde karmza

kar. statistiklere gre tm elektrik makinelerinde meydana gelen arzalarn, sadece %5i

sarg izolasyonlarnn bozulmasndan kaynaklanmaktadr (Zhongming, 2000). Arzalarn

byk bir ounluu nem, ar snma ya da yanl topraklama gibi nedenlerden dolay

meydana gelmektedir. zellikle kk gl motorlarda snma problemi nedeniyle oluan

arzalar ne kmaktadr. Aratrmalara gre, motor sarglarndaki hot-spot (en scak nokta)scakl, izolasyon snf nominal scaklnn 10 C zerine kmas durumunda, sarg mr

yarya dmektedir. Arsnma problemi; vantilasyon hatalar veya motorun etiket deerinin

zerinde yklenmesi gibi nedenlerden dolay ortaya kabilecei gibi; krk rotor ubuklar ve

rotor ksa devre halkalarndaki kopukluklardan da bu sorun oluabilir (Zidani, 2003),(Diallo

2005).

Asenkron motorun rotorunda meydana gelen arzalar aadaki gibi zetlenebilir:

1) Krk rotor ubuklar ve kopuk ya da atlak ksa devre halkalar,

2) Stator ile rotor arasnda bulunan hava aralndaki dzensizlikler,

3) Motor milindeki erilikler,

4) Yataklama ve redktr dililerinde meydana gelen arzalardr.

Aratrmalar gstermitir ki, tm motor arzalarnn yaklak olarak %40 - 50 si yataklama

problemlerinden ileri gelmektedir (NEL, BMYS 2005) Yataklamada en sk karlalan

arza ise rulman arzalardr. Rulmanlarda arza, i ya da d bileziklerin, bilezikler arasnayerletirilmi olan bilyalarn veya bilyalar bir arada tutan ve kafes ad verilen balantnn


26/98

26

anmas nedeniyle meydana gelir

ekil 1.7 Tek sral sabit bilyal bir rulmann yaps; D bilezik (1), i bilezik (2), bilya (3),kafes (4)

Normal iletme koullar altnda, dengeli yk ve kaplinlerde eksenel bir ayarszlk olmad

durumda, rulmann iletme mr sonunda, i veya d bilezikle bilya arasnda kalan noktada

gres zelliini kaybeder ve bunun sonucunda anmalar meydana gelir ki, bunlar, i ve d

bilezikler zerinde ki kk przlerdir. Zamanla yaylan bu przler, makinede titreime ve

grlt artna neden olur. Eer motor almaya devam ederse, rulman yzeyi pul pul

dklr ve a

nma daha da h

zlan

r. A

nma bir kez balad

nda etkilenen blge h

zlageniler ve rulman yzeyinden kopan talalar, grese kararak rulmann i yzeyine tanr.

Bylece rulmandaki srtnme ve dolaysyla scaklk hzla artar (Eschmann, 1958). Kirlenme,

korozyon, uygun olmayan yalama ve rulmann hatal montaj; rulman mrn nemli

lde azaltr.


27/98

27

ekil 1.8 Ksmi i bilezik arzas (a), tam i bilezik arzas (b), d bilezik arzas (c) bulunanrulmanlar

Kirlenme ve korozyon; zorlu evresel artlarn bulunduu, zellikle fabrika ya da atlye gibi

alma koullarnda rulmann arzalanmasna neden olur. Kir ve dier yabanc maddeler

yalama svsna bulaarak rulmann her yerine nfuz eder. Bu partikllerin sertlik

derecelerine gre bilyalar ve bileziklerde meydana getirecei anmalar farkllk gsterir.

Korozyona; ortamda bulunan su, nem, asit, bozulmu ya ve hatta dikkatsiz tama esnasnda

rulmana bulaan insan teri bile neden olabilir (Eschmann, 1958), (Riddle, 1955). Rulmana,

iinde bulunan yadan farkl bir ya konulmas sonucu meydana gelen kimyasal reaksiyon,

yan bozulmasna ve anmann hzlanmasna neden olur. Bilyalarn hareket ettii

bileziklerin i yzeyindeki ince film eklindeki ya tabakas, ortadan kalkar ve bunun

sonucunda anma hzlanr. ki sert metalin birbirine srtnmesi sonucu ortaya kan s, film

eklindeki ya tabakasn bozarak, srtnmenin daha da artmasna neden olur.

ekil 1.9 Arsnma nedeniyle meydana gelen i bilezik arzas (a) , kafes arzas (b)bulunan rulmanlar

Kurulum sorunlar genellikle rulmann alaca yere montaj srasnda, rulmana ya da mile

uygulanan hatal kuvvetler neticesinde ortaya kar. Eer milin bal olduu statik yk ya da

rulmann montaj esnasnda uygulanan kuvvet metalin esneklik snrn aarsa, bilezikler

zerinde kk yivler meydana gelir. Bu nedenle rulmanlar, mile yerletirilmeden nce

katalogda belirtilen scakla kadar stlarak genlemesi salanmaldr. Istma ilemi, ideal

olarak endksiyonla stma yapan cihazlarla saniyeler mertebesinde gerekletirilebilir.

Bylece, rulmann montaj esnasnda maruz kalaca zararl kuvvetlerden kanlm olur.

Bununla birlikte rulmann mile dzgn birekilde yerletirilmesi de nemlidir. Eer rulman

mile dik bir ekilde yerletirilemezse ya da milde bir erilik sz konusuysa zamanla

bilezikler zerinde kk yivler meydana gelir. Bir rulmann montajnda meydana gelebilecek

hatalarekil 1.10da gsterilmitir.


28/98

28

ekil 1.10 Rulmann mile montaj esnasnda oluabilecek sorunlar, (a) eksen kakl, (b) milerilii, (c) D bilezik erilii, (d) bilezik erilii

Motor srcleri; ebekeden aldklar sinsiodal gerilimi, doru gerilme dntrr ve daha

sonra bunu darbe genilik modlasyonu tekniiyle tekrar alternatif gerilime dntrerek,

deiken frekansl bir iaret elde ederler. Burada anahtarlama frekans 1 ila 20 kHz arasnda

deiebilir. V/t oranndaki deiim neticesinde motorun stator ve rotoru arasnda bir

parazitik kondansatr meydana gelir ki, bu kondansatr nedeniyle motor mili zerinde bir

gerilim endklenir. Buna mil gerilimi ad verilir. Toprakla olan potansiyel fark nedeniyle

motor mili ve rulmanlar zerinden topraa doru bir akm akmaya balar ki bu akm da

rulman akm olarak adlandrlr.

Tipik bir fazl sinsoidal g kayna normal artlar altnda dengeli ve simetrik gerilim

retir. Dolaysyla fazn toplam daima sfra eittir. Bu nedenle normal artlar altnda ntr

noktasndaki gerilim sfrdr. Ancak PWM inverterlerde bu geerli deildir. Sonu olarak

faz gerilimlerinin toplam her zaman sfrdan farkl olur ki bu, ntr noktas geriliminin sfrdan

farkl olmas sonucunu dourur. nverter klarnn deitii her seferde toprak ile k

devresindeki elemanlarn toprakla olan kaak kapasiteleri zerinden bir akm geer. Devresini

inverter ve yk sisteminin dndan tamamlayan bu akm ntr akm (common mode current)

akm olarak adlandrlr. Asenkron motorda meydana gelen rulman akmlar genellikle bu

akmn % 35i civarnda bir genlie sahiptir (Muetze, 2004).

Rulman akmlarnn meydana gelmesindeki temel etken: IGBT kullanlan, motor

srclerindeki hzl anahtarlama nedeniyle, gerilim ykselme hznn byk deerler

almasdr. Bununla birlikte motor manyetik devresindeki asimetri ve besleme gerilimindeki

dengesizlik gibi nedenlerden dolay da rulman akmlar meydana gelebilir.


29/98

29

Milde endklenen gerilim; rulmandaki gresin dielektrik kapasitesini aana kadar artmaya

devam eder ve sonra, rulman zerinden darbe eklinde bir akm geirerek dearj olur. Bu

dng motor alt srece devam eder ki, bu rasgele ve sk grlen dearj rulmann

bilyalar ile i ve d bilezikler arasnda kaynak etkisine neden olur. Bylece rulmann i ve

d bileziklerinde kk przler meydana gelir. Rulman akm nedeniyle meydana gelen

arzann ilk belirtileri motor sesindeki deiimdir. Rulman akmlarnn motor zerinde

izledii yol ekil 1.11de verilmitir.

Stator

MilRotor

Rulman Akm

Motor Gvdesi

D Bilezik

Bilya

Motor Aya

ekil 1.11 Rulman akmlarnn motor zerinde izledii yol.

Motor milinde endklenen gerilimler btn srcden beslenen motorlarda meydana gelir.

Ancak, bu endklenen gerilimlerin rulmanlara zarar vermesi sadece rulmanlar zerinden bir

akm dearj oluturmasyla gerekleir. Srcnn anahtarlama frekansnn yksek olmas bu

srcnn daha sessiz almasna neden olurken rulmanlarn daha abuk arzalanmasna

sebep olur. Bir ok uzman; anahtarlama frekansnn (tayc frekans), akustik grlt

seviyesine mmkn olduunca yakn seilmesini tavsiye etmektedir (EMRC, 2005).

Asenkron motorda meydana gelen rulman akmlarndan korunma metotlar aada belirtildii

gibidir:

Motor milinin topraklanmas ; bir aparat yardmyla milin topraklanmas; motor mili ile


30/98

30

karkas arasnda dk empedansl bir akm yolu oluturur. Bylece; mil gerilimi nedeniyle

meydana gelen akmlar, devresini rulman yerine bu aparat zerinden tamamlar. Bu yntemle

mil gerilimi ve rulman akm oluumu tamamen engellenmi olur. Bu aparatn montajekil

1.12de gsterilmitir.

ekil 1.12 Rulman akmlarn engellemesi amacyla motor milinin topraklanmas

zoleli rulman kullanmak; izoleli rulman kullanldnda mil geriliminin endklenmesi

engellenemez. Ancak akm yolu kesilerek zararl etki ortadan kaldrlmaya allr.

Dolaysyla motor, baka bir makineye akuple edilmise, akm; devresini dier makine

zerinden tamamlayabilir. ekil 1.13de motor zerindeki bir izoleli rulman grlmektedir.

ekil 1.13 Motor miline monte edilmi bir izoleli rulman

Mil gerilimi nedeniyle oluan rulman akmlarn zararsz bir yoldan topraa iletebilmek iin

hem izoleli rulman kullanmak hem de mili topraklamak en uygun zm olacaktr. Byle bir

kombinasyonun maliyetinin daha yksek olaca aktr. Dolaysyla korunma yntemine

karar vermeden nce fayda ve maliyet analizinin yaplmas gereklidir.

Faraday Kafesi kullanm; motorun stator ile rotoru arasna topraklanm bakr erit ya da

bakr boya gibi bir iletken malzeme yerletirilmesi, Faraday Kafesinin meydana gelmesini


31/98

31

salar. Bylece motor hava aralndan kapasite etkisiyle geen akmlar engellenmi ve mil

gerilimleri minimuma indirgenmi olur. Ancak maliyeti ok yksek olduundan pratikte

ender olarak kullanlr. Bu yntemin blok diyagram ekil 1.14te gsterilmitir.(EMRC,

2005)

ekil 1.14 Asenkron motorda Faraday kafesinin yerletirilmesi

Yukarda belirtilen tm arzalar tespit edebilmek iin kullanlan tipik bir sistem aadaki

ekilde belirtilmitir. Bu sistem; drt ksmdan olumaktadr ki bunlar veri toplama, n

ileme, hata tespit algoritmas ve son ilemedir.

ekil 1.15 Tipik bir arza tespit sistemi

Gnmzde ska kullanlan arza tespit metotlar aada maddeler halinde sralanmtr.

Bunlar;

1) Titreim analizi (Vibration Monitoring),

2) Motor akm iaret analizi (Motor Current Signature Analising, MCSA),

3) l nveleri kullanarak yaplan elektromanyetik alan analizi,

4) Kimyasal analiz,


32/98

32

5) Is lm,

6) Inrfared lm,

7) Akustik grlt lm,

8) Radyo frekansndaki grltlerin lm,

9) Ksmi dearj lmdr.

Baz arza tespit yntemlerinin karlatrlmas izelge 1.1de gsterilmitir.

izelge 1.1 Arza tespit yntemlerinin karlatrlmas

Tespit edilebilen arza eitleri

Yntem

zolasyon

StatorSargs

Rotorsargs

Rotormekanikarza

lar

Yataklamaarzala

r

Titreim analizi - - + + +

Akm analizi + + + + +

Ak analizi - + + + -

Kimyasal analiz - - - - +

Soutucu gaz + + + - -

Ksmi dearj + - - - -

1.3.1 Asenkron Motorda Meydana Gelen Arzalarn Belirtileri

Asenkron motorda bir arza meydana geldiinde, stator sarglarnda dengesizlik ve /veya

stator hava aralnda deiimler oluur. Bunun neticesinde motorun uzay harmonik

dalmnda deiimler oluacaktr. Aratrmalara gre asenkron motorlarda meydana gelen

mekanik arzalar, aadaki belirtilerden tehis edilebilir ki bunlar;

1. Dengesiz hava aral gerilimi ve hat akm,

2. Ortalama momentte azalma ve moment dalgallnda art,


33/98

33

3. Makine kayplarnda art ve arsnma, verimde azalma,

4. Hat akmnda belirli harmoniklerin art,

5. Eksenel ynde kaak endktans artdr (Zhongming, 2000).

Asenkron motorda meydana gelen arzalar ile stator akm harmonik spektrumu arasnda bir

iliki vardr. Aratrmalar gstermitir ki, belirli arza durumlarnda motorun ebekeden

ektii faz akmnn belirli harmonikleri deiim gstermektedir. Rotorda meydana gelen

arzalar, asenkron motorlarda meydana gelen arzalarn byk bir ounluunu oluturur. Bu

tr arzalarn byk ounluunu oluturan; rotor ubuklarndaki ya da ksa devre

halkalarndaki krklar ise, aada belirtilen streslerin neticesinde meydana gelmektedir ki

bunlar;

1. Motordaki ar kayplar ya da motorun nominal yknn zerindeki bir ykle yklenmesineticesinde meydana gelen termal stresler,

2. Elektromanyetik grltler, elektromanyetik kuvvetler, dengesiz elektromanyetik ekimkuvveti (UMP) ve titreim nedeniyle meydana gelen manyetik stresler,

3. retim hatalar nedeniyle meydana gelen yerleik stresler,

4. Mildeki ani moment deiimleri ve merkezka kuvveti nedeniyle meydana gelen stresler,

5. Kimyasal ya da fiziksel kirlenme veya anma gibi evresel stresler,

6. Yataklama problemleri nedeniyle meydana gelen streslerdir. (Nandi,2005)

Kliman (1988) ve Thomson (1988) tarafndan yaplan almalarda rotor ubuklarnda krk

meydana geldiinde, belirli frekanslarndaki harmonik bileenlerinin artn gstermitir. Bu

harmoniklerin frekans ise;

( )fksfb 21= (1.37)

eklinde hesaplanabilir. Burada s; kayma ve f ; besleme gerilimi frekansn ve k =1,2,3

kmesini ifade etmektedir.

Stator Asimetrisi : Bu tr arzalar; faz - faz ya da faz - toprak ksa devreleri ile

neticelenebilecek sarg izolasyon problemlerini iermektedir. Stator sarglarnda meydana

gelen arzalar neticesinde, asenkron motorebekeden dengesiz bir hat akm ekmeye balar,

ancak dengesiz hat akm, makinann doymasndan ya da dengesiz yklenmesinden de

oluabilir.

Stator hava aral ile ilgili arzalar: Asenkron motorun salkl alabilmesi, stator ile rotor

hava aralnn her noktada sabit kalmasn gerekmektedir. Eer stator nvesi oval biimdeyse


34/98


35/98

35

bilezik arzas varsa :

+=

P

Br

Bi

D

Df

Nf

cos1

2(1.41)

D bilezik arzas varsa :

=

P

Br

Bd

D

Df

Nf

cos1

2

(1.42)

Bilyalarda arza varsa :

=

2

22 cos1

2P

Br

B

Pb

D

Df

D

Df

(1.43)

Kafes arzas varsa :

=

P

Brk

D

Dff

cos1

2

1(1.44)

d

r. Burada :

NB : Rulmandaki bilye says,

DP : Rulman d ap,

DB : Bilya ap,

: Radyan olarak temas as,

nr: Rotor hz [devir/saniye]dr.

Bu karakteristik bileenler ou 6 ya da 12 bilyeye sahip rulmanda yaklak olarak,

rd nnf .4,0= (1.45)

ri nnf .6,0= (1.46)

Denklemleri ile belirlenir. izelge 1.2de asenkron motorda meydana gelebilecek mekanik

arzalar ve bu arzalarn rettii harmonik bileenler zetlenmitir.

Yukardaki eitliklerden de grlebilecei gibi, deiik arzalar asenkron motorun ebekeden

ektii akmda deiik mertebeden harmonik bileenlerin ortaya kmasna neden olmaktadr.

Buna gre arzalarn cinsi, salkl bir motorun ebekeden ektii akm ile arzal motorun

ebekeden ektii akmn karlatrlmas ile tespit edilebilir. Ancak, rotor ubuklarnda

meydana gelen arzalar ile hava aralndaki dzensizlikler ayn mertebeden harmonik

bileenler meydana getirmektedir. Bu nedenle bahsedilen iki arza sadece akm

harmoniklerinin tetkiki ile ayrt edilemez. Bunun yan sra krk rotor ubuklar sreksiz uzay


36/98

36

harmonikleri de rettiinden, bu arzann karakteristik harmonikleri hava aral

dzensizliine gre ok daha yava deiir. Bylece, yksek frekans harmonik bileenlerinin

de kontrol edilmesi ile iki arza birbirinden ayrt edilebilir (Zhongming, 2000), (Zidani, 2005).

izelge 1.2 Asenkron motorda meydana gelen arzalar sonucunda ortaya kan harmoniklerinkarakteristik frekanslar

Arzalar Karakteristik frekanslar

K

r

k rotor ubuu ( )fksfb 21=

Hava aral simetrisizlii ( )( )[ ]fvpsnkRf da = /1

Gevek rotor mili 0,5fr,fr,2fr,3fr

bilezik arzas

+=

P

Br

Bi

D

Df

Nf

cos1

2

D bilezik arzas

=P

Br

Bd

D

Df

Nf

cos1

2

Bilya arzas

=

2

22 cos1

2P

Br

B

Pb

D

Df

D

Df

Kafes arzas

=

P

Brk

D

Dff

cos1

2

1


37/98

37

2. YAPAY SNR ALARI (YSA)

Beynin stn zellikleri, bilim adamlarn zerinde almaya zorlam ve beynin nrofiziksel

yapsndan esinlenerek matematiksel modeli karlmaya allmtr. Beynin tm

davran

lar

n

tam olarak modelleyebilmek amac

yla; fiziksel bileenlerinin doru olarakmodellenmesi gerektii dncesi ile, eitli yapay hcre ve a modelleri gelitirilmitir. Bu

balamda; Yapay Sinir Alar denen yeni ve gnmz bilgisayarlarnn algoritmik

hesaplama ynteminden farkl bir bilim alan ortaya kmtr. Yapay sinir alar; yaps, bilgi

ileme yntemindeki farkllk ve uygulama alanlar, nedeniyle eitli bilim dallarnn da

kapsam alanna girmektedir.

Genel anlamda YSA, beynin bir ilevi yerine getirme yntemini modellemek iin tasarlanan

bir sistem olarak tanmlanabilir. YSA, yapay sinir hcrelerinin birbirleri ile eitli ekillerdebalanmasndan oluur ve genellikle katmanlar eklinde dzenlenir. Donanm olarak,

elektronik devrelerle ya da bilgisayarlarda yazlm olarak gereklenebilir. Beynin bilgi ileme

yntemine uygun olarak YSA, bir renme srecinden sonra bilgiyi toplama, hcreler

arasndaki balant arlklar ile bu bilgiyi saklama ve genelleme yeteneine sahip paralel

dalm bir ilemcidir. renme sreci, arzu edilen amaca ulamak iin, YSA arlklarnn

yenilenmesini salayan renme algoritmalarn ihtiva eder (obanolu,2005).

2.1 Yapay Sinir Alarnn zellikleri

Yukarda verilen aklamalardan, YSA nn hesaplama ve bilgi ileme gcn, paralel

dalm yapsndan, renebilme ve genelleme yeteneinden ald sylenebilir. Genelleme,

eitim ya da renme srecinde karlalmayan giriler iin de YSA nn uygun tepkileri

retmesi olarak tanmlanr. Bu stn zellikleri, YSA nn karmak problemleri zebilme

yeteneini gsterir. Gnmzde birok bilim alannda YSA, aadaki zellikleri nedeniyle

etkin olmu ve uygulama yeri bulmutur (obanolu,2005).

2.1.1 Dorusal Olmama

YSA nn temel ilem eleman olan hcre, dorusal deildir. Dolaysyla hcrelerin

birlemesinden meydana gelen YSAnn da dorusal olmad aikardr ve bu durum btn

aa yaylm vaziyettedir. Bu zellii ile YSA, dorusal olmayan karmak problemlerin

zmnde en nemli ara olmutur .


38/98

38

2.1.2 renme

YSA nn arzu edilen davran gsterebilmesi, amaca uygun olarak dzenlenmesine baldr.

Bu da , hcreler arasnda doru balantlarn yaplmas ve balantlarn uygun arlklara

sahip olmas gerektiini ifade eder. YSA nn karmak yaps nedeniyle balantlar ve

arlklar nceden ayarl olarak verilemez ya da tasarlanamaz. Bu nedenle YSA, istenen

davran gsterecek ekilde ilgilendii problemden ald eitim rneklerini kullanarak,

problemi renmelidir.

2.1.3 Genelleme

YSA, ilgilendii problemi rendikten sonra bu srete karlamad test rnekleri iin de

arzu edilen tepkiyi retebilir. rnein, karakter tanma amacyla eitilmi bir YSA, bozuk

karakter girilerinde de doru karakterleri verebilir veya bir sistemin eitilmi YSA modeli,

eitim srecinde verilmeyen giri sinyalleri iin de sistemle ayn davran gsterebilir.

2.1.4 Uyarlanabilirlik

YSA, ilgilendii problemdeki deiikliklere gre arlklarn ayarlar. Yani, belirli bir

problemi zmek amacyla eitilen YSA, problemdeki deiikliklere gre tekrar eitilebilir,

ve bunlar devaml ise gerek zamanda da eitime devam edilebilir. Bu zellii ile YSA,

uyarlamal rnek tanma, sinyal ileme, sistem tanmlama ve denetim gibi alanlarda etkin

olarak kullanlr.

2.1.5 Hata Tolerans

YSA, ok sayda hcrenin eitli ekillerde balanmasndan olutuundan paralel dalm

bir yapya sahiptir ve an sahip olduu bilgi, adaki btn balantlar zerine dalm

durumdadr. Bu nedenle, eitilmi bir YSA nn baz balantlarnn hatta baz hcrelerinin

etkisiz hale gelmesi, an doru bilgi retmesini nemli lde etkilemez. Bu nedenle,

geleneksel yntemlere gre hatay tolere etme yetenekleri son derece gelimitir.

2.1.6 Donanm ve Hz

YSA; paralel yaps nedeniyle, byk lekli entegre devre (VLSI) teknolojisi ile

gereklenebilir. Bu zellik; YSA nn hzl bilgi ileme yeteneini artrdndan ve gerek

zamanl uygulamalarda tercih edilmesine neden olur.


39/98

39

2.1.7 Analiz ve Tasarm Kolayl

YSAnn temel ilem eleman olan, hcrenin yaps ve modeli, btn YSA yaplarnda

yaklak ayndr. Dolaysyla, YSA nn farkl uygulama alanlarndaki yaplar da standart

yapdaki bu hcrelerden oluacaktr. Bu nedenle, farkl uygulama alanlarnda kullanlan YSA

lar benzer renme algoritmalarn ve teorilerini paylaabilirler. Bu zellik, problemlerin

YSA ile zmnde, nemli bir kolaylk getirecektir (obanolu,2005).

2.2 YSAnn Uygulama Alanlar

Son yllarda YSA lar, zellikle bugne kadar zm; zor ve karmak olan ya da ekonomik

olmayan, ok farkl alanlardaki problemlerin zmne uygulanm ve genellikle baarl

sonular alnmtr. YSA lar ok farkl alanlara uygulanabilir ancak btn uygulamaalanlarn sralamak yerine YSA nn uygulama alanlar genel bir snflandrma ile aadaki

gibi 6 grup ierisinde toplamak mmkndr.

2.2.1 Arza Analizi ve Tespiti

Bir sistemin, cihazn veya elemann doru alma eklini renen bir YSA vastasyla; bu

parametrelerde meydana gelebilecek arzalarn tanmlanmas mmkndr. Bu nedenle YSA;

elektrik makinelerinin, uaklarn ya da bileenlerinin, entegre devrelerin ve bunlar gibi biroksistemin arza analizinde kullanlmtr.

Yapay zeka algoritmalar ve zellikle yapay sinir alar alannda son yirmi ylda yaanan hzl

geliim neticesinde bu algoritmalar, farkl bir ok branta kendine uygulama alan bulmutur.

Yapay sinir alarnn; renme ve genelleme zellikleri, bu algoritmann, karmak

matematiksel modellemeler gerektiren alma alanlarnda, popler olmasn salamtr.

Bunlardan biri de asenkron motorda meydana gelen arzalarn tespitidir. Asenkron motorun

dinamik davrann elde etmek zere gelitirilen matematik modeller; zamana ve rotor

pozisyonuna gre deien katsayl diferansiyel denklemler ierir. Bu nedenle asenkron

motorun kullanld tm uygulamalarda, sistemin dinamik davrann incelemek isteyen

aratrmaclar, karmak matematiksel modellerle uramak zorunda kalmlardr. Bu

balamda, iinde asenkron motorun bulunduu dinamik sistemlerde; karmak matematiksel

ilemlerle uramak yerine YSA kullanm olduka yaygnlamtr. Literatr incelendiinde;

yaklak son on yl iinde asenkron motorlarda meydana gelen arzalarn tespiti konusunda

YSAlardan faydalanld grlmtr. Bilhassa; Mo yuen Chowun yapm olduu bukonudaki almalar dikkat ekicidir. Chow, zellikle stator izolasyon arzalar ile yataklama


40/98

40

arzalar zerinde durmutur. Chow yapt bir almada (1991); asenkron motorda meydana

gelen yataklama arzalarn tespit edebilmek iin motordaki srtnme kayplarndan

faydalanm ve salam bir motorda srtnme kayplarnn tm kayplar iinde %5lik bir pay

olduunu, bu oran arttka rulmanlarda meydana gelen anmann da arttna dikkat

ekmitir. Benzer ekilde; stator sarglarnda meydana gelecek bir izolasyon arzasnn da

sargdaki sarm saysn azaltacan ve bylelikle motorun ebekeden ekecei akmn artarak

bakr kayplarnda bir art meydana getireceini belirtmitir. Bu iki arza tipini tespit

edebilmek iin motordan ald veriler (asal hz ve faz akm) ile sarg izolasyon durumuyla

rulmanlarn durumu arasnda bir iliki kurmutur. Bu ilikiyi de bir YSAna retmi

bylece, girilerden yola karak klar hakknda bir tahminde bulunmutur. (Chow M.

Y.,1991)

Chow, daha sonra yapt almalarda bu almasn gelitirmi, arza tespitinde kullanlacak

a Fuzzy Lojik (bulank mantk) yaklamyla otomatik olarak optimize eden bir yaklam

ortaya koymutur (Chow M. Y.,1993,Part I ve II)

Altu yapt almada, asenkron motorda meydana gelen yataklama arzalarn tespit etmek

zere FALCON (Fuzzy Adaptif Kontrol renme A) adn verdii bir YSA kullanm,

a eitmek ve optimize etmek iin Fuzzy karar verme mekanizmasndan faydalanan bir

sistem oluturmutur (Altu,1999).

Bo Li yapt almada (2000) asenkron motora yerletirdii bir titreim sensrnden

ald verileri FFT spektrumuna aarak bir YSAna uygulamtr ve bylece motorda

meydana gelen rulman arzalarn tespit etmitir (Li, 2000) .

Asenkron motorlarda arza tespiti yapmak bilgi ve tecrbe gerektirdiinden, ancak deneyimli

mhendislerin gerekletirebilecei bir sretir. Bir fabrikada kullanlan tm asenkron

motorlarn ektii akmlarn rneklenerek yorumlanmas ise bir ya da bir ka deneyimli

mhendisin yapamayaca kadar zahmetli bir itir. Bu nedenle, yukarda verilen rneklerde de

grld gibi, aratrmaclar eitli yntemler oluturarak deneyimli bir mhendisin

yapaca ii yapay zeka algoritmalaryla gerekletirmeye almlardr.

2.2.2 Tp Alannda

YSAlar, elektroansefalografi ve elektrokardiyografi gibi tbbi sinyallerin ve kanserli

hcrelerin analizinde, protez tasarm, transplantasyon zamanlarnn optimizasyonu ve hastane

giderlerin optimizasyonu gibi birok konuda uygulama yeri bulmutur.


41/98

41

2.2.3 Savunma Sanayi

Silahlarn otomasyonu ve hedef izleme, nesneleri veya grntleri ayrma ve tanma, yeni

alglayc tasarm ve grlt nleme ve benzeri gibi alanlara uygulanmtr.

2.2.4 Haberleme

Grnt ve veri sktrma, otomatik bilgi sunma servisleri, konumalarn gerek zamanda

evirisi ve benzeri gibi alanlarda uygulama rnekleri vardr.

2.2.5 retim

retim sistemlerinin optimizasyonu, rn analizi ve tasarm, rnlerin kalite analizi ve

kontrol, planlama ve ynetim analizi gibi alanlara uygulanm

t

r.

2.2.6 Otomasyon ve Kontrol

Uaklarda otomatik pilot sistemi otomasyonu, ulam aralarnda otomatik yol bulma veya

gsterme, robot sistemlerin kontrol, dorusal olmayan sistemlerin modellenmesi ve kontrol,

elektrikli src sistemlerin kontrol gibi alanlarda yaygn bir uygulama yeri bulmutur.

2.3 Yapay Sinir A Yaplar

Yapay sinir alar, hcrelerin birbirleri ile eitli ekillerde balanmalarndan oluur. Hcre

klar, arlklar zerinden dier hcrelere veya kendisine giri olarak balanabilir ve bu

balantlarda gecikme birimi de kullanlabilir. Hcrelerin; balant ekillerine, renme

kurallarna ve aktivasyon fonksiyonlarna gre eitli YSA yaplar gelitirilmitir. Bu

blmde, eitli problemlerin zmnde kullanlan ve kabul grm baz YSA yaplar,

ayrntsna girmeksizin genel zellikleri ile tantlacaktr (obanolu,2005).

2.3.1 Radyal Tabanl Fonksiyon Alar ( RTFA)

Katmanl YSAnn tasarmnda eiticili geriye yaylm renme algoritmas, balant

arlklarnn optimize edildii bir uygulamadr. Radyal tabanl fonksiyon a tasarm ise, ok

boyutlu uzayda eri uydurma yaklamdr ve bu nedenle RTFA nn eitimi; ok boyutlu

uzayda eitim verilerine en uygun bir yzeyi bulma problemidir. RTFA nn genellemesi ise;

test verilerini interpole etmek amacyla, eitim srasnda bulunan ok boyutlu yzeyin

kullanlmasna edeerdir. Radyal tabanl fonksiyonlar, saysal analizde ok deikenliinterpolasyon problemlerinin zmnde kullanlm ve YSAnn gelimesi ile birlikte bu


42/98

42

fonksiyonlardan YSA tasarmnda yararlanlmtr. RTFA, ileri beslemeli YSA yaplarna

benzer ekilde; giri, orta ve k katmanndan oluur. Ancak, giri katmanndan orta

katmana dnm, radyal tabanl aktivasyon fonksiyonlar ile dorusal olmayan sabit bir

dnmdr. Orta katmandan k katmanna dnm ise; uyarlamal ve dorusal bir

dnm ile gerekletirilir.

ekil 2.1 Radyal tabanl fonksiyon a yaps

Eri uydurma teorisi; herhangi ok deikenli ve srekli bir F(x) fonksiyonunu yaklatrmaveya interpole etme problemi ile ilgilidir. nterpolasyon problemi; k=1,2,..........N iin xk; veri

noktas ve dk;gerek deerler olmak zere F(xk) = dk interpolasyon koulunu salayan F(.)

fonksiyonunun bulunmas olarak tanmlanr. Radyal tabanl fonksiyonlarla dorusal F(.);

fonksiyonu denklem (2.11)deki gibi tanmlanr.

( ) ( )kkN

k

k xxWxF = =

1

(2.11)

Burada (.); dorusal olmayan radyal tabanl fonksiyonu, ; genellikle standart klit

uzakldr. Bilinen veri noktalar, radyal tabanl fonksiyonlarn merkezleri olarak sylenir.

RTFA nn genel yapsnda; veri rnei kadar orta katman hcresine ve arla gerek

duyulduundan genel zm yaknsayan en iyi zm aranr. M


43/98

43

denklemi ile ifade edilir.

Burada ci; veri noktalarndan belirlenecek olan radyal tabanl fonksiyonlarn merkez

vektrleridir. RTFAda orta katman aktivasyon fonksiyonu; genellikle standart klit

uzakl

klar

n

stel fonksiyondan geiren Gaussian fonksiyonudur ve aa

daki denklem iletanmlanr.

( )

=icx

ii ecx22

1

(2.13)

RTFAda uyarlanabilecek serbest parametreler; merkez vektrleri, radyal fonksiyonlarn

genilii ve k katman arlklardr. k katman dorusal olduundan, arlklar; eim

dme veya dorusal en iyileme yntemleri ile kolayca bulunabilir. Merkezler, giriler

arasndan rasgele ve sabit olarak seilebilmekle birlikte, RTFA nn performansn

iyiletirmek iin, merkez vektrlerinin ve geniliin uyarlanmas amacyla eitli yntemler

gelitirilmitir. Merkez vektrleri; eim dme yntemine gre eiticili renme algoritmas

ile uyarlanarak, dik en kk kareler yntemi ile, veya kendiliinden dzenlemeli yntemle

giri rneklerinden bekleme yaplarak belirlenebilir (obanolu,2005).


44/98

44

3. UYGULAMA

3.1 Test Dzenei

nceki blmlerde bahsedilen ar

za tespit yntemlerininin uygulamadaki performanslar

n

karlatrabilmek iin, ekil 3.1de gsterilen test dzenei hazrlanmtr.

ekil 3.1 Asenkron motorlarda meydana gelen rulman arzalarn tespit edebilmek iinkurulan deney seti.

ekilden de grlecei gibi deney dzenei mekanik ve elektrik olmak zere iki ksmdan

olumaktadr. Mekanik ksmda; fazl sincap kafesli asenkron motor, tako generatr ve bir

alternatr (otomobil arj dinamosu) bulunmaktadr. Her makinenin milleri birbirine elik

kaplinler kullanlarak akuple edilmitir. Alternatrn grevi, asenkron motoru istenilen

oranda yklemektir. Burada, dc generatr yerine arj dinamosu (alternatr) kullanlmasnn

nedeni; bu makinenin u geriliminin devir saysndan bamsz olarak sabit tutulabilmesidir.

arj dinamosunda sistemin devir says dse dahi, k gerilimi konjektr ad verilen devre

yardmyla, 12V dc deerinde sabit tutulabilir. Deney setindeki asenkron motor, fazl ve

sincap kafesli olup rulman arzalarnn oluturulaca makinedir. Asenkron motorun etiket

deerleri izelge 3.1de verilmitir.


45/98


46/98

46

ekil 3.3 Deneyde kullanlan ve suni olarak arzalandrlm rulmanlardan bazlar. D bilezikarzal rulman (a), bilezik arzal rulman (b), Kafes arzas (c), Bilya arzas (d) bulunan

rulman.

izelge 3.2 6204ZZ kod numaral rulmann katalog bilgileri

Boyutlar

d[mm] D[mm] B[mm] rsmin[mm] DB[mm] DP[mm]NB [] Limit Hz[d/dak]

20 47 14 1 7.94 33.5 8 0 18000

Test dzeneinde motorun devir saysn lebilmek iin bir tako generatr bulunmaktadr.

Bu makine; sabit mknatsl, 3000 d/d hzda 90V reten bir dinamodur. Tako generatrn

rettii gerilim 2500 3000 d/dak arasndaki hzlarda lineer olup, elde edilen gerilim bir

gerilim blc yardmyla 0 5V mertebesine indirilmitir.

Deney setinin elektriksel ksm ise; temel olarak 3 adet akm transformatr, yk (lamba) ve

bir kiisel bilgisayardan oluur. Mekanik ksmda bulunan her makinenin da balant ular

elektriksel ksmdaki klemenslere irtibatlanmtr. Deney setinde bulunan 3 adet akm

transformatr 5/1 evirme oran

na sahiptir. Bu transformatrlerin sekonder ular

5lukdirenler zerinden ksa devre edilmitir. Direnlerin zerindeki gerilim, dzenekteki soket

yardmyla bir kiisel bilgisayara bal veri toplama kartna uygulanr. Bylece motorun 3 faz

akm 10ksample/s hznda rneklenmi olur. Benzerekilde tako generatrden alnan gerilim

bilgisi de bir gerilim blc devre yardmyla zayflatldktan sonra, PC balant soketine ve

oradan da veri toplama kartna uygulanr.

Test dzeneinde kullanlan PCI 1200 data acquisition kart National Instruments

firmasnn rettii, 12 bitlik 8 tek ve 4 diferansiyel analog girili, 24 dijital I/Oya sahip, 3adet 16 bitlik zamanlaycs bulunan 100ksample/s hznda rnekleme yapabilen dk


47/98

47

maliyetli ve ok amal bir arabirimdir (National Instruments, 1996). rnekleme ileminin

gerekletirilmesi iin yine National Instruments firmasnn rettii LABVIEW isimli paket

program kullanlmtr. Bu sistem yardmyla gerek dnyadaki veriler saysala

dntrlerek bilgisayar ortamnda kaydedilir ve saklanr. Elde edilen verilerin ilenmesinde,

matematiksel ilemlerin yaplmasnda, yapay sinir ann gelitirilmesinde MATLAB

isimli paket programndan faydalanlmtr.

Deney setinde, asenkron motorun yklenmesi bir otomobil arj dinamosuna (alternatr) bal

lambalarla salanmaktadr. Lambalarn nominal gerilimi 12V dc olup her bir lamba 50W g

ekmektedir.

3.2

H

zl

Fourier Dnm Analizi Kullan

larak Gerekletirilen Ar

za Tespiti

Asenkron motorda meydana gelen rulman arzalarnn tespiti iin literatrde ska karlalan

metotlardan birisi de, motorun ebekeden ektii akmn incelenmesidir. Bu metot ksaca

MCSA (Motor Current Spectrum Analysis) olarak adlandrlr. Literatrde en ok karlalan

akm analizi tr ise Hzl Fourier Dnm (FFT) analizi olarak adlandrlan yntemdir. Bu

yntemin temeli, motor hat akmnn frekans bileenlerine ayrlmas ve belirli frekanslardaki

harmonik genliklerinin incelenmesine dayanr. Yaplan almalara gre, yataklama

elemanlarnda meydana gelen belirli tipteki arzalar; motor akmnn belirli frekanslardakiharmoniklerinin genliklerinde deiime sebep olur (Obaid R., 2003). FFT analizi ynteminde;

arzann cinsini belirlemek iin daha nce hesaplanan frekanslardaki harmonik genliklerinin

deiimi gzlemlenir.

FFT analizi yntemini gerekletirmek iin yaplan almada kullanlan deney setinin yaps

ekil 3.5te verildii gibidir. Deney setini mmkn oldunca dk harmonik ieriine sahip

bir gerilimle besleyebilmek iin bir alternatr tarafndan retilen fazl gerilim

kullanlmtr. Yaplan almada, FFT analizini gerekletirebilmek iin motor bir faz akm

ile tako generatrden alnan devir bilgisi 10 kHz frekansnda rneklenmi ve veri toplama

kart yardmyla bir PCye aktarlmtr. Daha sonra MATLAB paket program yardmyla

iaretin 4096 noktal FFTsi alnarak akm iareti, frekans bileenlerine ayrlmtr. Sistemdeki

grltlerin etkilerini en aza indirebilmek iin, FFT algoritmas on defa hesaplanarak

ortalamas alnmtr.


48/98

48

D.A.ntDinamo

D.A.ntMotor

Alternatr

PC

FFTDnm

YK TakoGenerator

3 FazlAsenkronmotor

VeriToplamaKart

ekil 3.4 Deney setinin bir senkron generatrden beslenmesine ait montaj emas

Montaj emasndan da grlecei zere asenkron motora, besleme gerilimindeki harmonikleri

azaltmak amacyla, bir senkron generatrn rettii fazl gerilim uygulanmtr.

Alternatrn ihtiya duyduu mekanik enerjiyi bir D.A. nt motoru ve uyarma akmn da bir

ikaz dinamosu temin etmektedir. Elde edilen 3 fazl gerilimin, ebeke gerilimine kyasla

harmonik ieriinin az olduu sylenebilir.

Deney dzeneinde kullanlan asenkron motorda bulunan, 6204ZZ tip rulmann izelge

3.2de verilen katalog bilgileri ile motor devri (alternatrden besleme durumunda ve bota

alma iin) n = 2952d/d olarak llmtr. Bu devir says ve (1.41), (1.42), (1.43) ve

(1.44) eitliklerine gre karakteristik titreim frekanslar fi = 243,44 Hz, fd = 150,16 Hz, fb =

195,92 Hz, fk = 18,77 Hz olarak hesaplanr. Yukarda hesaplanan mekanik titreim

frekanslarna gre oluacak elektriksel harmonik frekanslar ise; (1.40) bantsna gre

izelge 3.3te verildii gibidir.


49/98

49

izelge 3.3 Alternatrden beslenen ve bota alan asenkron motorda rulman arzasnedeniyle meydana gelen titreim ve elektriksel harmonik frekanslar

fe [Hz]

fv [Hz] m = -1 m = 1 m = -2 m = 2 m =- 3 m = 3 m =- 4 m = 4

fi =243.44 193,44 293,44 436,88 536,88 680,32 780,32 923,76 1023,76

fd =150.16 100,16 200,16 250,32 350,32 400,48 500,48 550,64 650,64

fb = 195.92 145,92 245,92 341,84 441,84 537,76 637,76 733,68 833,68

fk= 18.77 31,23 68,77 12,46 87,54 6,31 106,31 25,08 125,08

izelge 3.3te verilen karakteristik harmonik frekans genlikleri, motor akm frekans

spektrumuna alarak incelenirse, ekil 3.5teki veriler elde edilir.

ekil 3.5 Alternatrden beslenen ve bota alan asenkron motorda; salam ve d bilezik

arzas (a), salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c), salam ve bilya arzas(d), bulunan rulman kullanldnda elde edilen frekans spektrumlar


50/98

50

Alternatrden beslenen asenkron motor, yklendiinde devir says n = 2923 d/d olmaktadr.

Bu durumda rulman arzas nedeniyle meydana gelen titreim frekanslar; fi = 241,05 Hz, fd =

148,68 Hz, fb = 194,00 Hz, fk = 18,59 Hz olarak hesaplanr. Hesaplanan mekanik titreim

frekanslarna gre oluacak elektriksel harmonik frekanslar ise; (1.40) bantsna gre

izelge 3.4te verildii gibidir.

izelge 3.4 Alternatrden beslenen ve ykl alan asenkron motorda rulman arzasnedeniyle meydana gelen titreim ve elektriksel harmonik frekanslar

fe [Hz]

fv [Hz] m = -1 m = 1 m = -2 m = 2 m =- 3 m = 3 m =- 4 m = 4

fi = 241,05 191,05 291,05 432,1 532,1 673,15 773,15 914,2 1014,2

fd = 148,68 98,68 198,68 247,36 347,36 396,04 496,04 544,72 644,72

fb = 194,00 144 244 338 438 532 632 726 826

fk= 18,59 31,41 68,59 12,82 87,18 5,77 105,77 24,36 124,36

Yukardaki tabloda verilen karakteristik harmonik frekans genlikleri, motor akm frekans

spektrumunda incelenirse ekil 3.7deki deiimler elde edilir.

ekil 3.6 FFT analizi yntemini ebekeden beslenen motorda gerekletirmek iin kurulandeney setinin blok diyagram


51/98

51

ekil 3.7Alternatrden beslenen ykl asenkron motorda; salam ve d bilezik arzas (a),salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c), salam ve bilya arzas (d),

bulunan rulman kullanldnda elde edilen frekans spektrumlar

Deney dzeneinde kullanlan asenkron motorun devri (ebekeden beslendii durmunda bota

alma iin) n = 2956d/d olarak tespit edilmitir. Buna gre (1.41), (1.42), (1.43) ve (1.44)

eitliklerine gre yaplan hesaplamalarda karakteristik titreim frekanslar fi = 243,77 Hz, fd =

150,36 Hz, fb = 196,19 Hz, fk = 18,79 Hz olarak elde edilir.Bu mekanik titreim frekanslarna

gre oluacak elektriksel harmonik frekanslar ise; (1.40) bantsna gre izelge 3.5teverildii gibidir.


52/98

52

(a) (b)

(c) (d)

izelge 3.5 ebekeden beslenen ve bota alan asenkron motorda rulman arzas nedeniylemeydana gelen titreim ve elektriksel harmonik frekanslar

fe [Hz]

fv [Hz] m = -1 m = 1 m = -2 m = 2 m =- 3 m = 3 m =- 4 m = 4

fi =243.77 193,77 293,77 437,54 537,54 681,31 781,31 925,08 1025,08

fd =150.36 100,36 200,36 250,72 350,72 401,08 501,08 551,44 651,44

fb = 196.19 146,19 246,19 342,38 442,38 538,57 638,57 734,76 834,76

fk= 18.79 31,21 68,79 12,42 87,58 6,37 106,37 25,16 125,16

izelge 3.5te verilen karakteristik harmonik frekans genlikleri, motor akm frekans

spektrumunda incelenirse, ekil 3.8 elde edilir.

ekil 3.8 ebekeden beslenen ve bota alan asenkron motorda; salam ve d bilezik arzas(a), salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c), salam ve bilya arzas (d)

bulunan rulman kullanldnda, elde edilen frekans spektrumlar

Ayn motorebekeden besleniyor ve ykl alyorken devir says n = 2928 d/d olmaktadr.


53/98

53

Bu almaya ilikin sistemin blok diyagram ekil 3.7de verilmitir.izelge 3.2de verilen

etiket deerleri ve (1.41), (1.42), (1.43) ve (1.44) bantlar gz nne alnrsa motorda

meydana gelen titreim frekanslar f = 241,47 [Hz], fD = 147,82 [Hz], fB = 192,87 [Hz], fK=

18,48 [Hz] olarak hesaplanr. Buna gre oluacak elektriksel harmonik frekanslar ise; (1.40)

bantsna gre izelge 3.6da verildii gibidir.

izelge 3.6 ebekeden beslenen ve ykl alan asenkron motorda rulman arzas nedeniylemeydana gelen titreim ve elektriksel harmonik frekanslar

fe [Hz]

fv [Hz] m = -1 m = 1 m = -2 m = 2 m =- 3 m = 3 m =- 4 m = 4

fi = 241,47 191,47 241,47 432,94 532,94 674,41 774,41 915,88 1015,88

fd = 148,93 98,93 148,93 247,86 347,86 396,79 496,79 545,72 645,72

fb = 194,33 144,33 194,33 338,66 438,66 532,99 632,99 727,32 827,32

fk= 18,62 31,38 81,38 12,76 87,24 5,86 105,86 24,48 124,48

Yukardaki tabloda verilen karakteristik harmonik frekans genlikleri motor akm frekans

spektrumunu ekil 3.9da verilmitir.

ebekeden ve alternatrden beslenen, bota ve ykte alan 3 fazl asenkron motora salam

ve deiik tiplerde arzal rulmanlar uygulandnda ebekeden ekilen akmn frekans

spektrumlar ekil 3.5 ekil 3.8(a), (b), (c) ve (d)de verilmitir. Buna gre d bilezik

arzas bulunan rulman kullanldnda elde edilen spektrumla salam durum arasnda baz

farkllklar gze arpmaktadr. izelge 3.5te hesaplanan karakteristik frekanslar incelenecek

olursa 100, 200, 551 ve 651 Hze karlk gelen frekans bileenlerinde bir deiim olduu

aktr. Ancak rulmanda i bilezik arzas meydana geldiinde elde edilen frekans spektrumu

izelge 3.6te hesaplanan karakteristik frekanslar gz nne alndnda, salam durumdan

ok da farkl deildir. Ayn ifadeler kafes ve bilya arzas bulunan koullar iin de

sylenebilir. Dolaysyla, FFT spektrumu incelenerek rulman arzalarnn tespiti her ne kadar

teorik olarak yaplabilse de, pratik bakmdan pek mmkn grlmemektedir. Literatrde,

bunu destekleyen almalar da mevcuttur (NEL, 2005).


54/98

54

(a) (b)

(c) (d)

(a) (b)

(c) (d)(d)(c)

Asenkron motor ykl alt durumdaki salam ve arzal frekans spektrumlar yukarda

karlatrmal olarak verilmitir. ekillerden de anlalaca gibi ykte almada arzay

tespit etmek, bota almadaki durumdan daha gtr. Ancak rulmanda meydana gelen d

bilezik arzas tespit edilebilmektedir.

Gnmzde asenkron motorlar performanslarnn arttrlmas iin genellikle asenkron motor

srcleri ile birlikte kullanlmaktadr. Bunu gz nne alarak deneysel almada kullanlan

asenkron motor, ABB firmasnn ACS140 model srcsnden beslenerek deiik tipteki

rulmanlarn motor akm zerindeki etkisi incelenmitir. Srcnn anma gc 1kW olup 1

ya da 3 fazl alternatif 200 480Vluk gerilimden beslenebilir. k gerilimi ise uygulanan

giri gerilimine gre deimekle beraber frekans 300Hze kadar arttrlabilmektedir.

Srcnn anahtarlama frekans 16kHz olarak belirlenmitir.

ekil 3.9 ebekeden beslenen ykl asenkron motorda; salam ve d bilezik arzas (a),salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c), salam ve bilya arzas (d),

bulunan rulman kullanldnda elde edilen frekans spektrumlar


55/98

55

Gnmzde asenkron motorlar performanslarnn arttrlmas iin genellikle asenkron motor

srcleri ile birlikte kullanlmaktadr. Bu durum gz nne alnarak deneysel almada

kullanlan asenkron motor; ABB firmasnn 1 kw gcndeki ACS140 srcsnden

beslenerek deiik tipte arzal rulmanlarn motor akm zerindeki etkisi incelenmitir. Bu

cihazlarn temel alma prensibi; motordan alnan geri besleme bilgisine gre motor faz

akmlarn ya da gerilimlerini anahtarlamak eklinde zetlenebilir. Ancak yaplan

anahtarlamalar bir takm ek harmonikleri de beraberinde getirmektedir. Bylece motorda

bulunan uzay harmoniklerine ek olarak zaman harmoniklerinin etkisi de artmaktadr. Bu

nedenle srcden beslenen asenkron motorda llen faz akm frekans spektrumuna

aldnda, karmak birekil elde edilir. Zaten zayf olan ve arzalarn tespit edilebilmesini

salayan, karakteristik frekanslardaki genlik deiimleri, anahtarlama esnasnda ortaya kan

harmonikler tarafndan bastrlr ve arzann tespiti olduka zorlar.

Ayn motor bu defa bir src tarafndan beslendiinde n = 2906 iin elde edilen sonular

izelge 3.7de verilmitir.

izelge 3.7 Srcden beslenen ve bota alan asenkron motorda rulman arzas nedeniylemeydana gelen titreim ve elektriksel harmonik frekanslar

fe [Hz]

fv [Hz] m = -1 m = 1 m = -2 m = 2 m =- 3 m = 3 m =- 4 m = 4

fi= 239,65 189,65 289,65 429,3 529,3 668,95 768,95 908,6 1008,6

fd= 147,82 97,82 197,82 245,64 345,64 393,46 493,46 541,28 641,28

fb=192,87 142,87 242,87 335,74 435,74 528,61 628,61 721,48 821,48

fk=18,48 31,52 68,48 13,04 86,96 5,44 105,44 23,92 123,92


56/98

56

(a) (b)

(c) (d)ekil 3.10 Srcden beslenen ve bota alan asenkron motorda salam ve d bilezik

arzas (a), salam ve i bilezik arzas (b), salam ve kafes arzas (c), salam ve bilya arzas(d) bulunan

Tasarlanmasi Ve Uygulanmasi Design and Application of a Novel Method That Contains Rbf Neural...

Documents

Transcript of Tasarlanmasi Ve Uygulanmasi Design and Application of a Novel Method That Contains Rbf Neural...