This Paper presents the effects according to broken rotor bar of squirrel cage induction motor. The rotor faults of induction motors may cause bad effects on the performance of the motor. An accurate modeling and analysis of characteristics of damaged rotor bar in the induction motor are developed using FEM(Finite Element Method). The results can be useful for real-time on-line monitoring system of an induction motor.
In this study, a new method has been presented for the detection of broken rotor bar (BRB) faults in inverter driven induction motors controlled via Field Oriented Control (FOC). To this end, a FOC controlled induction motor with a BRB fault was modeled using the Matlab/Simulink program. Experiments were carried out using the prepared simulation model at various loads and operating speeds. The motor current and speeds were monitored for healthy, 1, 2 and 3 BRB faults. The Resampling Based Order Tracking Analysis (RB-OTA) method was applied to the monitored signals. The obtained results were compared by using the classic Fast Fourier Transform (FFT) method. When the obtained results were analyzed via the FFT method no information regarding any faults was determined in the run up or run down regions of the motor and the presented method gave very good results. The reliability of the proposed method was validated with experimental results. The main innovative part of this study is that the RB-OTA method was implemented on the induction motor current signal for detecting BRB faults.
Many induction motor broken bar diagnosis methods are based on evaluating special components in machine signals spectrums. Current, power, flux, etc are among these signals. Frequencies related to a broken rotor fault are slip dependent, therefore, correct diagnosis of fault - especially when obtrusive frequency components are present - depends on accurate determination of motor velocity and slip. The traditional methods typically require several sensors that should be pre-installed in some cases. This paper presents a diagnosis method based on only a vibration sensor. Motor velocity oscillation due to a broken rotor causes frequency components at twice slip frequency difference around speed frequency in vibration spectrum. Speed frequency and its harmonics as well as twice supply frequency, can easily and accurately be found in a vibration spectrum, therefore th motor slip can be computed. Now components related to rotor fault can be found. It is shown that a trained neural network - as a substitute for an expert person - can easily categorize the existence and the severity of a fault according to the features extracted from the presented method. This method requires no information about th motor internal and has been able to diagnose correctly in all the laboratory tests.
The diagnosis of motor failures using an on-line method has been the aim of many researchers and studies. Several spectral analysis techniques have been developed and are used to facilitate on-line diagnosis methods in industry. This paper discusses the first application of a motor flux spectral analysis to the identification of broken rotor bar (BRB) faults in induction motors using a multiple signal classification (MUSIC) technique as an on-line diagnosis method. The proposed method measures the leakage flux in the radial direction using a radial flux sensor which is designed as a search coil and is installed between stator slots. The MUSIC technique, which requires fewer number of data samples and has a higher detection accuracy than the traditional fast Fourier transform (FFT) method, then calculates the motor load condition and extracts any abnormal signals related to motor failures in order to identify BRB faults. Experimental results clearly demonstrate that the proposed method is a promising candidate for an on-line diagnosis method to detect motor failures.
Kim K. W.;Lee K. J.;Kwon J. L.;Kim J. K.;Choi K. S.;Lee H. S.;Chang S. G.
Proceedings of the KIPE Conference
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2001.10a
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pp.365-368
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2001
The advantage of the squirrel cage induction motor is the brush less rotor. This advantage for operation and maintenance turns out to be a disadvantage for the detection of the cage rotor bar and endring defects, which means that the detection of cage faults is due to the measurement and analysis of only the stator input signals. The monitoring task in an inverter drive is complicated mainly because the voltage and current waveforms are nonsinusoidal and the high dv/dt values from fast switching inverterd distort the measurements. In this paper, we are going to discuss the detection method of broken rotor bar of the inverter fed squirrel cage induction motor by the motor current signature analysis(MCSA) and the opening terminal voltage signal analysis.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.4
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pp.287-293
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2002
The unexpected failure of the induction motor makes the downtime of production, and the cost of the process cessation enormous. To reduce the downtime and increase the reliability of the motor, the vibration measurements for the fault detection have been used previously. Recently motor current signature analysis(MCSA) has been adapted for the fault detection and diagnosis of the motors. MCSA provides a powerful analysis tool for detecting the presence of mechanical and electrical faults in both the motor and driven equipment. In this paper, the fault severity of the rotor bar has been derived in terms of the resistance change which is calculated from the equivalent circuit model. Results show that the fault of the rotor can be easily detected and the measured value of the resistance change is verified by the detected fault from on-site tests using MCSA for the induction motors in an iron foundry.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.20
no.1
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pp.132-137
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2006
The second part of paper related rotor failure is to evaluate that the axial magnetic flux measurement could be used as a tool of the condition monitoring system for the induction motor and to develope the diagnostic algorithm for the various fault in the electric motors. The magnetic leakage flux signal is captured by the flux coil located at the end of motor without the disturbance of the operation. And the signal is analyzed both time and frequency domain to detect the failure of the motor. Specific signature can be described in tin and frequency domain for each fault of the motor. The experimental test found that the rotor failures - broken rotor bar, broken end ing and rotor eccentricity, could be detected from the spectrum with high resolution. The method of detecting the rotor fault was found by analysing the specific frequency and the sideband of the rotor bar pass frequency from axial leakage flux spectrum. In addition the optimal flux coil and measuring equipment for the axial leakage flux measurement was verified and the diagnostic method for the detection of the rotor related failure was developed.
This paper presents a study on rotor asymmetry caused by broken bars and its effects on the stator current of an induction machine under an unbalanced supply voltage. The simulation of the induction machine is based on the finite element method. In the early stage of diagnosis, we show new sidebands specific to the partial rupture of the rotor bar. Experimental tests corroborate with the simulation results.
Park, S.J.;Chang, J.H.;Jang, G.H.;Lee, Y.B.;Kim, C.H.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.11a
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pp.802-808
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2000
This paper characterizes the electromechanical parameters due to the fault of rotor bars in a squirrel cage induction motor. Simulation is performed to investigate how broken rotor bars have effect on them by solving the time-stepping finite element equation coupled with magnetic field equation, circuit equation and mechanical equation of motion. It shows that the asymmetry of magnetic flux due to the broken rotor bar introduces the beating phenomenon in time domain and the sideband frequencies in frequency spectra, respectively, to the stator current, torque, speed, magnetic force and vibration of a rotor. However, vibration of a rotor would be the most effective monitoring parameters to detect the faults of rotor bars.
Kim K.W.;Kwon J.L.;Lee K.J.;Choi K.S.;Lee H.S.;Chang S.G.
Proceedings of the KIPE Conference
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2001.07a
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pp.464-466
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2001
The advantage of the squirrel cage induction motor is the brushless rotor. This advantage for operation and maintenance turns out to be a disadvantage for the detection of the cage rotor bar and endring defects, which means that the detection of cage faults is due to the measurement and analysis of only the stator input signals. The monitoring task in an inverter drive is complicated mainly because the voltage and current waveforms are nonsinusoidal and the high dv/dt values from fast switching inverterd distort the measurements. in this paper, we are going to discuss the detection method of broken rotor bar of squirrel cage induction motor by the motor current signal analysis(MCSA).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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