The impact of internal asymmetry of induction motors on the supply network
DOI:
https://doi.org/10.55225/sti.703Keywords:
phase current, negative sequence current, zero sequence current, internal asymmetries, winding defects, network current distortion index, THDAbstract
This paper presents the impact of internal asymmetry in induction motors, such as short circuits, close circuits, stator impedance differences and rotor damage, on the supply network in the form of negative and zero-sequence currents, illustrating the thesis with examples from research and measurements. Every motor defect leaves a trace in the network. The content of these components relative to the positive sequence current, similarly to the THD, determines the quality of electricity in a given network.
Downloads
References
Dokumentacja pomiarów prowadzonych w ramach projektu: „Opracowanie systemu bezinwazyjnej diagnostyki silników elektrycznych dużej mocy”. Tarnów: Akademia Tarnowska; 2024–2025. [Niepublikowane materiały wewnętrzne]. Google Scholar
Hołdyński G, Skibka Z. Parametry opisujące jakość energii elektrycznej. Elektro Info [Internet]. 5 stycznia 2015 Google Scholar
[cytowane 5 grudnia 2025] 2014;12. Dostępne na: https://www.elektro.info.pl/artykul/jakosc-energii-elektrycznej/58819,parametry-opisujace-jakosc-energii-elektrycznej. Google Scholar
Książkiewicz A. Współczynnik całkowitego odkształcenia krzywej prądu THDI jako jeden ze wskaźników oceny Jakości Energii Elektrycznej. Elektro Info [Internet]. 8 lipca 2022 [cytowane 5 grudnia 2025] 2022;6. Dostępne na: https://www.elektro.info.pl/artykul/jakosc-energii-elektrycznej/181976,wspolczynnik-calkowitego-odksztalcenia-krzywej-pradu-thdi-jako-jeden-ze-wskaznikow-oceny-jakosci-energii-elektrycznej. Google Scholar
Glinka T. Maszyny elektryczne i transformatory: podstawy teoretyczne, eksploatacja i diagnostyka. Katowice: Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych Komel; 2015. Google Scholar
Petryna J, Ławrowski Z, Sułowicz M, Guziec K. Diagnozowanie i weryfikacja termowizyjna silników indukcyjnych z asymetrią elektromagnetyczną. Napędy i Sterowanie. 2017;19(7–8):144–153. Google Scholar
Petryna J. Diagnostyczna baza danych napędów elektrycznych w energetyce dla potrzeb remontowych. W: Problemy i innowacje w remontach energetycznych: PIRE 2001: IV konferencja naukowo-techniczna, Lądek Zdrój, 28–30 XI 2001. Wrocław: Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Gospodarki Remontowej Energetyki; 2001. Google Scholar
Petryna J, Sułowicz M, Guziec K. Nowe doświadczenia w diagnostyce izolacji silników i generatorów metodą wyładowań niezupełnych. Napędy i Sterowanie. 2013;10. Google Scholar
Weinreb K. Modele matematyczne maszyn indukcyjnych z nierównomierną szczeliną powietrzną, Monografie Politechniki Krakowskiej, No.169, 1994, pp 57-87 Google Scholar
Nandi S, Toliyat HA, Li X. Condition monitoring and fault diagnosis of electrical motors: A review. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2005;20(4):719–729. https://doi.org/10.1109/TEC.2005.847955. DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2005.847955 Google Scholar
El Hachemi Benbouzid M. A review of induction motors signature analysis as a medium for faults detection. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2000;47(5):984–993. https://doi.org/10.1109/41.873206. DOI: https://doi.org/10.1109/41.873206 Google Scholar
Thomson WT, Fenger M. Current signature analysis to detect induction motor faults. IEEE Industry Applications Magazine. 2001;7(4):26–34. https://doi.org/10.1109/2943.930988. DOI: https://doi.org/10.1109/2943.930988 Google Scholar
Bellini A, Filippetti F, Tassoni C, Capolino G-A. Advances in diagnostic techniques for induction machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008;55(12):4109–4126. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.2007527. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2008.2007527 Google Scholar
Szymaniec S. Eksploatacja i diagnostyka silników indukcyjnych trójfazowych klatkowych w przemyśle. Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe. 2009;84:127–132. Google Scholar
Petryna J, Tulicki J, Sułowicz M. Calculating the electromechanical torque of the squirrel cage motor based on the axial flux obtained by the FEM. ITM Web of Conferences CMES’17. 2017;15:05004. https://doi.org/ 10.1051/itmconf/20171505004. DOI: https://doi.org/10.1051/itmconf/20171505004 Google Scholar
Petryna J, Sułowicz M, Duda A, Ławrowski Z, Guziec K. Bezkontaktowe wyznaczanie momentu obciążenia silnika indukcyjnego na stanowisku pracy w energetyce w oparciu o pomiar strumienia poosiowego. Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe. 2019;2(122): 87–90. Google Scholar
Weinreb K, Sułowicz M, Petryna J. Kompleksowa analiza uszkodzeń wirnika w maszynach indukcyjnych metodą rozdziału widma prądu stojana, Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe. 2000;61:233–238. Google Scholar
Weinreb K, Węgiel T, Sułowicz M. Wpływ wewnętrznych niesymetrii w silniku asynchronicznym klatkowym na własności widma prądu stojana. W: Rams W, redaktor. XLII International Symposium on Electrical Machines SME 2006, Cracow, Poland, July 3–6, 2006: Conference proceedings. Cracow: Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Electronic Press; 2006:307–310. Google Scholar
Weinreb K, Duda A, Petryna J, Sułowicz M. Diagnostyka ekscentryczności silnika indukcyjnego w oparciu o pomiar strumienia poosiowego. Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe. 2015;2(106):13–20. Google Scholar
Sułowicz M, Petryna J, Weinreb K, Duda A, Tulicki J. Ocena wiarygodności i przydatności sygnałów diagnostycznych do bezinwazyjnej oceny stanu maszyn elektrycznych. Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe. 2016;3(111):139–146. Google Scholar
Weinreb K, Sułowicz M, Petryna J. Faults detection in cage induction motor with parallel branches. Czasopismo Techniczne: Elektrotechnika. 2016;2-E:53–64. https://doi.org/10.4467/2353737XCT.6046. Google Scholar
Petryna J, Sułowicz M, Puzio Ł, Dziechciarz A. Wykrywanie zwarć zwojowych w maszynach elektrycznych na stacji prób z wykorzystaniem cewki do pomiaru strumienia poosiowego. Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe. 2015;2:185–190. Google Scholar
Sułowicz M, Petryna J, Weinreb K, Guziec K. Porównawcze pomiary defektów klatek rozruchowych silników indukcyjnych pod kątem wykorzystania w diagnostyce. Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe. 2013;2(99):77–83. Google Scholar
Petryna J, Duda A, Sułowicz M. Eccentricity in induction machines: A useful tool for assessing its level. Energies. 2021;14:1976. https://doi.org/10.3390/en14071976. DOI: https://doi.org/10.3390/en14071976 Google Scholar
Petryna J. How the axial flux of an induction motor can be used? Science, Technology and Innovation. 2019;5(2):34–43. https://doi.org/10.5604/01.3001.0013.2874. DOI: https://doi.org/10.5604/01.3001.0013.2874 Google Scholar
Hassan OE, Amer M, Abdelsalam AK, Williams BW. Induction motor broken rotor bar fault detection techniques based on fault signature analysis: A review. IET Electric Power Applications. 2018;12(7):895–907. https://doi.org/10.1049/iet-epa.2018.0054. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2018.0054 Google Scholar
Sobczyk TJ, Weinreb K, Sułowicz M. Diagnostyka silników klatkowych oparta na składowych symetrycznych prądów stojana. Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały. 2000;49(21):28–36. Google Scholar
Bouzid M, Champenois G. New expressions of symmetrical components of the induction motor under stator faults. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2013;60(9):4093–4102. https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2235392. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2235392 Google Scholar
Gyftakis KN, Kappatou JC. The zero-sequence current as a generalized diagnostic mean in δ-connected three-phase induction motors. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2014;29(1):138–148. https://doi.org/10.1109/TEC.2013.2292505. DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2013.2292505 Google Scholar
Kato T, Inoue K, Yoshida K. Diagnosis of stator-winding-turn faults of induction motor by direct detection of negative-sequence currents. Electrical Engineering in Japan. 2014;186(3):75–84. https://doi.org/10.1002/eej.22350. DOI: https://doi.org/10.1002/eej.22350 Google Scholar
St-Onge XF, Cameron JAD, Saleh SAM, Scheme EJ. A symmetrical component feature extraction method for fault detection in induction machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2019;66(9):7281–7289. https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2875644. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2875644 Google Scholar
Henao H, Demian C, Capolino G-A. A frequency-domain detection of stator winding faults in induction machines using an external flux sensor. IEEE Transactions on Industry Applications. 2003;39(5):1272–1279. https://doi.org/10.1109/TIA.2003.816531. DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2003.816531 Google Scholar
da Silva AM, Povinelli RJ, Demerdash NAO. Induction machine broken bar and stator short-circuit fault diagnostics based on three-phase stator current envelopes. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008;55(3):1310–1318. https://doi.org/10.1109/TIE.2007.909060. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.909060 Google Scholar
Sharifi R, Ebrahimi M. Detection of stator winding faults in induction motors using three-phase current monitoring. ISA Transactions. 2011;50(1):14–20. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2010.10.008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isatra.2010.10.008 Google Scholar
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Janusz Petryna, Tomasz Kołacz, Grzegorz Aksamit, Dawid Kara
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
