Dissertação de Mestrado Acadêmico

Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica

SISTEMAS DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO

18/12/2019

MODELAGEM E APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE ASSINATURA DE CORRENTE PARA ANÁLISE DE FALHA EM BARRAS DE MOTORES DE INDUÇÃO

Os motores de indução tipo rotor em gaiola são amplamente utilizados em sistemas de acionamentos industriais. Com o objetivo de assegurar sua operacionalidade, esforços têm sido realizados principalmente na detecção de falhas rotóricas. Aplicações e acionamentos que possuem baixo escorregamento, velocidade variável, curto curso de operação e difícil desacoplamento com a carga, necessitam de uma metodologia específica para detecção de falha. Nesse tipo de configuração, o diagnóstico deve ser realizado em condição de rotor bloqueado e, assim, aplicado à metodologia junto a uma técnica para diagnóstico. Este trabalho visa detectar falhas rotóricas em motores de indução por meio da análise da assinatura da corrente do motor (MCSA) em condição de rotor bloqueado. Desse modo, propõe-se uma metodologia de aplicação em conjunto com a avaliação de técnicas de processamento de sinais, tais como a transformada rápida de Fourier (FFT), a transformada discreta wavelet (DWT) e a transformada discreta de Hilbert (DHT) aplicadas sobre as correntes abc e dq0 da transformação de Park. A meta é definir a configuração da metodologia e identificar qual das técnicas é mais robusta no processo de identificação de barras quebradas em motor de indução para a condição de trabalho mencionada. Alguns dos sistemas industriais possuem em pequeno número motores de grande porte com características semelhantes no sítio de operação. Com isso, há dificuldade de realização de medições comparativas que ajudam na análise de falha. Em algumas ocasiões, também não é possível a parada do acionamento para ensaios, já que esses geralmente são responsáveis por uma grande parcela de produção em uma planta. Testes destrutivos podem ser onerosos, como, por exemplo, simular a quebra de barras em um rotor saudável, pois tais motores podem ser especiais e de elevado custo. Diante disso, este trabalho apresenta um modelo de motor de indução simétrico em referencial arbitrário para a simulação de falha rotórica de quebra de barras. O modelo é testado, e seus resultados são comparados com medições reais para validação.

MODELING AND APPLICATION OF CURRENT SIGNATURE TECHNIQUES FOR FAILURE ANALYSIS IN INDUCTION MOTOR BARS

Squirrel cage induction motors are widely used in industrial drive systems. In order to ensure its operability, efforts have been made mainly in the detection of rotor failures. Applications and drives which have low slip, variable speed, short operating stroke and difficult load decoupling, require a specific fault detection methodology. In that set up, diagnostics should be performed under rotor locked condition and then a methodology should be applied within a technique for diagnosis. This research aims to detect rotor faults in induction motors by means of motor current signature analysis (MCSA) under rotor locked condition. Thereby, this study proposes an application methodology through the evaluation of signal processing techniques such as the fast Fourier transform (FFT), the discrete wavelet transform (DWT) and the discrete Hilbert transform (DHT) applied to the abc and dq0 currents of Park's transformation. The goal is to define the methodology configuration and identify which technique is more robust in the broken bars identification process in induction motor for the mentioned working condition. Some of the industrial systems have a small number of large motors with similar characteristics at the operating site. Thus, it is difficult to perform comparative measurements that help in the fault analysis. Sometimes, it is also not possible to stop the drive for tests, as these are usually responsible for a large portion of production in a plant. Destructive testing can be costly, such as, simulating broken bars in a healthy rotor, since those motors can be special and costly. Therefore, this work presents a symmetrical induction motor model on arbitrary reference frame for simulation of broken rotor bars. The model is tested, and its results are compared with actual measurements for validation.