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Submitted by Gustavo Vargas De Souza (gustavo.vargas@unesp.br) on 2022-07-02T17:33:12Z No. of bitstreams: 1 Souza_gvs_me_ilha.pdf: 2046928 bytes, checksum: 38ca84c45eeefdf67fd3b3877e2c2403 (MD5) Approved for entry into archive by Joao Josue Barbosa (joao.barbosa@unesp.br) on 2022-07-02T19:00:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 souza_gv_me_ilha.pdf: 2046928 bytes, checksum: 38ca84c45eeefdf67fd3b3877e2c2403 (MD5) Made available in DSpace on 2022-07-02T19:00:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 souza_gv_me_ilha.pdf: 2046928 bytes, checksum: 38ca84c45eeefdf67fd3b3877e2c2403 (MD5) Previous issue date: 2022-05-05 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Nesta dissertação são analisados dois métodos de controle para o acionamento de um Motor de Indução Trifásico (MIT) com rotor gaiola de esquilo. O primeiro método se trata de um controlador convencional PI utilizado em conjunto com o controle vetorial orientado pelo fluxo do rotor, no qual é desenvolvida uma abordagem de projeto baseado em diagramas de Bode. O segundo método se trata do projeto de um controlador robusto designado como Controlador com Estrutura Variável e Modos Deslizantes Integral (do inglês, Integral Sliding Mode Control - ISMC) para rastreamento da velocidade e do fluxo, oferecendo robustez à incertezas paramétricas e à rejeição de distúrbios. Além do controlador ISMC, aplica-se os conceitos do Observador de Modos Deslizantes (do inglês, Sliding Mode Observer - SMO) para estimação da velocidade do rotor do MIT. Através de simulações via Simulink, constatou-se que o projeto dos controladores PI, usando a abordagem apresentada, facilita a determinação dos ganhos do controlador obtendo respostas ótimas, quando comparado a métodos heurísticos ou por tentativa e erro. As simulações para o controlador ISMC demonstraram que o mesmo auxilia na rejeição à distúrbios e variações paramétricas, promovendo uma resposta rápida e satisfatória, enquanto o observador SMO projetado fornecia, adequadamente, a velocidade estimada do rotor do MIT. In this thesis two control methods are analysed for driving a three-phase Induction Motor (IM) with a squirrel cage rotor. The first method is a conventional PI controller used in conjunction with rotor flux vector control in which a design approach based on Bode diagrams is developed. The second method is about the design of a robust controller, the controller with Variable Structure and Integral Sliding Mode (ISMC) for velocity and flow tracking, offering robustness to parametric uncertainties and disturbance rejection. Besides ISMC controller, the concepts of Sliding Mode Observer (SMO) are applied for rotor velocity estimation. Through simulations via Simulink it was found that the design of PI controllers using the presented approach facilitates the determination of controller gains, obtaining optimal responses when compared to heuristic or trial and error methods. The simulations for the ISMC controller showed that it helps in the rejection of disturbances and parametric variations, promoting a quick and satisfactory response, whilst the designed SMO observer properly provided the IM rotor estimated velocity. CAPES: 001

Este trabalho aborda a estimação dos parâmetros dos circuitos equivalentes de gaiola simples, dupla e tripla de máquinas de indução utilizando dados de catálogo, tais como corrente de partida, corrente nominal, corrente em vazio, torque de partida, torque má- ximo, torque nominal, rendimento nominal e fator de potência. Inicialmente, é proposto um problema de otimização que relaciona as expressões de regime permanente dos circuitos equivalentes com os dados de catálogo, cuja solução define os parâmetros estimados. Após, é feita a comparação entre as grandezas calculadas analiticamente usando as expressões dos circuitos equivalentes com os parâmetros estimados e as grandezas descritas no catálogo. Por fim, a última etapa de validação envolve a simulação dinâmica dos modelos de gaiola simples, dupla e tripla comparada com dados experimentais de partida em vazio dos motores testados. A principal contribuição dos resultados apresentados nessa dissertação é a possibilidade de utilizar os parâmetros estimados nas equações do modelo d-q da máquina de indução para reproduzir o comportamento dinâmico das correntes do estator durante o transitório da partida e em regime permanente utilizando diferentes circuitos equivalentes. Resultados experimentais de mais de 200 máquinas de indução demonstram que o método proposto fornece estimativas dos parâmetros que, quando utilizadas nos modelos de gaiola dupla e tripla, permitem uma reprodução mais acurada do comportamento real de máquinas de indução. This work addresses the parameter estimation of single-, double- and triple-cage models of induction motors using manufacturer data, such as starting current, rated current, no-load current, starting torque, maximum torque, rated torque, efficiency and power factor. Initially, an optimization problem is proposed that relates the steady-state expressions of the equivalent circuits with the manufacturer data, whose solution defines the estimated parameters. Then, a comparison is made between the quantities calculated analytically through the equivalent circuit expressions using the estimated parameters and the manufacturer data quantities. Finally, the last validation step consists of a comparison of dynamic simulation results obatined with the single-, double-, and triple-cage models with the measured no-load starting current data of all the tested motors. The main contribution of the results presented in this dissertation is the possibility of using the parameters estimated in the equations of the d-q model of the induction machine to reproduce the dynamic behavior of the stator currents during the transient of the startup and in the steady state using different equivalent circuits. Experimental results from over 200 induction motors demonstrate that the proposed method provides parameters that when used in the double- and triple-cage models, allow accurate prediction of the dynamic behavior of induction motors.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Na busca por um consumo de energia mais eficiente, ações voltadas para troca de motores de indução por motores mais eficientes em parques industriais com grande diversificação de motores, tem-se consolidado como um dos principais investimentos voltados à eficiência energética. Sob este prisma, o presente estudo tem o objetivo de determinar, com confiabilidade, informações relativas à viabilidade e rentabilidade da troca de motores elétricos por motores mais eficientes em parques industriais semelhantes de médio porte, situados em regiões distintas do Brasil, e assim, determinar em termos de rentabilidade econômica a melhor região do Brasil, na classe de consumo industrial, para realização da troca de motores de indução. Para tanto, dados de consumo e receita de energia elétrica (das concessionárias) foram coletados e estratificados. Com base nos mesmos, foram calculadas as taxas de escalada por região do Brasil. Por conseguinte, foi construído um simulador específico para automatizar a troca de motores. O mesmo leva em consideração análise do custo do ciclo de vida (CCV) para determinar a viabilidade técnico-econômica da troca. De maneira subsequente, fez-se a aplicação do simulador em um estudo de caso foi realizado com intuito de mostrar a validação dos valores encontrados e a eficácia do método aplicado. O estudo partiu da suposição de uma indústria de bens de consumo, de médio porte com duas filiais em regiões diferentes: Nordeste, Sudeste e Centro-oeste do Brasil. Os resultados se mostraram satisfatórios, uma vez que todos os objetivos propostos no trabalho foram atingidos. Dados referentes à viabilidade técnico-econômica mostraram que melhor região para realização da troca de motores para a classe de consumo industrial é a região centro-oeste do Brasil. Além disso, as variações nos valores de carregamento das opções de troca se mostraram decisivas na determinação da viabilidade dos motores substituídos In the search for more efficient energy consumption, actions aimed at replacement of induction motors for more efficient motors in industrial parks with a great diversification of motors have been consolidated as one of the main investments aimed at energy efficiency. From this perspective, this study aims to reliably determine information about the cost-effectiveness of replacement electric motors for more efficient motors in similar medium-sized industrial parks located in different regions of Brazil, and thus, determine in terms of economic profitability the best region in Brazil in the industrial consumption class to carry out the replacement of induction motors. For this purpose, electricity consumption and revenue data were collected and stratified. Based on them, the electricity escalation rate by region of Brazil were calculated. Therefore, a specific simulator was built to automate the replacement of electric motors. It takes into account life cycle cost analysis (LCC) to determine the technical-economic cost-effectiveness of the replacement. Subsequently, the simulator was applied in a case study that was carried out in order to show the validation of the values found and the effectiveness of the applied method. The study started from the assumption of a medium-sized consumer goods industry with two branches in different regions: Northeast, Southeast and Midwest of Brazil. The results proved to be satisfactory, since all the objectives proposed in the work were achieved. Data referring to technical-economic cost-effectiveness showed that the best region to carry out the replacement of electric motors for the industrial consumption class is the Midwest region of Brazil. Furthermore, variations in the loading values of the replacement options proved to be decisive in determining the viability of the replaced motors

Submitted by Guilherme Beraldi Lucas (guilherme.beraldi@unesp.br) on 2020-12-30T12:07:54Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Guilherme_Beraldi.pdf: 11634955 bytes, checksum: 827c2583ce2632afa58977d37d2b041f (MD5) Approved for entry into archive by Minervina Teixeira Lopes null (vina_lopes@bauru.unesp.br) on 2021-01-05T20:15:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Lucas_gb_me_bauru.pdf: 11634955 bytes, checksum: 827c2583ce2632afa58977d37d2b041f (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T20:15:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucas_gb_me_bauru.pdf: 11634955 bytes, checksum: 827c2583ce2632afa58977d37d2b041f (MD5) Previous issue date: 2020-10-29 Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) A interrupção do funcionamento de um motor de indução trifásico (MIT) em uma linha de produção representa um alto custo operacional e financeiro. No entanto, estas máquinas estão frequentemente expostas a falhas mecânicas e elétricas que podem causar desde pequenos danos até a interrupção forçada de sua atividade. Esta conjuntura levou ao desenvolvimento de análises que utilizam diferentes sensores e técnicas de processamento de sinais com intuito de monitoramento dos MITs. Dentre elas, a análise de emissão acústica (EA) se destaca como uma ferramenta promissora e que se caracteriza por ser uma técnica não invasiva (TNI). Já o desequilíbrio de tensão (DT) é uma condição na alimentação elétrica da máquina e que, conhecidamente, é a origem de diversas falhas, entre elas o desgaste da isolação dos enrolamentos por efeito de sobreaquecimento, torque oscilatório e a diminuição da vida útil da máquina. Portanto, este trabalho propõe uma nova abordagem para o monitoramento dos DTs. Além de sua detecção e da identificação de qual fase foi afetada, foi também desenvolvido um sistema que possibilita a classificação de sua magnitude para MITs alimentados diretamente pela rede de baixa tensão. Para tanto, sensores piezoelétricos de baixo custo foram acoplados ao motor, tencionando a aquisição dos sinais de emissão acústica gerados como consequência dos DTs no equipamento. Para que fosse possível alcançar o diagnóstico proposto, foi desenvolvido um novo índice de análise dos sinais de EA baseado em técnicas avançadas de processamento de sinais como a Transformada Wavelet, energia do sinal de EA e a taxa de cruzamento por zero. Essas técnicas, além de possibilitarem o estudo de sinais transitórios e nãoestocásticos, também permitiram uma análise no domínio tempo-frequência dos sinais. Por fim, os resultados demonstraram que este método é capaz de detectar, identificar e classificar os DTs corretamente, o que comprova a eficiência da abordagem e dos sensores utilizados. The stoppage of a three-phase induction motor (TIM) on a production line represents a high operational and financial cost. However, these machines are often exposed to mechanical and electrical failures that can cause anything from minor damage to forced interruption of their activity. This situation has led to the development of analyses using different sensors and signal processing techniques for TIMs monitoring. Among them, acoustic emission analysis (AE) stands out as a promising tool that is characterized as a non-destructive technique (NDT). One of the most frequent anomalies, the voltage unbalance (VU) is a condition in the electrical supply that can cause winding insulation wearing due to overheating, torque oscillation, and the shortage of the machine working life. Therefore, this work proposes a new approach to detect the VUs events, identify which phase was affected by this unbalance, and classify the magnitude of the unbalanced voltage in TIMs directly powered by the low-voltage network. Thus, low-cost piezoelectric sensors were coupled to the motor, aiming to acquire the acoustic emission signals produced as a consequence of the VUs. In order to achieve the proposed diagnosis, a new AE signal analysis index was developed based on advanced signal processing techniques such as the Wavelet Transform, AE signal energy, and the zero-crossing rate. These techniques, besides enabling the study of transient and non-static signals, also allow a time-frequency domain analysis of the AE signals. Finally, the results stated that this method is capable of detecting, identifying, and classifying VUs correctly, which proves the efficiency of the approach. 88882.432803/2019-01

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In the present scenario rotating machines have been widely used in industry because of its relative simplicity, constructive robustness and low price. In this context, adequately characterize engine behavior in nominal operating conditions, as this mathematical modeling of these machines becomes interesting and can contribute to the implementation of a predictive control real-time, moreover, there fault detection possibility to, since the engine behavior change will be felt by the identified model. One way to get this mathematical structure is through their experimental data input and output, in order to identify systems is a good option as it studies ways to model and analyze systems, through its information input and output, with the aim of discovering knowledge standards. In this context, the work is to develop a mathematical model using system identification techniques in three phase induction machines through the experimental data with the objective to implement a model apt to behavior anticipate the three-phase induction motor application control for prediction. Moreover, it presents the importance of modeling the rotating machine, moreover, is demonstrated using the method of modeling identification system and a brief justification about ARX and ARMAX models. Also there was performed parametric estimation and then we performed a test to show the performance of the identification of the three-phase induction motor. No cenário atual as máquinas rotativas têm sido bastante utilizadas nas indústrias, devido a sua relativa simplicidade, robustez construtiva e baixo preço. Neste contexto, caracterizar adequadamente o comportamento do motor operando em condições nominais diários, visto isto a modelagem matemática destas máquinas se torna interessante podendo contribuir para a implementação de um controle preditivo em tempo real, além disso, existe a possibilidade de detecção de falhas, visto que a mudança de comportamento do motor será sentida pelo modelo identificado. Essas falhas se desencadeiam com o envelhecimento e com condições adversas as quais os motores são submetidos ao longo de suas vidas úteis. Uma forma de obter essa estrutura matemática é por meio de seus dados experimentais de entrada e saída, neste intuito a identificação de sistemas é uma boa opção visto que estuda formas de se modelar e analisar sistemas, por meio de suas informações de entrada e saída, com o objetivo de descobrir padrões de comportamento. Neste contexto, o trabalho consiste em elaborar uma modelagem matemática utilizando as técnicas de identificação de sistema em máquinas de indução trifásicas por intermédio dos dados experimentais com o objetivo de implementar um modelo apto a antecipar o comportamento do motor de indução trifásico com aplicação em controle por predição. Além disso, apresenta a importância de se modelar a máquina rotativa, além disso, é demonstrada a metodologia da modelagem utilizando identificação de sistema e uma breve fundamentação sobre os modelos ARX e ARMAX. Também realizou-se a estimação paramétrica e em seguida efetuou-se um teste para mostrar o desempenho da identificação do motor de indução trifásico. Mestre em Ciências

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2021-10-05T15:40:55Z No. of bitstreams: 1 Kessia Lucas Rodrigues.pdf: 2468251 bytes, checksum: ab0eeecb65adaecea3c59cae35459fa0 (MD5) Made available in DSpace on 2021-10-05T15:40:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kessia Lucas Rodrigues.pdf: 2468251 bytes, checksum: ab0eeecb65adaecea3c59cae35459fa0 (MD5) Previous issue date: 2020-08-27 Three-phase induction motors are widely used in the production sector, for the most diverse segments, particularly given their robustness and relatively low cost when compared to machines of the same power. Measuring the rotation of its axis, for example, can assist in identifying the behavior of the motor, especially when it is subject to load conditions, or torque, different from those for which it was specified.In this sense, the present work proposes modeling oriented to the estimation of the rotation speed of the axis, of a three-phase induction motor with squirrel-cage rotor, using the Oriented Gradients Histogram technique, widely used in the image processing area and to predict the rotation speed of a neural network with the Levenberg-Marquardt algorithm was trained in different operational conditions.The results obtained allowed us to conclude that the use of histograms can serve to develop a computational system capable of estimating the axis rotation of an induction motor in real-time. Os motores de indução trifásicos são amplamente empregados no setor produtivo, para os mais diversos segmentos, particularmente dada a sua robustez e custo relativamente baixo quando comparado as máquinas de mesma potência. A medição da rotação do seu eixo, por exemplo, é capaz de auxiliar na identificação do comportamento do motor, especialmente quando este está sujeito a condições de carga, ou torque, diferentes daquelas pelas quais foi especificado. Neste sentido, o presente trabalho propõe uma modelagem orientada para a estimativa da velocidade de rotação de eixo, de um motor de indução trifásico com rotor gaiola de esquilo, utilizando a técnica de Histograma de Gradientes Orientados, bastante utilizada na área de processamento de imagens e para fazer a predição da velocidade de rotação uma rede neural com o algoritmo de Levenberg-Marquardt foi treinada em diferentes condições operacionais. Os resultados obtidos permitiram concluir que o emprego dos histogramas pode servir para desenvolver um sistema computacional capaz de estimar a rotação de eixo de um motor de indução em tempo real.

Induction motors are the most utilized electric machines in commercial and industrial applications and 90% of them are three-phase induction motors (TIM). Faults in three-phase induction motors (TIM) can lead to the shutdown of important industry sectors, causing financial and operational safety losses. The most common faults in these motors are the bearing ones, and most of the fault analysis techniques are based on fast Fourier transform, Wavelet and training algorithms, whose classifiers demand high computational effort. A large part of the studies developed in the analysis of failures in bearings through sound uses the combination of multisensory for comparison and synchronization between acquired signals. This paper presents an approach based on quantification of the chaotic behavior for the characterization of rigid ball bearing failure of a three-phase induction motor through the method called Signal Analysis based on Chaos using Density of Maxima (SAC-DM) using the sound signal emitted by the TIM. This technique is based on an algorithm that counts peaks of the motor acoustic signal in the time domain to detect faults using only a sensor and an algorithm with a low computational cost. For validation of the technique, healthy ball bearing experiments were performed, with internal and external race failure under three load conditions (0%, 50%, and 100%). The results demonstrated that the SAC-DM was able to detect the presence of bearing failures even with the TIM under variable load. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Motores de indução são as máquinas elétricas mais utilizadas em aplicações comerciais e industriais, 90% são constituídos por motores de indução trifásico (MIT). Falhas em MIT podem ocasionar a parada de setores importantes de uma indústria, refletindo em prejuízos financeiros e de segurança operacional. As falhas mais frequentes nesses motores são de rolamentos e a maioria das técnicas de análise de falhas em rolamentos são baseadas em transformada rápida de Fourier, wavelet e algoritmos de treinamento, cujos classificadores demandam esforço computacional elevado. Aliado a este fato, grande parcela dos estudos desenvolvidos na análise de falhas em rolamentos através do som utilizam a combinação de multisensores para fins de comparação e sincronização entre os sinais adquiridos. Este trabalho apresenta uma abordagem baseada na quantificação do comportamento caótico para a caracterização de falhas em rolamento rígido de esferas de um motor de indução trifásico através do método designado por Signal Analysis based on Chaos using Density of Maxima (SAC-DM), utilizando o som emitido pelo motor. Essa técnica baseia-se em um algoritmo que realiza a contagem de picos do sinal sonoro do motor no domínio do tempo a fim de detectar falhas, utilizando apenas um sensor e um algoritmo com baixo custo computacional. Para validação da técnica foram realizados experimentos com rolamento saudável, com falha na pista interna e externa sob três condições de carga (0%, 50% e 100%). Os resultados demonstraram que o SAC-DM foi capaz de detectar a presença de falhas no rolamento mesmo com o motor sob carga variável.

This work aims to study and test a conversion topology that fits the use in isolated photovoltaic generation systems driving induction motors on water pumping applications, with emphasis on low cost, easy maintenance and relative energy and operation efficiency. The characteristic of the design specifications to be experienced follows specials criteria such as safety, economy, small size, operability and satisfactory efficiency. The model to be experienced consists of a microprocessor controlled converter for maximum power transference of a PV generator to an industrial inverter, which triggers a commercial electric pump coupled to a three-phase induction motor, both of easy availability in the local market. Simulations and evaluations were performed using math and electrical circuit simulation softwares. The power circuits were evaluated and designed to be tested in the laboratory, with its results registered and demonstrated. To perform the experiment the following equipment and devices were used: PV array emulator E4360A - KEYSIGHT, push-pull type dc-dc isolated converter powered by current, a Texas Instruments´s (TIVA) 120 MHz processor, besides conditioned circuits of sensoring and driving. The microprocessor will perform control tasks for generator maximum power points by converter switchings. The inverter will perform load power control for nominal voltage parameter. Results and technical considerations will be presented. Nenhuma Este trabalho objetiva estudar e ensaiar uma topologia de conversão que se adeque à utilização em sistemas isolados de geração fotovoltaica e, contemple o acionamento de motores de indução trifásicos com aplicação ao bombeamento de água, com ênfase no baixo custo aquisitivo, fácil manutenção e relativa eficiência energética e operacional. As características do projeto estudado e experimentado seguem critérios específicos como: segurança, economicidade, dimensões reduzidas, operacionalidade e eficiência satisfatória. O modelo consiste de um conversor controlado por microprocessador projetado para transferir a máxima potência gerada por um arranjo fotovoltaico para suprir um inversor industrial no acionamento de uma eletrobomba, também do tipo comercial, com um motor de indução trifásico, ambos de fácil disponibilidade no mercado local. Foram realizadas simulações e avaliações com a utilização de softwares matemáticos e de simulação de circuitos elétricos. Os circuitos elétricos de potência foram pesquisados e projetados para serem testados em laboratório, e os resultados registrados. Para a realização do experimento foram utilizados equipamentos e dispositivos tais como: emulador de gerador fotovoltaico E4360A - KEYSIGHT, conversor cc-cc elevador, tipo push-pull alimentado por corrente, microprocessador de 120 MHz (TIVA) da Texas Instruments além de circuitos condicionadores de medição e acionamento de chaves. O microprocessador realizará as tarefas de controle do ponto de máxima potência (MPP) do gerador e demais proteções do sistema (desligamento). O controle da tensão do barramento de saída será realizado pelo inversor comercial parametrizado com estratégias de controle tipo escalar, controlando a potência consumida pela carga. Os resultados do estudo e ensaio serão demonstrados e comentados.

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2022-08-15T17:51:35Z No. of bitstreams: 1 Rodrigo Cardozo de Jesus.pdf: 15238624 bytes, checksum: 2db116d33f4373261372fc883494941c (MD5) Made available in DSpace on 2022-08-15T17:51:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigo Cardozo de Jesus.pdf: 15238624 bytes, checksum: 2db116d33f4373261372fc883494941c (MD5) Previous issue date: 2019-01-31 Detection of failures in three-phase squirrel-cage induction motors has shown increasing interest in recent years, especially in the study and implementation of new diagnostic techniques, given their use in the industrial segment worldwide. Among the existing faults, stands out the rupture of one or more bars that are part of the machine's rotor cage. One of the most studied techniques in the literature, and still used today for the detection of broken rotor bars, is the electric current signature analysis of one of the motor phases, in order to nd certain harmonics that indicate the presence of the defect. This technique uses the Fast Fourier Transform for the analysis of harmonic components, and other more recent studies have employed, for example, the Hilbert Transform, in order to improve the frequency signal resolution, as well as the use of statistical measures to nd some parameters of the motor current signal, in the condition of a defective rotor. In addition, other researches have investigated the use of machine learning techniques to aid in the evaluation of machine conditions, based on the characteristics extracted in the time and frequency domains. Thus, the present work developed a comparative study between some signal processing techniques, used in the diagnosis of broken rotor bars, and the machine learning algorithms most used in the monitoring and diagnosis of failures in induction motors. These algorithms were parameterized in several conditions and it was possible to compare not only the accuracy of each model, but also the false positive and false negative rates in each case. The results showed that the use of the statistical characteristics with those extracted in frequency domains presented the best performance. Experiments with a 7:5 kW motor, for several load conditions, and especially at low load, would allow to evaluate the best combination of the aforementioned techniques for the detection and classi cation of the defect in the rotor cage . A detecção de falhas em motores de indução trifásico do tipo gaiola de esquilo revelou um interesse crescente nos últimos anos, especialmente pelo estudo e a implementação de novas técnicas de diagnóstico, dada a sua utilização no segmento industrial em todo o mundo. Dentre as falhas existentes, destaca-se o rompimento de uma ou mais barras que fazem parte da gaiola rotórica da máquina. Uma das técnicas mais estudadas na literatura, e empregadas ainda hoje, para a detecção de barras quebradas, é a análise da assinatura da corrente elétrica de uma das fases do motor, a m de encontrar determinadas harmônicas que indicam a presença do defeito. Esta técnica utiliza a Transformada Rápida de Fourier para a análise das componentes harmônicas, e outros estudos mais recentes empregaram, por exemplo, a Transformada de Hilbert, de modo a melhorar a resolução em frequência do sinal, bem como o uso de medidas estatísticas para encontrar alguns parâmetros do sinal de corrente do motor, na condição de rotor defeituoso. Adicionalmente, outras pesquisas têm investigado o uso das técnicas de aprendizagem de máquina para auxiliar na avaliação das condições do motor, a partir das características extraídas nos domínios do tempo e da frequência. Deste modo, o presente trabalho desenvolveu um estudo comparativo entre algumas técnicas de processamento de sinais, usadas no diagnóstico de barras rotóricas quebradas, e os algoritmos de aprendizagem de má- quina mais empregados no monitoramento e diagnóstico de falhas em máquinas elétricas. Tais algoritmos foram parametrizados em diversas condições sendo possível comparar não apenas a acurácia de cada modelo, mas também as taxas de falso positivo e falso negativo em cada caso. Os resultados obtidos mostraram que o uso das características estatísticas em conjunto com aquelas extraídas em frequência apresentou a melhor performance. Os experimentos realizados com um motor de 7:5 kW, para diversas condições de carga do motor, e especialmente em baixa carga, permitiriam avaliar assim a melhor combinação das aludidas técnicas para a detecção e a classi cação do defeito na gaiola rotórica.

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores, Grande parte da energia elétrica consumida em todo o mundo está relacionada com o uso de motores elétricos, concretamente com o uso de motores de indução trifásicos em aplicações industriais. O acionamento destes motores por variadores eletrónicos de velocidade (VEVs) é uma solução relativamente recente, no entanto, já bastante utilizada na indústria. Por norma, os VEVs para motores de indução empregam uma ponte retificadora a díodos com o intuito de fornecer potência ao barramento CC a partir da rede elétrica. Apesar de este tipo de retificadores ser uma solução económica, estes contribuem para a degradação da qualidade de energia elétrica, dado que consomem correntes com elevado conteúdo harmónico que, por sua vez, provocam distorções na forma de onda da tensão e baixo fator de potência a montante do VEV. Além disso, não permitem inverter o fluxo de energia, tornando, por isso, inviável o processo de travagem regenerativa. Os conversores CA-CC ativos, ou retificadores ativos, surgem desta forma como solução aos problemas de qualidade de energia elétrica dos conversores CA-CC tradicionais, permitindo o consumo de corrente sinusoidal, com fator de potência unitário, o controlo da tensão ou corrente do barramento CC e um fluxo bidirecional de potência. Deste modo, a presente dissertação visa o estudo teórico, implementação e respetiva comprovação experimental de um acionamento eletrónico de velocidade variável, com conversor CA-CC ativo trifásico e conversor CC-CA trifásico do tipo fonte de tensão, para motores de indução. A solução proposta é capaz de permitir, para além do controlo da velocidade de rotação do motor, o arranque e paragem suave, a troca rápida de velocidade (na qual se inclui também a inversão do sentido de rotação), consumo de correntes sinusoidais, equilibradas e em fase com as tensões da rede elétrica e ainda a operação no modo bidirecional, viabilizando a injeção de energia à rede elétrica em processos de travagem ou inversão de velocidade do motor., A large amount of the electricity consumed worldwide is related to the use of electric motors, specifically with the use of three-phase induction motors in industrial applications. The use of variable speed drives (VSDs) in these motors is a relatively recent solution, however, already widely used in the industry. Normally, the VSDs for induction motors employ a diode bridge rectifier in order to supply power to the DC-link from the electrical power grid. Although this type of rectifiers is an economical solution, they contribute to the degradation of the electric power quality, since they consume currents with high harmonic content that, consequently, cause distortions in the voltage waveforms and low power factor upstream the VSD. In addition, they do not allow the energy flow to be reversed, making the regenerative braking process impracticable. The active AC-DC converters, or active rectifiers, appear as a solution to the electrical power quality problems of traditional AC-DC converters, allowing a sinusoidal current consumption, with unitary power factor, voltage or current control of the DC-link and a bidirectional power flow. Thus, the present dissertation aims at the theoretical study, implementation and respective experimental verification of an electronic variable speed drive (VSD) for induction motors using a three-phase active AC-DC converter and a three-phase DC-AC converter of the voltage source type. Besides controlling the rotational speed of the motor, the proposed solution is capable of allowing the start and soft stop, quick speed changes (which also includes the reversal of the rotation direction), sinusoidal current consumption in phase with the power grid voltage and also the operation in bidirectional mode, making possible the injection of energy into the power grid in breaking processes or motor rotation reversal., Este trabalho de mestrado está enquadrado no projeto de IC&DT “Quality4Power - Enhancing the Power Quality for Industry 4.0 in the era of Microgrids”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI-EEE/28813/2017., Este trabalho de mestrado está enquadrado no projeto de IC&DT “DAIPESEV – Development of Advanced Integrated Power Electronic Systems for Electric Vehicles”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI‑EEE/30382/2017.

Este trabalho apresenta um histórico do circuito equivalente da máquina de indução trifásica, incluindo a abordagem moderna, a teoria dos eixos e o modelo em regime permanente. Apresenta também uma análise que observa os efeitos da variação da resistência do rotor e das reatâncias de estator e de rotor em diversos modelos do circuito equivalente. Propõe-se uma metodologia para a determinação de parâmetros de circuito equivalente de forma a representar o efeito de componentes harmônicos de força magnetomotriz de entreferro. A inclusão do efeito pelicular é discutida e propõe-se a inclusão deste no circuito equivalente em que há a representação dos efeitos harmônicos. São ilustrados os circuitos equivalentes para solução do problema e a forma de cálculo de parâmetros e de torque. A partir desta metodologia é feita uma segunda análise do circuito variando os mesmos parâmetros da primeira análise. São analisados dois exemplos de motores para ilustrar e validar a metodologia e análises. This paper presents a historical equivalent circuit of the three-phase induction machine, including the modern approach, the theory of the axes and the model in steady state. Also presented is an analysis that observes the consequent effects of the variation of the rotor resistance and the reactances of the stator and the rotor in several models of the equivalent circuit. A methodology is proposed for the determination of equivalent circuit parameters in order to represent the effect of harmonic components of the air gap magnetomotive force. The inclusion of the skin effect is discussed and it is proposed that inclusion of the equivalent circuit in which there is a representation of the harmonic effects. Is proposed equivalent circuits for solving the problem and computing the parameters and torque are illustrated. From this methodology a second analysis of the circuit is made by varying the same parameters of the first analysis. Two examples of engines are used to illustrate and validate the methodology and its analysis.

Resumo O artigo descreve o desenvolvimento e construção de um motor aberto de indução trifásico de baixo custo para o ensino do eletromagnetismo nas disciplinas de física e máquinas elétricas de cursos técnicos. Na construção do protótipo foram usados materiais de sucata de estabilizador de tensão. Os computadores atuais possuem fontes internas chaveadas com tecnologia avançada que dispensa o uso dos módulos estabilizadores de tensão. Com isso, muitos desses módulos não são mais usados, tornando-se sucatas e gerando problemas de descarte para o meio ambiente. O motor foi implementado e funciona satisfatoriamente para a finalidade a que se destina. O protótipo desenvolvido é usado nas aulas práticas de eletromagnetismo e de máquinas elétricas dos cursos técnico e tecnológico em automação industrial. Nessas aulas são abordados diversos fenômenos do eletromagnetismo que o motor de indução experimenta. Abstract The paper describes the development and construction of a low-cost three-phase induction open motor for the teaching of electromagnetism in the disciplines of physics and electrical machines of the technical courses. Voltage stabilizer scrap materials were used in the construction of the prototype. Today's computers have built-in power supplies with advanced technology that eliminates the use of voltage stabilizer modules. As results, many of these modules are no longer used, becoming scrap and generating disposal problems for the environment. The motor was implemented and works satisfactorily for the intended purpose. The prototype is used in the practical classes of electromagnetism and electric machines of the technical level courses in electrotechnology and technology in industrial automation. In these classes several phenomena of electromagnetism related with the induction motor are discussed.

Three-phase induction motors are probably today the most important rotary machines in the industrial sector since they are widely used in the most varied applications and are present in almost all types of drives.It is estimated that almost 80% of the total electric motors used in the industry for transformation from electrical energy to mechanical energy are Induction Engines. Of course this provides the search for tools that offer greater efficiency and safety to engine maintenance systems. A problem of fundamental importance in the predictive maintenance process of these electric motors is the detection of failures in advance to avoid the production stoppage. This work proposes to detect faults in the rotor bars. In the state of the state there are several techniques covered, some using the engine in its steady state and others using the engine starting. In all of them the detection of the fault in the bar occurs, at its best, after the complete failure of the first bar. This work, then, proposes a new methodology for detecting the failure of the bar when it has not yet completely failed, but with increased resistance in the failed bar circuit. For this, a Gaussian bandpass filter with optimized selection of bandwidth and frequency bandwidth was used.This filter acts as an optimization of the Discrete Wavelet Transform and detects the presence of the fault in the bar using the motor start signal. The proposed technique was applied in motors with rotors manufactured by the company WEG specifically for this work and with previously known characteristic faults and was also applied in simulated rotors. The quantification of the degree of fault severity was done using the Teager Energy tool. The experiments were done through simulations in a mathematical simulation software and in real engines with bench tests and the results proved the effectiveness of the proposed method. Os motores de indução trifásicos são provavelmente hoje as máquinas rotativas mais importantes no setor industrial já que são amplamente utilizados nas mais variadas aplicações e estão presentes em praticamente todos os tipos de acionamentos. Estima-se que quase 80% do total de motores elétricos usados na indústria para transformação de energia elétrica em energia mecânica são de Indução. Naturalmente isso proporciona a busca por ferramentas que ofereçam maior eficiência e segurança aos sistemas de manutenção dos motores. Um problema de fundamental importância no processo de manutenção preditiva desses motores elétricos, é a detecção de falhas de maneira antecipada para evitar a parada de produção. Esse trabalho se propõe a detectar falhas nas barras dos rotores. Na literatura existem várias técnicas abordadas, algumas usando o motor em seu estado estacionários e outras utilizando a partida do motor. Em todas elas a detecção da falha na barra acontece, em seu melhor caso, após a falha completa da primeira barra. Esse trabalho, então, propõe uma nova metodologia para detecção da falha na barra quando essa ainda não estiver completamente falhada, mas com aumento da resistência no circuito da barra falhada. Para tal, utilizou-se um filtro passa faixa gaussiano com seleção otimizada da largura de faixa e largura de banda de frequência. Esse filtro funciona como uma otimização da Transformada Wavelet Discreta e detecta a presença da falha na barra utilizando o sinal de partida do motor. A técnica proposta foi aplicada em motores com rotores fabricados, pela empresa WEG, especificamente para esse trabalho e com falhas características previamente conhecidas e também foi aplicada em rotores simulados. A quantificação do grau de severidade da falha foi feita utilizando a ferramente de Energia Teager. Os experimentos foram feitos através de simulações em um software de simulação matemática e em motores reais com testes em bancada e os resultados comprovaram a eficácia do método proposto. São Cristóvão, SE

Tese de doutoramento em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na especialidade de Energia, apresentada ao Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra Nesta tese apresenta-se um trabalho de investigação sobre o desempenho e o comportamento térmico de dois tipos de motores de indução trifásicos, em condições especiais de funcionamento: dois motores com gaiola de esquilo, das classes de eficiência IE2 e IE3, e um motor de rotor bobinado. O trabalho é divido em três estudos, que foram delineados de forma a mitigar as lacunas existentes na literatura. O primeiro estudo foi realizado no âmbito do projeto PTDC/EEA-EEL/100156/2008 - "Fault Diagnosis in High Power Drives Based on Multilevel Converters", financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia, através do Instituto de Telecomunicações. Este estudo consistiu em avaliar o comportamento dos motores IE2 e IE3, quando alimentados por um conversor multinível NPC de três níveis com tolerância a falhas, quer a funcionar em modo normal, quer em modo reconfigurado. Na primeira fase deste estudo, foi processado e analisada uma elevada quantidade de dados, provenientes de ensaios experimentais. Estes ensaios foram complementados por simulações, baseadas em modelos de elementos finitos, para a determinação das perdas nos núcleos ferromagnéticos dos motores. Desta análise verificou-se que, quando o conversor opera em modo reconfigurado, as perdas e as temperaturas nos motores são maiores, e os rendimentos menores. Verificou-se, igualmente, que o motor da classe de eficiência IE3 teve um melhor desempenho do que o motor da classe IE2. O segundo estudo versou avaliar o comportamento de um motor de indução de rotor bobinado, alimentado por uma fonte sinusoidal trifásica e com excentricidades estática, dinâmica e mista. Para o efeito, foram realizados vários ensaios experimentais para os diversos tipos de excentricidade, com diferentes valores de severidade e de cargas. Este estudo foi complementado com simulações em elementos finitos, que permitiram analisar o comportamento das forças magnéticas, essenciais para a estimação da vida útil dos rolamentos. Os resultados mostraram que para níveis de excentricidades inferiores a 33%, a potência mecânica, o rendimento e a temperatura não têm alterações assinaláveis, mas que conduzem, no entanto, a um desgaste acelerado dos rolamentos. No âmbito do estudo sobre excentricidade, foi, também, introduzido o conceito de centro térmico, que permite avaliar a assimetria térmica nos enrolamentos do motor. O terceiro estudo consistiu na avaliação do comportamento do motor de gaiola, da classe IE3, alimentado por uma fonte sinusoidal trifásica, para os casos de barras adjacentes e não adjacentes fraturadas, e para um anel fraturado. Com este propósito, foi concebida uma metodologia baseada em modelos de elementos finitos 2D e 3D. As simulações mostraram que a velocidade do motor diminui em linha com o número de barras fraturadas. Verificou-se de igual modo que a velocidade do motor oscila, para os casos da gaiola com avaria. O aumento do número de barras fraturadas levou a um aumento das perdas, à diminuição do rendimento, e por conseguinte ao aumento da temperatura no motor. Por último, o procedimento utilizado para simular fraturas na gaiola, que utiliza simultaneamente modelos 2D e 3D, revelou-se uma metodologia vantajosa em relação às encontradas na literatura, para o estudo térmico do motor, nestas condições de avaria. This thesis presents a research work on the performance and thermal behaviour of two types of three-phase induction motors in special operating conditions: two squirrel-cage motors, of IE2 and IE3 efficiency classes, and a wound rotor motor. The work is divided into three studies in order to fill some gaps existing in the literature. The first study was conducted under the project PTDC/EEA-EEL/100156/2008 - "Fault Diagnosis in High Power Drives Based on Multilevel Converters", funded by Fundação para a Ciência e a Tecnologia, and conducted in Instituto de Telecomunicações. This study aimed to evaluate the behaviour of IE2 and IE3 motors when fed by a three-level NPC fault-tolerant converter, operating in normal mode and in reconfiguration mode. In the first part of this study a large amount of data from experimental tests was processed and analysed. These tests were complemented by simulations based on finite element models to calculate the losses in the ferromagnetic cores of the motors. By this analysis it was found that when the motors are fed by the converter in reconfiguration mode, their losses and temperatures are higher and the efficiencies are lower. It was also verified that the IE3 efficiency class motor had a better performance compared to the IE2 efficiency class motor, for the same supply conditions. The goal of the second study was to evaluate the behaviour of a wound rotor induction motor, supplied by a sinusoidal three-phase voltage supply system, with static, dynamic and mixed eccentricities. For this purpose, several experimental tests were conducted for the three types of eccentricity, with different severity values, and for different motor load levels. This study was complemented by simulations using finite element models, which allowed the extrapolation of the case studies for high eccentricity conditions. These simulations also allowed to analyse the behaviour of the magnetic forces, which are essential for estimating the useful life of the motor bearings. The results showed that for eccentricities levels below 33%, the mechanical power, efficiency and temperature have no noticeable change, leading however to an accelerated wear of the bearings. Under the scope of this study, the concept of Thermal Centre was introduced, which allows to evaluate the thermal asymmetry in the motor windings under the presence of eccentricity. The third study aimed to evaluate the behaviour of an IE3 class squirrel-cage motor, supplied by a sinusoidal three-phase voltage supply system, for the cases of adjacent and non-adjacent fractured bars, and a fractured end-ring segment. With this purpose, a methodology based on 2D and 3D finite element models was conceived. The simulation results showed that the motor speed decreases with the increase of the number of fractured bars. It was also found that the motor speed oscillates in the case of a faulty cage. The increased number of fractured bars leads to an increase of the motor losses, a reduction of the efficiency, and therefore to a motor temperature rise. Finally, the procedure used to simulate the fractures in the cage, which simultaneously uses 2D and 3D models, has proven to be an advantageous method compared to those found in the literature for the thermal study of motors under these faulty conditions.

Neste trabalho são propostos métodos para a estimação de parâmetros de motores de indução através do método dos Mínimos Quadrados com medição apenas de tensões, correntes e resistência do estator em um ensaio de partida em vazio. São detalhados os procedimentos para o tratamento dos sinais medidos, além das estimações do fluxo magnético e da velocidade mecânica do motor. Para a estimação dos parâmetros elétricos, são propostos métodos que diferem nos requisitos e no tratamento dos parâmetros como invariantes ou variantes no tempo. Em relação a esse último caso, é empregado um método de estimação de parâmetros por janelas de dados, aplicando um modelo com parâmetros invariantes no tempo localmente em diversas partes do ensaio. São feitas simulações para validar os métodos propostos, e dados de ensaio de três motores de diferentes potências são utilizados para analisar a escala de variação paramétrica durante a partida. É feita uma comparação entre os resultados obtidos com e sem consideração de variação nos parâmetros. In this work, methods are proposed to estimate the parameters of induction motors through the Least Squares method with the measurement of only voltages, currents and resistance of the stator in a no-load startup test. Procedures are detailed to process the measured signals, as well as to estimate magnetic flux and rotor mechanical speed. In order to estimate the electrical parameters, methods are proposed which differ in their requisites and in the treatment of parameters as time invariant or time-varying. For the latter, a methodology for parameter estimation through data windows is used, applying a model with time invariant parameters locally to different parts of the test. Simulations are made to validate the proposed methodology, and data from tests of three motors with different powers are used to analyze the scale of parameter variation during startup. A comparison is made between the results obtained with and without the consideration of variation in the parameters.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Os objetivos principais desta dissertação são, de uma forma geral, comparar as alterações dos parâmetros do circuito equivalente por fase de quatro motores de indução trifásico com rotor em gaiola de esquilo de classes de rendimento IE1, IE2, IE4 de um único fabricante, correlacionando-os com as perdas que os mesmos produzem e com aspetos construtivos dos motores em termos dimensionais e de quantidade e qualidade dos materiais ativos utilizados. Serão desenvolvidos modelos de simulação para os diferentes motores analisados, com bases em ensaios experimentais.Este documento está estruturado da seguinte forma:O capítulo 1 exibe o enquadramento do tema sobre o qual se desenvolveu esta dissertação.No capítulo 2 são apresentados os conceitos gerais relacionados com o motor de indução trifásico com rotor em gaiola de esquilo. Inicialmente é abordado o princípio de funcionamento do motor e são relatados os principais aspetos construtivos do mesmo. De seguida é fundamentado a obtenção do circuito equivalente por fase do motor com representação dos parâmetros do mesmo. São também definidas as perdas elétricas e mecânicas que ocorrem no motor de indução e por último, é feita uma comparação das duas principais normas usadas para o cálculo do rendimento dos motores.No capítulo 3 é feita uma descrição das montagens experimentais, equipamentos e procedimentos utilizados na realização das medições. De seguida são abordados dois métodos de cálculo dos parâmetros do esquema equivalente, sendo um pela análise do circuito e outro seguindo o procedimento aconselhado pela norma IEEE 112, com respetiva análise de resultados. Posteriormente é fundamentado o cálculo dos valores de rendimento obtidos, comparando as normas IEEE 112 e IEC 60034-2-1, com respetiva análise. Para finalizar serão mostrados os resultados obtidos das simulações realizadas.Finalmente, o capítulo 4 expõe as principais conclusões retiradas do trabalho desenvolvido e propõe algumas sugestões para trabalho futuro. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ In this dissertation, the main parameter changes of IE1, IE2, IE3 and IE4 class induction motors, from one single supplier, are to be compared and correlated with the power losses produced and respective constructive differences in terms of dimension and active materials quantity and quality. On the basis of the experimental tests, simulation models for the different analyzed motors will be developed.This document has the following structure:Chapter 1 explains the framing of the theme of this thesis.In chapter 2, general concepts related with squirrel cage induction motors are presented.Initialy, is explained the working principle of the induction motor and the constructional features of this kind of motor are shown. Next, the equivalent circuit of induction motor is substantiated, with electric parameters represented. The electrical and mechanical losses are described and explained, and finally a comparison between the two main standards for electric machinery efficiency determination are made.In chapter 3, are described the experimental setups, equipment and procedures usedwhen carrying out the measurements. Then, two calculation methods of equivalent circuit parameters are explained and compared with appropriate analysis of the results. Posteriorly, the efficiency calculation values are shown with a comparison between standars IEEE 112 and IEC 60034-2-1, and finally, a critical analisys based on computation simulation results are made,Chapter 5 presents the main conclusions from the work developed and some suggestionsfor future work._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

This paper proposes a design and tuning method for a complex gain controller, based on the three-phase induction motor mathematical model complex transfer function to be used in the direct torque control at low speed which is a problem so far. The design and tuning of the complex gain is done by using the closed loop system frequency-response function. Experimental results are presented to validate the controller and operation at low speed is also explored. Este trabalho propõe um método de projeto para um controlador de ganho complexo baseado na função de transferência complexa do motor de indução trifásico para uso no controle direto de torque em que a operação do motor em baixas velocidades é um problema. O projeto e a sintonia do ganho complexo é realizado com o emprego da resposta em frequência do sistema em malha fechada. Resultados experimentais são apresentados para a validação da proposta do controlador.

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A partir disso, efetuou-se uma análise da modelagem dinâmica do motor, enfocando nas transformações de eixos, além de analisar os tipos de controle, escalar, vetorial direto e indireto (orientado pelo fluxo do rotor, pelo fluxo do estator e pelo fluxo do entreferro) e o controle direto de torque. Também se abordou os conversores CC - CA utilizados para o acionamento do motor de indução trifásico, juntamente com suas principais metodologias de modulação. Fez-se uma revisão do estado da arte dos sistemas de acionamento e controle mais estudados nos últimos anos sobre o assunto. Após, estudou-se os conceitos de estabilidade quadrática proposto por Lyapunov, juntamente com o controle H∞, os quais foram a base para o desenvolvimento de controladores robustos projetados no trabalho com desigualdade matriciais lineares (em inglês Linear Matrix Inequalities (LMIs)). Desenvolveram-se cinco tipos de controladores robustos com LMIs: o robusto, com taxa de decaimento (para sigma 1 e 10), H∞, H∞ com D-Estabilidade e H∞ com D-Estabilidade e realimentação da integral do erro de saída sendo que em todos o motor de indução trifásico foi orientado pelo fluxo do rotor. Os controladores foram projetados para quatro diferentes configurações, sendo considerados, primeiro caso - variação da velocidade (5 rad/s até a nominal); segundo caso - variação da velocidade e incerteza na resistência rotórica (3%); terceiro caso - variação na velocidade e incerteza na constante de tempo do rotor (5%); quarto caso - variação na velocidade e incertezas na constante de tempo do rotor (15%) e do estator (10%). Em todos os controladores projetados foram analisadas a resposta no tempo das saídas para uma entrada degrau unitário de distúrbio do torque de carga. Esta análise objetivou avaliar o comportamento do sistema, porém, para emular o sistema com maior fidelidade, foi montado no software Matlab/Simulink uma plataforma que contém o conjunto completo de acionamento, sistema de potência e controle, com alimentação trifásica, retificador de onda completa, barramento CC – CC, conversor CC – CA, motor de indução de indução trifásico e sensores. Esta plataforma possibilita desenvolver diversos testes no acionamento do motor de indução, além de facilitar a implementação e coleta de resultados com outras topologias de controladores. Nesta plataforma foram desenvolvidas simulações para o sistema sem carga e após 1,5 segundos aplicava-se um degrau de carga nominal no motor. Nesta plataforma analisaram-se o sistema em malha aberta com intuito de entender o comportamento do motor e, em malha fechada, foi simulado o sistema para os quatro casos de análise considerando os seis controladores robustos e o sistema com o controle clássico PI. Nas simulações foram observadas diversas formas de onda, as quais foram comparadas com os resultados do sistema em malha aberta e do controle PI. Os melhores resultados foram obtidos para os controladores H∞ com D-Estabilidade e H∞ com D-Estabilidade e realimentação da integral do erro de saída, pois, seguiram a referência de velocidade solicitada com um tempo de estabelecimento relativamente pequeno. Evidencia-se a viabilidade dos controladores e a possibilidade da implementação em bancada e ambiente industrial, os quais proporcionarão maior confiabilidade ao sistema de acionamento. This research shows the steady state operating principle of triphasic induction motors to approach the tests necessary to obtain their parameters and different speed variation possibilities. After were performed an analysis of the dynamics of motor modeling, focusing on the transformation of axes, and analyzing the types of control, scalar, direct and indirect vector (guided by the rotor flux at the stator flux and flux air gap) and direct torque control. The converters CC – AC used to drive the induction motor are also aborded, along with their main methods of modulation. A review of the state of the art regarding the drives and control systems most studied in recent years on the subject is presented. After were studied the concepts of quadratic stability proposed by Lyapunov, together with the H∞ control, which were the basis for the development of robust controllers based on Linear Matrix Inequality (LMI). In this research were developed five types of robust controllers with LMI: the robust controller, the controller with decay rate (for sigma 1 and 10), H∞ controller, H∞ controller with D- Stability and H∞ controller with D- Stability and feedback the integral of output error, considering in all cases that the triphasic induction motor is driven by rotor flux. The controllers were designed for four different configurations and were considered the first case - the speed variation (5 rad/s up to the rated); second case - the speed variation and uncertainty in the rotor resistance (3%); third case - variations in speed and uncertainty in the rotor time constant (5%); fourth case - variations in speed and uncertainties in the rotor time constant (15%) and the stator (10%). In all researched controllers were analyzed the response time of the outputs for a unit step input load torque disturbance. This analysis aimed to evaluate system behavior, however, for a complete and rigorous analysis of the system, with greater fidelity, was set up in Matlab/ Simulink software a platform that contains the full set of drive, power and control system with three-phase power, full-wave rectifier, bus DC – DC, converter DC – AC, three-phase induction motor and sensors. This platform allows the simulation of various tests with induction motor drive, and also the implementation and result analysis using a broad class of controllers. Simulations of the system without load and considering a nominal engine load step applied after 1.5 seconds are presented. In this program were analyzed the open-loop system with the aim of understanding the motor behavior, and the closed loop system was simulated considering four cases, six robust controllers and the classic PI controller. The simulations display the waveforms of triphasic current and the line voltage of the MIT, the triggers for inverter drive, currents and voltages of the direct-axis and quadrature, the electromagnetic torque and speed. The best results were obtained for the H∞ controllers with D-Stability and H∞ with D-Stability and feedback of the integral of output error. The feedback system with this controller tracked the speed reference with a small setting time. Based on this results it is possible the application of this control technique in industrial environments.

The three-phase induction motors are the most important way for electromechanical conversion, being present in almost every industrial process. Because of their importance, it is crucial that these devices have a proper predictive maintenance, avoiding lost production and operational accidents in the event of unexpected failures. In this scenario several researchers have conducted studies to detect incipient faults. About the sensing method used, the most common techniques are related to measuring the vibration levels using accelerometers and measuring electrical motor signals. The choice of technique involves factors such as invasiveness, drive motor type and the sensitivity to failure. The purpose of this work involves the development of a hybrid system that uses data collected by vibration and current sensors for fault detection in induction motors, earlier and more efficiently. The current and vibration signals were processed in the frequency domain and through the multiresolution analysis, serving as inputs of a fuzzy logic system, allowing to increase the sensitivity and efficiency in fault detection techniques in relation to the individual. The unbalance failure was investigated on a workbench with the motor coupled to a propeller and broken bars with another bench with DC motor to apply the load, the best methods being chosen in each case. The system was developed in Matlab software and was validated with correct detection for both failures, being able to detect the unbalance failure on the shaft or propeller as broken bars in different load conditions. O motor de indução trifásico é o principal meio de conversão eletromecânica existente, estando presente em praticamente todos os processos industriais. Devido à sua importância, é fundamental que estes equipamentos tenham uma correta manutenção preditiva, evitando perda de produção e acidentes operacionais em caso de falhas inesperadas. Diante deste cenário vários pesquisadores têm realizado estudos para detecção de falhas incipientes. Quanto ao método sensor utilizado, as técnicas mais comuns estão relacionadas a medição dos níveis de vibração utilizando acelerômetros e medição de sinais elétricos do motor. A escolha da técnica envolve fatores como a invasividade, tipo de acionamento do motor e a sensibilidade à falha. A proposta deste trabalho envolve o desenvolvimento de um sistema híbrido que utilize dados coletados por sensores de vibração e de corrente para detecção de falhas incipientes em motores de indução trifásicos de maneira mais precoce e eficiente. Os sinais de corrente e de vibração foram processados no domínio da frequência pela transformada de Fourier e através da análise multiresolução, servindo como entrada para sistemas de lógica Fuzzy, permitindo que se aumente a eficiência na detecção da falha em relação às técnicas individuais. Foi investigada a falha de desbalanceamento em uma bancada com o motor acoplado a uma hélice e barras quebradas em outra bancada com motor de corrente contínua acoplado para aplicar a carga, sendo escolhidos os melhores métodos em cada caso. O sistema foi desenvolvido no software Matlab e foi validado através de diagnósticos corretos para ambas as falhas, sendo capaz de detectar a falha de desbalanceamento tanto na hélice quanto no eixo e de barras quebradas em diferentes condições de carga.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

Electrical motors are responsible for 95% of primary movement source in industrialized nations. Among those, 90% are Three-Phase Induction Motors, present in almost all industrial sectors. Due to its importance on this sector, there is a need for monitoring them in order to avoid production stops and operational disasters. In this work, studies were conducted on common fault diagnostics in Three-Phase Induction Motors intending industrial applications. Different sensoring techniques were used and their performance were analyzed. An embedded system was developed to make field applications with different techniques possible. This installation can be done noninvasively and data collection can be obtained in real time. Fast Fourier Transform (FFT) and wavelet processing techniques are used as tools in mathematical processing of the data. In the first moment, fault analyses were conducted offline making use of data acquisition devices and further processing of the information. In a second phase, the embedded system was used to monitor automatically (online) the evolution of the damage developed. The system receives the motor current signal, and using local processing, conducts the spectral analysis of the signal identifying incipient faults. These data are available for communication with or without wires. For the embedded system implementation, the algorithms were adjusted to comply with the embedded hardware resources restrictions. Through theoretical and experimental development, several techniques were used and compared with the objective of performing a full diagnostic TIM malfunction. The experimental results corroborate the theoretical ones, and it was conducted a detailed study of the methods on the state of the art and new approaches were made. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES industrializadas. Desses, 90% são motores de indução trifásicos (MIT), estando presentes em praticamente todos os setores industriais. Devido a sua importância no setor produtivo, existe a necessidade que os mesmos sejam devidamente monitorados evitando interrupções na produção e desastres operacionais. Nesse trabalho foram realizados estudos para diagnósticos de falhas comuns em motores de indução trifásicos visando aplicação industrial. As diferentes técnicas de sensoriamento foram utilizadas e o desempenho de cada método foi analisado. Um sistema embarcado foi desenvolvido com o intuito de se viabilizar as aplicações em campo, cuja instalação pode ser realizada de forma não invasiva e as informações podem ser obtidas em tempo real. A Transformadas Rápida de Fourier (FFT) e as técnicas de processamento wavelet serão utilizadas como ferramentas matemáticas no tratamento dos dados. Em um primeiro momento, as análises das falhas foram feitas de forma off-line, fazendo uso de placas de aquisição de dados e um posterior tratamento das informações. Em um segundo momento, foi desenvolvido o sistema embarcado que faz um monitoramento automático (online) da evolução da avaria, que recebe o sinal de corrente do motor e, utilizando processamento local, faz a análise espectral do sinal identificando falhas incipientes. Esses dados ficam disponíveis (off line e on line) por comunicação com ou sem fios. Para a implementação do sistema embarcado, os algoritmos foram ajustados de modo a respeitar as restrições de recursos do hardware embarcado. Através de desenvolvimento teórico e experimental, várias técnicas foram utilizadas e comparadas com o objetivo de se realizar um diagnóstico completo de avaria de MIT. Os resultados experimentais corroboram com os teóricos e foi realizado um estudo aprofundado dos métodos do estado da arte e novas abordagens foram realizadas.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra Os motores elétricos podem ser utilizados numa vasta gama de aplicações. O seu desenvolvimento e aumento de eficiência é um aspeto fundamental, pois vai permitir uma redução quer no consumo de energia elétrica quer nas emissões de CO2 que lhe estão associadas. Nesta dissertação foram testados motores de indução trifásicos da marca WEG, com diferentes classes de eficiência (IE1, IE2, IE3 e IE4), a fim de detetar o pico de corrente inrush, durante o arranque destes motores em regime de rotor bloqueado e em vazio. A degradação da qualidade de energia e a introdução de dispositivos eletrónicos afetam significativamente a eficiência e tempo de vida útil dos motores. Como tal, na segunda fase desta dissertação foi testado o mesmo motor IE3, alimentado com tensões desequilibradas, para deste modo analisar a influência que a qualidade da energia elétrica fornecida ao motor tem para o seu desempenho. Para finalizar, utilizou-se um Variador Eletrónico de Velocidade para analisar o desempenho do mesmo para diferentes velocidades e diferentes níveis de carga. Electric motors can be used in a wide range of applications. Its development and increased efficiency is a key aspect, because it will allow reductions in the energy consumption or in the associated CO2 emissions. In this thesis, induction motors from WEG, with different efficiency classes (IE1, IE2, IE3 and IE4), were tested, in order to detect the peak inrush current during motor start-up under lockedrotor and no load conditions. The degradation of power quality and the introduction of electronic devices will significantly affect the efficiency and service life of the motors. As such, in the second phase of this thesis the same IE3 motor was tested, supplied with unbalanced voltages, to thereby analyze the influence that the quality of the power supplied to the motor has to its performance. Finally, a variable speed drive to supply the motor is coupled to it, to check its performance for different speeds and different loads.

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica Os motores elétricos trifásicos de indução são os mais utilizados na indústria, para o acionamento mecânico, devido à sua fiabilidade, robustez e baixa manutenção. A desvantagem da regulação da velocidade encontra-se ultrapassada pelos variadores de frequência. Apesar disto, é necessário garantir operações seguras e confiáveis, daí que se recorra à manutenção. O trabalho a desenvolver nesta dissertação, é o diagnóstico de avarias em motores elétricos, numa vertente do controlo da condição. Com o objetivo de verificar quais as vantagens e desvantagens de cada tecnologia. Foram provocados 5 danos em motores diferentes e cada um deles foi submetido a um diagnóstico, através de três tecnologias de manutenção preditiva, análise de vibrações, análise corrente e análise termográfica. Concluiu-se que, no caso da análise de corrente os resultados teóricos são validadosatravés dos diagnósticos, mas esta não é aplicada para a deteção, devido ao tempo que demora uma aquisição e quando dois danos são diagnosticados através da mesma opção não deteta a causa, por exemplo, em danos nos rolamentos e excentricidade só revelaque há variação do entreferro. Enquanto no caso da termografia, nesta dissertação, não mostrou dados satisfatórios, nem na deteção, como era esperado, mas a temperatura é muito importante no caso dos motores, logo deve estar presente. A análise de vibrações deteta grande parte dos danos numa fase incipiente mas os resultados necessitam de um diagnóstico cuidado. Sintetizando, no caso desta dissertação, as tecnologias complementaram-se e chegaram a um diagnóstico mais assertivo. Abstract: The three-phase induction motors are the most used in industry for mechanical drive due to its reliability, robustness and low maintenance, the disadvantage of speed regulation is overcome by frequency inverters. Although it is necessary to ensure safe and reliable operations, hence it will turn maintenance. The work in this thesis is the diagnosis of faults in electric motors, an arm of the control condition. In order to check the advantages and disadvantages of each technology. were caused 5 damages in different engines and each was subjected to a diagnostic of three predictive maintenance technologies through, vibration analysis, thermal analysis and flow analysis It was concluded that, in the case of the MCSA theoretical results are validated through the diagnosis, but this is not applied to the detection, due to the time it takes an acquisition and when two injuries are diagnosed using the same option does not detect the cause for example, in damage to bearing eccentricity and only reveals that there is variation in air gap. While in the case of thermal imaging, this dissertation showed no satisfactory data, and the detection, as expected, but the temperature is very important in case of engines, must soon be present. Vibration analysis detects most of the damage at an early stage but the results require a careful diagnosis. Summarizing, in the case of this dissertation, the technologies are complementary and evolved into a more assertive diagnosis.

Orientador: Prof. Dr. Alfeu J. Sguarezi Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014. O Controle Direto de Torque é uma das técnicas mais avançadas em acionamentos para motores de indução trifásicos, pois tem como característica principal uma resposta rápida as exigências de torque eletromagnético o que permite um controle com maior precisão da velocidade. Este trabalho apresenta o Controle Direto de Torque baseado no controle do ângulo da carga com a utilização de controladores do tipo proporcional-integral (PI). Esta estratégia baseia-se na análise do erro encontrado entre torque eletromagnético de referência e torque eletromagnético estimado que é processado por um controlador que gera um ângulo de carga. O fluxo do estator em coordenadas estacionárias é calculado a partir de sua magnitude e com o ângulo, gerado pelo controlador PI mencionado, é somado ao ângulo do rotor. O fluxo do estator de referencia é comparado ao fluxo do estator estimado e um controlador PI processa o erro de forma a gerar a tensão de estator em coordenadas estacionárias de forma que as referências de torque e fluxo sejam atendidas. Com base em um modelo computacional foram realizadas simulação para validar a eficiência da estratégia proposta, resultados obtidos demonstram o comportamento transitório e em regime das correntes, torque eletromagnético e velocidade do motor. Também foram realizados testes em bancada para validar o controlador proposto. The Direct Torque Control is one of the most advanced techniques for three-phase induction motors drives, due its main characteristic in which it has a quick response to requirements electromagnetic torque which allows a control of the speed with greater precision. This work presents the direct torque control based on load angle control with the use proportional-integral (PI) controllers. This strategy is based on the analysis of an error found between the reference of electromagnetic torque and the measured torque that is processed by a controller that generates an electromagnetic torque load angle. The stator flux in stationary coordinates is calculated from the magnitude and the angle generated by a PI controller that is added to the rotor angle. The stator flux reference is compared to the estimated stator flux and a PI controller processes this error an calculates the stator voltage in stationary stator coordinates so that the flux and torque references are attended. The study is made using computer simulations of the proposed controller and experimental results are carried out to validate the estrategy.

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre Em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia Com a elaboração deste trabalho é demonstrado que autilização eficiente da energia elétrica em equipamentos de produção de frio poderá proporcionar grandes benefícios económicos e ambientais na medida em que os custos associados ao aumento de eficiência são inferiores aos da produção de mais energia. Numa fase inicial é efetuada uma descrição teórica sobre o princípio de funcionamento do motor de indução e também dos variadores eletrónicos de velocidade. Nesta fase procedeu-se também ao levantamento dos principais planos e protocolos existentes a nível nacional, europeu e mundial para a implementação dos programas de aumento da eficiência energética das instalações. Na fase posterior foram analisados os consumos energéticos da instalação frigorífica da empresa Gelpeixe, com vista a elaboração de um estudo que promova o aumento da eficiência energética da empresa. Verificou-se, todavia, que para aumentar a eficiência energética de uma instalação é necessárioefetuar um estudo detalhado e rigoroso dos sistemas onde serão introduzidos os equipamentos a adquirir,visto que nalguns casos o investimento é significativo, sendo expectável e desejável recuperar o valor despendido no menor tempo possível. Para tal foram realizadas simulações em Matlab/Simulink, com a finalidade de verificar se é possível poupar energia na central frigorifica em análise. No seguimento das simulações conclui-se que a introdução dos variadores irá aumentar a eficiência energética da referida central frigorifica em cerca de 7% com um payback de 20 meses. Como resultado fica comprovado que a introdução dos variadores configura uma mais-valia no aumento da eficiência energética das instalações elétricas, apesar deste valor ser dependente dos equipamentos e processos. Abstract: This work to demonstrate that the efficient use of electrical energy by cold producing equipments can bring economic and environmental benefits, since the costs of increasing the efficiency are lower than those of consuming more energy. Firstly, we present a theoretical description of the induction motor working principle and of the electronic speed drive. We also proceeded to the identification of major plans and protocols at global, european and national level concerning the implementation of programs to increase facilities’ energy efficiency. Afterwards, we analyzed energy consumption of the refrigeration equipment of the company Gelpeixe, in order to elaborate a studythat can promote increased energy efficiency. However, to increase the energy efficiency of a facility it is necessary to make a detailed and rigorous study of the systems, considering the value of the equipment to be purchased, knowing that, in some cases, the investment is significant and that it is expected and desirable to achieve the shortest payback. So simulations were performed in Matlab / Simulink,in order to analyse if it is possible to save energy in the central refrigerating under review. Considering the simulations we conclude that the introduction of variable speed drive will increase around 7% the energy efficiency of the mentioned refrigerating plant, with a payback of 20 months. Thus it is confirmed that the introduction of variable speed drive is a sure option in increasing the energy efficiency of electrical installations.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

The presented work aims at monitoring in real time the important parameters in induction motors in a non-invasive manner. A method for estimation of torque, shaft speed and energy efficiency has been developed. An embedded system is employed for acquiring electrical signals from the motor and local processing. The calculated values are transmitted to a monitoring unit through an IEEE 802.15.4-based wireless sensor network. At the base unit, various motors can be monitored in real time. To choose the method to be used, a survey on the main methods was made. The method by air-gap torque was considered the most appropriate to the requirements for being accurate and non-invasive. An experimental study was conducted to observe the accuracy of the estimated methods used, and the relationship between the wireless sensor network performance and the spectral occupancy at the operating environment. Therefore, the embedded system was deployed on a workbench of dynamic sinusoidal torque in an industrial environment. The performance of the embedded system and the estimation results were extremely positive. The results show that even with the difficulties of wireless transmission in some scenarios, the system was fully capable of providing processed information for the monitoring. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O trabalho proposto visa monitorar em tempo real grandezas importantes em motores de indução trifásicos de forma pouco invasiva. Foi desenvolvido um método de estimação de torque, velocidade no eixo e eficiência energética. Um sistema embarcado foi construído para a aquisição de sinais elétricos do motor e processamento local. Os valores calculados são transmitidos para estação base através de uma rede de sensores sem fio baseada no padrão IEEE 802.15.4. Na estação base, vários motores podem ser monitorados em tempo real. A fim de desenvolver o método a ser utilizado para estimação das grandezas, foram pesquisados os principais métodos existentes. O método a partir do torque no entreferro foi considerado o mais adequado às necessidades devido à sua exatidão e baixa invasividade. Um estudo experimental foi realizado para observar a exatidão dos métodos de estimação utilizados, assim como a relação entre o desempenho da rede sem fio e a ocupação espectral no ambiente operacional. Para isso, o sistema embarcado foi instalado em uma bancada de torque dinâmico senoidal em ambiente industrial. O desempenho do sistema embarcado e os resultados das estimações foram extremamente positivos. Os resultados mostram que, mesmo com as dificuldades na transmissão sem fio em alguns cenários, o sistema foi totalmente capaz de fornecer informações processadas para o monitoramento.

This work presents a diagnosis faults system (rotor, stator, and contamination) of three-phase induction motor through equivalent circuit parameters and using techniques patterns recognition. The technology fault diagnostics in engines are evolving and becoming increasingly important in the field of electrical machinery. The neural networks have the ability to classify non-linear relationships between signals through the patterns identification of signals related. It is carried out induction motor´s simulations through the program Matlab R & Simulink R , and produced some faults from modifications in the equivalent circuit parameters. A system is implemented with multiples classifying neural network two neural networks to receive these results and, after well-trained, to accomplish the identification of fault´s pattern Este trabalho apresenta um sistema de diagnóstico de falhas (rotor, estator e contaminação) do motor de indução trifásico através dos parâmetros do circuito equivalente e utilizando técnicas de reconhecimento de padrões. A tecnologia de detecção de falhas em motores está evoluindo e tornando cada vez mais importante na área de máquinas elétricas. As redes neurais possuem a habilidade de classificar relações não lineares entre sinais através da identificação de padrões dos sinais relacionados. São realizados simulações do motor de indução através do programa Matlab R & Simulink R e produzido alguns tipos de falhas no conjunto a partir de modificações nos parâmetros do circuito equivalente. É implementado um sistema com múltiplos classificadores neurais para receber estes resultados e, após o treinamento, realizar a identificação dos padrões de falhas

This work presents an algorithm able to identify all electrical parameters of three phase induction motor, with discrete realization, using a fixe-point digital signal processor based platform. Some techniques presents in the literature are analyzed for comparison and validation with proposed algorithm. Initially, an historical review about the main parameter identification algorithms is accomplished and then, is obtained the models for an induction motor. From the machine model, two parameters identification algorithms are designed: a classical RLS identification, which is widely used in literature and a robust model reference adaptive controller, objecting to ponder the unmodeled dynamics. In the development of this work are displayed simulation results using the Matlab® software, real-time simulation in DSP platform, and finally, experimental results. After this results analysis, it is possible to determinate which of results these identification techniques better represent the behavior of three phase induction motor analyzed. Neste trabalho é desenvolvido um algoritmo capaz de identificar todos os parâmetros elétricos de um motor de indução trifásico, com realização discreta no tempo, utilizando plataforma com base em um processador digital de sinais de pontofixo. Algumas técnicas existentes na literatura são analisadas para fins de comparação e validação do algoritmo proposto. Inicialmente, faz-se uma revisão bibliográfica de algumas técnicas de identificação de parâmetros disponíveis na literatura e em seguida são obtidos os modelos do motor de indução trifásico. A partir do modelo da máquina foram projetados dois algoritmos de identificação: um identificador já conhecido na literatura do tipo mínimos quadrados recursivo (RLS) e, com o objetivo de mitigar a influência das dinâmicas não modeladas, um controlador adaptativo robusto por modelo de referência (RMRAC) é utilizado na identificação. No desenvolvimento deste trabalho, resultados de simulações utilizando o software Matlab®, simulações em tempo-real em plataforma DSP, e por fim, resultados experimentais são apresentados. A partir da análise dos resultados parte-se para a avaliação para determinar qual identificador resulta em parâmetros que melhor representa o comportamento dinâmico do motor de indução trifásico ensaiado.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work presents the Direct Torque Control technique applied to three-phase cage induction motors. A comparison of two strategies to achieve torque control is made, involving the traditional and discrete space vector modulation techniques. The philosophy of direct torque control is presented. Digital simulations were carried out for the motor operating in several different conditions. A sensorless speed control under direct torque control is achieved. Practical work was developed with basis on digital techniques. All the control strategies were carried out using a fixed point DSP platform. Experimental and simulation results are presented and compared. Este trabalho apresenta a técnica de Controle Direto de Conjugado aplicado a motores de indução trifásico. Uma comparação entre duas estratégias de controle direto de conjugado é realizada, envolvendo as técnicas de controle direto de conjugado tradicional e modulação discreta de vetores espaciais. A filosofia de controle direto de conjugado é apresentada. Simulações digitais foram realizadas para o motor operando em diversas condições de operação. Um controle de velocidade sem sensor mecânico com controle direto de conjugado é realizado. O trabalho prático foi desenvolvido com base em técnicas digitais. Todas as estratégias de controle foram realizadas usando plataforma em ponto fixo DSP. Resultados de simulação e experimentais são apresentados e comparados. Mestre em Ciências

Este artigo trata do emprego de um algoritmo preditivo no controle do fluxo do rotor e da velocidade de um motor de indução trifásico. No acionamento elétrico proposto, o motor de indução (MI) é descrito em espaço de estados, sendo necessário, para a realização do controle, o conhecimento de suas tensões de terminal do estator e das seguintes variáveis de estado: corrente de estator, fluxo de rotor e velocidade de eixo do motor, sendo que estas duas últimas são estimadas por um filtro de Kalman estendido. O torque de carga é considerado uma perturbação e a sua amplitude é calculada a partir do emprego da equação eletromecânica. A aplicação do MBPC é mostrada por resultados de simulação computacional e experimentais. This article presents the results concerning the control of rotor flux and speed of the induction motor using MBPC algorithm. A nonlinear state space model of induction motor is used to describe its dynamic. The rotor flux and speed are estimated using an extended Kalman filter. The load torque is considered as a disturbance and its value is calculated through the electromechanical equation. Simulated and experimental results have shown the good performance of this strategy.

This paper presents a study of the Direct Torque Control (DTC) based in the traditional technique. It used Switching Tables to drive the electronic converter that feeds the induction motor. Speed control is achieved. Two switching strategies are studied, one that only allows operation in two quadrants and other for four quadrants. Simulation of a complete system is implemented and the results are shown and discussed. Some preliminary experimental results are included in the work. The practical implementation of the DTC is accomplished in a digital signal processor (DSP). Este trabalho apresenta um estudo do controle direto de conjugado (DTC) técnica tradicional, baseado em tabelas de chaveamento para acionamento de motor de indução sob velocidades controladas. Duas estratégias de chaveamento são estudadas, uma que permite operação em dois quadrantes e outra em quatro quadrantes. A simulação de um sistema completo é executada e os resultados são mostrados e discutidos. O controle total e excelente da velocidade é conseguido. São apresentados resultados de simulações e resultados experimentais preliminares do sistema implementado. A implementação prática do DTC é realizada utilizando processador digital de sinais (DSP). Mestre em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work shows and compares three different flux estimator algorithms developed for use in high-performance sensorless ac motor drives. The first algorithm uses a low pass filter with a very low cut off frequency to integrate the back electromotive force (emf). The second one uses a high pass filter to remove the offset present in the signal before it s integration. The third algorithm uses current and voltage model to estimate the flux of induction motor. These algorithms can be used to accurately measure the motor flux including magnitude and phase angle over a wide speed range. The performance of the algorithms is investigated, compared, and verified using simulation and experimental tests. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma comparação entre três algoritmos estimadores de fluxo estatórico diferentes. Estes algoritmos foram desenvolvidos para serem usados no projeto de acionamentos de alto desempenho, sem sensor de velocidade, para motores de indução. O primeiro algoritmo adotado utiliza um filtro passa baixa com uma freqüência de corte baixa para resolver a integração. O segundo algoritmo usa um filtro passa alta para retirar o offset do sinal de entrada do integrador puro. O terceiro algoritmo é um algoritmo híbrido que utiliza os modelos de tensão e corrente em paralelo para estimar o fluxo. Os algoritmos estimam fluxo estatórico em uma ampla faixa de freqüência de funcionamento do motor de indução e foram implementados na forma de simulação e experimentalmente para comparar o funcionamento dos mesmos em diferentes velocidades de operação do motor. Mestre em Ciências

The main task of this work is to provide a contribution to help a more deep understanding on the operation of the asymmetrical twophase induction motor with return for applications in places where a possibility of a two-phase network feeding exists. important contributions where obtained with the help of a time domain dynamic model for symmetrical and asymmetrical two-phase machines developed as part of this work. With such contributions it was possible to show that a threephase induction motor can work as a two-phase asymmetrical induction motor with return through a phase or neutral conductor, without the need of some starting devices, such as, centrifugal switch and capacitors. this was proved through load and no-load tests and by way of comparisons between theoretical and experimental results. Hence, with such a work, we are seeking for the revitalization of the asymmetrical two-phase induction motor theory, a machine that presents a non-uniform magnetomotive force and electromagnetic torque. O objetivo principal deste trabalho é fornecer uma contribuição que ajudará no entendimento com maior profundidade sobre o funcionamento do motor de indução bifásico assimétrico com retorno para aplicações em locais onde exista a possibilidade de uma rede de alimentação bifásica. As contribuições mais importantes foram obtidas com o auxílio do modelo dinâmico no domínio do tempo para máquinas bifásicas simétricas e assimétricas desenvolvido neste trabalho. Através das contribuições obtidas foi possível mostrar que um motor de indução trifásico pode funcionar como motor de indução bifásico assimétrico com retorno pela fase ou pelo neutro, sem que o mesmo necessite de determinados componentes de partida, tais como, chave centrifuga e capacitores. isto ficou provado através dos ensaios a vazio e com carga e também por intermédio das comparações entre os resultados teóricos e experimentais. Com isto procurou-se revitalizar a teoria do motor de indução bifásico assimétrico com retorno, que possui força magnetomotriz e torque eletromagnético não uniforme. Doutor em Ciências

This work proposes a comparative performance analysis of control and estimation techniques applied to three-phase induction motors with discrete realization, using a fixed-point digital signal processor based platform. Some modifications in original algorithms are proposed to improve the performance of the techniques in study. Initially, an historical review about the induction motors drives and a bibliographical review of the main speed estimation techniques implemented in DSP were accomplished. Then, different models of the induction machine are obtained using the semi-stationary reference frames. From the machine model, two speed controllers are projected: a classical PI controller, that is widely used in industrial environment and a robust model reference adaptive controller, objecting to compensate disturbances and unmodeled dynamics. After that, two estimation techniques based on 1M model are selected to project high-performance speed sensorless drives and later comparison. One of these schemes is extremely spread in academic and industrial environrnents, it is based on a model reference adaptive system (MRAS) and the other one is projected from a modified recursive least squares (MRLS), that is presented as a highperformance altemative solution. In the development of this work are displayed simulation results using the MatlabTM software, real-time simulations in DSP platform, and finally, experimental results. After these results analysis, it is possible to determinate which of these sensorless speed controllers proposed present satisfactory dynamic response for a wide range of speed, including low and null rotations, in situations of load disturbances and parametric variation. Este trabalho propõe uma análise comparativa do desempenho de técnicas de controle e estimação de velocidade, com realização discreta no tempo, aplicadas a motores de indução trifásicos, utilizando plataforma com base em um processador digital de sinais de ponto-fixo. Algumas modificações em algoritmos existentes na literatura são propostas para melhorar o desempenho das técnicas em estudo. Inicialmente, uma revisão histórica sobre a evolução dos sistemas de acionamento para motores de corrente alternada e uma revisão bibliográfica das principais técnicas de estimação de velocidade implementadas em DSP são realizadas. Em seguida, são obtidos diferentes modelos para o motor de indução trifásico representados em referenciais semi-estacionários. A partir do modelo da máquina foram projetados dois controladores de velocidade: um controlador clássico e amplamente utilizado no meio industrial (PI), e, com o objetivo de compensar distúrbios e dinâmicas não modeladas, um controlador adaptativo robusto por modelo de referência (RMRAC) é implementado. Para o projeto de servomecanismos sensorless de alto desempenho, duas técnicas de estimação de velocidade baseadas no modelo do MI foram selecionadas. Uma delas é amplamente difundida. no meio acadêmico e industrial, sendo fundamentada em um sistema adaptativo por modelo de referência (MRAS) e outra tem base em um algoritmo de mínimos quadrados recursivos modificado (MRLS) e é apresentada como uma alternativa de alto desempenho. No desenvolvimento deste trabalho, resultados de simulações utilizando o software Matlab@, simulações em tempo-real em plataforma DSP, e por fim, resultados experimentais são apresentados. A partir destes resultados, parte-se para avaliação para determinar quais dos controladores sensorless analisados apresentam resposta dinâmica satisfatória em uma larga faixa de velocidade, inclusive em condições de velocidade baixa e nula, e também diante de situações de variação de carga e de parâmetros.

Neste artigo é proposto um método para estimar todos os parâmetros elétricos do motor de indução em tempo-real e em malha fechada. Os parâmetros são estimados resolvendo o problema de minimização dos mínimos quadrados recursivo (RLS). O modelo para o RLS é derivado para o caso onde as correntes do estator do motor são reguladas via um controlador com realimentação linear. Resultados experimentais selecionados são usados para demonstrar a possibilidade e desempenho do método proposto. In this paper it is proposed a method for estimating in real-time and in closed-loop all the parameters of an induction motor. The parameters are determined by solving a recursive least squares minimization problem. The model for the least-squares problem is derived for the case where the stator currents of the motor are regulated via a linear feedback controller. Selected experimental results are used to demonstrate the feasibility and performance of the proposed method.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico This work presents a study and implementation of a torque estimator for three phase induction motors. Estimation is made from input voltages and currents and stator phase resistance is the only motor parameter needed. Torque estimation is obtained from stator flux estimation. This requires the integration of the phase counter electromotive force. An integration method able to avoid drifting and errors due to initial conditions is chosen and implemented. Torque estimator is implemented using a DSP board so that real time operation is possible. Experimental and simulated results are presented and found to be in good agreement. A proposta deste trabalho é a implementação de um método de estimação do conjugado eletromagnético de motores de indução trifásicos, a partir de amostras de correntes e tensões trifásicas obtidas nos terminais da máquina, sendo que o único parâmetro do motor de indução trifásico a ser utilizado é a resistência estatórica. Para estimar o conjugado é necessário estimar o fluxo. O principal problema em relação à estimação do fluxo é a integração do sinal. Algumas propostas para estimação do fluxo foram estudadas, e dentre estas uma foi escolhida. Para digitalização do método de integração escolhido foi utilizado o Processador Digital de Sinais. O algoritmo implementado é apresentado detalhadamente em todos os seus blocos. São apresentados resultados de simulações e resultados experimentais do sistema implementado, tais como diferentes valores de carga e aplicação e retirada de carga. Mestre em Ciências

Este artigo trata do desenvolvimento e utilização de um Analisador de Espectro Lock-in Digital para estimar a velocidade de um motor de indução trifásico, de maneira não-invasiva, por meio de aquisição e processamento de uma das correntes de fase, sem a necessidade de intervenção física direta no motor. Um Analisador de Espectro Lock-in Digital utiliza o princípio do Amplificador Lock-in para freqüências espaçadas uniformemente, o qual implementa detecção sensível à fase, usada para medição de sinal de freqüência específica em condições adversas de ruído. This article discusses the development and utilization of a Digital Lock-in Spectrum Analyzer to estimate the speed of a three-phase induction motor in a less invasive manner. The estimation of speed is obtained using acquisition and processing of one phase-current, without direct physical intervention on the motor. The Digital Lock-in Spectrum Analyzer uses Lock-in Amplifier principle at equally spaced frequencies. The Lock-in Amplifier implements phase-sensitive detection applied to measurement of signals under severe noise conditions.

This work uses a methodology based on 2D-Finite Element Method (FEM) and on the Circuits Theory (Independent Currents Method) to analyze the inter-bar currents on the rotor of cage induction motors. The Multi-Slice Technique is used to consider the skewing effect. Three conditions are considered: one inter-bar resistance, two inter-bar resistances and three inter-bar resistances. The results show the distribution of currents in the rotor bars, short-circuit rings and transversal resistances at a given time. The fundamental component of the inter-bar and surrounding bar currents are shown to help understanding the phenomenon. Este trabalho usa uma metodologia baseada no Método de Elementos Finitos 2D (FEM) e na Teoria de Circuitos (Método das Correntes Independentes) para analizar as correntes inter-barras no rotor de um motor de indução com rotor de gaiola. A Técnica de Multiplas Fatias é usada para considerar o efeito da inclinação das barras do rotor. Três condições são consideradas: uma resistência inter-barra, duas resistências inter-barras e três resistências inter-barras. Os resultados mostram a distribuição das correntes nas barras do rotor, anéis de curto-circuito e resistências transversais em dado momento de tempo. A componente fundamental da corrente nas resistências inter-barras e nas barras circundantes é mostrada para auxiliar na compreensão do fenômeno.

Este artigo investiga o uso da estratégia de controle adaptativo do tipo modelo de referência para sistemas de acionamentos de motores de indução com o controle orientado indiretamente pelo campo. O esquema proposto não requer o uso de nenhum sensor eletromecânico e é praticamente independente da constante de tempo rotórica. Por exemplo, este esquema é bem adequado para aplicações onde não há controle de velocidade, mas é necessário manter o controle com orientação indireta pelo campo sintonizado para se obter controle de conjugado com alto desempenho. A sensibilidade paramétrica do esquema de controle à variações em r s e sigmal s também é investigada no artigo. Os resultados experimentais apresentados demonstram o perfeito funcionamento do esquema proposto. This paper investigates the use of the model reference control strategy for induction motor drive systems based on indirect field oriented control principles. The proposed control scheme does not require the use of any electromechanical sensor and is fairly independent of the rotor time constant. For example, this scheme is well suited for applications where there is no speed control but it is required to keep the indirect field oriented controller permanently tuned to obtain a high performance torque control. The parameter sensitivity of the control scheme to changes in r s and sigmal s is also investigated in this paper. Experimental results are presented and demonstrate the correctness and feasibility of the proposed methodology.

Submitted by Ruth Quaresma de Freitas (ruth_quaresma@hotmail.com) on 2019-01-30T11:09:22Z No. of bitstreams: 1 CLÁUDIA FERNANDES DO CARMO SILVA DISSERTAÇÃO - PPGEE 2001..pdf: 20618701 bytes, checksum: ed0846600d433dc7829c2740fa27ac85 (MD5) Made available in DSpace on 2019-01-30T11:09:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CLÁUDIA FERNANDES DO CARMO SILVA DISSERTAÇÃO - PPGEE 2001..pdf: 20618701 bytes, checksum: ed0846600d433dc7829c2740fa27ac85 (MD5) Previous issue date: 2001-08-30 Nesse trabalho estuda-se o comportamento dinâmico do motor de indução trifásico durante a partida alimentado através de uma chave de partida estática ou através de um inversor de fonte de tensão. O comportamento dinâmico do motor de indução é estudado em várias condições de operação. O estudo é direcionado para aplicações industriais, e desse modo, os tipos mais comuns de cargas mecânicas são considerados. Um programa de simulação foi desenvolvido para estudar as diferentes condições de operação do motor. Esse programa utiliza um modelo dinâmico do motor e uma representação detalhada do funcionamento da chave estática e do inversor de tensão. O problema de determinação das condições iniciais de operação da chave estática é formulado e discute-se um método de solução desse problema. Um estudo comparativo entre o desempenho do sistema de acionamento obtido com a alimentação através da chave estática ou através do inversor de tensão é realizado. Nesse estudo o tempo de aceleração, a corrente, o conjugado de partida e as limitações térmicas dos equipamentos são utilizados como indicadores para caracterizar a capacidade de partida. Os resultados do estudo por simulação são comparados com os resultados experimentais obtidos numa bancada configurada com protótipos industriais de uma chave estática, de um inversor de tensão e um motor de indução trifásico. In this work the dynamic behavior of the start-up of a three-phase induction supplied through a static start-up switch or through a three-phase voltage source inverter. The dynamic behavior is studied under various operating conditions. The study focuses industrial applications and the most usual types of loads are considered. A simulation program to study the different operating condition was written. This program employs the dynamic model of the induction motor and a detailed representation of the static start-up switch as well as of the voltage source inverter. The problem of determining the initial conditions for the start-up static switch is formulated and a method for solving it is discussed. A comparative study of the drive system performance obtained when the motor is supplied through the static start-up switch and through the voltage source inverter is conducted. In this comparison, the acclerating time, the current, the start-up torque and the thermal limitations are used to characterize the start-up capability. The simulation results are compared with the experimental results obtained from an experimental set-up configured with off the shelf equipments.