The work presented in this thesis involves the development of a new analytical method for predicting the transient behaviour of squirrel cage induction motors subjected to pulsating mechanical loads such as a reciprocating compressor. The objective of this project is to develop analysis that will better inform the subsequent design method for determining the rating of industrial induction motors driving an oscillatory load. The analytical approach used to determine the transient response of the motor is based upon the harmonic coupling inductance method which is capable of accommodating any stator winding arrangement used in industrial motor designs. The analytical work described in this thesis includes the response of an induction motor subjected to a general oscillating load in terms of the damping and synchronous torque components. These torque components can be used to determine the additional system inertia required to limit the motor speed and current oscillations to predetermined levels. The work further identifies the motor-load natural resonant frequency and demonstrates the potential issues when driving a general oscillatory load at or close to this frequency. The analytical model was cross-checked using software modelling in Matlab for an industrial squirrel cage induction motor driving a selection of compressor loads. The simulation results were finally correlated with a detailed experimental validation in the laboratory using a squirrel cage induction motor connected to a permanent magnet synchronous motor controlled electronically to simulate general oscillatory load.

O motor de indução trifásico foi o elemento principal de aumento de produtividade na segunda revolução industrial no final do século XIX na Europa e nos Estados Unidos. Atualmente, em termos mundiais, é a principal carga nos sistemas elétricos, chegando a atingir mais de 65% do consumo no Brasil. Durante o século XX, os motores elétricos sofreram intensos processos de inovações tecnológicas que possibilitaram significativos ganhos de rendimento. Assim, inicialmente, esta dissertação analisa o rendimento de 419 motores elétricos com potência mecânica de 5 CV, 50 CV e 200 CV, de fabricação nacional ou importados, ensaiados entre 1945 e 2016, possuindo velocidades correspondentes de 2 a 8 polos e alimentados em baixa tensão, na frequência de 60 Hz, onde foi possível verificar ganhos acumulados de rendimento, em alguns casos, acima de 10% no referido período. A legislação brasileira para o desempenho de motores elétricos teve papel importante no ganho de rendimento dos últimos anos. Neste sentido, em sequência, o trabalho avaliou o impacto do Decreto Presidencial nº 4.508 de 11 de dezembro de 2002, sendo o primeiro documento nacional a estabelecer o rendimento mínimo dos motores elétricos trifásicos de indução com rotor em gaiola de esquilo. Posteriormente, a Portaria nº 553/2005 avançou nas exigências para os níveis de rendimento e, recentemente, a Portaria nº 1/2017 eleva o patamar mínimo de rendimento. Em relação a essas três legislações, foi analisado o comportamento do rendimento de 435 motores ensaiados entre 2015 e 2016, com potências entre 1 CV e 250 CV para as 4 velocidades normatizadas. Todos os dados foram coletados, por meio de ensaios, no Laboratório de Máquinas Elétricas do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo, o qual disponibilizou os resultados para esta pesquisa, de maneira que esta dissertação apresenta dados medidos. Os resultados desta dissertação fornecem subsídios para a comparação dos padrões de rendimento dos motores elétricos comercializados no Brasil, bem como na análise das mudanças que uma decisão política pode provocar. / The three-phase induction motor was the main element of increased productivity in the second industrial revolution in the late nineteenth century in Europe and the United States. Currently, in world terms, it is the main load in the electrical systems, reaching up to 65% of the consumption in Brazil. During the 20th century, electric motors underwent intense processes of technological innovations that allowed significant gains in efficiency. Thus, initially, this dissertation analyzes the performance of 419 electric motors with mechanical power of 5 HP, 50 HP and 200 HP, of national manufacture or imported, tested between 1945 and 2016, having corresponding speeds of 2 to 8 poles and fed in low voltage, in the frequency of 60 Hz, where it was possible to verify accumulated gains in efficiency, in some cases, above 10% in said period. The Brazilian legislation for the performance of electric motors played an important role in the income gain of the last years. In this sense, in sequence, the work evaluated the impact of the Presidential Decree No. 4,508 of December 11, 2002, being the first national document to establish the minimum performance of three-phase induction electric motors with a rotor in the squirrel cage. Subsequently, Ordinance No. 553/2005 advanced the requirements for performance levels, and recently Ordinance No. 1/2017 has raised the minimum level of performance. In relation to these three legislations, the measured performance behavior of 435 motors tested between 2015 and 2016, with powers between 1 HP and 250 HP for the 4 regulated speeds was analyzed. All data were collected by means of tests in the Laboratory of Electrical Machines of the Institute of Energy and Environment of the University of São Paulo, which provided the results for this research, so that this dissertation presents measured data. The results of this dissertation provide subsidies for the comparison of the performance standards of commercial electric motors in Brazil, as well as the analysis of the changes that a political decision can cause.

O motor de indução trifásico foi o elemento principal de aumento de produtividade na segunda revolução industrial no final do século XIX na Europa e nos Estados Unidos. Atualmente, em termos mundiais, é a principal carga nos sistemas elétricos, chegando a atingir mais de 65% do consumo no Brasil. Durante o século XX, os motores elétricos sofreram intensos processos de inovações tecnológicas que possibilitaram significativos ganhos de rendimento. Assim, inicialmente, esta dissertação analisa o rendimento de 419 motores elétricos com potência mecânica de 5 CV, 50 CV e 200 CV, de fabricação nacional ou importados, ensaiados entre 1945 e 2016, possuindo velocidades correspondentes de 2 a 8 polos e alimentados em baixa tensão, na frequência de 60 Hz, onde foi possível verificar ganhos acumulados de rendimento, em alguns casos, acima de 10% no referido período. A legislação brasileira para o desempenho de motores elétricos teve papel importante no ganho de rendimento dos últimos anos. Neste sentido, em sequência, o trabalho avaliou o impacto do Decreto Presidencial nº 4.508 de 11 de dezembro de 2002, sendo o primeiro documento nacional a estabelecer o rendimento mínimo dos motores elétricos trifásicos de indução com rotor em gaiola de esquilo. Posteriormente, a Portaria nº 553/2005 avançou nas exigências para os níveis de rendimento e, recentemente, a Portaria nº 1/2017 eleva o patamar mínimo de rendimento. Em relação a essas três legislações, foi analisado o comportamento do rendimento de 435 motores ensaiados entre 2015 e 2016, com potências entre 1 CV e 250 CV para as 4 velocidades normatizadas. Todos os dados foram coletados, por meio de ensaios, no Laboratório de Máquinas Elétricas do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo, o qual disponibilizou os resultados para esta pesquisa, de maneira que esta dissertação apresenta dados medidos. Os resultados desta dissertação fornecem subsídios para a comparação dos padrões de rendimento dos motores elétricos comercializados no Brasil, bem como na análise das mudanças que uma decisão política pode provocar. / The three-phase induction motor was the main element of increased productivity in the second industrial revolution in the late nineteenth century in Europe and the United States. Currently, in world terms, it is the main load in the electrical systems, reaching up to 65% of the consumption in Brazil. During the 20th century, electric motors underwent intense processes of technological innovations that allowed significant gains in efficiency. Thus, initially, this dissertation analyzes the performance of 419 electric motors with mechanical power of 5 HP, 50 HP and 200 HP, of national manufacture or imported, tested between 1945 and 2016, having corresponding speeds of 2 to 8 poles and fed in low voltage, in the frequency of 60 Hz, where it was possible to verify accumulated gains in efficiency, in some cases, above 10% in said period. The Brazilian legislation for the performance of electric motors played an important role in the income gain of the last years. In this sense, in sequence, the work evaluated the impact of the Presidential Decree No. 4,508 of December 11, 2002, being the first national document to establish the minimum performance of three-phase induction electric motors with a rotor in the squirrel cage. Subsequently, Ordinance No. 553/2005 advanced the requirements for performance levels, and recently Ordinance No. 1/2017 has raised the minimum level of performance. In relation to these three legislations, the measured performance behavior of 435 motors tested between 2015 and 2016, with powers between 1 HP and 250 HP for the 4 regulated speeds was analyzed. All data were collected by means of tests in the Laboratory of Electrical Machines of the Institute of Energy and Environment of the University of São Paulo, which provided the results for this research, so that this dissertation presents measured data. The results of this dissertation provide subsidies for the comparison of the performance standards of commercial electric motors in Brazil, as well as the analysis of the changes that a political decision can cause.

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O estudo das condições de operação de um motor de indução em um ambiente industrial é indispensável, tendo em vista que eventuais problemas podem contribuir para um prejuízo na produção, ou ainda para custos adicionais relacionados à falta de manutenção dos equipamentos. Uma das principais falhas que podem ocorrer em um motor de indução do tipo gaiola de esquilo durante sua operação é o rompimento de uma ou mais barras que compõem o seu rotor. Apresenta-se neste trabalho um novo método para auxiliar na detecção de barras quebradas em um rotor tipo gaiola de esquilo, para um motor de grande porte, durante sua operação em regime permanente. A partir de um modelo matemático foi possível avaliar o rompimento de barras do rotor, detectando em uma posição específica, a variação da densidade de fluxo magnético resultante, produzida pela contribuição do fluxo de dispersão de cada barra do rotor, bem como pelo fluxo criado pelas correntes do estator. Um sensor de efeito Hall é instalado entre duas bobinas do estator, a fim de representar a posição onde é realizado o cálculo da densidade de fluxo magnético resultante pela modelagem matemática proposta. O sinal gerado pelo sensor a partir de uma falha é comparado com aquele obtido a partir do rotor saudável, para posterior análise. O trabalho sugere ainda a aplicação do método de detecção da falha em conjunto com uma técnica de inteligência artificial baseada nas redes neurais artificiais, a fim de contribuir para o diagnóstico da falha e estimativa do número de barras rompidas. Os resultados obtidos da simulação, bem como os dados obtidos durante o ensaio são apresentados e usados na validação do modelo matemático desenvolvido. / The study of operational conditions of an induction motor in an industrial environment is indispensable, once eventual problems can contribute for production losses, or still for additional costs related to the lack of equipments maintenance. Among the principal faults, in a squirrel cage induction motor can occur the breaking of one or more rotor bars. This work presents a new method in aid of detection of broken bars in a large squirrel cage induction motor during its operation in steady-state. A mathematical model is used to evaluate the broken rotor bars, detecting in a specific point, the resulting magnetic flux density produced by the leakage flux created by the rotor and stator currents. The Hall effect sensor is installed between two stator coils, in order to represent the position where the resulting magnetic flux density is calculated by the proposed mathematical model. The signal detected in the sensor during a fault, is compared to the obtained result of the magnetic flux density from a healthy rotor for analysis. The work still suggests the application of the artificial intelligence technique, based on artificial neural networks in the mathematical model, in order to aid on the fault detection and estimate of the number of broken bars. The simulation and experimental results are presented in order to validate the developed mathematical model.

O estudo das condições de operação de um motor de indução em um ambiente industrial é indispensável, tendo em vista que eventuais problemas podem contribuir para um prejuízo na produção, ou ainda para custos adicionais relacionados à falta de manutenção dos equipamentos. Uma das principais falhas que podem ocorrer em um motor de indução do tipo gaiola de esquilo durante sua operação é o rompimento de uma ou mais barras que compõem o seu rotor. Apresenta-se neste trabalho um novo método para auxiliar na detecção de barras quebradas em um rotor tipo gaiola de esquilo, para um motor de grande porte, durante sua operação em regime permanente. A partir de um modelo matemático foi possível avaliar o rompimento de barras do rotor, detectando em uma posição específica, a variação da densidade de fluxo magnético resultante, produzida pela contribuição do fluxo de dispersão de cada barra do rotor, bem como pelo fluxo criado pelas correntes do estator. Um sensor de efeito Hall é instalado entre duas bobinas do estator, a fim de representar a posição onde é realizado o cálculo da densidade de fluxo magnético resultante pela modelagem matemática proposta. O sinal gerado pelo sensor a partir de uma falha é comparado com aquele obtido a partir do rotor saudável, para posterior análise. O trabalho sugere ainda a aplicação do método de detecção da falha em conjunto com uma técnica de inteligência artificial baseada nas redes neurais artificiais, a fim de contribuir para o diagnóstico da falha e estimativa do número de barras rompidas. Os resultados obtidos da simulação, bem como os dados obtidos durante o ensaio são apresentados e usados na validação do modelo matemático desenvolvido. / The study of operational conditions of an induction motor in an industrial environment is indispensable, once eventual problems can contribute for production losses, or still for additional costs related to the lack of equipments maintenance. Among the principal faults, in a squirrel cage induction motor can occur the breaking of one or more rotor bars. This work presents a new method in aid of detection of broken bars in a large squirrel cage induction motor during its operation in steady-state. A mathematical model is used to evaluate the broken rotor bars, detecting in a specific point, the resulting magnetic flux density produced by the leakage flux created by the rotor and stator currents. The Hall effect sensor is installed between two stator coils, in order to represent the position where the resulting magnetic flux density is calculated by the proposed mathematical model. The signal detected in the sensor during a fault, is compared to the obtained result of the magnetic flux density from a healthy rotor for analysis. The work still suggests the application of the artificial intelligence technique, based on artificial neural networks in the mathematical model, in order to aid on the fault detection and estimate of the number of broken bars. The simulation and experimental results are presented in order to validate the developed mathematical model.

Ces travaux de recherche portent sur l’étude de l’injection du cuivre. Dans une optique d’amélioration des propriétés du cuivre injecté sous pression, deux grands thèmes de réflexion ont été abordés. La première voie de réflexion porte sur l’influence des paramètres de fusion et d’éléments d’alliages ajoutés en faible quantité sur les caractéristiques des démonstrateurs technologiques produits. La seconde partie discute de l’influence du procédé de fonderie en lui-même, notamment au travers de l’étude de deux paramètres : l’influence du régime d’écoulement du métal en fusion dans l’empreinte, et l’influence de l’emprisonnement de l’air sur les propriétés des pièces injectées. / This research focuses on the study of high pressure die casting (HPDC) of copper. In order to improve the properties of die-cast copper, two main issues were investigated. In the first part, attention is paid to the influence of melting parameters and of addition of alloying elements in small amounts on the characteristics of the specimen produced. The second part discusses the influence of the foundry process itself on properties of die cast part, in particular by studying two parameters : the metal flow type during cavity filling, and the air entrapment.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ValciFV_TESE.pdf: 3670403 bytes, checksum: d8b060478983488207d8885853eac60d (MD5) Previous issue date: 2012-11-05 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Electrical Motors transform electrical energy into mechanic energy in a relatively easy way. In some specific applications, there is a need for electrical motors to function with noncontaminated fluids, in high speed systems, under inhospitable conditions, or yet, in local of difficult access and considerable depth. In these cases, the motors with mechanical bearings are not adequate as their wear give rise to maintenance. A possible solution for these problems stems from two different alternatives: motors with magnetic bearings, that increase the length of the machine (not convenient), and the bearingless motors that aggregate compactness. Induction motors have been used more and more in research, as they confer more robustness to bearingless motors compared to other types of machines building with others motors. The research that has already been carried out with bearingless induction motors utilized prototypes that had their structures of stator/rotor modified, that differ most of the times from the conventional induction motors. The goal of this work is to study the viability of the use of conventional induction Motors for the beringless motors applications, pointing out the types of Motors of this category that can be more useful. The study uses the Finite Elements Method (FEM). As a means of validation, a conventional induction motor with squirrel-cage rotor was successfully used for the beringless motor application of the divided winding type, confirming the proposed thesis. The controlling system was implemented in a Digital Signal Processor (DSP) / Motores el?tricos transformam energia el?trica em energia mec?nica com relativa facilidade. Em algumas aplica??es particulares, necessita-se de motores el?tricos para trabalhar com flu?dos sem contamina??o, em regime de altas velocidades, em condi??es in?spitas, ou, ainda, em locais de dif?cil acesso e ? profundidade bastante consider?vel. Nestes casos, os motores com mancais mec?nicos, cujo desgaste ocasiona a necessidade de manuten??es, n?o s?o adequados. Uma solu??o poss?vel para este problema adv?m de duas alternativas: motores com mancais magn?ticos, que t?m o inconveniente de aumentar o comprimento da m?quina, e motores-mancais, que agregam compacidade. Motores de indu??o t?m sido cada vez mais utilizados em pesquisas, pois conferem maior robustez aos motores-mancais comparados a esses tipos de m?quinas constru?das com outros motores. As pesquisas j? realizadas com motores-mancais de indu??o utilizaram prot?tipos, cujas estruturas do estator e/ou rotor foram modificadas, diferindo em grande parte dos motores de indu??o convencionais. ? objetivo deste trabalho, estudar a viabilidade do uso dos motores de indu??o convencionais para a aplica??o de motores-mancais, apontando os tipos de motores dessa categoria que mais se ad?quam. O estudo utiliza o M?todo dos Elementos Finitos FEM. Como comprova??o, um motor de indu??o convencional com rotor gaiola de esquilo foi utilizado com sucesso para a aplica??o de motor-mancal do tipo enrolamento dividido, ratificando a tese proposta. O sistema de controle foi implementado em um Processador Digital de Sinais DSP

This work is dedicated to increasing the effectiveness of a particular draft induction motor, which was before the change and subjected to laboratory measurements according to EN60034 - 2-1, an analytical calculation of the losses and the overall efficiency and analysis program RMxprt. The first part focuses on the analysis of measurement data, measurement of partial loss in the machine and overall efficiency. In the second chapter, losses and efficiency calculated analytically, in the first case using the links in the professional literature dealing with the design of electric motors and in the second case by a program for the rapid design of rotating electrical machines, RMxprt program. At the end of this chapter all parameters are obtained measurements and calculations are compared. The third chapter is devoted to the calculation of losses and the resulting efficiency machines in a computer program, in which I gradually adopted changes to increase the efficiency of electrical machines. It also shows the calculation of the new dimensions of the stator and rotor slots. In the fourth chapter, the preparation of documentation for the production of a new two-layer winding for the current machine, while preserving the original dimensions of stator slots. The last part is devoted to the analysis of measurement data on the supplied asynchronous motor with a newly designed stator winding. In conclusion then discussed the results of work.