O Motor de Indução Trifásico é a máquina elétrica mais utilizada no ambiente industrial. Trata-se de um equipamento que apresenta construção robusta, facilidade de manutenção, baixo custo de aquisição e confiabilidade. Contudo, em ambiente fabril, o mesmo está exposto a esforços térmicos, elétricos e mecânicos indesejáveis, os quais, com o passar do tempo, resultam em uma falha. A presente pesquisa consiste em analisar a falha de curto-circuito de estator, uma das falhas mais recorrentes em motores de indução. Para tanto, são investigadas as peculiaridades refletidas nos sinais de corrente estatórica, a fim de correlacionar as características do sinal à falha em questão. Para tanto, os sinais de corrente são processados por meio das transformadas de Fouriere Wavelet, buscando-se isolar frequências características de uma falha de curto-circuito, as quais possam auxiliar na detecção de uma falha. Posteriormente, a classificação a partir das informações ex traídas é efetuado por meio de Redes Neurais Artificiais, especificamente, a perceptron multicamadas e a Radial Basis Function. / The Three-Phase Induction Motor is the most utilized electrical machine in industrial envi- ronments. It is an equipment that shows robust construction, ease maintenance, low cost and reliability. However, frequently, machines are exposed to thermal, electrical and mecha- nical efforts, which, over time, result in a failure. This work aims to analize the stator short circuit fault, one of the most frequent induction motor failures. Therefor, the peculiarities of the signals that are reflected in stator current are investigated, in order to correlate the signal characteristics to the failure in question. Current signals are processed through the Fourier and Wavelet transform in order to analyse short-circuit specific frequencies. Subse- quently, the classification is performed through two artificial neural networks, the multilayer perceptron and the Radial Basis Function.

Este trabalho propõe uma abordagem baseada em redes neurais artificiais para estimar a velocidade do motor de indução aplicado no controle escalar a laço fechado. Os motores de indução têm grande importância nos mais diversos setores industriais por sua robustez e baixo custo. Assim, quando a carga acoplada ao eixo necessita do controle de velocidade, parte das estratégias de controle e acionamento são baseadas na estimativa de velocidade do eixo do motor. A medida direta da velocidade diminui a robustez comprometendo o sistema de acionamento e controle bem como o aumento do custo de implementação. A proposta deste trabalho consiste em apresentar uma metodologia alternativa às tradicionais para estimativa de velocidade do motor de indução trifásico acionado por um inversor fonte de tensão utilizando modulação espacial vetorial na estratégia de controle escalar. Resultados de simulação e experimentais são apresentados para validar o método proposto com o motor submetido a variações de velocidade e torque de carga, os quais demostraram ser bem promissores. / This work proposes an artificial neural network approach to estimate the induction motor speed applied in a closed-loop scalar control. The induction motor has a great importance in many industrial sectors for the robustness and low cost. Thus, when the load coupled to the axis needs speed control, some of the drive and control strategies are based on the estimated axis speed of the motor. The direct measurement of this quantity reduces its robustness, compromises the driver system and control as well as it increases the implementation cost. The propose of this work is to present an alternative methodology for speed estimate of three phase induction motor driven by a voltage source inverter using space vector modulation in the scalar control strategy. Simulation and experimental results are presented to validate the performance of the proposed method under motor load torque and speed reference set point variations, which show very promising.

CAPES; Fundação Araucária / Este trabalho apresenta a proposta de servomecanismos de velocidade sem o uso de sensores mecânicos (sensorless) utilizando motores de indução trifásicos. É realizada a comparação e proposição de técnicas para estimação de velocidade rotórica, analisando o desempenho em diferentes condições de velocidade e de carga. Para a determinação da técnica de controle, inicialmente, é realizada uma análise da literatura das principais técnicas de controle e estimação de velocidade utilizadas, apresentando suas características e limitações. A técnica proposta para o servomecanismo de velocidade sensorless com motor de indução utiliza controle de campo orientado indireto (IFOC), composto de quatro controladores do tipo proporcional-integral (PI): controlador de fluxo rotórico, controlador de velocidade e controladores de corrente no eixo direto e em quadratura. Como o foco principal do trabalho está na malha de controle de velocidade, foi implementado no Matlab® o algoritmo de mínimos quadrados recursivo (RLS) para identificação dos parâmetros mecânicos, tais como: momento de inércia e coeficiente de atrito. Com isso, os ganhos do controlador da malha externa de velocidade podem ser auto ajustados para compensar eventuais variações dos parâmetros mecânicos. Para a estimação de velocidade são analisadas as técnicas: MRAS por fluxos rotóricos, MRAS por força contra eletromotriz (fcem), MRAS por potência reativa instantânea, escorregamento, phase locked-loop (PLL) e modos deslizantes. É apresentada uma proposição de estimação de velocidade baseada em modos deslizantes, onde é realizada uma modificação na estrutura do observador de fluxo rotórico. Para avaliação das técnicas são realizadas análises teóricas no ambiente de simulação de Matlab® e experimentais na plataforma de acionamentos de máquinas elétricas. O DSP TMS320F28069 foi utilizado para implementação experimental das técnicas de estimação de velocidade e verificação do desempenho das mesmas em uma larga faixa de velocidade, incluindo inserção de carga. A partir dessa análise é realizada a implementação em malha fechada controle de velocidade sensorless com estrutura IFOC. Os resultados demonstraram a real possibilidade de substituição de sensores mecânicos pelas técnicas de estimação propostas e analisadas. Dentre estas, o estimador baseado em PLL demonstrou o melhor desempenho em diversas condições, enquanto a técnica baseada em modos deslizantes apresenta boa capacidade de estimação em regime permanente e robustez a variações paramétricas. / This study presents a proposal of speed servomechanisms without the use of mechanical sensors (sensorless) using induction motors. A comparison is performed and propose techniques for pet rotor speed, analyzing performance in different conditions of speed and load. For the determination of control technique, initially, is performed an analysis of the technical literature of the main control and speed estimation used, with their characteristics and limitations. The proposed technique for servo sensorless speed induction motor uses indirect field-oriented control (IFOC), composed of four controllers of the proportional-integral type (PI): rotor flux controller, speed controller and current controllers in the direct and quadrature shaft. As the main focus of the work is in the speed control loop was implemented in Matlab the recursive least squares algorithm (RLS) for identification of mechanical parameters, such as moment of inertia and friction coefficient. Thus, the speed of outer loop controller gains can be self adjusted to compensate for any changes in the mechanical parameters. For speed estimation techniques are analyzed: MRAS by rotóricos fluxes MRAS by counter EMF, MRAS by instantaneous reactive power, slip, locked loop phase (PLL) and sliding mode. A proposition of estimation in sliding mode based on speed, which is performed a change in rotor flux observer structure is displayed. To evaluate the techniques are performed theoretical analyzes in Matlab simulation environment and experimental platform in electrical machinery drives. The DSP TMS320F28069 was used for experimental implementation of speed estimation techniques and check the performance of the same in a wide speed range, including load insertion. From this analysis is carried out to implement closed-loop control of sensorless speed IFOC structure. The results demonstrated the real possibility of replacing mechanical sensors for estimation techniques proposed and analyzed. Among these, the estimator based on PLL demonstrated the best performance in various conditions, while the technique based on sliding mode has good capacity estimation in steady state and robustness to parametric variations.

CAPES; Fundação Araucária / Este trabalho apresenta a proposta de servomecanismos de velocidade sem o uso de sensores mecânicos (sensorless) utilizando motores de indução trifásicos. É realizada a comparação e proposição de técnicas para estimação de velocidade rotórica, analisando o desempenho em diferentes condições de velocidade e de carga. Para a determinação da técnica de controle, inicialmente, é realizada uma análise da literatura das principais técnicas de controle e estimação de velocidade utilizadas, apresentando suas características e limitações. A técnica proposta para o servomecanismo de velocidade sensorless com motor de indução utiliza controle de campo orientado indireto (IFOC), composto de quatro controladores do tipo proporcional-integral (PI): controlador de fluxo rotórico, controlador de velocidade e controladores de corrente no eixo direto e em quadratura. Como o foco principal do trabalho está na malha de controle de velocidade, foi implementado no Matlab® o algoritmo de mínimos quadrados recursivo (RLS) para identificação dos parâmetros mecânicos, tais como: momento de inércia e coeficiente de atrito. Com isso, os ganhos do controlador da malha externa de velocidade podem ser auto ajustados para compensar eventuais variações dos parâmetros mecânicos. Para a estimação de velocidade são analisadas as técnicas: MRAS por fluxos rotóricos, MRAS por força contra eletromotriz (fcem), MRAS por potência reativa instantânea, escorregamento, phase locked-loop (PLL) e modos deslizantes. É apresentada uma proposição de estimação de velocidade baseada em modos deslizantes, onde é realizada uma modificação na estrutura do observador de fluxo rotórico. Para avaliação das técnicas são realizadas análises teóricas no ambiente de simulação de Matlab® e experimentais na plataforma de acionamentos de máquinas elétricas. O DSP TMS320F28069 foi utilizado para implementação experimental das técnicas de estimação de velocidade e verificação do desempenho das mesmas em uma larga faixa de velocidade, incluindo inserção de carga. A partir dessa análise é realizada a implementação em malha fechada controle de velocidade sensorless com estrutura IFOC. Os resultados demonstraram a real possibilidade de substituição de sensores mecânicos pelas técnicas de estimação propostas e analisadas. Dentre estas, o estimador baseado em PLL demonstrou o melhor desempenho em diversas condições, enquanto a técnica baseada em modos deslizantes apresenta boa capacidade de estimação em regime permanente e robustez a variações paramétricas. / This study presents a proposal of speed servomechanisms without the use of mechanical sensors (sensorless) using induction motors. A comparison is performed and propose techniques for pet rotor speed, analyzing performance in different conditions of speed and load. For the determination of control technique, initially, is performed an analysis of the technical literature of the main control and speed estimation used, with their characteristics and limitations. The proposed technique for servo sensorless speed induction motor uses indirect field-oriented control (IFOC), composed of four controllers of the proportional-integral type (PI): rotor flux controller, speed controller and current controllers in the direct and quadrature shaft. As the main focus of the work is in the speed control loop was implemented in Matlab the recursive least squares algorithm (RLS) for identification of mechanical parameters, such as moment of inertia and friction coefficient. Thus, the speed of outer loop controller gains can be self adjusted to compensate for any changes in the mechanical parameters. For speed estimation techniques are analyzed: MRAS by rotóricos fluxes MRAS by counter EMF, MRAS by instantaneous reactive power, slip, locked loop phase (PLL) and sliding mode. A proposition of estimation in sliding mode based on speed, which is performed a change in rotor flux observer structure is displayed. To evaluate the techniques are performed theoretical analyzes in Matlab simulation environment and experimental platform in electrical machinery drives. The DSP TMS320F28069 was used for experimental implementation of speed estimation techniques and check the performance of the same in a wide speed range, including load insertion. From this analysis is carried out to implement closed-loop control of sensorless speed IFOC structure. The results demonstrated the real possibility of replacing mechanical sensors for estimation techniques proposed and analyzed. Among these, the estimator based on PLL demonstrated the best performance in various conditions, while the technique based on sliding mode has good capacity estimation in steady state and robustness to parametric variations.

Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T03:57:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lazarini_MarcosVinicius_M.pdf: 4342557 bytes, checksum: cca354c6cf0938fd0151555654c04067 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo detalhado de uma configuração de controle direto de torque (DTC) de motores de indução trifásicos usando modulação em largura de pulsos por vetores espaciais, controlador de estrutura variável tipo modos deslizantes (sliding mode) e estimador de velocidade adaptativo do tipo MRAS (model reference adaptive system). Procurou-se apresentar um tutorial detalhado sobre o assunto onde, desde a modelagem matemática adequada do motor de indução trifásico e do controle direto de torque, da modelagem do controlador tipo modos deslizantes e do estimador MRAS até a programação do sistema em processador digital de sinais foram detalhadas. Construiu-se uma plataforma experimental no Laboratório de Eletrônica de Potência da FEEC/UNICAMP para comprovação dos resultados teóricos obtidos através de modelagens matemáticas e simulações digitais realizadas. Os resultados em geral se mostraram adequados e o trabalho certamente contribuiu bastante para a formação do autor para trabalhos de pesquisas científica e tecnológica. Espera-se que o resultado deste trabalho venha contribuir para o estudo de futuros pesquisadores e para o ensino de pós-graduação e, quem sabe de graduação também, nas áreas de controle, eletrônica de potência e controle de máquinas elétricas. / Abstract: This work presents a detailed study of a three-phase induction motor direct torque control (DTC) using space vector pulse width modulation, variable structure controller of sliding mode type and a MRAS rotor speed estimator (model reference adaptive system). It is shown here a detailed tutorial, covering the three-phase induction motor dynamic mathematical modeling and the direct torque control, the sliding mode controller and the MRAS estimator model, up to the digital signal processor programming structure. An experimental set-up was built in the Power Electronics Laboratory of the FEEC/UNICAMP in order to confirm the theoretical results obtained using dynamic simulation. The results obtained were considered adequate in various situations, and the development of this work became a fundamental contribution to the author in terms of his scientific and academic research skills improvement. It is expected that this work could contribute to the future researchers' learning process and also to the graduate and undergraduate control students, control of electrical machines students and power electronics learning process. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

University of Macau / Faculty of Science and Technology / Department of Electrical and Electronics Engineering

Stator current spectral analysis techniques are usually used to detect rotor faults in induction machines. Magnetic field anomalies in the airgap due to the rotor faults result in characteristic side-band harmonic components in the stator current spectrum, which can be measured as rotor fault signatures. A position-varying load torque oscillation at multiples of the rotational speed, however, has exactly the same effect. Stator current harmonics due to a load torque oscillation often obscure and even overwhelm rotor eccentricity fault detection since the magnitude of load oscillation induced harmonics is usually much larger. Although previous research has suggested some methods to differentiate between these two effects, most of them rely heavily on the accurate estimation of motor parameters. The objective of this research is to develop a far more practical and computationally efficient method to detect rotor faults effectively in the presence of a load torque oscillation. A significant advantage of the proposed scheme is that it does not need any knowledge of motor parameters. The normalized negative sequence information induced by a mixed rotor eccentricity in the stator current or terminal voltage space vector spectra, serves as a reliable rotor fault indicator to eliminate load oscillation effects. Detailed airgap magnetic field analysis for an eccentric motor is performed and all machine inductance matrices as well as their derivatives are reformulated accordingly. Careful observation of these inductance matrices provides a fundamental understanding of motor operation characteristics under a fault condition. Simulation results based on both induction motor dynamic model and Maxwell 2D Finite Element Model demonstrate clearly the existence of the predicted rotor fault indicator. Extensive experimental results also validate the effectiveness and feasibility of the proposed detection scheme.

This dissertation proposes several simple, robust, and non-intrusive condition monitoring methods for induction motors fed by closed-loop inverters and claw-pole generators with built-in rectifiers. While the flexible energy forms synthesized by power electronic converters greatly enhance the performance and expand the operating region of induction motors and claw-pole generators, they also significantly alter the fault behavior of these electric machines and complicate the fault detection and protection. In this dissertation, special characteristics of the connected closed-loop inverter and rectifier have been thoroughly analyzed, with particular interest in their impact on fault behaviors of the induction motor and the claw-pole generator. Based on the findings obtained from the theoretical and experimental analysis, several sensorless thermal, mechanical, and insulation monitoring methods are proposed by smartly utilizing special features and capabilities of the connected power electronic converter. A simple and sensitive stator turn-fault detector is proposed for induction motors fed by closed-loop inverter. In addition, a stator thermal monitoring method based on active DC current injection and direct voltage estimation is also proposed to prevent the closed-loop controlled induction motors from thermally overloading. The performance of both methods is demonstrated by extensive experimental results. Methods to detect serpentine belt slip, serpentine belt defect, rotor eccentricity have been proposed for claw-pole generators using only the available electric sensor information. Methods to detect and protect stator turn faults in claw-pole generators are also presented in this dissertation. Lastly, a novel method to detect the generalized bearing roughness fault is proposed. All the proposed condition monitoring techniques have been validated by experimental results.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2002. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaves 198-201). Also available on the Internet.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2002. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaves 198-201). Also available on the Internet.