Orientador: Hans Ingo Weber / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-19T16:11:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiasJunior_Milton_D.pdf: 26891221 bytes, checksum: 68d180280b5bb56ce35d64070234444f (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Uma das causas mais importantes de geração de ruído sonoro e vibração em máquinas elétricas é a excitação do estator pelas forças magnéticas harmônicas existentes dentro de motores ou geradores. Durante o projeto destas máquinas, deve-se cuidar para que as freqüências das forças de excitação não coincidam com as freqüências naturais do estator/carcaça, o que elevaria significativamente os níveis de ruído sonoro e vibração. Este trabalho apresenta um estudo do comportamento dinâmico de estruturas segmentadas que serve de base para a determinação das freqüências naturais de estruturas como os estatores. O interesse maior se concentra no estudo dos modos longitudinais de cascas cilíndricas segmentadas onde o efeito da descontinuidade do material é mais acentuado. Assim, faz-se uma comparação entre as diversas propostas de modelagem de estatores e os resultados da análise modal experimental de um pacote de chapas, prensadas com tirantes e com pressão de empacotamento controlada através de extensômetros. É apresentado também um estudo de modelagem destas estruturas tratando-as como sendo ortotrópicas e não mais isotrópicas, como tem sido feito até hoje. A fim de verificar a influência da segmentação, desenvolveu-se um programa de elementos finitos contendo os elementos de viga, massa, mola e interface. Este último simula as condições do contato entre dois segmentos, utilizando um modelo linear, desprezando o efeito do atrito e dependente da força de empacotamento. A proposta de modelagem de estruturas segmentadas foi verificada através de protótipos constituídos de várias vigas, cada uma com um número diferente de segmentos / Abstract: One of the main reasons for the acoustical noise and vibrations in electrical machines is the excitation of the stator due to the presence of magnetic harmonics in motors and generators. During the design of these machines one must care that the frequencies of the excitation forces do not coincide with the natural frequencies of the stator, which would increase considerably the acoustic noise levels and the vibrations. This work concerns the study of dynamic behavior of segmented (laminated) structures that will define the natural frequency of stators. Our main interest consists in the longitudinal modes of cilindrical segmented shells where the effect of discontinuous layers is more concentrated. A comparison of proposals for modelling of stators is done with the results of experimental modal analysis of a stack of metal sheets, clamped with tie rods and with the clamping pressure controled through strain gages. A study of these structures considered orthotropic (and not isotropic as one normaly assumes) is done. To obtain the effect of the segmentation, there was developed a finite element approach with beam, mass, stiffness and interface elements. This last one simulates the contact conditions between two segments, using a linear model, neglecting the da:rp.ping effect but considering the clamping force. The proposed model for segmented structures was checked in a prototype consisting of several beams, each one with a different number oí segments / Doutorado / Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

The study of turbofan aeroacoustics has become important in academia and industry as noise from other aircraft sources, as jet noise, have been reduced. The EESC-USP Fan Rig is a long-duct low-speed fan experimental setup recently built at the Department of Aeronautical Engineering of the University of São Paulo. The objective is to provide a facility for studying fan aeroacoustics with a flexible configuration that allows changes in operational conditions and geometry of the rig so that each of the noise sources can be treated separately. In this work, three experimental campaign were taken aiming to extend the knowledge of this workbench capabilities and to observe the effect that some parameters can have on noise generation. A performance campaign was carried out to characterise the effects of controllable parameters on the aerodynamic characteristics of the flow. Starting from unrestricted flow to 70% area constraint, and a range of fan speeds, several flow measurements that could be translated into performance quantities were taken: volume flow rate, fan total and static pressures, compression ratio, total and net power, and efficiency. The measured compression ratio ranged from 1.00 to 1.02, with maximum axial Mach of 0.13 and maximum total efficiency of 65%. The surge effect, an unstable configuration characterised by rotor blades stall was also observed. Significant differences in fan performance due to the installation of an Inlet Control Device (ICD) and the rotor-stator spacing were not found, except under surge conditions. A parametric campaign was carried out exploring the effects of fan rotational speed, fan loading and rotor-stator spacing. Acoustic measurements were taken using an array of 77 wall-mounted microphones to provide a baseline data set for future comparisons. Hereby, data was processed to obtain the modal decomposition and power spectrum for each configuration. The last proved useful to compare tonal and broadband noise for each configuration. Experimental results indicate that changes in fan rotational speed scale noise generation mechanisms proportionally, do not affect noise spectral shape, and in consequence, are not useful to distinguish noise mechanisms. Although throttling does not seem to exhibit a clear effect on fan noise, it turns out that it is a good approach for cross-comparisons of other parameters\' effect on fan noise, because of its direct modification on the flow structure within the duct. Results also showed that increasing rotor-stator spacing reduces both blade passing frequencies tone levels and the acoustic power of the interaction modes, which are in agreement with results obtained by similar test facilities. In this work a instrumented stator vane was designed using recently available technologies, as 3D printing and the use of MEMS microphones, to measure this pressure fluctuations. Phase-averaging and the signal from a hall sensor were used to separate broadband content in time series. Broadband level distribution were analysed for two span lines of the instrumented stator vane and for a reference microphone located in the inlet antenna. Broadband levels increased with the increase in fan speed and its distribution over these span lines maintained its shape for different speeds. Cross-correlation of the microphones were calculated and showed decay of zero-delay cross-correlation with increase in distance between microphones over the vane. And, finally, the integral length scale, obtained by the integration of zero-delay cross-correlation curve, showed decay with increase in fan speed. The data generated by this work showed good agreements with what was expected from the literature and will help as input data to the semi-analytical and semi-empirical models that are being developed in parallel by the research group. / O estudo da aeroacústica de fan tornou-se importante na academia e na indústria à medida que o ruído de outras fontes nas aeronaves, como o ruído de jato, foram reduzidas. O EESCUSP Fan Rig é um túnel de vento aeroacústico voltado para fans de baixa velocidade, que foi construído recentemente no Departamento de Engenharia Aeronáutica da Universidade de São Paulo. Seu objetivo é prover uma bancada experimental para o estudo dos mecanismos de geração de ruído de fan com uma configuração flexível que permita mudanças nas condições operacionais e geométricas de forma a isolar tanto quanto possível cada uma das fontes. Neste trabalho foram realizadas três campanhas experimentais visando aprofundar os conhecimentos sobre as capacidades da bancada e observar os efeitos no ruído que algumas variações paramétricas podem gerar. Uma campanha de performance de fan foi realizada para quantificar os efeitos dos parâmetros controláveis sobre o as características aerodinâmicas do escoamento. Partindo de escoamento sem restrição até restrição de área de 70%, e para diversas velocidades de rotação do fan, diversas medidas do escoamento foram feitas para que se pudesse calcular as métricas de performance: vazão volumétrica, pressão total e estática do fan, taxa de compressão, potência útil, potência elétrica de entrada e eficiência. Os resultados apontaram para uma taxa de compressão entre 1.0 e 1.02, com Mach axial máximo de 0.13 e eficiência máxima de 65%. Os efeitos de \"surge\", uma configuração instável caracterizada pelo estol das pás do rotor também foi observado. Diferenças significativas na performance do fan devido à instalação de uma Inlet Control Device (ICD) e pelo espaçamento entre rotor e estator não foram encontradas, com exceção em condições de \"surge\". Uma campanha paramétrica para estudo de ruído foi realizada explorando os efeitos da velocidade de rotação e carregamento no fan, espaçamento entre rotor-estator e condição de entrada do escoamento no duto. Os resultados mostraram que o aumento do espaçamento do rotor-estator reduz os níveis tonais nas frequências de passagem das pás (BPFs) a uma taxa de aproximadamente 4dB quanto o espaçamento é duplicado. Os resultados experimentais indicam que as mudanças nos mecanismos de geração de ruído com a velocidade rotacional do fan escalam-se proporcionalmente, não afetam a forma espectral do ruído e, por consequência, não são úteis para distinguir os mecanismos de ruído. Embora a variação no carregamento não pareça exibir um efeito claro no ruído do fan, verifica-se que é uma boa abordagem para comparações cruzadas, em conjunto com a velocidade de rotação, do efeito de outros parâmetros no ruído do fan, já que, desta forma, é possível fazer uma modificação direta na estrutura do escoamento dentro do duto. Os modos Tyler-Sofrin, esperados pela contagem de pás e aletas usadas no conjunto rotor-estator, foram identificados e a potência acústica desses modos de interação acompanham a potências dos respectivos tons no espectro, levando à conclusão que a maior contribuição para o ruído tonal é, de fato, a interação rotor-estator. Também neste trabalho, também foi projetada uma aleta de estator instrumentada, usando tecnologias recentemente disponíveis, como a impressão 3D e o uso de microfones MEMS, para realizar medições de flutuação de pressão na superfície superior da aleta. Um método de processamento de sinal foi desenvolvido, usando a técnica de \"phase averaging\" combinada com o sinal de um sensor Hall para separar o conteúdo de banda larga em séries temporais. A distribuição do nível de ruido banda larga foi analisado para duas linhas na envergadura da aleta instrumentada e em um microfone de referência localizado na antena de microfones. Os níveis de banda larga aumentaram com o aumento da velocidade do fan e a sua distribuição ao longo destas linhas de alcance manteve a sua forma para diferentes velocidades. As correlações cruzadas dos microfones foram calculadas e mostraram o decaimento da correlação cruzada de zero-atraso com o aumento da distância entre os microfones sobre a aleta. Finalmente, a integral do comprimento de escala, obtida pela integração da curva de correlação cruzada de zero-atraso, apresentou decaimento com aumento na velocidade do fan. Os dados gerados por esse trabalho se mostraram de acordo com o esperado na literatura da área e servem de dados de entrada para modelos semi-empíricos e semi-analíticos que vem sendo desenvolvidos paralelamente pelo grupo de pesquisa.

Este trabajo es una contribución al mejoramiento del plan de mantenimiento eléctrico predictivo actual de los principales motores de la planta de molienda de Minera Los Pelambres (MLP), en particular de los 5 motores sincrónicos accionadores de los molinos de bolas (MB) y así lograr un aumento en la confiabilidad del proceso industrial disminuyendo elevadas pérdidas económicas asociadas. Entre las distintas técnicas de monitoreo en línea de motores (análisis cromatográfico, temperaturas, vibraciones mecánicas, variables eléctricas, etc.) usadas principalmente en el mantenimiento predictivo de motores, se decidió utilizar las variables eléctricas como herramienta, en particular a la corriente de estator y de excitatriz. A su vez se realizó un análisis estadístico de todas las detenciones ocurridas en la planta de molienda de MLP entre los años 2000 a 2006 para complementar y apoyar el estudio principal. Con este tipo de estudio se busca establecer una metodología que permita detectar el estado de los componentes críticos de los motores, como son los enrollados del rotor y estator además del rotor propiamente tal. Para alcanzar este objetivo se estudiaron variados tipos de fallas relacionadas con estos componentes como por ejemplo, cortocircuitos en los enrollados de rotor y estator, problemas de excentricidad dinámica del rotor, efectos de unaalimentación desbalanceada, efectos de asimetrías estructurales en el rotor y se buscó su relación con información contenida en las variable eléctricas descritas. Mediante mediciones experimentales en cada uno de los motores indicados se validaron los análisis teóricos y se propuso recomendaciones técnicas adecuadas para mejorar el plan de mantenimiento predictivo.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2014-01-13T19:23:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalTecnicas.pdf: 7117519 bytes, checksum: fb5695be8f32467589254855458aa5bd (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2014-01-16T14:10:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalTecnicas.pdf: 7117519 bytes, checksum: fb5695be8f32467589254855458aa5bd (MD5) / Made available in DSpace on 2014-01-16T14:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalTecnicas.pdf: 7117519 bytes, checksum: fb5695be8f32467589254855458aa5bd (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho tem como objetivo geral analisar experimentalmente técnicas para medição de descargas parciais nos enrolamentos estatóricos de hidrogeradores. Para atingir o objetivo proposto, primeiramente foi realizado um estudo bibliográfico sobre como é a estrutura dos enrolamentos do estator, com ênfase na isolação elétrica, assim como os conceitos de descargas parciais e técnicas empregadas para medição em hidrogeradores. Em seguida, foi montado em laboratório um arranjo experimental para o estudo das técnicas de medição de descargas parciais nos enrolamentos do estator utilizando seis acopladores diferentes, sendo quatro acopladores capacitivos convencionais de 80, 220, 500 e 1000 pF, e dois sistemas experimentais, uma antena SSC fabricada com microfita e um cabo coaxial RG 58, desencapado, utilizado como antena. A avaliação da sensibilidade destes seis sistemas foi divida em duas etapas: primeiro foi analisada a resposta dos acopladores à aplicação de um sinal conhecido de calibração e, em seguida, foi analisada a resposta dos mesmos durante ensaios com alta tensão. Para aplicação de um sinal conhecido de calibração os acopladores capacitivos apresentaram maior sensibilidade em relação à antena e ao cabo coaxial. Já a resposta durante os ensaios com alta tensão mostrou que a sensibilidade da antena é maior que a do método convencional de medição de descargas parciais em hidrogeradores, baseado em acopladores capacitivos de 80 e 220 pF. Os resultados obtidos em laboratório mostraram que a medição de descargas parciais através da antena pode ser realizada de forma satisfatória na avaliação da condição operacional dos enrolamentos do estator de hidrogeradores, sem perda significativa de informação e com aumento significativo de sensibilidade na quantificação do fenômeno, cerca de duas vezes maior que a sensibilidade do acoplador de 220 pF e quatro vezes a do acoplador de 80 pF. / This paper aims at analyzing experimental techniques for partial discharges measuring in the stator windings of hydrogenerators. To reach the goal, first proposed a study of the literature on how the structure of the stator windings, with an emphasis on electrical insulation, as well as the concepts of partial discharges and techniques used for measuring in hydrogenerators. It was then mounted in a laboratory arrangement for studying techniques for measuring partial discharges in the stator winding using six different couplers, four conventional capacitive couplers 80, 220, 500 and 1000 pF, and two experimental systems, an antenna, ribbon coaxial cable and RG 58, bare used with the antenna function. The evaluation of the sensitivity of these six systems has been divided in two steps: first were analyzed the responses of couplers applying a known calibration signal, and then analyzed the response of the same high voltage during testing. For application of a known signal calibration the capacitive couplers showed greater sensitivity than antenna and coaxial cable. Already during the response tests showed that the High Voltage sensitivity of the antenna tape is larger than the conventional method of measuring partial discharges in hydro using capacitive couplers 80 and 220 pF. The results obtained in the laboratory showed that the measurement of partial discharges through the antenna tape can be performed satisfactorily in the evaluation of the operating condition of the stator windings of hydro, without either significant loss of sensitivity information or the quantification of the phenomenon.

[ES] En los turbocompresores con turbina de geometría variable (VGT por sus siglas en inglés) los vanos del estator se mueven a una posición cerrada para generar una contrapresión durante el modo de frenado del motor. De este modo, se generan ondas de choque en el estator. Además, en otras aplicaciones donde se utilizan turbinas radiales como en ciclos reversos de Brayton para refrigeración, ciclos orgánicos Rankine, y en las turbinas para la unidad de potencia auxiliar, dependiendo de las condiciones de operación, pueden aparecer condiciones sónicas y ondas de choque. El presente trabajo se centra en el estudio del comportamiento del flujo a través de una turbina de geometría variable de un turbocompresor comercial en condiciones fuera de diseño alcanzando condiciones de choque. Se ha realizado un análisis detallado del patrón de flujo dentro de la turbine usando simulaciones CFD, identificando y cuantificando los fenómenos más importantes bajo diferentes condiciones de operación. Se han llevado a cabo simulaciones estacionarias usando Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) y no estacionarias (unsteady RANS) para obtener las características del flujo en el estator y en el rotor, además de obtener el mapa de la turbina. Los resultados CFD muestran que la región del dominio computacional donde aparecen las condiciones sónicas depende de la posición de los vanos del estator y la relación de presiones. Cuando los vanos del estator están en una posición cerrada (10% VGT), el fluido se acelera y, dependiendo de la relación de presiones, la presión estática en el lado de succión disminuye hasta cierto punto donde un incremento repentino revela la presencia de una onda de choque, la cual se expande por el espacio sin vanos. La intensidad de la onda de choque bajo la relación de presiones más altas varia con la velocidad de giro. Para analizar la interacción entre el rotor y el estator se llevaron a cabo simulaciones numéricas con los vanos del estator en una posición cerrada, 10% VGT, y en una posición más abierta, 30% VGT. El número de choques que una partícula del fluido experimenta aguas arriba del rotor está correlacionado con las pérdidas por choque del fluido. Cerca de los vanos del estator, las pérdidas de presión son altas, hacia el centro del espacio sin vanos las pérdidas disminuyen y cerca del rotor empiezan a incrementar. La interacción entre el rotor y el estator crea ondas de choque cuya intensidad depende de la posición del borde de ataque del rotor y de la velocidad de giro. A la velocidad de giro más alta, ocurren fluctuaciones en la carga cerca del borde de ataque, las cuales pueden comprometer la integridad de la pala. Cuando la turbina tiene los vanos del estator abiertos (80% VGT) y opera a la relación de presión más alta seleccionada, las condiciones de choque aparecen en el plano del borde de fuga del rotor. Además, el desarrollo del área chocada depende de la velocidad de giro y de las fugas en la punta del álabe. Así, se investigó los efectos de las fugas en la punta del alabe sobre el flujo principal bajo condiciones sónicas disminuyendo e incrementando el intersticio entre la punta del álabe y la carcasa hasta un 50% en base a la geometría dada por el fabricante. El flujo a través de este espacio se acelera para posteriormente mezclarse con el flujo principal y generar un vórtice. Los efectos del vórtice sobre el flujo en el plano ubicado en el borde de fuga del rotor cuando el intersticio varía son más significativos a altas velocidades que a bajas velocidades. El vórtice permanece más cerca del lado de succión a altas velocidades generando una región subsónica que incrementa con la altura del intersticio. Las fugas en la punta del álabe no afectan al flujo principal cerca del cubo cuando la turbina opera a altas y bajas velocidades. / [CA] En turbocompressors amb turbina de geometria variable (VGT per les seues sigles en anglès), les paletes de l'estàtor es mouen a una posició tancada per generar una contrapressió durant el mode de frenada del motor. D'aquesta forma, es generen unes ones de xoc en l'estàtor. A més, en altres aplicacions on s'utilitzen turbines radials com els cicles inversos de Brayton per a refrigeració, cicles orgànics de Rankine o en turbines per a la unitat de potencia auxiliar, depenent de les condicions d'operació poden aparéixer condicions sòniques i d'ones de xoc. El present treball es centra en l'estudi del comportament del flux en una turbina radial de geometria variable d'un turbocompressor comercial en condicions fora de disseny, arribant a condicions de xoc. S'ha realitzat un anàlisi detallat del patró de flux dins d'aquestes turbines utilitzant simulacions CFD, identificant i quantificant els fenòmens més importants a diferents condicions d'operació. S'han realitzat simulacions estacionàries utilitzant Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) i no estacionàries (Unsteady-RANS) per a obtenir les característiques del flux en l'estàtor i en el rotor, a més d'obtenir el mapa de la turbina. Els resultats CFD mostren que la regió del domini computacional on apareixen les condicions sòniques depenen de la posició de les paletes de l'estàtor i de la relació de pressions. Quan les paletes de l'estàtor estan en una posició tancada (10% VGT), el flux s'accelera i, depenent de la relació de pressions, la pressió estàtica en el costat de succió disminueix fins a cert punt on un increment brusc denota la presència d'una ona de xoc que s'expandix per l'espai sense paletes. L'intensitat de la ona de xoc a relacions de pressions elevades varia amb la velocitat de rotació. Per analitzar l'interacció entre rotor i estàtor es van realitzar simulacions numèriques amb les paletes de l'estàtor en una posició tancada, 10% VGT, i en una posició més oberta, 30% VGT. El nombre de xocs que una partícula del fluid experimenta aigües amunt del rotor està correlacionat amb les pèrdues per xoc del fluid. Prop de les paletes de l'estàtor, les pèrdues de pressión són elevades, cap al centre de l'espai sense paletes les pèrdues disminueixen i prop del rotor comencen a incrementarse. L'interacción entre rotor i estàtor crea ones de xoc amb una intensitat que depèn de la posició de la vora d'atac del rotor i de la velocitat de rotació. A la velocitat de rotació més elevada, prop de de la vora d'atac ocorren fluctuacions en la càrrega que poden comprometre la integritat de la pala. Quan la turbina té les paletes de l'estàtor obertes (80% VGT) i opera a la relació de pressió més elevada de les seleccionades, les condicions de xoc apareixen en el pla de la vora de fuga del rotor. A més, el desenvolupament de l'àrea xocada depèn de la velocitat de rotació i de les fugues en la punta de les paletes. Així, s'ha investigat els efectes de les fugues en la punta de les paletes sobre el flux principal sota condicions sòniques, disminuint i incrementant l'interstici entre la punta de la paleta i la carcasa fins un 50\% en base a la geometria donada pel fabricant. El flux en aquest espai s'accelera per a posteriorment mesclar-se amb el flux principal i generar un vòrtex. Els efectes del vòrtex sobre el flux en el pla ubicat a la vora de fuga del rotor quan l'interstici varia són més significatives a velocitats altes que a velocitats baixes. El vòrtex roman més prop del costat de succió a velocitats elevades generant una regió subsònica que incrementa amb l'altura de l'interstici. Les fugues en la punta de les paletes no afecten al flux principal prop del cub quan la turbina opera tant a altes com baixes velocitats. / [EN] In turbochargers with variable geometry turbine (VGT), the stator vanes move to a closed position to drive high exhaust back pressure during the engine braking mode. Thus, shock waves are generated at the stator. Furthermore, depending on the operational conditions in the use of radial turbines in other applications like reverse Brayton cycle for refrigeration, Organic Rankine Cycles, and gas turbine auxiliary power unit (GTAPU), sonic flow and shock waves can appear. The current work focuses on studying the flow behavior of a commercial turbocharger turbine of variable geometry at off-design conditions reaching choked flow. A detailed examination of the flow patterns within the turbine has been carried out using CFD simulations, identifying and quantifying the most important phenomena under different operational points. Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) and unsteady RANS simulations have been performed to obtain the flow structures in stator and rotor as well as the turbine map. The CFD results show that the region of the computational domain where the sonic conditions appear depends on the stator vanes position and the pressure ratio. When the stator vanes are in the closed position (10% VGT) the flow through the stator accelerates and, depending on pressure ratio, the static pressure on the suction side decreases until a certain point where a sudden increase reveals the presence of a shock wave that expands through the vaneless space. The intensity of the shock wave at higher pressure ratio varies with the rotational speed. To analyze the rotor-stator interaction, numerical simulations were carried out with the stator vanes at the closed position, 10% VGT, and at wider position, 30% VGT. The number of shocks a fluid particle experiences upstream of the rotor is correlated with the fluid shock losses. Close to the stator vanes, the pressure losses are high; toward the center of the vaneless space, they start to decrease, and close to the rotor they start to increase. The rotor-stator interaction creates shock waves, whose intensity depends on the position of the rotor leading edge and the blade speed. At higher rotational speed, load fluctuation occurs close to the leading edge, which may compromise the blade's integrity. When the turbine has the stator vanes open (80% VGT) and operates at the selected higher pressure ratio, the choking condition appears in a plane at the rotor trailing edge. Furthermore, the development of the choked area depends on the rotational speed and tip leakage. Thus, the effect of the tip leakage flow on the main flow under sonic conditions was investigated decreasing and increasing the tip gap up to 50% of the original geometry given by the manufacturer. The flow through the gap accelerates and then mixes with the main flow, generating a vortex. The effects of the vortex on the flow at the rotor trailing edge plane when the tip gap varies are more significant at higher speed than at lower speed. The vortex stays closer to the tip suction side at higher speed, generating a subsonic region that increases with the tip gap height. At higher and lower rotational speeds, the tip leakage flow does not affect the main flow close to the hub. / I would like to acknowledge the financial support received through the "Subprograma de Formación de Profesorado Universitario (FPU)". Ministerio de Universidades. FPU18/02628 and by the "FPI Subprograma 2". Universitat Politècnica de València. PAID-10-18. / Echavarría Olaya, JD. (2023). Numerical Study of a Radial Turbine of Variable Geometry at Off-Design Conditions Reaching Choked Flow [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196861

Os motores de indução desempenham um importante papel na indústria, fato este que destaca a importância do correto diagnóstico e classificação de falhas ainda em fase inicial de sua evolução, possibilitando aumento na produtividade e, principalmente, eliminando graves danos aos processos e às máquinas. Assim, a proposta desta tese consiste em apresentar um multiclassificador inteligente para o diagnóstico de motor sem defeitos, falhas de curto-circuito nos enrolamentos do estator, falhas de rotor e falhas de rolamentos em motores de indução trifásicos acionados por diferentes modelos de inversores de frequência por meio da análise das amplitudes dos sinais de corrente de estator no domínio do tempo. Para avaliar a precisão de classificação frente aos diversos níveis de severidade das falhas, foram comparados os desempenhos de quatro técnicas distintas de aprendizado de máquina; a saber: (i) Rede Fuzzy Artmap, (ii) Rede Perceptron Multicamadas, (iii) Máquina de Vetores de Suporte e (iv) k-Vizinhos-Próximos. Resultados experimentais obtidos a partir de 13.574 ensaios experimentais são apresentados para validar o estudo considerando uma ampla faixa de frequências de operação, bem como regimes de conjugado de carga em 5 motores diferentes. / Induction motors play an important role in the industry, a fact that highlights the importance of correct diagnosis and classification of faults on these machines still in early stages of their evolution, allowing increase in productivity and mainly, eliminating major damage to the processes and machines. Thus, the purpose of this thesis is to present an intelligent multi-classifier for the diagnoses of healthy motor, short-circuit faults in the stator windings, rotor broken bars and bearing faults in induction motors operating with different models of frequency inverters by analyzing the amplitude of the stator current signal in the time domain. To assess the classification accuracy across the various levels of faults severity, the performances of four different learning machine techniques were compared; namely: (i) Fuzzy ARTMAP network, (ii) Multilayer Perceptron Network, (iii) Support Vector Machine and (iv) k-Nearest-Neighbor. Experimental results obtained from 13.574 experimental tests are presented to validate the study considering a wide range of operating frequencies and also load conditions using 5 different motors.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jacson Luis Oliveira.pdf: 10477972 bytes, checksum: 1b64e6d37c97643852f0678c2a5c6d71 (MD5) Previous issue date: 2013-01-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The goal of the present work is to evaluate control schemes which were developed to control the three-phase induction motor, applied in this work to control the single-phase induction motor. The development of control schemes to control fractional power electrical machines such as the single-phase induction motor has been in evidence due to the needs of improvements on efficiency energy demanded by the market. The constructive aspects of this motor does not allow to apply control schemes directly. Thus, it is necessary to model the single-phase induction motor as a two-phase motor. The model considers coordinates transformations to stationary systems. To fix the asymmetry of the motor windings, a symmetry transformation is required to apply the control schemes. Classical control schemes based on field-oriented control and direct torque control were evaluated. Numerical simulations were performed to review how these control schemes work and to verify the feasibility of experimental implementation. For control schemes based on field-oriented control, the rotor flux oriented control and the stator flux oriented control were evaluated. Some constraints on the classical direct torque control were noted due to the high switching frequencies. An alternative to the classical direct torque control to allow constant switching frequencies was evaluated. Experimental results were found by using a hardware system based on digital signal processor. / Este trabalho tem por objetivo avaliar estratégias de controle, originalmente desenvolvidas para controlar o motor de indução trifásico, aqui aplicadas ao controle motor de indução monofásico. O desenvolvimento de estratégias que abordam o controle de motores de potência fracionária tal como o motor de indução monofásico tem tido maior destaque devido a necessidade de melhorias na eficiência energética exigida pelo mercado. As características construtivas deste motor não permitem a aplicação direta destas estratégias, de modo que o modelamento do motor de indução monofásico deve ser realizado afim de obter o modelo em sua configuração bifásica. O modelo considera a transformação de coordenadas para um sistema de eixo estacionário e, para compensar a assimetria dos enrolamentos uma transformação de simetria é necessária para a aplicação das estratégias de controle. Foram avaliadas estratégias clássicas baseadas no controle por orientação de campo e controle direto de torque. Um estudo de simulação numérica é realizado para avaliar o comportamento destas estratégias de controle e verificar a viabilidade de implementação prática. Nas estratégias de controle por orientação de campo são analisados o controle vetorial com orientação por fluxo de rotor e o controle vetorial com orientação por fluxo de estator. Observou-se que há restrições na implementação prática de estratégias de controle baseadas no controle direto de torque clássico devido as altas freqüências de chaveamento requeridas. Uma alternativa ao controle direto de torque clássico que permite o uso de frequências fixas de chaveamento é avaliada. Resultados experimentais foram obtidos utilizando uma plataforma de hardware com processador digital de sinais.

Os motores de indução desempenham um importante papel na indústria, fato este que destaca a importância do correto diagnóstico e classificação de falhas ainda em fase inicial de sua evolução, possibilitando aumento na produtividade e, principalmente, eliminando graves danos aos processos e às máquinas. Assim, a proposta desta tese consiste em apresentar um multiclassificador inteligente para o diagnóstico de motor sem defeitos, falhas de curto-circuito nos enrolamentos do estator, falhas de rotor e falhas de rolamentos em motores de indução trifásicos acionados por diferentes modelos de inversores de frequência por meio da análise das amplitudes dos sinais de corrente de estator no domínio do tempo. Para avaliar a precisão de classificação frente aos diversos níveis de severidade das falhas, foram comparados os desempenhos de quatro técnicas distintas de aprendizado de máquina; a saber: (i) Rede Fuzzy Artmap, (ii) Rede Perceptron Multicamadas, (iii) Máquina de Vetores de Suporte e (iv) k-Vizinhos-Próximos. Resultados experimentais obtidos a partir de 13.574 ensaios experimentais são apresentados para validar o estudo considerando uma ampla faixa de frequências de operação, bem como regimes de conjugado de carga em 5 motores diferentes. / Induction motors play an important role in the industry, a fact that highlights the importance of correct diagnosis and classification of faults on these machines still in early stages of their evolution, allowing increase in productivity and mainly, eliminating major damage to the processes and machines. Thus, the purpose of this thesis is to present an intelligent multi-classifier for the diagnoses of healthy motor, short-circuit faults in the stator windings, rotor broken bars and bearing faults in induction motors operating with different models of frequency inverters by analyzing the amplitude of the stator current signal in the time domain. To assess the classification accuracy across the various levels of faults severity, the performances of four different learning machine techniques were compared; namely: (i) Fuzzy ARTMAP network, (ii) Multilayer Perceptron Network, (iii) Support Vector Machine and (iv) k-Nearest-Neighbor. Experimental results obtained from 13.574 experimental tests are presented to validate the study considering a wide range of operating frequencies and also load conditions using 5 different motors.