Este trabalho apresenta através de simulação um estudo comparativo de estimadores de velocidade de motor de indução trifásico por meio de observadores de estado e da técnica do filtro de Kalman. É realizada uma análise comparativa de desempenho das estratégias de estimação determinísticas e estocásticas, com observadores adaptativos e estimadores baseados na teoria do filtro de Kalman estendido, respectivamente. A realização do trabalho visa a constatação dos procedimentos de elaboração, de operação e de aplicação destas técnicas de estimação usando um exemplo real com fins de ilustrar o ensino de controle e acionamento de máquinas elétricas. As simulações foram realizadas através do Matlab/Simulink com a utilização das ferramentas do Power System Blockset (PSB) e o algoritmo dos estimadores é escrito em programa Matlab e executado por uma função S-Function. Os resultados de simulação demonstram a eficiência de cada um dos estimadores propostos, no que se refere ao comportamento transitório, robustez a ruídos e variações nos parâmetros do motor. / This works presents through of the simulation a comparative study of the sensorless of speed estimation of induction three-phase motor using state observer and Kalman filter. A comparative analysis of the performance of the deterministic and stochastic estimation strategies using adaptive observers and estimators based on extended Kalman filter was realized. The work aims to verify the procedure of the elaboration, operation and application of such estimation techniques using a real example to illustrate the teaching of the control and driving of electric machines. The simulations where performed using Matlab/Simulink with Power System Blockset (PSB) toolboxes and the estimators are programmed as S-Function Matlab. The results indicate the effectiveness of the proposed estimators, according to the transient behavior, robustness to noise and ability to handle parametric variations.

Os motores de indução trifásicos são largamente usados em vários setores da indústria. O dimensionamento da potência adequada de um motor de indução ou assíncrono trifásico, em função do comportamento das cargas acopladas ao eixo, continua em alguns casos impreciso pela falta de conhecimento mais completo do comportamento das cargas. A proposta deste trabalho consiste na utilização de sistemas Fuzzy como uma alternativa aos métodos tradicionais para levantamento do comportamento de carga e, em processos de controle, onde há a necessidade de conhecimento do comportamento do conjugado aplicado ao eixo do motor, enfocando diversos tipos de cargas encontrados em indústrias. Resultados de simulações são apresentados para validar a proposta deste trabalho. / The three phase induction motors are widely used in all industrial sectors. The selection procedure of the motor for a particular application is sometimes inaccurate due to the lack of complete knowledge about the load connected to its shaft. The proposal of this work consists of using Fuzzy system as an alternative tool to the classical methods for extraction of the load behavior and, in control process, where knowledge of the torque behavior applied to the motor shaft are need, focusing several types of loads found in industries. Simulation results are presented to validate the proposal of this work.

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.

Neste trabalho é abordada a estimação de parâmetros de motores de indução trifásicos através de métodos diferentes daqueles normalizados por normas técnicas. Inicialmente é apresentada uma revisão bibliográfica dos principais métodos alternativos encontrados na literatura, onde são discutidas as vantagens e desvantagens de cada um deles. Também é abordado o problema da variação dos parâmetros durante a operação do motor devido a fenômenos como o efeito pelicular e a saturação no ferro. São propostos três métodos de estimação dos parâmetros da máquina de indução trifásica que utilizam apenas medições de tensões e correntes do estator. O primeiro método utiliza a impedância instantânea vista dos terminais do estator na estimação dos parâmetros. O segundo é baseado em ensaios de decaimento, visando a obtenção do valor de regime permanente da constante de tempo do rotor. Já o terceiro método proposto envolve a aplicação do primeiro método em segmentos do conjunto de dados, denominados de janelas móveis, a fim de se obter a variação dos parâmetros com a frequência das tensões e correntes induzidas no rotor. Esta variação ocorre principalmente devido ao efeito pelicular. São apresentados algoritmos para a estimação das grandezas não medidas porém necessárias nos métodos propostos, tais como a velocidade do rotor, fluxo do estator e torque eletromagnético. Também é realizada a estimação dos parâmetros mecânicos do motor. Os três métodos são validados através de simulações e experimentos envolvendo motores de diferentes potências, onde é possível observar os efeitos da variação dos parâmetros. Por fim, a eficácia dos métodos é avaliada através de comparações entre as correntes obtidas da simulação do motor com os parâmetros estimados e as correntes efetivamente medidas durante os ensaios. Observa-se que no caso do motor de baixa potência, admitir a variação dos parâmetros não melhora os resultados. Por outro lado, no caso dos motores de maior potência os erros envolvidos quando se admite variação nos parâmetros com a frequência do rotor é consideravelmente menor do que os erros obtidos através da simulação com parâmetros constantes. / In this work, the estimation of the parameters of three phase induction motor is approached through alternative methods. Firstly, it is presented a literature review of the commonly used methods, where the advantages and disadvantages of each one are discussed. The problem of parameter variation during the motor operation due to phenomena as skin-effect and iron saturation is also discussed. Three methods aiming at the estimation of the induction motors parameters are presented, where only stator voltages and currents measurements are required. The first method uses the instantaneous impedance as seen from the stator terminals for the parameter estimation. The second one is based on deceleration tests, aiming to obtain the steady-state value of the rotor time constant. The third method involves the application of the first method to segments of the data, named moving windows. The objective is to assess the parameter variation with the rotor frequency, mainly due to skin-effect. Algorithms for estimation of quantities such as rotor speed, stator flux and electromagnetic torque are presented. A method to estimate mechanical parameters is also presented. The three methods are validated through simulation and experimental tests with motors of different power. Using the proposed methods, it is possible to observe the parameter variation effects. Finally, the accuracy of the methods is evaluated through comparisons between the stator currents simulated with the estimated parameters and the measured currents. In the case of low power motor, no significant improvement in the results were observed when varying parameters are assumed. On the other hand, in the case of high power motors the errors considering varying parameters with the rotor frequency are considerably lower than those obtained through simulation with constant parameters.

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.

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.

<p>This master thesis holds a modelling in Simulink for a physical model of a main battletank tower, a three-phase induction motor and some mechanics. The aim of this work is to connect an earlier project at AerotechTelub, named StabSim to another called Eldris. In StabSim it has been made a Simulink model of the align and stabilisation system in a main battle tank 122 and in Eldris it has been build a physical model of a main battle tank tower. </p><p>In this thesis the models that differs between Eldris and a real tower is changed in StabSim, and the parts that only exist in Eldris is added, for example a torque generating system which purpose is to make the model to behave like a real tower in control application, although it only has half the inertia as a real tower. </p><p>The thesis even includes proposing a calculation of the torque that the torque generating system will actuate at the model.</p>

The simplest form of induction motors, known as AC squirrel cage motor, is the universal workhorse of industrial and commercial premises. For many years it was restricted to constant speed applications while DC motors were preferred for high-performance variable speed and servo drives. With modern advances in semiconductor and digital signal processing technologies, it is now possible to operate induction motors in high-performance drives at a reasonable cost with Field Oriented Control methods. The latter have made induction motor drives equivalent to DC drives in terms of independent control of flux and torque; and superior to them in terms of dynamic performance. In developing Field Oriented Control for induction motors engineers are faced with two major challenges: (1) the estimation of rotor data to compute for the slip gain, and (2) the compensation of changes in drive operating conditions and parameters in order to maintain the drive performance high at all time. This thesis addresses these issues by introducing two independent control systems. The first system is designed to estimate online the value of the slip gain in the entire torque-speed plane in order to maintain decoupled control of torque and flux despite the so-called detuning effects. It is based on evaluating the operating condition of the drive in terms frequency and load torque, and selecting the appropriate estimation method accordingly. A fuzzy controller is used to generate the distribution factor for the methods. The second system is a fuzzy self-tuning speed controller, with reduced sensitivity to motor parameters and operating condition changes. It has the ability to adjust its gains in real time according to the current trend of the drive system. It is designed to maintain tight control of speed and torque for high-performance applications. The performances of the two controllers are validated through a series of simulation and experimental tests using a 2HP 3-phase induction motor with an ADMC21992 160-MHz DSP microprocessor. / Power Engineering and Power Electronics

This master thesis holds a modelling in Simulink for a physical model of a main battletank tower, a three-phase induction motor and some mechanics. The aim of this work is to connect an earlier project at AerotechTelub, named StabSim to another called Eldris. In StabSim it has been made a Simulink model of the align and stabilisation system in a main battle tank 122 and in Eldris it has been build a physical model of a main battle tank tower. In this thesis the models that differs between Eldris and a real tower is changed in StabSim, and the parts that only exist in Eldris is added, for example a torque generating system which purpose is to make the model to behave like a real tower in control application, although it only has half the inertia as a real tower. The thesis even includes proposing a calculation of the torque that the torque generating system will actuate at the model.

Induction motor is the most popular machine in the industry. It is used extensively in mechanical plants, and it is un- avoidable to have the motor¡¦s electrical and mechanical faults due to continuously operating throughout the year. Faults of motors do not only cause the production line to shut down but also imperil the personnel security. A suitable motor maintenance schedule will be a needed to decrease the machine down time. However, major investment might take up to 90% for equipment, and it would be helpful to have a practicable low-cost supervisory scheme on maintenance. If the faults of machine can be detected correctly and effectively, the maintenance efficiency and dependability could be increased greatly. In the past, researches on fault recognition for Induction motors only concentrated on Spectrum analysis with amplitudes based on a constant load. However, the frequency and amplitude of the spectrum analyzed under different fault conditions are also affected significantly by load variations. Using spectrum amplitudes to recognize motor faults is not sufficient in a practical system. Various types of faults and load conditions will influence the spectrum structure. In order to recognize faults under various load conditions, we must consider band shift and amplitude variation as two major factors. In this paper, we use the methods of frequency axis adjustment, load interval and feature exaction to solve the band shift and amplitude variation problems respectively. After the above-mentioned procedures, efficient features are obtained. We use the Back Propagation Neural Network (BPNN) and General Regression Neural Network (GRNN) to train and recognize fault conditions.