Os motores de indução monofásicos necessitam de dois enrolamentos estatóricos para criação de um campo magnético girante: um enrolamento principal e um enrolamento auxiliar. Este último tem o objetivo de criar um campo girante apenas na partida do motor, desligando-se logo em seguida, através de um interruptor centrífugo acoplado ao eixo do rotor da máquina. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência das diferentes configurações de enrolamentos sobre as características externas do motor de indução monofásico. Sendo assim, através desta análise, pretende-se verificar se há algum benefício em seu desempenho. Neste trabalho, duas configurações de enrolamentos foram desenvolvidas e testadas em laboratório. Na primeira configuração, o enrolamento principal foi alocado na parte inferior das ranhuras. Na segunda configuração, as posições dos enrolamentos foram invertidas. As duas configurações de enrolamento foram aplicadas a um protótipo de 0,37 kW, quatro pólos. A simulação foi realizada através de um programa computacional de elementos finitos, possibilitando a extração e análise de resultados, com as densidades de fluxo nas duas configurações. Os resultados dos ensaios realizados no protótipo permitiram analisar o comportamento de grandezas como corrente elétrica, torque, potência e rendimento que são apresentados e comparados no final deste trabalho. / The single phase induction motor needs two stator windings to produce the rotating magnetic field: a main winding and an auxiliary winding. The aim of the auxiliary winding is to create the rotating electromagnetic field when the machine is starting and afterwards turned off, generally through a centrifugal switch coupled to the shaft of the machine. The main purpose of this work is to evaluate the influence that the position of the two windings have on the external characteristics of the single phase induction motor. For this purpose, two different kinds of winding configurations were carried out and simulated in a prototype. In the first configuration, the main winding was located in the bottom of the slot. In the second configuration, the positions of the windings were inverted. Performance analysis and computational simulation by Finite Element Method were carried out after the prototype 0.37 kW, four poles was prepared. In this way, through this analysis, improvements on its performance are expected. The electrical quantities such as flux density, electric current, torque, power and efficiency are compared in the end of this document.

Os motores de indução monofásicos necessitam de dois enrolamentos estatóricos para criação de um campo magnético girante: um enrolamento principal e um enrolamento auxiliar. Este último tem o objetivo de criar um campo girante apenas na partida do motor, desligando-se logo em seguida, através de um interruptor centrífugo acoplado ao eixo do rotor da máquina. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência das diferentes configurações de enrolamentos sobre as características externas do motor de indução monofásico. Sendo assim, através desta análise, pretende-se verificar se há algum benefício em seu desempenho. Neste trabalho, duas configurações de enrolamentos foram desenvolvidas e testadas em laboratório. Na primeira configuração, o enrolamento principal foi alocado na parte inferior das ranhuras. Na segunda configuração, as posições dos enrolamentos foram invertidas. As duas configurações de enrolamento foram aplicadas a um protótipo de 0,37 kW, quatro pólos. A simulação foi realizada através de um programa computacional de elementos finitos, possibilitando a extração e análise de resultados, com as densidades de fluxo nas duas configurações. Os resultados dos ensaios realizados no protótipo permitiram analisar o comportamento de grandezas como corrente elétrica, torque, potência e rendimento que são apresentados e comparados no final deste trabalho. / The single phase induction motor needs two stator windings to produce the rotating magnetic field: a main winding and an auxiliary winding. The aim of the auxiliary winding is to create the rotating electromagnetic field when the machine is starting and afterwards turned off, generally through a centrifugal switch coupled to the shaft of the machine. The main purpose of this work is to evaluate the influence that the position of the two windings have on the external characteristics of the single phase induction motor. For this purpose, two different kinds of winding configurations were carried out and simulated in a prototype. In the first configuration, the main winding was located in the bottom of the slot. In the second configuration, the positions of the windings were inverted. Performance analysis and computational simulation by Finite Element Method were carried out after the prototype 0.37 kW, four poles was prepared. In this way, through this analysis, improvements on its performance are expected. The electrical quantities such as flux density, electric current, torque, power and efficiency are compared in the end of this document.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / Nos dias atuais, um enfoque considerável tem sido dado por pesquisas científicas aos acionamentos de motores elétricos, em destaque aos motores de indução trifásicos com rotor gaiola de esquilo, por serem comumente empregados em aplicações do dia-a-dia, principalmente em ambientes industriais, devido às suas inúmeras e bem conhecidas vantagens. Dentre algumas estratégias existentes para o acionamento destes motores, encontra-se o Controle Direto de Torque, um acionamento vetorial que proporciona um bom desempenho para aplicações de médias e baixas potências. Uma topologia dessa estratégia que envolve a utilização de um algoritmo de Modulação por Vetores Espaciais, denominada de DTC-SVM, tem sido amplamente considerada devido às suas vantagens frente à estrutura convencional. Contudo, em seu algoritmo existem malhas de controle de torque, fluxo e velocidade, que adotam geralmente controladores Proporcional-Integral. Neste trabalho, um estimador de fluxo baseado em modelo de tensão e corrente é considerado, no qual sua estrutura também contém um controlador Proporcional- Integral. Diante desse cenário, este trabalho visa contribuir com o aspecto de sintonia destes controladores, empregando metaheurísticas de otimização para efetuar o ajuste otimizado dos ganhos. Três algoritmos metaheurísticos são considerados: a Otimização por Colônia de Formigas, o Evolução Diferencial e a Otimização por Enxame de Partículas. Basicamente, intervalos de busca para as variáveis envolvidas, ou seja, os ganhos dos controladores, assim como uma função objetivo, que relacione os principais aspectos desejados de melhoria do sistema, devem ser definidos para o processo de otimização, o qual é realizado via simulação computacional. Visando avaliar a eficiência da metodologia proposta, neste trabalho são feitas algumas análises do sistema de acionamento DTC-SVM operando com as sintonias otimizadas e também com uma sintonia inicial, obtida com base em ajustes empíricos. Tais análises são feitas tanto em um ambiente de simulações computacionais, utilizando o software MATLAB/Simulink, quanto em um ambiente experimental, considerando um protótipo desenvolvido, no qual o sistema opera com reversão de velocidade, assim como com distúrbios de carga. Os resultados evidenciam desempenhos eficientes do acionamento operando com as sintonias otimizadas, principalmente durante os regimes transitórios e em operações de baixas velocidades. / Nowadays, a considerable focus has been given by scientific research to the electric motors drive, particularly to the three-phase induction motors with squirrel cage rotor, being commonly used in day-to-day applications, especially in industrial environments, due to its numerous and well known advantages. Among some strategies surveyed for driving these motors, there is the Direct Torque Control, a vector drive which provides good performance for medium and low power applications. A topology of this strategy involving the use of a Space Vector Modulation algorithm, called DTC-SVM, has been considered due to its advantages in comparison to conventional structure. However, in their algorithm there are torque, flux and speed control loops which generally consider Proportional-Integral controllers. In this work, a stator linkage flux estimator based on model of voltage and current is considered, in which its structure also contains a Proportional-Integral controller. Given this scenario, this work aims to contribute with the tuning aspect of these controllers, employing optimization metaheuristics aiming an optimized adjustment of the gains. Three metaheuristic algorithms are considered: Ant Colony Optimization, Differential Evolution and Particle Swarm Optimization. Basically, search ranges to the variables involved, ie. Proportional-Integral controller gains, as well as an objective function, which lists the main desired aspects of improving the system, must be set to the optimization process, which is performed by the computational simulation. Aiming to evaluate the effectiveness of this proposed methodology, in this work were made some analysis at the DTC-SVM drive system operating with the optimized tunings and a initial tuning, obtained by empiric adjusts. Such analysis were carried out either in a computer simulation environment, using MATLAB/Simulink software, as in a laboratory environment, considering a prototype developed, in which the system operates with speed reversal, as well as load disturbances. The results show efficient performances of the drive operating with the optimized tunings, especially during the transient periods and low speed operations.

Fundação Araucária; CNPQ / As máquinas-ferramentas são encontradas em diversas indústrias do setor metal mecânico e oficinas. Estas são acionadas por motores de indução trifásicos, os quais estão sujeitos a problemas relacionados à carga aplicada em seus eixos bem como aos distúrbios da alimentação de energia elétrica na rede. No processo de usinagem os parâmetros relacionados à máquina ferramenta, às propriedades do material da peça, à geometria e ao material da ferramenta e ao próprio processo em si, podem interferir no acabamento superficial das peças usinadas. A rugosidade é considerada um dos principais índices de qualidade do produto final nos processos de usinagem, podendo apresentar variações com as alterações do conjugado eletromagnético no eixo do motor. A proposta deste trabalho é apresentar um preditor de rugosidade superficial de peças baseado exclusivamente na corrente eficaz que alimenta o motor de indução trifásico num processo de torneamento, utilizando redes neurais artificiais para analisar o comportamento da rugosidade em função das condições de usinagem empregadas. Resultados de simulação são apresentados e mostram o desempenho da Rede Neural Artificial (RNA) proposta para diversas situações de operação com desequilíbrios de tensões (entre +10% à -10%) e degraus de torque de carga (25 degraus de 1 em 1 Nm) com erro relativo médio (ERM) de 0,0120%. Os resultados experimentais conforme o método da (RNA) proposta para diversas situações de alimentação da rede elétrica: equilibrado, falta de fase e desequilíbrios de tensões (sobretensão e subtensão), mostram elevada capacidade em aproximar o comportamento da variável de saída (rugosidade Ra) com relação aos valores de entrada (correntes RMS das fases A, B e C). O maior erro relativo médio verificado foi de 0,001754%. / The machine tools are found in various metal and mechanical industries as well as garages. They are operated by three phase induction motors, which are subject to problems related to the applied load on their rotors and disturbances concerning to the quality of electrical supply network. Within the machining process the parameters related to the machine tool, the properties of the workpiece material, geometry and material tool and the process itself, may affect the surface completion of the machined parts. The roughness is considered one of the main indexes of the final product quality in machining processes which may produce changes in the electromagnetic torque on the motor shaft. The purpose of this work is to present a predictor of superficial roughness of parts based on the dynamics of the effective current that feeds the induction motor in the turning process using artificial neural networks to analyze the roughness actions according to the machining conditions employed (speed cutting feed and range of the tool tip). Simulation results are presented and show the performance of the Artificial Neural Network (ANN) proposed several operating situations with imbalances of tensions (between +10% to -10%) and load torque steps (25 steps in 1 1 Nm) with mean relative error (MRE) of 0.0120%. Experimental results depending on the method of (RNA) proposed for various situations power grid: balanced, phase loss and voltage imbalances (overvoltage and undervoltage), show high ability to approximate the behavior of the output variable (roughness Ra) with respect to input values (RMS currents of phases a, B and C). The greatest mean relative error of 0.001754% was observed.

Fundação Araucária, CNPq / O motor de indução trifásico ocupa uma posição de destaque na produção de força eletromotriz e isso o torna vastamente utilizado em aplicações industriais. Consequentemente, também fica submetido às condições de funcionamento e manutenção das máquinas como um todo, bem como das falhas que os mesmos estão sujeitos. Assim, este trabalho propõe um método alternativo aos tradicionais para detecção de falhas em rolamentos de motores de indução trifásicos ligados diretamente a rede elétrica. Os objetivos consistem na utilização de uma abordagem neural capaz de classificar a existência de falha de rolamento com um alto percentual de acerto. Analisando para isto, no domínio do tempo, um semiciclo das tensões de alimentação e das correntes de estator dos motor em estudo. A proposta é validada através de ensaios experimentais num computador e de forma on-line embarcada num DSP. Como conseqüência do trabalho tem-se a criação de um banco de dados de falhas, com mais de mil ensaios envolvendo as principais falhas encontradas em motores de indução trifásicos. Estes ensaios são realizados contemplando as condições de desbalanço de tensão de alimentação e com várias situações de carga mecânica no eixo da máquina. / The three phase induction motor occupies a prominent position in the production of electromotive force and this makes it widely used in industrial applications. Consequently, it is also subjected to the conditions of operation and maintenance of the machines as a whole, as well as faults which they are subject. Thus, this paper proposes an alternative method to traditional in fault detection in bearing of induction motors connected directly to the power grid. The objectives consist in using a neural approach able to classify the existence of bearing fault with a high percentage of correct. Analyzing for this, in the time domain, one half cycle of the voltages and currents of stator the motor in study. The proposal is validated through experimental tests on a computer and monitoring on-line embedded in a DSP. As a result, the work has the creation of a database of failure, with more than a thousand trials involving the main flaws found in three phase induction motors. These tests are performed considering the conditions of voltage supply unbalanced and with several situations of mechanical load on the machine shaft.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / O motor de indução trifásico do tipo gaiola de esquilo é a principal máquina de conversão eletromecânica devido a sua robustez e facilidade de manutenção, sendo indispensável nos processos produtivos industriais. Por sua grande importância, pesquisas na área de identificação de falhas são realizadas constantemente com o objetivo de diminuir as taxas de manutenções corretivas e permitir uma manutenção programada, diminuindo perdas no processo produtivo, decorrentes de paradas indesejadas. Com esse propósito, o presente trabalho propõe o estudo e desenvolvimento de uma metodologia alternativa que utiliza a Evolução Diferencial para identificação de falhas de curto-circuito de estator em motores de indução conectados diretamente à rede elétrica, por meio dos sinais de tensão e corrente aquisitados no domínio do tempo. O algoritmo de Evolução Diferencial é utilizado para estimar os parâmetros elétricos do motor de indução, a partir do modelo do circuito elétrico equivalente e a identificação da falha ocorre a partir do cálculo da variação percentual da indutância de magnetização estimada com o motor sem falhas. A base de dados utilizada para o trabalho foi obtida por meio de experimentos laboratoriais realizados com dois motores diferentes de 1 CV e um motor de 2 CV, sob condições de variação de conjugado, tensões equilibradas e desequilibradas. / The squirrel cage three-phase induction motor is the main electromechanical conversion machine due to its robustness and easy maintenance, therefore it is indispensable in the industrial production processes. Due to its great importance, surveys related to its fault identification are conducted constantly, in order to reduce the corrective maintenance rates and allow a scheduled maintenance, reducing the losses in the production process, due to unexpected stops. With this purpose, this work proposes the study and development of an alternative methodology based on Differential Evolution algorithm to identify stator short-circuit failures in induction motors connected directly on the electric grid, through its voltage and current signals acquired in the time domain. This Differential Evolution algorithm is used to estimate the induction motor electric parameters based on its equivalent electric circuit model and the fault identification occurs in result of the calculation of the estimated magnetization inductance percentage variation considering a healthy motor. The database used for this work was obtained through laboratory experiments performed with two different types of 1 CV motor and a 2 CV motor under different conditions of torque variation and unbalanced voltages.

Made available in DSpace on 2016-12-01T19:18:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GAMAF 2013 - Sumario.doc: 116224 bytes, checksum: 53bf57f229b05c6c4054e63bb916ba95 (MD5) Previous issue date: 2013-11-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação de mestrado analisa a configuração da tomada de decisão no processo de captação de novas oportunidades, para o desenvolvimento de produtos em uma indústria de Motores Elétricos Industriais. O processo foi estudado em níveis estratégicos e táticos, da fundação da empresa em 1970 até 2013. Os resultados demonstram a pluralidade de características dos diferentes modelos de tomada de decisão (racional, racionalidade limitada, incremental, lata de lixo, político) e a necessidade de um paradigma organizacional capaz de oxigenar o processo atual para um fluxo mais criativo e aberto. A organização avaliada apresentou êxito global em seu desenvolvimento até o presente momento. Sua vigorosa saúde financeira e capacidade técnica lhe asseguraram posição de destaque no cenário internacional. No entanto, as mudanças no contexto internacional, fomentadas por crises econômicas e saturação em mercados consolidados, demandam um processo de captação de novas oportunidades que considere não apenas aspectos racionais, mas comportamentais, ambientais e de poder.

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.

Orientador: José Ângelo Cagnon / Banca: Ivo Reis Fontes / Banca: Ricardo Martini Rodrigues / Banca: Amâncio Rodrigues da Silva Junior / Banca: Diógenes Pereira Gonzaga / Resumo: O presente trabalho teve por objetivo determinar o potencial de economia de energia elétrica nos sistemas de aeração de silos verticais a partir da implementação de controle eletrônico de velocidade do motor do aerador utilizando inversor de freqüência. O experimento foi montado no setor de armazenamento de grãos da empresa Indústria de Produtos Dallas Ltda, na cidade de Nova Alvorada do Sul (MS), no período de 25/03/04 a 22/10/04, sendo utilizados dois silos contendo, cada um, 5.000m3 de soja a 13,5% de umidade, aqui denominados "silo 11" e "silo 12". O sistema de aeração, em ambos os silos, era composto por um motor de indução com as especificações de 30cv, 4 polos, 380V, 60Hz, 1.765rpm, e ventilador com rotor de pás retas, inclinadas para trás, com característica de consumo de energia elétrica constante para uma mesma velocidade de rotação. O silo 11 foi definido como silo padrão e o aerador funcionou em 60Hz (1.765rpm) durante todo o período do experimento. O aerador do silo 12, cuja implementação de controle de velocidade foi efetuada por um inversor de freqüência, esteve ajustado para funcionamento em quatro estágios, 48Hz (1.405rpm), 45Hz (1.315rpm), 40Hz (1.165rpm) e 35Hz (1.015rpm). O parâmetro utilizado para a definição da freqüência (rotação) de cada estágio foi a vazão específica básica de ar (0,08m3/min.m3), recomendada pela Kleper Weber Industrial para aeração em silos planos e elevados, para grãos comerciais com umidade de até 14%. Os dados de temperatura no interior dos silos e os de temperatura e umidade do ar externo foram coletados através de sensores que alimentavam software de gerenciamento e controle automático de aeração existente na empresa e que,...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work had the objective of determining the potential of economy of electric energy in the aeration systems of vertical silos through the implementation of electronic control of speed in the aerator engine, using a frequency inverter. The experiment was carried out in the grain storage sector at Produtos Dallas Ltda in Nova Alvorada do Sul (MS) in the period of 25/03/04 and 22/10/04. Two silos have been used, each one with 5.000 m3 of soy bean with 13.3 of humidity, named "silo 11" and "silo 12". The aeration system in both silos was composed of an induction engine with the specifications of 30cv, 4 poles, 380V, 60Hz, 1765 rpm, and of a ventilator with the following characteristics: a straight-shafted rotor, the shafts inclined backwards and a steady consumption of electric energy for the same rotation speed. Silo 11 was defined as the pattern silo and the aerator worked at 60Hz (1765 rpm) during the whole period of the experiment. The aerator of silo 12, whose implementation of speed control was made by a frequency inverter, was adjusted to work in four stages: 48Hz (1.405rpm), 45Hz (1.315rpm), 40Hz (1.165rpm) and 35Hz (1.015rpm). The parameter used to define frequency (rotation) of each stage was the basic specific air release (0,08m3 of air/min/m3grains), recommended by Kleper Weber Industrial for aeration in plain vertical silos, for commercial grains with humidity up to 14%. The data concerning the temperature inside the silos, the external temperature and the air humidity were collected through the sensors that fed the management software existing in the factory that, in turn, controlled automatically the aeration and, following a pre-arranged programming, determined the time to turn on/turn off the aerators. Considering the rotation of the aerators in each stage of frequency and making use of the software MAEV-2000,...(Complete abstract, click electronic access below) / Doutor