Orientador : Robson Pederiva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T20:06:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brito_JorgeNei_D.pdf: 32031601 bytes, checksum: c403cff9dbce2d25bcb69ef4c13e55b7 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A aplicação de motores elétricos na indústria é extensa, sendo expostos a uma ampla variedade de ambientes e condições, onde o tempo de uso os tomam sujeitos à diversas falhas incipientes. Tais falhas, se não forem detectadas rapidamente, contribuem para a degradação e eventual quebra dos mesmos. Neste trabalho apresenta-se o sistema híbrido HY_NES, uma abordagem baseada em técnicas de inteligência artificial (redes neurais artificiais e sistemas especialistas) para diagnosticar falhas de origem mecânica (desbalanceamento, desalinhamento e folga mecânica), elétrica (desequilíbrio de fase e barras quebradas) e a condição normal de funcionamento do motor (assinatura da máquina). Os sinais de vibração foram coletados, aleatoriamente, nas direções vertical, axial e horizontal, lado do acoplamento e lado da ventoinha, formando um banco de dados de 50 testes para cada condição de falha. Um filtro seletivo foi aplicado para reduzir o número de parâmetros representativos dos sinais das excitações durante o treinamento das 72 redes neurais artificiais. Foram implementadas 199 regras no sistema especialista que contemplam o conteúdo heurístico para a saída dessas redes. Os resultados do sistema híbrido HY_NES confirmam sua eficiência e o credencia como uma abordagem promissora no diagnóstico on-line de falhas em motores de indução trifásicos, podendo também ser incluído em programas de Manutenção Centrada em Confiabilidade / Abstract: The use of electric motors in industry is extensive. These motors are exposed to wide variety of environments and conditions which age the motor and make it subject to incipient faults. These incipient faults, if left undetected, contribute to the degradation and eventual failure of the motors. This investigation introduces the HY_NES, a new approach behind a novel hybrid neural/expert system technology to solve fault detection from mechanical (unbalance, misalignment and mechanical looseness) and electrical (phase unbalances and broken bars) sources beyond the normal condition (motor signature). Those excitations were obtained through experimental tests repeated fifty times randomly for the same conditions for each condition of failure. The signals were acquired in the both sides of the motor on the vertical, horizontal and axial directions. It will be also employed a selective filter used to reduce the number of parameters to represent the signals of excitations during the 72 artificial neural networks training. It was implemented 199 roles in the expert system that can easily provide heuristics reasoning for the artificial neural network outputs. The results obtained confirmed the efficiency of the hybrid system HY_NES and its relevance as a promising approach to diagnose faults in induction motors on-line as well as inc1uded it in Reliability Based Maintenance programs / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Jose Manoel Balthazar, João Maurício Rosário / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:53:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PalaciosFelix_JorgeLuis_D.pdf: 10005676 bytes, checksum: 18891d1bfc654d2a094a3bbd0b7857aa (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Apresenta-se o estudo do comportamento dinâmico não linear de um pórtico plano, excitado por uma fonte não ideal - um motor elétrico de corrente contínua, desbalanceado e de potência limitada. Toma-se, um problema cujo modelo matemático representa um sistema simplificado (com característica do motor em regime estacionário) e completo (considera-se a equação elétrica do motor). Adota-se a formulação Lagrangeana para gerar as equações de movimento, contendo termos não lineares até ordem cúbica. Tomam-se os valores dos parâmetros, tais que se observa à existência de ressonância interna 1 :2. A solução numérica é obtida através da utilização do método de Runge-Kutta com passo variável do programa MATLAB@. Os resultados numéricos e analíticos mostram boa correlação entre si, além de apresentarem alguns dos fenômenos associados, observados, como o efeito Sommerfeld. Outros fenômenos, devidos ao comportamento geometricamente não linear da estrutura, são também detectados, tais como saturação modal, a transferência de energia entre os modos e, além destes, é detectado a autosincronização entre dois motores apoiados em uma estrutura aporticada. A implementação e desempenho da técnica de controle por saturação para a supressão de vibrações de um sistema ideal e não ideal é estudada numericamente via SIMULINK@ / Abstract: This work concerns the computational and analytical study of the non-linear dynamic behavior of a portal frame, excited by a non-ideal source - an unbalanced direct current electric motor of limited power. A problem whose mathematical model represents a simplified system (the characteristic of the motor in stationary state) and complete (the electric equation of the motor is considered). Lagrange formularization for deducing the equations of motion, up to cubic nonlinear terms is followed. The values of the parameters are chosen to have one-to-two internal Resonance. The numerical solution is obtained through the use of the method of Runge-Kutta with variable step length by MATLAB@. The numerical and analytical results show good correlation, besides presenting some of the phenomena associated, observed, such as the Sommerfeld effect. Other phenomena, due to the geometric non-linear behavior of the structure, are also detected, such as modal saturation and energy transference between the modes. The self-synchronization phenomenon is a1so studied when two DC motors are considered. The implementation and performance of the saturation control for the suppression of vibrations of an ideal and non-ideal system is numerical studied by SIMULINK@ / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Robson Pederiva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T19:46:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LamimFilho_PauloCezarMonteiro_M.pdf: 4283116 bytes, checksum: a3c905465cac2b72c2dc0a96c979a9eb (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Um programa de manutenção preditiva deve englobar várias técnicas de monitoramento da condição do motor elétrico. Dentre elas, pode-se citar como clássicas, a análise de corrente elétrica e análise de vibrações. Entretanto, existe um grande número de dificuldades associadas com estas técnicas e, conseqüentemente, com suas aplicações práticas. Isto devido à abrangência de detecção de defeitos tais como: falhas de barras rotativas do rotor; falhas no estator; desbalanceamento de tensão e curto circuito (entre fase e entre espiras). O diagnóstico de defeitos a partir da análise de fluxo magnético tem sido proposto por fabricantes de equipamentos da área de monitoramento de máquinas. Entretanto, esta técnica não tem sido explorada com profundidade para aplicação num programa de manutenção. Este trabalho propõe a implementação de um transdutor (bobina de fluxo) sensível às ondas eletromagnéticas dentro dos motores de indução trifásicos, identificando as freqüências determinísticas relacionadas aos defeitos comuns a estes tipos de máquinas. Os espectros coletados com este novo sensor são comparados com um sensor comercial, mostrando sua eficiência. Este estudo é uma contribuição importante, uma vez que o sensor implementado chega a ter um custo centenas de vezes menores que o sensor comercial. Outra vantagem á a possibilidade deste novo sensor ser compartilhado com qualquer analisador de sinais encontrado no mercado. / Abstract: A predictive maintenance program must include several techniques of monitoring of the electric motor's conditions. Among then, can relate techniques based on electric current analysis and vibration analysis. On the other hand there is a great number of difficulties associated with these techniques and consequently with its practical applications. For example, the ability to diagnosis some defects such as broken rotor bars, fault in the stator, unbalancing of electric tension and short circuit. The diagnosis of these excitations through the magnetic flux analysis has been proposed by the device's manufactures in the field of machinery monitoring. However, this technique has not been explored with depth for application in a maintenance program. This work considers the implementation of special sensor (flux coil) inside the three-phase induction motors which is sensitive to electromagnetic waves and permit to identify the deterministic frequencies related with these excitations. The spectra acquired with the special sensor are compared with commercial sensor showing its efficiency. These special sensor has a low cost (hundred times lower than the commercial sensor) and also can be used with every commercial signals Analyzer. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Edson Bim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-25T15:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ReyesHernandez_Jaime_M.pdf: 5409078 bytes, checksum: 31f1dc17b5c1b7d1eb4ef972771be26c (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho é realizada a implementação digital, utilizando o processador digital de sinais DSP 56001 da Motorola, do controle vetorial com orientação direta e indireta do fluxo do rotor de um motor de indução trifásico. São apresentados resultados experimentais que ilustram o comportamento do controle implementado. A inclusão do controle PI de velocidade assim como, um estudo utilizando algoritmos genéticos e redes neurais artificiais, na estimação e atualização da constante de tempo elétrica do rotor, faz parte também dos objetivos desta dissertação... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: In this work the digital implementation of a field rotor flux oriented based control of a squirrel cage induction motor, using a versatile Motorola 56001 digital signal processor is presented. Two methods of orientation are studied: the direct and indirect. The control system contains a PI speed controller. An introductory investigation of the use of Genetic AIgorithms and Neural Networks in the estimate and updating of rotor electrical time constant are also presented. ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Marcelo Moreira Ganzarolli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-22T03:35:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Betonico_GustavodeCarvalho_M.pdf: 2382106 bytes, checksum: a84e8f76b2a2dcf28078dd9283ecef59 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um modelo para determinação da temperatura do motor de uma bomba centrífuga submersa (BCS) sob condições variáveis de vazão e carga. Este leva em consideração o comportamento acoplado entre o motor, a bomba e o sistema de produção. Assim, dada uma frequência ajustada no variador de frequência, a temperatura do motor é determinada como resultado do equilíbrio entre a produção de calor, calculada a partir da potência que a bomba demanda do motor, e a extração do calor, calculada a partir da vazão. Neste modelo, considera-se a BCS instalada num módulo de bombeamento submarino localizado perto do poço produtor. Foi estudada a transferência de calor por convecção no módulo de bombeio, onde um escoamento descendente ocorre no anular externo entre o revestimento e a camisa de refrigeração e um fluxo ascendente ocorre no anular interno entre a camisa de refrigeração e o motor. Um estudo de transferência de calor por convecção foi elaborado comparando modelos baseados no perfil de temperatura plenamente desenvolvido com modelos que consideram o desenvolvimento da camada limite térmica. Uma vez que o único ponto de medição da temperatura se localiza na extremidade inferior do enrolamento de estator, o modelo desenvolvido neste trabalho também determina a distribuição de temperatura do motor. Um estudo de caso foi realizado com diversas viscosidades de óleo e frações de água. Os resultados mostram a elevação da temperatura do motor, quando sua velocidade é continuamente aumentada. Também se mostrou que, negligenciar os efeitos do desenvolvimento da camada limite térmica, quando ocorre escoamento laminar, pode resultar num motor superaquecido, onde na verdade, a temperatura máxima do motor é muito menor do que o seu limite superior. Modelos baseados no perfil temperatura plenamente desenvolvidos sofrem de imprecisão, quando utilizados em aplicações de fluidos viscosos, devido ao grande comprimento entrada térmica / Abstract: A model to predict the motor temperature of an electrical submersible pump, under variable conditions of flow rate and loading, has been developed. This model takes into account the coupled behavior between motor, pump and production system. Thus, given a frequency set in the variable speed drive, the motor temperature is determined as a result of the equilibrium between the heat generation, calculated from the power that the pump demands from the motor, and the heat extraction, calculated from the flow rate. In this model, the electrical submersible pump is supposed to be installed in a subsea pumping module located near the producer well. It has been studied the convective heat transfer in the pumping module, where a downward flow occurs in the external annulus between the casing and the shroud, and an upward flow happens in the internal annulus between the shroud and the motor. A convective heat transfer study has been run comparing models based on fully developed temperature profile and models that consider the development of the thermal boundary layer. Since the only point of temperature measurement is located at the lower end of the stator winding, the model developed in this work also determines the temperature distribution of the motor. A case study has been run with several oil viscosities and water cut. The results show a motor temperature rise when motor speed is continuously increased. It is also showed that, when laminar flow occurs, neglecting the effect of the thermal boundary layer development may result in an overheated motor prediction where actually, motor maximum temperature is much smaller than its upper limit. Fully developed temperature profile models suffer of inaccuracy when used in viscous fluid applications, due to its big thermal entry length / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Edson Bim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:19:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_JoseFranciscoMarcondesde_M.pdf: 3295187 bytes, checksum: 42264ed158c326964081fa1d1520c625 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Este trabalho tem como finalidade descrever a obtenção de capacitâncias variáveis a partir do chaveamento de um capacitor para aplicação em motores de indução monofásicos. Tradiciona1mente, neste tipo de motor, utiliza-se uma chave centrífuga com um capacitor para a partida e outro para o regime. Um método alternativo propõe a substituição da chave centrífuga e do capacitor de partida por uma chave a estado sólido ligada em paralelo com o capacitor de regime. Os dois métodos são analisados, implementados e comparados. Resultados de simulação demonstram a obtenção de capacitâncias maiores através de curtoscircuitos programados no capacitor de regime. Os resultados experimentais foram obtidos através de um sistema de desenvolvimento baseado no microcontrolador 87Cl96KD da Intel / Abstract: The main purpose of this work is to obtain the variable capacitances from a switched capacitor for application in single-phase induction motors. Traditionally, this motor, uses a centrifugal switch with a starting capacitor and a running capacitor. An alternative method replaces the centrifugal switch and the starting capacitor by a solid-state switch in parallel with the running capacitor. The two methods are analyzed, implemented and compared. Simulations results show the increase of the capacitance through programmed short-circuits of the running capacitor. The experimental results are obtained through a development system based on the 87C196KD microcontroller of the Intel / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho traça um panorama dos PLCs e tecnologias associadas em momentos anteriores e posteriores à publicação da norma IEC61131-3 e discute aspectos relativos à sua adoção. A aplicação deste norma pode trazer ganhos de produtividade no projeto e implementação de sistemas de automação industrial. Esta dissertação apresenta o caso do "Projeto de modernização dos navios-varredores da Marinha do Brasil" no qual alguns dos conceitos desta norma foram utilizados com sucesso. Ferramentas e metodologias desenvolvidas para adequar o PLC existente a alguns requisitos da norma são descritas ao longo da dissertação. A operação do novo sistema de varredura pode ser verificada através dos resultados experimentais apresentados. / This work presents an overview of the PLC and associated technologies before and after the publication of the IEC61131-3 standard. Some aspects concerning the adoption of this standard are also discussed. The application of this standard can increase productivity in the design and implementation of industrial automation systems. Some concepts of this standard were applied, succesfully, to the modernization of the Brazilian Navy mine-sweepers. Tools and methods that were required in order to adapt the existing PLC to the IEC standard are described. The operation of the newly developed system can be verified by experimental results.

O Motor Assíncrono Tubular para Aplicação na Extração de Óleo do Subsolo MATÆOS foi desenvolvido na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) com a função de acionar diretamente uma bomba de sucção, instalada no fundo de um poço de petróleo em terra. Dando continuidade aos trabalhos realizados na EPUSP envolvendo sistemas de levitação magnética, foi desenvolvido um mancal magnético ativo (AMB - Active Magnetic Bearing), aplicado ao protótipo do motor em substituição ao mancal mecânico tradicional existente. O projeto abrange a construção de um protótipo de mancal magnético composto das partes mecânicas, elétricas e de software necessárias ao funcionamento do sistema. O projeto do eletroímã foi realizado por meio do método dos elementos finitos (MEF), para análise da densidade de fluxo e da relação entre a força radial e a corrente elétrica nas bobinas. O controle da levitação do mancal é realizado por meio de controlador digital com placas conversoras AD/DA e algoritmo de controle implementado em hardware FPGA. Utilizando o modelo do sistema, os controladores são sintonizados para atender aos requisitos de estabilidade e rejeição de perturbações, que desviem o entreferro do seu valor nominal. Na configuração do AMB, ao invés do sistema tradicional com oito pólos, um conceito diferente é adotado. Neste, uma máquina primitiva bearingless é excitada com corrente contínua e usada como mancal magnético. Os resultados experimentais obtidos com o protótipo em funcionamento mostram que o sistema em malha fechada é estável e apresenta uma resposta transitória satisfatória. / A tubular linear induction motor applied to onshore oil exploitation, named MATÆOS (which is in the Portuguese acronym for Tubular Asynchronous Motor for Onshore Oil Exploitation) was built at Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Its purpose is to directly drive the sucker-rod pump installed in the down hole of the oil well. In continuing the research accomplished at EPUSP concerning magnetic levitation systems, an Active Magnetic Bearing (AMB) was developed and applied to the prototype of the motor in substitution to the existing traditional bearing. The design includes the construction of the magnetic bearing prototype composed of mechanical, electric and software components required to the operation of the system. The electromagnet design was accomplished using the Finite Element Method (FEM) in the analysis of both the flux density and the relationship between the radial force and the suspension winding current. The magnetic bearing levitation control is executed by a digital controller using an AD/DA converter and a control algorithm implemented in FPGA hardware. Using the system model, the controllers are tuned to provide both stability and rejection of disturbances that tend to move the air gap from its nominal value. Instead of the usual eight-pole AMB, a different concept is adopted where a DC-excited primitive bearingless machine is used as a magnetic bearing. The experimental results obtained with the prototype in operation show that the closed-loop system is stable and exhibits a satisfactory transient response.

Este trabalho avalia a aplicação de inversores de freqüência realizada em estações elevatórias de água tratada da cidade de São José dos Campos que são monitoradas pelo Centro de Controle Operacional da Sabesp. Foram estudadas as características técnicas de quatro sistemas de bombeamento que operam com velocidade variável. O trabalho apresenta uma proposta de metodologia para a seleção de inversores de freqüência, com base na metodologia recomendada pelo EUROPUMP e HYDRAULIC INSTITUTE (2004) aplicada em quatro sistemas da cidade de São José dos Campos. Essa proposta de metodologia foi executada através da avaliação seqüencial de um fluxograma e da análise gráfica das informações instantâneas e históricas dos parâmetros de vazão, pressão e freqüência de rotação, existentes no banco de dados dos servidores de supervisão e controle do Centro de Controle Operacional de São José dos Campos. Após a aplicação dessa metodologia, conclui-se que, a aplicação de inversores de freqüência nos sistemas estudados estava adequada e recomenda-se a sua aplicação em sistemas de bombeamento semelhantes. / The main purpose of this work is to evaluate the application of Variable Frequency Drives ? VFD, carried out in water pumping stations managed by SABESP ? Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo, located in the city of Sâo José dos Campos that are monitored by the Operational Control Center ? O.C.C. Technical characteristics of four pumping systems were studied, mainly those operating with fixed or changeable speed. It proposes a new methodology for VFD selection, based on the methodology recommended by EUROPUMP and HYDRAULIC INSTITUTE (2004), used on the systems mentioned before. This proposal of methodology were done using instantaneous and historical information of flow, pressure and rotation frequency parameters stored on data base installed on supervision and control servers installed. After this application, we also concluded that the use of VFD on the evaluated systems was correct and through this we recommend its use on similar pumping systems.

A presente pesquisa viabilizou, possivelmente, a expansão do arcabouço teórico desenvolvido por Suarez (2004) e Lynn et al. (1996), seguindo a mesma direção dos resultados obtidos na pesquisa longitudinal desenvolvida por Yu et al. (2011). Desenvolvemos um estudo descritivo de modo a analisar um período de 42 anos com o objetivo de entender os fatores que influenciaram a trajetória do desenvolvimento da tecnologia do veículo elétrico na GM de modo que utilizamos o arcabouço teórico desenvolvido por Suarez (2004) como norteador das observações empíricas. Coletamos dados secundários da tecnologia de baterias referente a fase um (realização de P&D) e dados secundários da tecnologia do veículo elétrico referente às fases dois (protótipos) e fase três (criação de mercado) para a construção do estudo de caso. As observações dessas fases viabilizaram os seguintes resultados: a possível expansão do arcabouço conceitual do Suarez (2004) em relação ao nível da firma (sondagem e aprendizagem tecnológica, sondagem e aprendizagem mercadológica e transferência de conhecimento) e ao nível do ambiente (setores industriais associados, pressão social, política internacional e questão econômica); e a possível ampliação da vertente teórica de sondagem e aprendizagem mercadológica desenvolvida por Lynn et al. (1996) no sentido de constatarmos a sondagem e aprendizagem tecnológica em um momento anterior a sondagem e aprendizagem mercadológica. Na década passada, iniciou-se um processo de efervescência de novos entrantes na indústria do veículo elétrico e, nessa década, duas das principais montadoras mundiais (GM e Nissan) lançaram os seus primeiros veículos elétricos para serem produzidos em larga escala. Essas evidências empíricas indicam uma possibilidade real da tecnologia do veículo elétrico estar em um estágio de maturidade que viabilize a realização do processo de transição tecnológica indicada no arcabouço conceitual desenvolvido por Utterback e Abernathy, em 1975. Nesse sentido, os resultados teóricos obtidos nessa pesquisa podem apoiar o processo de tomada de decisão no contexto de incentivo a essa tecnologia tanto da perspectiva da firma quanto da perspectiva do governo. / In alignment with the results obtained in the longitudinal research conducted by Yu et al. (2011), the present study possibly enabled the expansion of the theoretical framework developed by Suarez (2004) and Lynn et al. (1996). A descriptive study was developed so as to analyse a 42 year period with views to understanding the factors which influenced the course of development of electric vehicle technology at GM. Thus, to guide empirical observations, the theoretical framework developed by Suarez (2004) was employed. To build the study case, phase one (execution of R&D) battery technology and phase two (prototypes) and three (market shaping) electric vehicle technology secondary data was collected. Findings observed in these phases gave rise to the following results: the possible expansion of Suarez´s (2004) conceptual framework at corporate level (technological survey and learnings, market survey and learnings and knowledge transfer) and at environment level (associated industrial segments, social pressure, international politics and economic issues); and the possible extension of the theoretical market probe and learning line of thought developed by Lynn et al. (1996) in as much as the identification of the occurrence of technological probe and learning, at a moment preceding that of market probe and learning, is concerned. Over the last decade, a new entrant commotion process sprung within the electric vehicle industry and during this decade, two of the top world manufacturers (GM and Nissan) launched their first electrical vehicles for mass production purposes. This empirical evidence indicates that currently, there is an effective possibility of electric vehicle technology being at a stage of maturity whereby the technological transition mentioned in the conceptual framework developed by Utterback and Abernathy in 1975, is feasible. To this effect, the theoretical results obtained in this study may support decision processes in as much as incentives are concerned, both from a corporate and government perspective.