Orientador: Paulo José Amaral Serni / Banca: Alessandra Goedtel / Banca: José Alfredo Covolan Ulson / Resumo: O desequilíbrio de tensão nos sistemas elétricos pode provocar problemas indesejáveis na operação de equipamentos, principalmente nos motores de indução trifásicos, devido à importância destes motores em ambientes industriais. A utilização de modelos convencionais para a modelagem destes motores operando com tensões desequilibradas impõe resultados imprecisos e a obtenção de modelos adequados apresenta grande complexidade em função das assimetrias e não linearidades. Neste contexto, a utilização de ferramentas inteligentes, mais especificamente, redes neurais artificiais (RNA), reduz substancialmente a tarefa de modelagem, permitindo sua utilização sob condições de assimetrias e não linearidades. Assim, uma bancada de testes foi montada para a aquisição de dados experimentais de um motor de indução trifásico de 1 CV, 4 polos, 220V/380V, tipo gaiola de esquilo. Os dados coletados foram usados para o treinamento e validação de uma RNA que modela a relação entre as tensões, correntes e a potência no eixo. Os resultados experimentais foram comparados com os obtidos com a RNA e com o modelo dinâmico, e constatou-se que a modelagem por meio de RNA é adequada para descrever matematicamente o comportamento de motores de indução trifásicos operando com tensões desequilibradas / Abstract: Unbalanced voltages in electrical systems can deteriorate the performance of equipments and cause potential safety hazards and be harmful for the respective applications, especially in the three-phase induction motors, the most common energy receivers in industrial. The analysis of three phase induction motors under supply voltage unbalance condictions using the well-known symmetrical components analysis provide inaccurate results, and correct models are laborious, due to the complex nature of voltage unbalance factor like asymmetries and nonlinearities. In this context, the use of intelligent tools, specifically artificial neural networks (ANN), significantly reduces the modeling task and allowing the use under conditions of asymmetries and nonlinearities. Thus, a workbench tests was buit for testing of the 4 pole, 220V/380V, 1 CV squirrel-cage induction motor. Experimental set up for testing were used to ANN's training and validation. The ANN's model showed the relationship between the voltages, currents and shaft power. The results of experimental investigation and computer calculations (ANN and dynamic model) were compared and the results indicate that the ANN is adequate model that makes it possible to mathematically describe an induction motors operating with unbalanced voltage / Mestre

Um atuador planar de indução é um dispositivo baseado no mesmo princípio de funcionamento de um motor linear de indução, onde a interação de um campo magnético viajante produzido pelo primário do dispositivo com uma superfície de boa condutividade elétrica induz correntes parasitas que levam à produção de uma força de propulsão. O movimento planar sobre essa superfície é produzido através da movimentação linear em dois eixos ortogonais. Uma aplicação deste movimento é na propulsão de uma plataforma equipada com câmeras e sensores para a realização da inspeção em uma superfície metálica, que se beneficiaria da força normal que o motor planar de indução produz quando acionado sobre uma superfície ferromagnética para anexar a plataforma à superfície. Um modelo analítico que fornece equações para o campo elétrico e magnético é apresentado, e simulações numéricas baseadas no método dos elementos finitos são realizadas para avaliar o comportamento do dispositivo utilizando três tipos diferentes de superfícies como secundário: um secundário com duas camadas formadas por uma chapa de alumínio com outra de aço por baixo; apenas a chapa de alumínio; e apenas a chapa de aço. As distribuições de campo magnético calculadas por estes dois modelos teóricos mostram boa concordância entre si, e são utilizadas para calcular as forças de propulsão e normal produzidas pelo atuador. Medidas experimentais são realizadas em um protótipo de atuador planar de indução, e seus resultados são comparados com os resultados obtidos nos modelos teóricos, mostrando uma boa concordância e potencial para a aplicação do atuador planar de indução na inspeção de superfícies horizontais. / An induction planar actuator is a device that, based on the operating principle of a linear induction motor, in which the interaction between a travelling magnetic field produced by the primary of the device and a conducting surface generates eddy currents in the surface and leads to the generation of a thrust force. The device produces planar motion over this surface through movement on two orthogonal axis. An application of this movement is in a platform for the inspection of metallic surfaces, which is driven by the planar induction motor and equipped with cameras and sensors to inspect the surface. This application benefits from the normal force produced by the induction planar actuator operating over a ferromagnetic surface to attach the driving platform to it. An analytical model with equations for the electric and magnetic fields is presented, and numerical simulations based on the finite element method are carried out to assess the behaviour of the device using three different surfaces as secondary: a double-layered secondary formed by an aluminum plate over a steel plate; a aluminum only plate; and a single steel plate. The distributions for the magnetic field computed through these theoretical models show good agreement, and are employed to evaluate the thrust and normal forces produced by the planar induction actuator. Experimental measurements are made on a prototype of the device, and the results are compared to the results of the theoretical models, showing good agreement and potential in the application of the induction planar motor for the inspection of horizontal metallic surfaces.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-05-24T12:51:24Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2705219 bytes, checksum: cb06011410866630871a99b2788703f1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-24T12:51:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2705219 bytes, checksum: cb06011410866630871a99b2788703f1 (MD5) Previous issue date: 2015-10-26 / The three-phase induction motors are the most important way for electromechanical conversion, being present in almost every industrial process. Because of their importance, it is crucial that these devices have a proper predictive maintenance, avoiding lost production and operational accidents in the event of unexpected failures. In this scenario several researchers have conducted studies to detect incipient faults. About the sensing method used, the most common techniques are related to measuring the vibration levels using accelerometers and measuring electrical motor signals. The choice of technique involves factors such as invasiveness, drive motor type and the sensitivity to failure. The purpose of this work involves the development of a hybrid system that uses data collected by vibration and current sensors for fault detection in induction motors, earlier and more efficiently. The current and vibration signals were processed in the frequency domain and through the multiresolution analysis, serving as inputs of a fuzzy logic system, allowing to increase the sensitivity and efficiency in fault detection techniques in relation to the individual. The unbalance failure was investigated on a workbench with the motor coupled to a propeller and broken bars with another bench with DC motor to apply the load, the best methods being chosen in each case. The system was developed in Matlab software and was validated with correct detection for both failures, being able to detect the unbalance failure on the shaft or propeller as broken bars in different load conditions. / O motor de indução trifásico é o principal meio de conversão eletromecânica existente, estando presente em praticamente todos os processos industriais. Devido à sua importância, é fundamental que estes equipamentos tenham uma correta manutenção preditiva, evitando perda de produção e acidentes operacionais em caso de falhas inesperadas. Diante deste cenário vários pesquisadores têm realizado estudos para detecção de falhas incipientes. Quanto ao método sensor utilizado, as técnicas mais comuns estão relacionadas a medição dos níveis de vibração utilizando acelerômetros e medição de sinais elétricos do motor. A escolha da técnica envolve fatores como a invasividade, tipo de acionamento do motor e a sensibilidade à falha. A proposta deste trabalho envolve o desenvolvimento de um sistema híbrido que utilize dados coletados por sensores de vibração e de corrente para detecção de falhas incipientes em motores de indução trifásicos de maneira mais precoce e eficiente. Os sinais de corrente e de vibração foram processados no domínio da frequência pela transformada de Fourier e através da análise multiresolução, servindo como entrada para sistemas de lógica Fuzzy, permitindo que se aumente a eficiência na detecção da falha em relação às técnicas individuais. Foi investigada a falha de desbalanceamento em uma bancada com o motor acoplado a uma hélice e barras quebradas em outra bancada com motor de corrente contínua acoplado para aplicar a carga, sendo escolhidos os melhores métodos em cada caso. O sistema foi desenvolvido no software Matlab e foi validado através de diagnósticos corretos para ambas as falhas, sendo capaz de detectar a falha de desbalanceamento tanto na hélice quanto no eixo e de barras quebradas em diferentes condições de carga.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo - Rogerio Pinho Dias.pdf: 124846 bytes, checksum: 695e36f2af2139d1d4a624a0e573473f (MD5) Previous issue date: 2008-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study for implementation of the control of limitation of electromagnetic torque develops for three-phase induction motor in soft-starters applications. The proposed method is based on the electromagnetic torque estimation from the measurement of stator currents and the stator voltages. The related problems to the stator flux estimation by pure integration of the equation of the stator voltages are minimized with use of low pass filters in the place of pure integrators and high pass filter at the analogical input to eliminate the measurement offset error. The amplitude and phase errors resultant of the filtering process are reduced with the use of a factor of correction in the final stage of integration. Gotten experimental results validate the proposed method showing its viability in applications where the objective is to control only the start or stop process of three-phase induction motors and possibility the applications with soft-starter - to any type of load that does not need speed variation in permanent regimen. / Este trabalho apresenta um estudo para implementação de um controle de limitação do torque eletromagnético produzido pelo motor de indução trifásico para aplicação em chaves eletrônicas de partida suave. O método proposto é baseado na estimação do torque eletromagnético através da medição das correntes e tensões estatóricas. Os problemas relacionados à estimação do fluxo estatórico através da integração da força contra eletromotriz são minimizados com a utilização de filtros passa baixa no lugar dos integradores puros e de filtros passa alta nas leituras analógicas das tensões e correntes estatóricas. Os erros de amplitude e fase devidos aos processos de filtragem são reduzidos com a utilização de um fator de correção na etapa final de integração. Resultados experimentais validam o método proposto mostrando a viabilidade de sua aplicação no controle dos processos de partida e parada do motor de indução trifásico, possibilitando assim, a aplicação das chaves eletrônicas de partida suave - a qualquer tipo de carga - que não necessite da variação de velocidade em regime permanente

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rafael Campos resumo.pdf: 28958 bytes, checksum: c0306d4f10c2c1dab1c5e8750f4a0ea1 (MD5) Previous issue date: 2008-07-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this work is to study the rotor flux vector control applied to a single-phase induction motor drive. Initially, a mathematical model of the motor will be derived. The motor equations will be transformed to the stationary reference frame so that the angular dependency due to the asymmetry of the motor variables is eliminated. Then is discussed that single-phase induction motor can be viewed as a two-phase system. A mathematical model to derive the motor parameters is presented. The next step is to analyze the rotor flux vector control, pointing out the need for a symmetry transformation of the motor parameters. Two control methods are presented: direct rotor flux control and indirect rotor flux control. Theses control methods are validated through numerical simulations. Experimental analyses making use of a digital signal processor are carried out. The results obtained show the good dynamic response when the vector control method is applied to a single-phase induction motor drive system. / Este trabalho tem por objetivo estudar o acionamento do motor de indução utilizando o método de controle vetorial por fluxo de rotor. Inicialmente, desenvolvido o modelo matemático do motor de indução monofásico transformado o eixo estacionário para que seja eliminada a dependência angular das variáveis do devido à assimetria dos parâmetros do motor. É observado que o motor monofásico pode ser apresentado em configuração bifásica. Em seguida, um estudo de netrização do motor é realizado. O controle vetorial é analisado na seqüência, observando a necessidade de simetria dos parâmetros do motor para que haja um controle o do motor. São considerados dois métodos: controle direto do fluxo de rotor e indireto do fluxo de rotor. Analisa-se, também, o comportamento do controle de simulações numéricas Na seqüência,implementa-se experimentalmente o controle utilizando um processador digital de sinais. Os resultados obtidos mostram que o estudado ao ser aplicado ao motor de indução monofásico apresenta uma boa ta dinâmica para o sistema, tanto para método direto quanto para o método indireto.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2073889 bytes, checksum: df5e3780835b90ebdd638d4b8a4d38fb (MD5) Previous issue date: 2011-09-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work consists of developing a system for position control of a three phase induction motor for positioning systems, using the technique of vectorial control in quadrature with the rotor flux. Several applications make use of this control, such as robot manipulators for welding and painting machines, tables and positioners coordinates in general. For a long time the machine most used in these systems was the DC for its simplicity of control, until the vector techniques were developed and improved, and significant advances in the power electronics allowing a drive high performance and lower cost using AC machines. To implement the drive with variable speed the asynchronous machine should be powered from a three-phase voltage source with variable frequency and amplitude, this source is obtained by static converters. The converter employed in this work uses the configuration with three arms, each containing two keys with controlled trigger and block, with one arm for each motor phase. A digital signal processor (DSP) was used to receive signals of voltage, current, position and generate the pulse width modulation (PWM). / Este trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de controle de posição de um motor de indução trifásico para sistemas de posicionamento, utilizando a técnica de controle vetorial em quadratura com o fluxo rotórico. Várias aplicações se utilizam deste controle, como robôs manipuladores para máquinas de pintura e soldagem, mesas de coordenadas e posicionadores de um modo geral. Por muito tempo a máquina mais utilizada nestes sistemas era a de corrente contínua pela sua simplicidade de controle, até que foram desenvolvidas e aprimoradas as técnicas vetoriais, e avanços significativos na eletrônica de potência permitindo um acionamento de alto desempenho e menor custo utilizando máquinas de corrente alternada. Para implementar o acionamento com velocidade variável, a máquina assíncrona deve ser alimentada através de uma fonte de tensão trifásica de frequência e amplitude variáveis, fonte esta que é obtida por meio de conversores estáticos. O conversor empregado neste trabalho utiliza a configuração com três braços, cada um contendo duas chaves com disparo e bloqueio controlados, sendo um braço para cada fase do motor. Um processador digital de sinais (DSP) foi utilizado para receber os sinais de tensão, corrente, posição e gerar a modulação por largura de pulso (PWM).

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents a study and implementation of a torque estimator for three phase induction motors. Estimation is made from input voltages and currents and stator phase resistance is the only motor parameter needed. Torque estimation is obtained from stator flux estimation. This requires the integration of the phase counter electromotive force. An integration method able to avoid drifting and errors due to initial conditions is chosen and implemented. Torque estimator is implemented using a DSP board so that real time operation is possible. Experimental and simulated results are presented and found to be in good agreement. / A proposta deste trabalho é a implementação de um método de estimação do conjugado eletromagnético de motores de indução trifásicos, a partir de amostras de correntes e tensões trifásicas obtidas nos terminais da máquina, sendo que o único parâmetro do motor de indução trifásico a ser utilizado é a resistência estatórica. Para estimar o conjugado é necessário estimar o fluxo. O principal problema em relação à estimação do fluxo é a integração do sinal. Algumas propostas para estimação do fluxo foram estudadas, e dentre estas uma foi escolhida. Para digitalização do método de integração escolhido foi utilizado o Processador Digital de Sinais. O algoritmo implementado é apresentado detalhadamente em todos os seus blocos. São apresentados resultados de simulações e resultados experimentais do sistema implementado, tais como diferentes valores de carga e aplicação e retirada de carga. / Mestre em Ciências

Um atuador planar de indução é um dispositivo baseado no mesmo princípio de funcionamento de um motor linear de indução, onde a interação de um campo magnético viajante produzido pelo primário do dispositivo com uma superfície de boa condutividade elétrica induz correntes parasitas que levam à produção de uma força de propulsão. O movimento planar sobre essa superfície é produzido através da movimentação linear em dois eixos ortogonais. Uma aplicação deste movimento é na propulsão de uma plataforma equipada com câmeras e sensores para a realização da inspeção em uma superfície metálica, que se beneficiaria da força normal que o motor planar de indução produz quando acionado sobre uma superfície ferromagnética para anexar a plataforma à superfície. Um modelo analítico que fornece equações para o campo elétrico e magnético é apresentado, e simulações numéricas baseadas no método dos elementos finitos são realizadas para avaliar o comportamento do dispositivo utilizando três tipos diferentes de superfícies como secundário: um secundário com duas camadas formadas por uma chapa de alumínio com outra de aço por baixo; apenas a chapa de alumínio; e apenas a chapa de aço. As distribuições de campo magnético calculadas por estes dois modelos teóricos mostram boa concordância entre si, e são utilizadas para calcular as forças de propulsão e normal produzidas pelo atuador. Medidas experimentais são realizadas em um protótipo de atuador planar de indução, e seus resultados são comparados com os resultados obtidos nos modelos teóricos, mostrando uma boa concordância e potencial para a aplicação do atuador planar de indução na inspeção de superfícies horizontais. / An induction planar actuator is a device that, based on the operating principle of a linear induction motor, in which the interaction between a travelling magnetic field produced by the primary of the device and a conducting surface generates eddy currents in the surface and leads to the generation of a thrust force. The device produces planar motion over this surface through movement on two orthogonal axis. An application of this movement is in a platform for the inspection of metallic surfaces, which is driven by the planar induction motor and equipped with cameras and sensors to inspect the surface. This application benefits from the normal force produced by the induction planar actuator operating over a ferromagnetic surface to attach the driving platform to it. An analytical model with equations for the electric and magnetic fields is presented, and numerical simulations based on the finite element method are carried out to assess the behaviour of the device using three different surfaces as secondary: a double-layered secondary formed by an aluminum plate over a steel plate; a aluminum only plate; and a single steel plate. The distributions for the magnetic field computed through these theoretical models show good agreement, and are employed to evaluate the thrust and normal forces produced by the planar induction actuator. Experimental measurements are made on a prototype of the device, and the results are compared to the results of the theoretical models, showing good agreement and potential in the application of the induction planar motor for the inspection of horizontal metallic surfaces.

abstract: This thesis presents a new technique to develop an air-conditioner (A/C) compressor single phase induction motor model for use in an electro-magnetic transient program (EMTP) simulation tool. The method developed also has the capability to represent multiple units of the component in a specific three-phase distribution feeder and investigate the phenomenon of fault-induced delayed voltage recovery (FIDVR) and the cause of motor stalling. The system of differential equations representing the single phase induction motor model is developed and formulated. Implicit backward Euler method is applied to numerically integrate the stator currents that are to be drawn from the electric network. The angular position dependency of the rotor shaft is retained in the inductance matrix associated with the model to accurately capture the dynamics of the motor loads. The equivalent circuit of the new model is interfaced with the electric network in the EMTP. The dynamic response of the motor when subjected to faults at different points on voltage waveform has been studied using the EMTP simulator. The mechanism and the impacts of motor stalling need to be explored with multiple units of the detailed model connected to a realistic three-phase distribution system. The model developed can be utilized to assess and improve the product design of compressor motors by air-conditioner manufacturers. Another critical application of the model would be to examine the impacts of asymmetric transmission faults on distribution systems to investigate and develop mitigation measures for the FIDVR problem. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2012

Desde a idealização das máquinas elétricas girantes, o motor de indução linear (MIL) fora também considerado viável e, ao longo do tempo, foi pesquisado e foram desenvolvidas novas tecnologias para sua melhoria e para o seu acionamento. Muitos trabalhos acadêmicos foram realizados em todos os centros de pesquisa do mundo e, no Brasil, os primeiros a estudá-lo com rigor científico foram os professores Morency Arouca e Délio Pereira Guerrini, no início da década de 70, no departamento de Engenharia Elétrica da EESC/USP. Até hoje no Brasil, pouco se desenvolve neste campo de estudo da Engenharia Elétrica e, quando se desenvolve, ficam restritos à simulações e levantamentos de parâmetros característicos aos MIL\'s específicos. O presente trabalho tem como objetivo fazer uma explanação teórica e matemática que servirá de base ao estudo e compreensão do MIL e propor uma aplicação ao mesmo: o MIL acionado por inversor de freqüência e utilizado para obtenção de posicionamento com auxílio de simulação computacional de algumas malhas de controle para tal posicionamento. / Since the rotating machines had been idealized, the Linear Induction Motor (LIM) has been researched and, along the time, new technologies are being developed in order to improve it. Many academic works were accomplished in several research centers and universities around the world. In Brazil, the first ones to study it with scientific approach were Professors Morency Arouca and Délio Pereira Guerrini, in the early 70\'s. Even nowadays, works are seldom developed, and most of them are dedicated to simulation of the LIM or obtaining of parameters of specific LIM\'s. The present work has as objective to study the mathematical and theoretical modeling, which will be used as basis in order to study and understand the LIM and to propose an application: the LIM fed by Frequency Inverter, used in order to obtain positioning, with simulation of specific control systems.