Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T04:12:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 286045.pdf: 12910737 bytes, checksum: 87b48260fe416af2af75335ba60c3018 (MD5) / Hoje em dia há uma tendência quase que generalizada de diminuiçao de componentes e equipamentos. Com compressores de refrigeração não é diferente. Para que a diminuiçao da câmara de compressão não implique redução da capacidade de refrigeração, é necessário que se aumente a frequência de operação. Avaliações teóricas e experimentais mostraram que motores de alta rotação do tipo brushless podem desempenhar esse papel. No intuito de se avançar no conhecimento tecnológico desses compressores é importante o domínio das inúmeras grandezas que estão envolvidas no processo de desenvolvimento. Rendimento é, sem dúvida, um parâmetro de grande impacto no desenvolvimento do roduto. Rendimento é a razão entre a potência mecânica efetivamente transformada em trabalho e a potência elétrica entregue a máquina. Nesse contexto, este trabalho analisou opções e avaliou experimentalmente a medição da potência elétrica, com baixa incerteza, em motores do tipo brushless na presença de sinais com elevado conteúdo harmônico. Foi realizado um estudo prévio das características dos motores e seu acionamento, bem como das ferramentas matemáticas e métodos que serviram de suporte para o desenvolvimento do trabalho. Alternativas para a medição de potência elétrica foram estudadas. Um equipamento adequado à medição em alta frequência foi selecionado e testado em bancada automatizada de ensaio de motores. A caracterização dos espectros de frequências para os motores avaliados neste trabalho mostrou que a maior parte da potência elétrica se concentra na frequência fundamental e que as amplitudes harmônicas são quase que insignificantes para o sinal de potência elétrica. Em função disso foi mostrado experimentalmente que em tais aplicações wattímetros para medição de sinais de baixa frequência podem apresentar resultados satisfatórios. Uma comparação entre dois equipamentos comerciais de características metrológicas distintas também foi realizada e observou-se que a medição de ambos é bem próxima, chegando a uma diferenca de aproximadamente 3,2% entre os resultados obtidos para os pontos nos quais os motores são ensaiados. A reprodutibilidade do wattímetro WT230 foi analisada e em cinco ciclos de medição o desvio em relação à média foi bastante pequeno, apresentando resultados de at´e 1,5% de diferença (pior caso) entre ensaios. / Nowadays there is a global trend on reducing size of equipments and their parts. The refrigeration compressors are objects of this tendency. Nevertheless, reducing compression chamber#s dimensions implies reducing the refrigeration capacity when this is done without the increase of motor speed. Theoretical and experimental evaluations have shown that high speed brushless motors can perform this role. The R&D process related to the refrigeration compressors deals with several quantities and parameters in order to advance in the technological sense. The motor efficiency is one of such parameters because it relates the mechanical power converted into work and electrical power consumed by the compressor. As a contribution on motor efficiency evaluation, this dissertation presents analysis and experimental evaluations carried out on electrical power measurement. The most important characteristic of this measurement process is deal with high harmonic content signals and low measurement uncertainties. In order to achieve the dissertation goals, prior studies were carried out on: motors and drives characteristics; electrical power measurement methods; mathematical tools and methods suitable for data and signal analysis. A suitable device for high frequency measurement was selected and used in an automated motor testing bench. The frequency spectrum of the evaluated motors showed that the electrical power is concentrated in the fundamental frequency and that harmonics amplitudes are almost negligible. Thus, experimental data indicated that low frequency power meters can provide satisfactory results in such applications. Two commercial power meters - designed for distinct metrological performance - had their measurement results compared on typical motor test conditions and presented maximum difference of 3.2%. The reproducibility WT230 power meter was analyzed in five measurement cycles and presented very small deviations (up to 1.5% in worst case) compared to the average.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T07:03:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:34:48Z : No. of bitstreams: 1 287889.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / A predição exata da distribuição de temperatura em uma máquina elétrica no estágio do projeto está se tornando cada vez mais importante. Esta predição permite ao projetista otimizar o projeto, economizando assim custos efetivos. Apesar da importância de se conhecer a temperatura no interior de máquinas elétricas girantes, a literatura disponível não apresenta metodologias que possibilitem obter tal informação de forma satisfatória, que façam uso do estado da arte referente ao conhecimento disponível em escoamento e transferência de calor. No presente trabalho, o projeto térmico de motores de indução é revisto e um modelo térmico com parâmetros acoplados é apresentado para determinar a distribuição de temperatura em um motor de indução, operando em regime permanente. O modelo térmico com parâmetros acoplados consiste na combinação de parâmetros térmicos globais e de parâmetros térmicos distribuídos nas diferentes partes da máquina. O conhecimento da distribuição das perdas (fontes de calor) envolvidas na máquina é essencial na construção e análise do modelo térmico. Adotando procedimentos padrões na análise do motor, as perdas são avaliadas através de ensaios elétricos, e distribuídas no estator e no rotor. Empregando o modelo térmico, uma análise de sensibilidade é realizada, indicando que o parâmetro mais crítico no resfriamento do motor é o coeficiente convectivo de transferência de calor em sua superfície externa. Medições e cálculos exploram a não uniformidade do coeficiente de transferência de calor local da carcaça do motor para o ar ambiente e seu impacto na temperatura do motor. Ensaios em três rotações distintas mostraram variações no coeficiente de transferência de calor em torno de 20% quanto se altera a rotação de 900 rpm para 1200 rpm e cerca de 40% alterando de 1200 rpm para 1800 rpm. Algumas sugestões são apresentadas para reduzir a temperatura de operação do motor, incluindo o uso de guias para direcionar melhor o escoamento de ar sobre a carcaça. O efeito das guias de correção do escoamento de ar sobre a carcaça possibilitou observar uma elevação média de 5% no coeficiente de transferência de calor na traseira, 40% na central e 20% na dianteira do motor comparado com os resultados obtidos na condição de referência.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T01:49:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 259876.pdf: 6319360 bytes, checksum: e4b02cbfa4c623a75e1f2627bde191d5 (MD5) / Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia numérica para a análise do escoamento do ar na região da cabeça de bobina de um motor de indução trifásico totalmente fechado autoventilado. O desenvolvimento dessa metodologia foi amparado por um dispositivo experimental, especialmente projetado e confeccionado para este trabalho, que permitiu caracterizar os campos de velocidade do ar na região da cabeça de bobina e, também, na região externa da carcaça, especificamente entre as aletas da carcaça. Os dados de velocidade do ar e os valores de potência consumida pelos sistemas de ventilação interno e externo, obtidos experimentalmente, foram utilizados para desenvolver e validar a metodologia numérica, fundamentada em um código comercial de Dinâmica do Fluidos Computacional (Computational Fluids Dynamics - CFD). Uma contribuição adicional foi a demonstração do impacto da energia fornecida ao sistema de ventilação interno sobre o comportamento térmico A numerical methodology to analyze the air flow at the end-winding region of a three-phase totally enclosed fan cooled electrical motor was developed. The development of this methodology was assisted by an experimental device, especially designed and made for this work, that allowed the characterization of air velocity fields around the end-winding regions and, also, outside the frame region, specifically between the frame fins. Measurements of air velocity and fan systems internal and external power losses were used to develop and validate the numerical methodology, using a commercial Computational Fluids Dynamics (CFD) code. An additional contribution was the demonstration of the impact of the energy provided to the internal fan system on the thermal behavior of totally enclosed rotating electrical machines.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T03:14:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247094.pdf: 2082119 bytes, checksum: 4c3bfa727cd94f4a4941a467d56542bf (MD5) / Esta dissertação estabelece as equações necessárias para o cálculo dos ruídos excitados magneticamente, irradiados através de vibrações do pacote de chapas do es tator de motores de indução monofásicos de gaiola. O método apresenta um roteiro de cálculo do espectro das ondas har mônicas de magnetização no entreferro em motores de indução monofásicos funcionando com somente uma bobina principal energizada ou com dois enrolamentos junto com um c apacitor permanente na bobina auxiliar funcionando como um motor bifásico. Primeiro calcu lamos as diversas componentes dos ha rmônicos de enrolamento do estator e rotor, as ha rmônicas de saturação, as harmônicas decorr entes das excentricidades. Utilizando o tensor de Maxwell são determinadas as forças radiais que produzem as deformações radiais do estator. As freqüências naturais de vibração do pacote do estator são calculadas para se obter os fatores de ressonância com a sua respectiva deformação plástica amplificada ou amortecida. Finalmente é determinada a potência ou pressão sonora na superf ície externa do p acote de chapas do estator e a um metro de distância onde é calculada a pressão sonora com a tenuação para a escala de atenuação A de percepção do ouvido hu mano. Para a validação da metodologia apresentada foi desenvolvido um programa em Fo rtran que calcula o ruído global assim como as suas componentes espectrais o que foi comparado com o ensaio em cinco diferentes motores abrangendo motores de: 2 pólos tipo PSC; motor es de 4 e 6 pólos tipo Split -Phase.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T19:07:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 256557.pdf: 4250360 bytes, checksum: 5915e30ad38f7acc1d13a45dfb69359c (MD5) / O presente trabalho apresenta os diversos fatores aos quais o sistema de isolação dos motores de indução são submetidos ao serem acionados por conversores de freqüência. Também são apresentadas soluções que fabricantes de motores elétricos e fornecedores de fios e materiais isolantes têm buscado com o objetivo de obter boas interações entre o motor elétrico e o conversor de freqüência. Foram realizados testes de um motor de indução de 2.500 CV, 4.160V, 04 pólos, 60Hz sendo acionado direto na rede e, também através de um inversor de freqüência. Parâmetros tais como elevação de temperatura, distorção harmônica total da corrente, fator de potência e rendimento foram registrados para ambas as condições. Os resultados obtidos mostraram para uma das fases do motor elevação de temperatura de até 9,8% superior na situação com conversor de freqüência. Para o caso com conversor de freqüência a distorção harmônica total da corrente apresentou-se 9,3% e 4,8% superior quando operando com o motor a vazio e com carga nominal respectivamente, comprovando então a condição mais severa em que o sistema de isolação do motor é submetido quando acionado por conversor de freqüência.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T21:25:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 260439.pdf: 4314005 bytes, checksum: f718f36e30cf1ceae5fcf6060a8bd490 (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo analisar as principais causas do curto-circuito entre espiras em estatores utilizados em motores de indução trifásicos de baixa tensão e realizar uma comparação entre os principais tipos de detecção e equipamentos utilizados atualmente. Desta forma, será possível avaliar quais os principais pontos positivos e negativos de cada tipo de método de detecção e, caso seja possível, definir qual equipamento consegue identificar de forma mais eficiente este tipo de falha em estatores que ainda estão em produção. Através do levantamento inicial da bibliografia, pode-se observar que este assunto tem grande relevância e que vem sendo estudado há anos, permitindo o levantamento de vários tipos de testes, sendo que muitos destes passaram por várias evoluções em suas metodologias. Além disso, o desenvolvimento de testes que consigam detectar este tipo de falha durante o processo produtivo dos estatores bobinados é de extrema importância para os fabricantes de motores, pois permite a detecção antecipada do defeito, reduzindo os custos de retrabalho, refugo de materiais e gastos com assistência técnica. Os clientes também compartilham desta mesma percepção, uma vez que caso o problema seja detectado apenas no cliente, poderá ocasionar paradas inesperadas no processo produtivo do cliente e aumentar seus gastos com manutenção.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T22:27:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258150.pdf: 7239347 bytes, checksum: 18fdb808e71155fda59d7d9e56c836bb (MD5) / Este trabalho aborda o desenvolvimento de um método de estimação da confiabilidade de um motor de indução monofásico, cuja obtenção de resultados seja no menor tempo possível. O método é baseado na teoria de confiabilidade de sistemas, na qual, realiza-se ensaios de vida acelerados em componentes chaves pertencentes ao sistema. Os resultados destes ensaios são analisados separadamente com ferramentas que estimam seus parâmetros de confiabilidade, considerando sua parte determinística, utilizando-se ferramentas de regressão, e sua parte variável, utilizando-se distribuições de probabilidade. Os parâmetros de confiabilidade encontrados para cada componente são então incluídos em um diagrama de blocos de confiabilidade do sistema, do qual, de acordo com a importância e disponibilidade de cada componente, calculam-se os parâmetros de confiabilidade do sistema como um todo. Para validação do método, foram feitos ensaios em componentes de um determinado motor de indução, com aplicação em máquinas de lavar roupas, e foram determinados seus parâmetros de confiabilidade. Os resultados obtidos demonstraram um alto ganho no tempo de realização dos ensaios, além de se tornar uma ferramenta muito poderosa para definição de metas de qualidade do produto em campo. This work tackles the development of a reliability estimation method for a single phase induction motor, whose attainment of results lasts as minimum time as possible. The method is based in the systems reliability theory, which, accelerated life tests are done in key parts pertaining this system. The tests results are separately analyzed using reliability estimation tools which consider the deterministic part, using regression tools, and the variable part, using probability distributions. The reliability parameters encountered, for each part tested, are then filled up in a reliability functional diagram of the system, which, according to the relevance and availability of each part tested, calculates reliability parameters for the system at all. To evaluate the method, parts of single phase induction motors, washing machines motors, were submitted to accelerated life tests and their reliability parameters calculated, both of them, parts reliability and then system reliability. The results obtained demonstrate a big improve in tests timing, besides the method can become a powerful tool to improve quality marks of this product in field.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T22:35:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258153.pdf: 29470274 bytes, checksum: 74a4266e1ed7bfc85a60369a53c2b4f7 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo das assimetrias geométricas no estampo da coroa do estator de motores de indução trifásicos. Assimetria esta, conhecida na linguagem técnica como corte econômico. Para o estudo utilizou-se três motores de indução trifásicos de 20cv, VI pólos, carcaça IEC 160L, 220/380 V, 60 Hz, linha Standard. Os três estatores apresentavam coroas com diferentes formas geométricas, (1) coroa convencional redonda, (2) coroa com corte econômico na largura da tira e (3) coroa com corte econômico na largura da tira e avanço do passo. Utilizou-se o programa de cálculo M2E, onde se obteve os valores de desempenho do motor para os três casos. Para a modelagem eletromagnética do motor com as três diferentes coroas, utilizou-se o sistema EFCAD, que realiza simulações através do método de elementos finitos para o cálculo eletromagnético. Os resultados apresentados nos ensaios, cálculos analíticos e simulações apresentaram diferenças insignificantes nos valores de desempenho, nas induções na coroa do estator e nas perdas no ferro. Ficou evidente a viabilidade do corte econômico para as carcaças IEC 132 a 200, obtendo como vantagem a economia e melhor aproveitamento das chapas de aço e como desvantagem o investimento na reforma ou fabricação de novos estampos e outros ferramentais. This work presents a study of geometric asymmetries in stator yoke of three-phase induction motors. Such asymmetry is, known in the technical language as "economic cut". For this study, one has used three Standard 20cv, VI poles, IEC 160L, 220/380 V, 60 Hz, three-phase induction motors. The three stators have different yoke geometries, (1) round traditional yoke, (2) yoke with "economic cut" in the width of the lamination length and (3) yoke with "economic cut" in the width of the lamination length and in the step advance. The Calculations were made with M2E, were values of performance of the motor were calculated for the three cases. For the electromagnetic modeling of the motor with the three different geometries one has used the EFCAD system, which uses the finite element technique. Values of in inductions in the stator yoke and iron losses measured and calculated with both, analytic and Finite Element method presented small deviations. The feasibility of the economic cut for frames IEC 132 to 200 is clear: using fewer amount of iron, without compromising performance, with only one drawback which is the costs involved in the re-project of the stamping tool.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T09:56:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 231734.pdf: 878043 bytes, checksum: 4e0294458f76f1e2f84fd8cd9666ca28 (MD5) / Este trabalho apresenta uma estratégia de controle para o motor de indução trifásico via abordagem LMI. O projeto faz uso de um modelo comutado do motor de indução que é obtido considerando o acionamento do motor através de um inversor de tensão. O objetivo que se deseja alcançar é projetar leis de controle para comandar as chaves do inversor, de forma a garantir estabilidade e desempenho do motor. Para isso, usaremos uma metodologia que consiste em descrever as condições do problema como Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs). O ponto de partida do projeto é baseado na teoria de Lyapunov para estabilidade de sistemas. Inicialmente, é apresentado a modelagem do motor de indução, bem como, comentários sobre o acionamento via inversor de tensão. Na seqüência do trabalho se define LMI e suas principais propriedades e ainda são apresentados alguns exemplos de aplicação de LMIs na busca de soluções de problemas simples. Ao final, é realizado o projeto de controle para o motor de indução trifásico e os resultados atingidos são apresentados. This work presents a strategy of control for the three-phase induction motor based on LMI. The design uses a switched model of induction motor which is obtained considering the feeding of the motor through a three-phase voltage inverter. The target to be reached is to design control laws for controlling the switches of the inverter, in order to guarantee stability and performance of the motor. To do that, we will use a methodology which consists in describing the conditions of the problem as Linear Matrix Inequalities (LMIs). The beginning of the design is based on the Lyapunov's theory for the stability of systems. Initially, the modeling of the induction motor is presented, as well as, commentaries about the feeding of the motor by voltage inverter. After that, it is defined LMI and its main properties and also is developed some examples of application of LMIs to solve simple problems. At the end, it is accomplished the design of control for the three-phase induction motor and the results reached are presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:30:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325646.pdf: 5817959 bytes, checksum: 34356e651c3da0cad54c4f47a37172b2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Como parte da garantia da qualidade na produção de estatores de motores de indução monofásicos, são empregados vários ensaios elétricos de rotina, visando assegurar a conformidade do produto. Tipicamente, tais ensaios são: resistência elétrica, tensão aplicada, surto elétrico e sentido de rotação. Em linhas de elevado fluxo de produção de estatores, esses ensaios nem sempre conseguem a efetividade desejada, permitindo que peças não conformes cheguem ao cliente. Visando aprimorar a detecção de defeitos de fabricação de estatores, este trabalho realiza uma pesquisa da aplicabilidade de dois ensaios não usuais para esse propósito: descargas parciais em baixa tensão e rotor bloqueado, como complemento aos testes usuais. Para o ensaio de descargas parciais, a partir da literatura e normas disponíveis, fez-se um estudo teórico das condições que influenciam a atividade e detecção desse fenômeno. Para o ensaio de rotor bloqueado, empregando uma bancada protótipo desenvolvida no âmbito desta dissertação, fez-se um estudo experimental dos sinais de corrente e de torque para um modelo de estator monofásico. Apresentam-se as limitações encontradas para cada método e sua potencial utilidade como ferramenta para detecção de defeitos. No caso do ensaio de descargas parciais ficou caracterizado que os níveis máximos de tensão passíveis de aplicação nos estatores em questão não são suficientes para gerar descargas parciais que evidenciem, de forma eficiente, defeitos de fabricação. Para o caso do ensaio de rotor bloqueado, a análise da corrente se mostrou bem mais efetiva do que a do torque, chegando-se a resultados que indicam potencial da técnica como método complementar aos atualmente empregados para identificação de defeitos em estatores.<br> / Abstract : Several routinely electric tests are used in production of singe-phase induction motor stators, as part of quality assurance programs, in order to ensure product conformity. Typically, the applied tests are: winding resistance, hipot (applied voltage), electrical surge and rotational direction. In high flow production lines of stators, these tests do not always get the desired effectiveness in all pieces produced, some of them erroneously outcomes to client as a product accepted, despite actually defective. In order to improve defects detection in stators manufacturing, it was researched the applicability of two not usual tests: low-voltage partial discharge and locked rotor, as complement to routine tests. To attend the partial discharges study, was taking the literature and standards available and done a theoretical survey of conditions that may influence the activity and detection of this phenomenon. By means of a prototype test bench system, conceived, designed and developed to perform the locked rotor test, was done an experimental study with current and torque measurements for a model of single-phase stator. From the carried research out for both test methods, are presented the founded limitations and potential useful of each, as a tool for defect detection. For partial discharges was characterized that maximum voltage level applicable for the stator under test are insufficient for detection of fabrication defects. For rotor locked test, the analysis of current showed more effectiveness than torque, leading to results that indicate the potential of the technique as a complementary method to the currently used for identification of defects in stators.