O objetivo principal desta tese consiste no desenvolvimento de ferramentas matemáticas e computacionais dedicadas a um sistema de diagnóstico de barras quebradas no rotor de Motores de Indução Trifásicos. O sistema proposto é baseado em um método matemático de decomposição de sinais elétricos, denominado de Decomposição em Componentes Ortogonais, e ferramentas de aprendizagem de máquinas. Como uma das principais contribuições desta pesquisa, realizou-se um aprofundamento do entendimento da técnica de Decomposição em Componentes Ortogonais e de sua aplicabilidade como ferramenta de processamento de sinais para sistemas elétricos e eletromecânicos. Redes Neurais Artificiais e Support Vector Machines, tanto para classificação multi-classes quanto para detecção de novidades, foram configurados para receber índices advindos do processamento de sinais elétricos de motores, e a partir deles, identificar os padrões normais e os padrões com falhas. Além disso, a severidade da falha também é diagnosticada, a qual é representada pelo número de barras quebradas no rotor. Para a avaliação da metodologia, considerou-se o acionamento de motores de indução pela tensão de alimentação da rede e por inversores de frequência, operando sob diversas condições de torque de carga. Os resultados alcançados demonstram a eficácia das ferramentas matemáticas e computacionais desenvolvidas para o sistema de diagnóstico, sendo que os índices criados se mostraram altamente correlacionados com o fenômeno da falha. Mais especificamente, foi possível criar índices monotônicos com a severidade da falha e com baixa variabilidade, demonstrando-se que as ferramentas são eficientes extratores de características. / This doctoral thesis consists of the development of mathematical and computational tools dedicated to a diagnostic system for broken rotor bars in Three Phase Induction Motors. The proposed system is based on a mathematical method for decomposing electrical signals, named the Orthogonal Components Decomposition, and machine learning tools. As one of the main contributions of this research, an in-depth investigation of the decomposition technique and its applicability as a signal processing tool for electrical and electromechanical systems was carried-out. Artificial Neural Networks and Support Vector Machines for multi-class classification and novelty detection were configured to receive indices derived from the processing of electrical signals and then identify normal motors and faulty motors. In addition, the fault severity is also diagnosed, which is represented by the number of broken rotor bars. Experimental data was tested in order to evaluate the proposed method. Signals were obtained from induction motors operating with different torque levels and driven either directly by the grid or by frequency inverters. The results demonstrate the effectiveness of the mathematical and computational tools developed for the diagnostic system since the indices created are highly correlated with the fault phenomenon. More specifically, it was possible to create monotonic indices with the fault severity and with low variability, what supports that the solution is an efficient fault-specific feature extractor.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-30062017-091155 |
| Date | 05 June 2017 |
| Creators | Luisa Helena Bartocci Liboni |
| Contributors | Ivan Nunes da Silva, Edson Bim, Eduardo Coelho Marques da Costa, Rogério Andrade Flauzino, Marcelo Suetake |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Elétrica, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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