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Detecção de barras quebradas em motores de indução usando imagens geradas a partir das perturbações de fluxo no entreferro

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Costa, José Garcia Custódio da lattes
Orientador(a): Dias, Cleber Gustavo lattes
Banca de defesa: Dias, Cleber Gustavo lattes, Alves, Wonder Alexandre Luz lattes, Pereira, Fabio Henrique lattes, Di Santo, Silvio Giuseppe lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Nove de Julho
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Informática e Gestão do Conhecimento
Departamento: Informática
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://bibliotecatede.uninove.br/handle/tede/3516
Resumo: During the last few decades, induction motors have been used in a variety of industrial and commercial applications, particularly due to their robust construction and relatively simple maintenance. Today, induction motors are responsible for a large amount of energy consumption in industries (about 85%) and capable of moving many loads during energy conversion processes. Although three-phase induction motors are reliable machines, various types of failures can affect their structure or their operating conditions, such as bearing failures, air gap eccentricity, stator winding failures and broken rotor bars. It is known that, normally, failures in the rotor bars are related to 10% of the total failures in the induction motor, and this type of operating condition leads to a reduction in the life cycle of the motor. Furthermore, when this type of failure occurs, the consequences can be disastrous, not only for the machine, but also for the production process associated with it, and for this reason, the present study focused on the development of an approach capable of detecting the rupture of rotor bars, to avoid high intervention costs and maximize adjustments in the preventive maintenance schedule. To this end, the purpose of this research is quantitative, post-positivist, exploratory in its beginning and later evolved into an experimental and applied phase, to achieve the proposed objectives. For this study, a Hall effect sensor was invasively used on the stator coils so that variations in the magnetic flux density could be monitored, with the occurrence of a defect, mainly on the rotor bars. To extract the defect and healthy features from the images generated from the signal coming from the sensor, different computer vision techniques and machine learning techniques with convulsive neural networks were used. Tools such as TensorFlow and the Keras API were used to develop convolutional neural networks diligently and accurately. The computational model obtained at the end was able to detect the referred defect, with good accuracy, for different operating conditions of the engine, from its no-load condition to the full load condition, in many cases without the need to apply the erosion technique for image generation.
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Today, induction motors are responsible for a large amount of energy consumption in industries (about 85%) and capable of moving many loads during energy conversion processes. Although three-phase induction motors are reliable machines, various types of failures can affect their structure or their operating conditions, such as bearing failures, air gap eccentricity, stator winding failures and broken rotor bars. It is known that, normally, failures in the rotor bars are related to 10% of the total failures in the induction motor, and this type of operating condition leads to a reduction in the life cycle of the motor. Furthermore, when this type of failure occurs, the consequences can be disastrous, not only for the machine, but also for the production process associated with it, and for this reason, the present study focused on the development of an approach capable of detecting the rupture of rotor bars, to avoid high intervention costs and maximize adjustments in the preventive maintenance schedule. To this end, the purpose of this research is quantitative, post-positivist, exploratory in its beginning and later evolved into an experimental and applied phase, to achieve the proposed objectives. For this study, a Hall effect sensor was invasively used on the stator coils so that variations in the magnetic flux density could be monitored, with the occurrence of a defect, mainly on the rotor bars. To extract the defect and healthy features from the images generated from the signal coming from the sensor, different computer vision techniques and machine learning techniques with convulsive neural networks were used. Tools such as TensorFlow and the Keras API were used to develop convolutional neural networks diligently and accurately. The computational model obtained at the end was able to detect the referred defect, with good accuracy, for different operating conditions of the engine, from its no-load condition to the full load condition, in many cases without the need to apply the erosion technique for image generation.Durante as últimas décadas, os motores de indução têm sido usados em diversas aplicações industriais e comerciais, particularmente devido à sua construção robusta e manutenção relativamente simples. Hoje, os motores de indução são responsáveis por uma grande quantidade de consumo de energia nas indústrias (cerca de 85%) e capazes de movimentar muitas cargas durante os processos de conversão de energia. Embora os motores de indução trifásico sejam máquinas confiáveis, vários tipos de falhas podem afetar a sua estrutura ou as suas condições operacionais nominais, tais como falhas de rolamento, excentricidade do entreferro, falhas no enrolamento do estator e barras do rotor quebradas. Sabe-se que normalmente as falhas nas barras do rotor estão relacionadas a 10% do total de avarias no motor de indução, e este tipo de condição operacional leva a uma redução do ciclo de vida da máquina. Ademais, quando este tipo de falha acontece as consequências podem ser desastrosas, não apenas para o equipamento, mas também para o processo produtivo a ele associado, e por este motivo o presente estudo focou no desenvolvimento de uma abordagem capaz de detectar o rompimento de barras rotóricas, a fim de evitar altos custos interventivos e os ajustes na programação de manutenção preventiva. Para este estudo foi empregado, de forma invasiva, um sensor de efeito Hall localizado próximo ao entreferro da máquina, a fim de monitorar as variações de densidade de fluxo magnético, para o motor operando em uma condição saudável e também com barras rotóricas quebradas. Para tanto, foram geradas imagens RGB a partir do sinal proveniente do sensor e uma rede neural profunda para classificar a condição estrutural do rotor. O melhor modelo computacional desenvolvido foi capaz de não apenas detectar o referido defeito, com boa acurácia, mas também localizar as barras quebradas em diferentes polos magnéticos do motor. Ademais, o modelo classificou corretamente, na maioria dos casos, a condição do rotor para a máquina operando desde a sua condição a vazio até a condição de plena carga, além de alimentada por tensão senoidal ou por um inversor de frequência.Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2024-11-07T20:30:46Z No. of bitstreams: 1 José Garcia Custódio da Costa.pdf: 3856332 bytes, checksum: f97ff579b189ea8e87926d7f7e330fba (MD5)Made available in DSpace on 2024-11-07T20:30:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 José Garcia Custódio da Costa.pdf: 3856332 bytes, checksum: f97ff579b189ea8e87926d7f7e330fba (MD5) Previous issue date: 2023-08-09application/pdfporUniversidade Nove de JulhoPrograma de Pós-Graduação em Informática e Gestão do ConhecimentoUNINOVEBrasilInformáticamotor de indução trifásicobarras quebradassensor hallredes neurais convolucionaisthree-phase induction motorbroken barshall sensorconvolutional neural networksCIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAODetecção de barras quebradas em motores de indução usando imagens geradas a partir das perturbações de fluxo no entreferroDetection of broken bars in induction motors using images generated from flow disturbance in the iron gapinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis8930092515683771531600info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Uninoveinstname:Universidade Nove de Julho (UNINOVE)instacron:UNINOVEORIGINALJosé Garcia Custódio da Costa.pdfJosé Garcia Custódio da Costa.pdfapplication/pdf3856332http://localhost:8080/tede/bitstream/tede/3516/2/Jos%C3%A9+Garcia+Cust%C3%B3dio+da+Costa.pdff97ff579b189ea8e87926d7f7e330fbaMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82165http://localhost:8080/tede/bitstream/tede/3516/1/license.txtbd3efa91386c1718a7f26a329fdcb468MD51tede/35162024-11-07 17:30:46.587oai:localhost:tede/3516Tk9UQTogQ09MT1FVRSBBUVVJIEEgU1VBIFBSw5NQUklBIExJQ0VOw4dBCkVzdGEgbGljZW7Dp2EgZGUgZXhlbXBsbyDDqSBmb3JuZWNpZGEgYXBlbmFzIHBhcmEgZmlucyBpbmZvcm1hdGl2b3MuCgpMSUNFTsOHQSBERSBESVNUUklCVUnDh8ODTyBOw4NPLUVYQ0xVU0lWQQoKQ29tIGEgYXByZXNlbnRhw6fDo28gZGVzdGEgbGljZW7Dp2EsIHZvY8OqIChvIGF1dG9yIChlcykgb3UgbyB0aXR1bGFyIGRvcyBkaXJlaXRvcyBkZSBhdXRvcikgY29uY2VkZSDDoCBVbml2ZXJzaWRhZGUgClhYWCAoU2lnbGEgZGEgVW5pdmVyc2lkYWRlKSBvIGRpcmVpdG8gbsOjby1leGNsdXNpdm8gZGUgcmVwcm9kdXppciwgIHRyYWR1emlyIChjb25mb3JtZSBkZWZpbmlkbyBhYmFpeG8pLCBlL291IApkaXN0cmlidWlyIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyAoaW5jbHVpbmRvIG8gcmVzdW1vKSBwb3IgdG9kbyBvIG11bmRvIG5vIGZvcm1hdG8gaW1wcmVzc28gZSBlbGV0csO0bmljbyBlIAplbSBxdWFscXVlciBtZWlvLCBpbmNsdWluZG8gb3MgZm9ybWF0b3Mgw6F1ZGlvIG91IHbDrWRlby4KClZvY8OqIGNvbmNvcmRhIHF1ZSBhIFNpZ2xhIGRlIFVuaXZlcnNpZGFkZSBwb2RlLCBzZW0gYWx0ZXJhciBvIGNvbnRlw7pkbywgdHJhbnNwb3IgYSBzdWEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvIApwYXJhIHF1YWxxdWVyIG1laW8gb3UgZm9ybWF0byBwYXJhIGZpbnMgZGUgcHJlc2VydmHDp8Ojby4KClZvY8OqIHRhbWLDqW0gY29uY29yZGEgcXVlIGEgU2lnbGEgZGUgVW5pdmVyc2lkYWRlIHBvZGUgbWFudGVyIG1haXMgZGUgdW1hIGPDs3BpYSBhIHN1YSB0ZXNlIG91IApkaXNzZXJ0YcOnw6NvIHBhcmEgZmlucyBkZSBzZWd1cmFuw6dhLCBiYWNrLXVwIGUgcHJlc2VydmHDp8Ojby4KClZvY8OqIGRlY2xhcmEgcXVlIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyDDqSBvcmlnaW5hbCBlIHF1ZSB2b2PDqiB0ZW0gbyBwb2RlciBkZSBjb25jZWRlciBvcyBkaXJlaXRvcyBjb250aWRvcyAKbmVzdGEgbGljZW7Dp2EuIFZvY8OqIHRhbWLDqW0gZGVjbGFyYSBxdWUgbyBkZXDDs3NpdG8gZGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyBuw6NvLCBxdWUgc2VqYSBkZSBzZXUgCmNvbmhlY2ltZW50bywgaW5mcmluZ2UgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMgZGUgbmluZ3XDqW0uCgpDYXNvIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyBjb250ZW5oYSBtYXRlcmlhbCBxdWUgdm9jw6ogbsOjbyBwb3NzdWkgYSB0aXR1bGFyaWRhZGUgZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzLCB2b2PDqiAKZGVjbGFyYSBxdWUgb2J0ZXZlIGEgcGVybWlzc8OjbyBpcnJlc3RyaXRhIGRvIGRldGVudG9yIGRvcyBkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcyBwYXJhIGNvbmNlZGVyIMOgIFNpZ2xhIGRlIFVuaXZlcnNpZGFkZSAKb3MgZGlyZWl0b3MgYXByZXNlbnRhZG9zIG5lc3RhIGxpY2Vuw6dhLCBlIHF1ZSBlc3NlIG1hdGVyaWFsIGRlIHByb3ByaWVkYWRlIGRlIHRlcmNlaXJvcyBlc3TDoSBjbGFyYW1lbnRlIAppZGVudGlmaWNhZG8gZSByZWNvbmhlY2lkbyBubyB0ZXh0byBvdSBubyBjb250ZcO6ZG8gZGEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvIG9yYSBkZXBvc2l0YWRhLgoKQ0FTTyBBIFRFU0UgT1UgRElTU0VSVEHDh8ODTyBPUkEgREVQT1NJVEFEQSBURU5IQSBTSURPIFJFU1VMVEFETyBERSBVTSBQQVRST0PDjU5JTyBPVSAKQVBPSU8gREUgVU1BIEFHw4pOQ0lBIERFIEZPTUVOVE8gT1UgT1VUUk8gT1JHQU5JU01PIFFVRSBOw4NPIFNFSkEgQSBTSUdMQSBERSAKVU5JVkVSU0lEQURFLCBWT0PDiiBERUNMQVJBIFFVRSBSRVNQRUlUT1UgVE9ET1MgRSBRVUFJU1FVRVIgRElSRUlUT1MgREUgUkVWSVPDg08gQ09NTyAKVEFNQsOJTSBBUyBERU1BSVMgT0JSSUdBw4fDlUVTIEVYSUdJREFTIFBPUiBDT05UUkFUTyBPVSBBQ09SRE8uCgpBIFNpZ2xhIGRlIFVuaXZlcnNpZGFkZSBzZSBjb21wcm9tZXRlIGEgaWRlbnRpZmljYXIgY2xhcmFtZW50ZSBvIHNldSBub21lIChzKSBvdSBvKHMpIG5vbWUocykgZG8ocykgCmRldGVudG9yKGVzKSBkb3MgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMgZGEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvLCBlIG7Do28gZmFyw6EgcXVhbHF1ZXIgYWx0ZXJhw6fDo28sIGFsw6ltIGRhcXVlbGFzIApjb25jZWRpZGFzIHBvciBlc3RhIGxpY2Vuw6dhLgo=Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bibliotecatede.uninove.br/PRIhttp://bibliotecatede.uninove.br/oai/requestbibliotecatede@uninove.br||bibliotecatede@uninove.bropendoar:2024-11-07T20:30:46Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Uninove - Universidade Nove de Julho (UNINOVE)false
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