Desenvolvimento de métodos de detecção de falhas para o problema de barra de rotor quebrada utilizando análise baseada em modelos, análise do espectro de corrente e avaliação de potência

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Souza, Ruhan Pontes Policarpo de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - Uel/Utpfr
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Motores elétricos de indução
Engenharia elétrica
Falhas estruturais
Electric motors, Induction
Electric engineering
Structural failures
CNPQ::ENGENHARIAS
Engenharia Elétrica
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35684
Resumo: This work presents contributions for Induction Motor (IM) Broken Rotor Bar (BRB) fault detection in three different approaches, namely Model-Based Fault Detection (MBFD), Motor Current Signature Analysis (MCSA), and Power Quantities Fault Detection (PQFD). The MBFD contributions are considered where fault detection is performed by combining Linear Parameter Varying (LPV) observers with the Virtual Rotor Current (VRC) modeling. The method is validated using simulated and experimental data for steady-state line-connected IMs, inverter-fed IMs, both for incipient and severe fault conditions under different load configurations and voltage unbalance, demonstrating its ability to detect faults in a wide operational range. The MCSA contributions are developed by the use of odd triple harmonics in delta-connected IMs, components that arise around the main odd triple components carrying information about the IM condition. The mathematical modeling introducing the harmonic components, along with experimental results under several load levels, voltage unbalanced, and under inverter-fed power supply, demonstrates the effectiveness of the detection. Finally, the contributions on the PQFD are achieved by using Conservative Power Theory (CPT) to identify BRB faults. In the proposed method, statistical features are extracted from the CPT power quantities, evaluated using classification tools. The treatment of incipient fault severity is also addressed by assessing the likelihood of a motor being healthy or faulty.
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spelling Desenvolvimento de métodos de detecção de falhas para o problema de barra de rotor quebrada utilizando análise baseada em modelos, análise do espectro de corrente e avaliação de potênciaDevelopment of fault detection methods for the broken rotor ar problem using model-based analysis, current spectrum analysis, and power quantities evaluationMotores elétricos de induçãoEngenharia elétricaFalhas estruturaisElectric motors, InductionElectric engineeringStructural failuresCNPQ::ENGENHARIASEngenharia ElétricaThis work presents contributions for Induction Motor (IM) Broken Rotor Bar (BRB) fault detection in three different approaches, namely Model-Based Fault Detection (MBFD), Motor Current Signature Analysis (MCSA), and Power Quantities Fault Detection (PQFD). The MBFD contributions are considered where fault detection is performed by combining Linear Parameter Varying (LPV) observers with the Virtual Rotor Current (VRC) modeling. The method is validated using simulated and experimental data for steady-state line-connected IMs, inverter-fed IMs, both for incipient and severe fault conditions under different load configurations and voltage unbalance, demonstrating its ability to detect faults in a wide operational range. The MCSA contributions are developed by the use of odd triple harmonics in delta-connected IMs, components that arise around the main odd triple components carrying information about the IM condition. The mathematical modeling introducing the harmonic components, along with experimental results under several load levels, voltage unbalanced, and under inverter-fed power supply, demonstrates the effectiveness of the detection. Finally, the contributions on the PQFD are achieved by using Conservative Power Theory (CPT) to identify BRB faults. In the proposed method, statistical features are extracted from the CPT power quantities, evaluated using classification tools. The treatment of incipient fault severity is also addressed by assessing the likelihood of a motor being healthy or faulty.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Esta tese apresenta contribuições para a detecção de barra quebradas (BRB, do inglês broken rotor bar) em motores de indução por meio de três abordagens diferentes, denominadas detecção baseada em modelos, a análise de espectro de corrente e a detecção por análise de potência. As contribuições de detecção baseada em modelos são consideradas, em que se combina observadores lineares a parâmetros variantes com o modelo de corrente virtual do rotor. O método é validado utilizando dados simulados e experimentais, tanto em motores de indução conectados diretamente à rede quanto em motores alimentados por inversores, em condições de falhas incipientes e severas, sob diferentes configurações de carga e desequilíbrio de tensão, demonstrando sua capacidade de detecção. As contribuições relativas à análise de espectro de corrente são desenvolvidas por meio do uso de harmônicos triplos ímpares, em motores conectados em delta, caso em que novas componentes harmônicas que indicam a condição do motor são observadas. Apresenta-se também a modelagem matemática que descreve tais componentes harmônicos, juntamente com os resultados experimentais obtidos em diversos níveis de carga, desequilíbrio de tensão e sob alimentação por inversores de frequência. Por fim, as contribuições relacionadas à análise de potência são obtidas utilizando a Teoria de Potência Conservativa (CPT — do inglês Conservative Power Theory) para identificar as falhas de barras quebradas. No método proposto, informações estatísticas são extraídas das componentes de potência da CPT e avaliadas usando ferramentas de classificação. A estimação de falhas incipientes também é avaliada pelo método proposto.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCornelio ProcopioBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - Uel/UtpfrUTFPRAgulhari, Cristiano Marcoshttp://lattes.cnpq.br/4935395556663775Goedtel, Alessandrohttps://orcid.org/0000-0001-7978-6664http://lattes.cnpq.br/1920650157123774Goedtel, Alessandrohttp://lattes.cnpq.br/1920650157123774Angelico, Bruno Augustohttps://orcid.org/0000-0002-2748-5365http://lattes.cnpq.br/9570641208920027Agulhari, Cristiano Marcoshttp://lattes.cnpq.br/4935395556663775Silva, Emerson Ravazzi Pires dahttp://lattes.cnpq.br/0797649979829091Suetake, MarceloSouza, Ruhan Pontes Policarpo de2024-12-22T01:30:04Z2024-12-22T01:30:04Z2024-12-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSOUZA, Ruhan Pontes Policarpo de. Desenvolvimento de métodos de detecção de falhas para o problema de barra de rotor quebrada utilizando análise baseada em modelos, análise do espectro de corrente e avaliação de potência. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica - Uel/Utpfr) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2024.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35684enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2024-12-22T06:09:33Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/35684Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2024-12-22T06:09:33Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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