Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático
| Ano de defesa: | 2023 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica UTFPR |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
|
| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
|
| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31011 |
Resumo: | The wide use of three-phase induction motors (TIM) in various industry sectors encourages the search for techniques of monitoring and diagnosing defects in these machines to avoid production downtime and unforeseen maintenance. Among the TIM’s components with more occurrences of failures is the bearing, whose fault detection can be performed by analyzing the behavior of some motor variables, such as vibration and/or stator current, and its identification, using artificial intelligence. However, few studies on the modeling and simulation of these faults present a viable resource to cover several engines and specific operating conditions, such as different levels of loads and supplies. Therefore, this work aims to develop a model for TIM’s bearing failure simulations that provides current data of a stator phase to analyze this statistical features in the time and frequency domains. From information extracted from simulated and experimental current datasets of 1 and 2 HP motors, samples with 23 statistical attributes were submitted to unsupervised (Kohonen self-organizing network) and supervised classifications (Random Forest, k-Nearest Neighbors, Multilayer Perceptron and Support Vector Machine). The high accuracy rates and 1-score obtained in the classifications between healthy and faulty engines can validate the use of this artificial database linked to experimental observations in order to make the diagnosis of bearing failures currently performed more robust. In addition, the generated topological maps allow verifying the proximity between simulated and experimental samples when clusterized, given the similarity between their characteristics. To check the generalization of the proposed model, the supervised algorithms were also trained and tested with simulated data from different motor powers, along with the experimental samples of 1 and 2 HP engines, obtaining rates above 94,00%. |
| id |
UTFPR-12_77c5dbef0efb790ea1d6ed243f022b0e |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/31011 |
| network_acronym_str |
UTFPR-12 |
| network_name_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
| repository_id_str |
|
| spelling |
Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemáticoDiagnosis of localized bearing faults in three-phase induction motors from a mathematical modelMotores elétricos de induçãoRolamentosPadrões de produçãoElectric motors, InductionBearings (Machinery)Production standardsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAEngenharia ElétricaThe wide use of three-phase induction motors (TIM) in various industry sectors encourages the search for techniques of monitoring and diagnosing defects in these machines to avoid production downtime and unforeseen maintenance. Among the TIM’s components with more occurrences of failures is the bearing, whose fault detection can be performed by analyzing the behavior of some motor variables, such as vibration and/or stator current, and its identification, using artificial intelligence. However, few studies on the modeling and simulation of these faults present a viable resource to cover several engines and specific operating conditions, such as different levels of loads and supplies. Therefore, this work aims to develop a model for TIM’s bearing failure simulations that provides current data of a stator phase to analyze this statistical features in the time and frequency domains. From information extracted from simulated and experimental current datasets of 1 and 2 HP motors, samples with 23 statistical attributes were submitted to unsupervised (Kohonen self-organizing network) and supervised classifications (Random Forest, k-Nearest Neighbors, Multilayer Perceptron and Support Vector Machine). The high accuracy rates and 1-score obtained in the classifications between healthy and faulty engines can validate the use of this artificial database linked to experimental observations in order to make the diagnosis of bearing failures currently performed more robust. In addition, the generated topological maps allow verifying the proximity between simulated and experimental samples when clusterized, given the similarity between their characteristics. To check the generalization of the proposed model, the supervised algorithms were also trained and tested with simulated data from different motor powers, along with the experimental samples of 1 and 2 HP engines, obtaining rates above 94,00%.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)A vasta utilização dos motores de indução trifásicos (MIT) em diversos setores da indústria instiga a busca por técnicas de monitoramento e diagnóstico de defeitos nessas máquinas a fim de evitar paradas na produção e manutenções imprevistas. Dentre os componentes do MIT com mais ocorrências de falhas está o rolamento, cuja detecção de falhas pode ser efetuada por meio da análise do comportamento de algumas variáveis do motor, como vibração e/ou corrente do estator, e sua identificação, a partir de inteligência artificial. Porém, há poucos estudos sobre a modelagem e simulação dessas falhas, as quais se apresentam como um recurso viável para abranger diversos motores e condições específicas de funcionamento, como diferentes níveis de cargas e alimentações. Logo, este trabalho busca elaborar um modelo para simulações de falhas de rolamento no MIT que forneça dados de corrente de uma fase do estator para análise de suas características estatísticas no domínio do tempo e da frequência. A partir dessas informações extraídas de bancos de dados de corrente simulados e obtidos experimentalmente em bancada de teste de motores de 1 e 2 CV, amostras com 23 atributos estatísticos foram submetidas a classificações não-supervisionada (Rede auto-organizável de Kohonen) e supervisionadas (Floresta Aleatória, k-Vizinhos Mais Próximos, Perceptron Multicamadas e Máquina de Vetores de Suporte). As altas taxas de acurácia e 1-score obtidas nas classificações entre motores saudáveis e com falhas podem validar a utilização desse banco de dados artificial atrelado a observações experimentais de modo a tornar mais robusto o diagnóstico de falhas de rolamento executado atualmente. Além disso, os mapas topológicos gerados permitem verificar a proximidade entre amostras simuladas e experimentais quando agrupadas, visto a semelhança entre suas características. Para verificar a capacidade de generalização do modelo proposto, os algoritmos supervisionados foram também treinados e testados com dados simulados de diversas potências de motores, juntamente às amostras experimentais de motores de 1 e 2 CV, obtendo taxas acima de 94,00%.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCornelio ProcopioBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUTFPRCastoldi, Marcelo Favorettohttps://orcid.org/0000-0001-6199-8327http://lattes.cnpq.br/6178029384175205Goedtel, Alessandrohttp://lattes.cnpq.br/1920650157123774Spatti, Danilo Hernanehttp://lattes.cnpq.br/7371885828178292Aguiar, Manoel Luis dehttp://lattes.cnpq.br/5860694940411843Castoldi, Marcelo Favorettohttp://lattes.cnpq.br/6178029384175205Souza, Wesley Angelino dehttp://lattes.cnpq.br/8594457321079718Bianchini, Carolina Alves2023-03-30T17:05:08Z2023-03-30T17:05:08Z2023-02-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBIANCHINI, Carolina Alves. Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2023.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31011porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2023-03-31T06:08:04Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/31011Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2023-03-31T06:08:04Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
| dc.title.none.fl_str_mv |
Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático Diagnosis of localized bearing faults in three-phase induction motors from a mathematical model |
| title |
Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático |
| spellingShingle |
Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático Bianchini, Carolina Alves Motores elétricos de indução Rolamentos Padrões de produção Electric motors, Induction Bearings (Machinery) Production standards CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Engenharia Elétrica |
| title_short |
Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático |
| title_full |
Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático |
| title_fullStr |
Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático |
| title_full_unstemmed |
Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático |
| title_sort |
Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático |
| author |
Bianchini, Carolina Alves |
| author_facet |
Bianchini, Carolina Alves |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
Castoldi, Marcelo Favoretto https://orcid.org/0000-0001-6199-8327 http://lattes.cnpq.br/6178029384175205 Goedtel, Alessandro http://lattes.cnpq.br/1920650157123774 Spatti, Danilo Hernane http://lattes.cnpq.br/7371885828178292 Aguiar, Manoel Luis de http://lattes.cnpq.br/5860694940411843 Castoldi, Marcelo Favoretto http://lattes.cnpq.br/6178029384175205 Souza, Wesley Angelino de http://lattes.cnpq.br/8594457321079718 |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Bianchini, Carolina Alves |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Motores elétricos de indução Rolamentos Padrões de produção Electric motors, Induction Bearings (Machinery) Production standards CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Engenharia Elétrica |
| topic |
Motores elétricos de indução Rolamentos Padrões de produção Electric motors, Induction Bearings (Machinery) Production standards CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Engenharia Elétrica |
| description |
The wide use of three-phase induction motors (TIM) in various industry sectors encourages the search for techniques of monitoring and diagnosing defects in these machines to avoid production downtime and unforeseen maintenance. Among the TIM’s components with more occurrences of failures is the bearing, whose fault detection can be performed by analyzing the behavior of some motor variables, such as vibration and/or stator current, and its identification, using artificial intelligence. However, few studies on the modeling and simulation of these faults present a viable resource to cover several engines and specific operating conditions, such as different levels of loads and supplies. Therefore, this work aims to develop a model for TIM’s bearing failure simulations that provides current data of a stator phase to analyze this statistical features in the time and frequency domains. From information extracted from simulated and experimental current datasets of 1 and 2 HP motors, samples with 23 statistical attributes were submitted to unsupervised (Kohonen self-organizing network) and supervised classifications (Random Forest, k-Nearest Neighbors, Multilayer Perceptron and Support Vector Machine). The high accuracy rates and 1-score obtained in the classifications between healthy and faulty engines can validate the use of this artificial database linked to experimental observations in order to make the diagnosis of bearing failures currently performed more robust. In addition, the generated topological maps allow verifying the proximity between simulated and experimental samples when clusterized, given the similarity between their characteristics. To check the generalization of the proposed model, the supervised algorithms were also trained and tested with simulated data from different motor powers, along with the experimental samples of 1 and 2 HP engines, obtaining rates above 94,00%. |
| publishDate |
2023 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2023-03-30T17:05:08Z 2023-03-30T17:05:08Z 2023-02-08 |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| format |
masterThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
BIANCHINI, Carolina Alves. Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2023. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31011 |
| identifier_str_mv |
BIANCHINI, Carolina Alves. Diagnóstico de falhas localizadas de rolamento em motores de indução trifásicos a partir de um modelo matemático. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2023. |
| url |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31011 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
| language |
por |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Cornelio Procopio Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica UTFPR |
| publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Cornelio Procopio Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica UTFPR |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) instacron:UTFPR |
| instname_str |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
| instacron_str |
UTFPR |
| institution |
UTFPR |
| reponame_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
| collection |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
| repository.mail.fl_str_mv |
riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br |
| _version_ |
1850498336339001344 |