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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-6264-2645
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento de uma técnica de detecção de curto-circuito entre espiras do estator para aplicação em conversores de frequência com controle orientado de campo
Alternate title (s): Development of a detection technique for inter-turn short circuits in stator windings for application in control frequency converters with field-oriented control.
Author: Zaparoli, Isabela Oliveira
First Advisor: Paula, Hélder de
First member of the Committee: Boaventura, Wallace do Couto
Second member of the Committee: Caminhas, Walmir Matos
Third member of the Committee: Gonçalves Júnior, Arismar Morais
Fourth member of the Committee: Silva, Fernando Bento
Summary: A Detecção de Falha (DF) em seu estado incipiente é essencial para evitar interrupções não programadas e garantir a disponibilidade e confiabilidade dos processos de produção. Com a evolução dos métodos de monitoramento de condições de dispositivos, é possível tomar decisões precisas baseadas em evidências, melhorando as estratégias de manutenção preditiva e gerenciamento de ativos, aumentando a disponibilidade dos equipamentos e lucratividade dos processos industriais. No entanto, apesar de certas aplicações industriais críticas empregarem motores de indução controlados em malha fechada, esta categoria de acionamento é a menos explorada na literatura no que se refere à DF. Além disso, neste tipo de acionamento o diagnóstico de falhas em seu estágio inicial é ainda mais desafiador do que em motores supridos pela rede ou mesmo por inversores operando em malha aberta. Neste contexto, este trabalho explora os mecanismos que influenciam as assinaturas da falha de Curto-Circuito Entre Espiras (CCEE) que dificultam o seu diagnóstico e apresenta uma revisão detalhada e abrangente do problema. Além disso, tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para a DF de maneira não invasiva de CCEE incipiente em motores acionados por Controle Orientado de Campo (FOC), assim como permitir monitorar a evolução da severidade da falha. Dentre as contribuições deste trabalho, tem-se a proposição de um índice de detecção baseado no conceito de energia da Transformada de Wavelet Discreta (DWT) e também de um método de seleção dos seus respectivos níveis de decomposição a serem utilizados na composição do índice de detecção de falha. Na metodologia de detecção proposta, são utilizados sinais de corrente do motor já medidos e empregados pela própria estrutura do controle. Os resultados, quando comparados aos derivados de um método existente na literatura, mostram que a técnica desenvolvida é eficaz para motores acionados com realimentação (FOC) e robusta com relação a ruídos e aos mecanismos de reação do controle, além de exigir baixo custo computacional. o que o torna atrativo para ser implementado no próprio conversor de frequência. Dessa forma, este trabalho traz contribuições ao tema de diagnósticos de falhas, monitoramento da condição de equipamentos, confiabilidade e gerenciamento de ativos.
Abstract: Fault Detection (FD) in its incipient stage is crucial for the prevention of unscheduled interruptions and to ensure the availability and reliability of production processes. With the advancement of condition-monitoring methods for devices, accurate evidence-based decisions are more tenable, while enhancing predictive maintenance strategies and asset management, which in turn increase equipment availability and industrial process profitability. However, even though certain critical industrial applications employ induction motors controlled in a closed-loop, this category of drives receives less attention in the literature concerning FD. Additionally, fault diagnosis in its early stages is even more challenging in such systems than in motors connected directly to the grid or open-loop inverters. In this context, this work explores the mechanisms influencing fault signatures of Inter-Turn Short-Circuits (ITSC) that hinder the diagnosis of such short-circuits, as well as presenting a detailed and comprehensive review of the problem. Furthermore, this work aims to develop a non-invasive methodology for the FD of incipient ITSC in motors driven by Field-Oriented Control (FOC), as well as to enable monitoring of the fault severity evolution. Among the contributions of this study is the proposition of a detection index based on the energy concept of the Discrete Wavelet Transform (DWT) and a method for selecting the respective decomposition levels to be used in the composition of the fault detection index. The proposed detection methodology utilizes motor current signals that have already been measured and employed by the control structure. The results, when compared to those derived from an existing method in the literature, demonstrate that the developed technique is effective for motors driven by FOC, robust to noise and control reaction mechanisms, and computationally inexpensive. This makes it attractive for implementation in frequency converters. This work thus contributes to the fields of fault diagnostics, condition monitoring of equipment, reliability, and asset management.
Keywords: Detecção de Falhas Elétricas
Curto-Circuito Entre Espiras
Transformada de Wavelet Discreta
Controle Orientado de Campo
Monitoramento de Condições
Gerenciamento de Ativos
Confiabilidade
Electrical Fault Detection
Inter-Turn Short-Circuit
Discrete Wavelet Transforms
Field-Oriented Control
Condition Monitoring
Asset Management
Reliability
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: ZAPAROLI, Isabela Oliveira. Desenvolvimento de uma técnica de detecção de curto-circuito entre espiras do estator para aplicação em conversores de frequência com controle orientado de campo. 2025. 201 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.91.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.91
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44888
Date of defense: 11-Feb-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Elétrica

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