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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46841| ORCID: | http://orcid.org/0009-0009-1945-5789 |
| Document type: | Dissertação |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | Simulação e ensaio de um motor de indução para obtenção de suas grandezas de modo comum e correntes de rolamento |
| Alternate title (s): | Simulation and experimental analysis of an induction motor for the determination of common-mode quantities and bearing currents |
| Author: | Carmo, Vinícius Pereira do |
| First Advisor: | Paula, Hélder de |
| First coorientator: | Alves, Marco Túlio Evô |
| First member of the Committee: | Souza, Diogo Sampaio Cesar |
| Second member of the Committee: | Santos Neto, Pedro José dos |
| Summary: | Motores de indução acionados por inversores com modulação por largura de pulso (PWM) apresentam excelente desempenho, mas introduzem desafios significativos relacionados a fenômenos de alta frequência. A comutação rápida dos dispositivos semicondutores gera tensões de modo comum e sobretensões transitórias que excitam capacitâncias parasitas intrínsecas e induzem correntes de alta frequência, impactando negativamente a vida útil dos componentes, em especial os mancais, através das correntes de descarga elétrica (EDMs). Este trabalho se dedica à modelagem teórica, simulação numérica e validação experimental desses fenômenos, visando à construção de um modelo de circuito equivalente robusto e preciso para a predição e mitigação desses problemas. A metodologia desenvolvida integra modelagem elétrica de elementos concentrados com simulações detalhadas por meio do Método dos Elementos Finitos (FEM). Foram caracterizadas as capacitâncias parasitas (enrolamento-carcaça, enrolamento-rotor e rotor-carcaça), a impedância do enrolamento do estator e do núcleo, e a indutância da cabeça de bobina, considerando explicitamente a dependência desses parâmetros com a frequência e os efeitos pelicular e de proximidade. Para a análise das correntes, empregou-se a técnica de Vector Fitting para simulações multifrequenciais das correntes circulantes, e uma modelagem dinâmica para as correntes de descarga eletrolítica em rolamentos. A principal contribuição da dissertação reside na validação rigorosa do modelo proposto por meio de medições experimentais de alta resolução, que comprovou a capacidade preditiva da abordagem em representar o comportamento eletromagnético da máquina e os caminhos das correntes de alta frequência. Os resultados obtidos reforçam a necessidade de considerar esses efeitos desde as fases de projeto e especificação de motores acionados por inversores. Este estudo aprofunda o entendimento dos mecanismos de falha prematura em mancais e oferece uma base técnica sólida para o desenvolvimento de estratégias eficazes de mitigação, combinando precisão teórica com validação prática. |
| Abstract: | Induction motors driven by Pulse Width Modulation (PWM) inverters offer excellent performance but introduce significant challenges related to high-frequency phenomena. The rapid switching of semiconductor devices generates common-mode voltages and transient over voltages that excite intrinsic parasitic capacitances and induce high-frequency currents, negatively impacting component lifespan, especially bearings, through Electric Discharge Machining (EDM) currents. This work is dedicated to theoretical modeling, numerical simulation, and experimental validation of these phenomena, aiming to build a robust and precise equivalent circuit model for predicting and mitigating these issues. The developed methodology integrates lumped-element electrical modeling with detailed Finite Element Method (FEM) simulations. Parasitic capacitances (winding-to-frame, winding-to-rotor, and rotor-to-frame), stator winding and core impedance, and coil end inductance were characterized, explicitly considering the frequency dependence of these parameters, as well as skin and proximity effects. For current analysis, the Vector Fitting technique was employed for multi-frequency simulations of circulating currents, and a dynamic model was used for bearing EDM currents. The dissertation's main contribution lies in the rigorous validation of the proposed model through high-resolution experimental measurements, which confirmed the predictive capability of the approach in representing the machine's electromagnetic behavior and high-frequency current paths. The results obtained emphasize the necessity of considering these effects from the design and specification phases of inverter-fed motors. This study deepens the understanding of premature bearing failure mechanisms and provides a solid technical foundation for developing effective mitigation strategies, combining theoretical accuracy with practical validation. |
| Keywords: | Engenharia Elétrica Motores de Indução Inversores PWM Correntes de Alta Frequência Correntes de Modo Comum Correntes de Rolamento Modelo de Circuito Equivalente Análise por Elementos Finitos Validação Experimental Induction Motors PWM Inverters High-Frequency Currents Common-Mode Currents Bearing Currents Equivalent Circuit Model Finite Element Analysis Experimental Validation |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
| Subject: | Engenharia elétrica Motores elétricos de corrente contínua Correntes contínuas |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica |
| Quote: | CARMO, Vinícius Pereira do. Simulação e ensaio de um motor de indução para obtenção de suas grandezas de modo comum e correntes de rolamento. 2025. 163 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 20205. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.505 |
| Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.505 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46841 |
| Date of defense: | 13-Aug-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: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Elétrica |
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