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Artesis
Análise de motores elétricos pela técnica de
comparação com modelo matemático - MCM
Introdução
A Artesis, uma empresa afiliada da GE, fornece aos
clientes soluções inovadoras de monitorização de
condição. As aplicações iniciais da tecnologia
incluem o motor principal do vaivém espacial,
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Technology
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The 40
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TUBITAK-TUSIAD-
TTGV
Os nossos distribuidores
incluem
Sobre a
Sobre a DMC e a D4VIB
equipamentos e serviços de manutenção preditiva
Adaptamo-nos
às suas
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Hardware
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Implementação
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Vibrações
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Ultrassons
Análise de
motores
elétricos
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Emissão
acústica
Medição de
tensão em
veios
Equilibragem
no local
Proteção
de
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- Time to failure
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alimentação) deve ser menor que 15% durante seis segundos
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menor que 15% durante seis segundos do período de medida
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• Única solução para algumas aplicações.
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MCM princípios matemáticos
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transferência
System identification using alpha canonical form
A nonlinear system is described by the following equiations
Linearizing these equations about a nominal operating condition and discretizing yields
They can be put into alpha canonical form
System identification using alpha canonical form
The expression for the state at time k of this system is given as
Using the nillpotency of the above equation yields
Multiplying both sides by C matrix, this equation can be expressed in terms of
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System identification and fault detection
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observability matrix is used to obtain observability indices
• Parameter estimation; least squares technique is used
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PROGRAMA DE FORMAÇÃO 2020
Para mais
informações ver
www.dmc.pt
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AUTOMOVÉL & FABRICAÇÃO
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14 Diagnóstico de motores elétricos - conceitos de MCM

  • 1. Artesis Análise de motores elétricos pela técnica de comparação com modelo matemático - MCM Introdução
  • 2. A Artesis, uma empresa afiliada da GE, fornece aos clientes soluções inovadoras de monitorização de condição. As aplicações iniciais da tecnologia incluem o motor principal do vaivém espacial, motores de helicóptero e turbinas a gás com financiamento da NASA, exército dos EUA, estado da Flórida e Pratt & Whitney. Technology Innovation Award, 2007 The Institution of Engineering & Technology (IET) , UK The 40 Best Products of 2000 Control Engineering Magazine, USA Technology Award, 1998 TUBITAK-TUSIAD- TTGV Os nossos distribuidores incluem Sobre a
  • 3. Sobre a DMC e a D4VIB equipamentos e serviços de manutenção preditiva Adaptamo-nos às suas necessidades ! Software Hardware Formação Implementação Medições Apoio técnico Relatórios
  • 5. Equilibragem no local Proteção de rolamentos Tecnologias corretivas Alinhamento de veios Calibração de cadeias de monitorização de vibrações
  • 6. Típico até 4kV Avarias mecânicas 51% Avarias no Estator 25% Avarias no rotor 6% Outros 18% AnomAlert Típico acima de 4kV Avarias no Estator 66% Avarias no rotor 13% Avarias nas chumaceiras 13% Película de óleo Outros 6% AMU Distribuição de avarias em motores
  • 8. Princípios matemáticos do método de comparação com modelo • Parameter changes indicate development of faults A distributed fault-detection and diagnosis system using on-line parameter estimation, Duyar et al., 1991, NASA Technical Reports Server (NTRS) 19910016382 • Multivariable system idenfication is used for parameter estimation Fault Diagnosis for the Space Shuttle Main Engine, Duyar and Merril, Journal Of Guidance, Control, And Dynamics, Vol. 15, No. 2, March- April 1992) • Minimal parameterization is obtained using alpha canonical form Identification of Discrete Time Multivariable Systems: A Parametrization via a - Canonical Form, Eldem and Duyar, Automatica, Volume 29, Issue 4, July 1993, Pages 1127-1131O detalhe dos principios matemáticos estão no final da apresentação
  • 9. O motor elétrico modelado como uma função de transferência – deteção de avarias com base na comparação com modelo u y Sistema O detalhe dos princípios matemáticos estão no final da apresentação
  • 10. O motor elétrico modelado como uma função de transferência – deteção de avarias com base na comparação com modelo Tensão Corrente Tempo (msec) Tempo (msec) Frequência (Hz) Frequência (Hz)
  • 11. Deteção de avarias com base na comparação com modelo Frequência (Hz) Frequência (Hz) Corrente 1 Tensão Σ Corrente 2 Dif + - Frequência (Hz)
  • 12. Deteção de avarias com base na comparação com modelo Frequência (Hz) Frequência (Hz) Corrente 1 Tensão Σ Corrente 2 Dif + - Frequência (Hz)
  • 13. Relação Causa - Efeito Entrada Saída VARIAÇÃO DE TENSÃO Distorção Harmónica Flutuação de Voltagem Desequilíbrio de Voltagens, etc… VARIAÇÃO DE CORRENTE Processo Avarias Tensão Corrente Frequência (Hz) Frequência (Hz)
  • 14. A deteção de avarias mecânicas Estator Rotor Entreferros • O desenvolvimento de avarias no motor ou no equipamento acionado afeta a dinâmica da folga de entreferros e a dinâmica torsional entre o estator e o rotor do motor • Essas variações alteram a relação entre a entrada do motor e os sinais de saída que são então utilizados pelo MCM para detetar e diagnosticar avarias. • O MCM pode usar o motor como um sensor eficaz para todo o sistema, sem a necessidade de sensores especiais adicionais
  • 15. A deteção de avarias mecânicas Estator Rotor • O desenvolvimento de avarias no motor ou no equipamento acionado afeta a dinâmica da folga de entreferros e a dinâmica torsional entre o estator e o rotor do motor • Essas variações alteram a relação entre a entrada do motor e os sinais de saída que são então utilizados pelo MCM para detetar e diagnosticar avarias. • O MCM pode usar o motor como um sensor eficaz para todo o sistema, sem a necessidade de sensores especiais adicionais
  • 16. O espetro de Densidade Espetral de Potência (PSD)
  • 17. Avarias com correias e elementos de transmissão manifestam-se em torno de 0,5 x rpm a 0,75x rpm ± frequência de alimentação e múltiplos. Falta de tensão nas correias Tensão de alimentação : 380 V Frequência da rede : 50 Hz RPM do motor: 1493 rpm Compressor acionado por correias. Industrial alimentar Correias e elementos de transmissão
  • 18. O desequilíbrio no motor manifesta-se em torno da frequência de alimentação ± 1 x rpm e múltiplos. Desequilíbrio Tensão de alimentação: 380 V Frequência da rede: 50 Hz RPM do motor: 1493 rpm Equipamento acionado por correias Desequilíbrio
  • 19. Base solta aparece a frequências entre 0.5 a 0.75xrpm Base solta Tensão de alimentação: 6300V Frequência da rede: 50 Hz RPM do motor: 990 rpm LNG / Bomba de agua quente Base solta
  • 20. Factor de potência Frequência (Hz) Ganho (Corrente / Voltagem) C1 C2 C3 C4 • Durante o período de aprendizagem, o MCM trata cada ponto operacional do motor como um cluster no espaço tridimensional (fator de potência, ganho, frequência de alimentação). • Cada cluster possui um modelo separado • No modo de monitoramento, cada dado é comparado com o cluster mais próximo Curva de operação do motor CARGADOMOTOR CARGA DO MOTOR Algoritmo de classificação de condição de carga do MCM
  • 21.
  • 22. Período de aprendizagem / construção do modelo matemático Instalação & Comissionamento APRENDER MELHORAR MONITORAR 3 Dias 7 Dias • Para construir o modelo matemático do motor ao qual está ligado, o MCM precisa concluir o período de aprendizagem. Esse período pode levar de 7 a 10 dias. • O período de aprendizagem possui duas fases. – Fase de aprendizagem, no qual o MCM classifica os sinais e não realiza nenhuma monitorização – Fase de Melhorar, no qual o MCM inicia a monitorização e também atualiza o modelo matemático (construído durante a primeira fase) com novos dados
  • 23. Motor trifásico Entrada Comparação Nivél de Alarme Saída medida Saída calculada Modelo matemático NORMAL VER ALIMENTAÇÃO VER CARGA EXAMINAR 1 EXAMINAR 2 Saídas - Alarmes
  • 25. Implementação prática do MCM Monitorização permanente Sistema portátil Artesis MCM Artesis AMT
  • 26. Relatórios elaborados por IA: Vista de condição de equipamentos
  • 27. Relatórios elaborados por IA: Sugestões & eficiência energética
  • 28. Relatórios elaborados por IA: Resumo de Equipmentos
  • 29. Relatórios elaborados por IA: Avarias elétricas
  • 31. ENTERPRISE LEVEL CONTROL LEVEL Artesis MCM - Time to failure - Diagnostic -New Work Requests --Historical trending - Measurements - Asset Health EAM Workstation DCS/SCADA - Measurements - Asset Health Operations Maintenance ERP/EAM - Condition based monitoring -Measurement based monitoring -Time specific work order Integração de sistemas
  • 32. Limitações • Motores DC • Motores monofásicos • A variação da velocidade do motor (frequência de alimentação) deve ser menor que 15% durante seis segundos do período de medida • A variação da carga do motor (amplitude da corrente) deve ser menor que 15% durante seis segundos do período de medida
  • 33. Capacidades • Única solução para algumas aplicações. – Inacessível (bombas submersíveis, bombas de poço) – Perigoso (instalações nucleares) – Difícil de alcançar (Minas) • Monitorização de grande número de avarias • Deteção precoce de avaria • Monitoramento e diagnóstico remotos
  • 35. MCM princípios matemáticos O motor como uma função de transferência
  • 36. System identification using alpha canonical form A nonlinear system is described by the following equiations Linearizing these equations about a nominal operating condition and discretizing yields They can be put into alpha canonical form
  • 37. System identification using alpha canonical form The expression for the state at time k of this system is given as Using the nillpotency of the above equation yields Multiplying both sides by C matrix, this equation can be expressed in terms of measurement of input and output variables
  • 38. System identification and fault detection • Structure estimation; row by row rank search of the observability matrix is used to obtain observability indices • Parameter estimation; least squares technique is used • Fault detection and diagnostics uses 3 criteria in parallel – Residual errors – Parameter variations – Residual spectral analysis
  • 39. PROGRAMA DE FORMAÇÃO 2020 Para mais informações ver www.dmc.pt
  • 45. ÁGUA