14 Diagnóstico de Motores Elétricos pela técnica de comparação com modelo matemático – MCM

1
Artesis

• Análise de motores elétricos pela técnica de
  comparação com modelo matemático - MCM

Introdução
2
PROGRAMA DE FORMAÇÃO 2020
Para mais informações ver www.dmc.pt
3
Sobre a
Os nossos distribuidores incluem
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 Award, 1998 TUBITAK-TUSIAD-TTGV
The 40 Best Products of 2000 Control Engineering
Magazine, USA
4
Sobre a DMC e a D4VIBequipamentos e serviços de
manutenção preditiva
Adaptamo-nos às suas necessidades !
Apoio técnico
Relatórios

Presenter Notes
Serviços de monitorização periódica da condição
de funcionamento de equipamentos dinâmicos nos
mais diversos sectores de actividade.

Os serviços consistem na recolha, com uma
determinada periodicidade (Mensal, Bimensal,
Trimestral), dos parâmetros indicadores do estado
de funcionamento previamente definidos para cada
máquina.

Após a análise efectuada é emitido um relatório
com as anomalias detectadas e acções de
manutenção recomendadas.

5
Tecnologias preditivas

Vibrações
Medição de tensão em veios
Emissão acústica
Análise de motores elétricos
Termografia
Ultrassons
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Tecnologias corretivas

Equilibragem no local
Alinhamento de veios
Proteção de rolamentos
Calibração de cadeias de monitorização de
vibrações
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Conteúdo do curso (I)

• 01 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Controlo
  de Condição de Motores Elétricos - uma perspetiva
• 02 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Princípio
  de Funcionamento
• 03 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Modos de
  Falha
• 04 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Frequência
  das vibrações
• 05 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Tipos de
  anomalias elétricas e suas vibrações
• 06 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Tipos de
  anomalias mecânicas e suas vibrações
• 07 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Pata coxa

8
Conteúdo do curso (II)

• 08 Diagnóstico de Motores Eléctricos - A Análise
  de Corrente
• 09 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Medição de
  tensão no Veio
• 10 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Medição de
  Temperatura
• 11 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Vibrações
  em motores DC
• 12 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Proteção
  de rolamentos em motores accionados por
  variadores de frequência.
• 13 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Introdução
  à ISO 209582013 - Análise de assinatura elétrica
  de motores de indução trifásicos
• 14 Diagnóstico de Motores Elétricos pela técnica
  de comparação com modelo matemático MCM

9
Distribuição de avarias em motores
Típico até 4kV
Típico acima de 4kV
Outros 6
Outros 18
Avarias nas chumaceiras 13 Película de óleo
Avarias no Estator 66
Avarias no rotor 6
Avarias mecânicas 51
Avarias no rotor 13
Avarias no Estator 25
AMU
AnomAlert
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Avarias detetadas pelo MCM
Operacional
Ambiente
Alimentação
Process
Motor
Equipamento acionado
Transmissão
Mecânicas
Elétricas
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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 1127-1131

O detalhe dos principios matemáticos estão no
final da apresentação
12
O motor elétrico modelado como uma função de
transferência deteção de avarias com base na
comparação com modelo
Sistema
u
y
O detalhe dos princípios matemáticos estão no
final da apresentação
13
O motor elétrico modelado como uma função de
transferência deteção de avarias com base na
comparação com modelo

Tempo (msec)
Tempo (msec)
Frequência (Hz)
Frequência (Hz)
14
Deteção de avarias com base na comparação com
modelo
Corrente 1

Tensão
Dif
-
Frequência (Hz)
Frequência (Hz)
Corrente 2
Frequência (Hz)
15
Deteção de avarias com base na comparação com
modelo
Corrente 1

Tensão
Dif
-
Frequência (Hz)
Frequência (Hz)
Corrente 2
Frequência (Hz)
16
Relação Causa - Efeito
Saída
Entrada

Frequência (Hz)
Frequência (Hz)
VARIAÇÃO DE TENSÃO Distorção Harmónica Flutuação
de Voltagem Desequilíbrio de Voltagens, etc
VARIAÇÃO DE CORRENTE Processo Avarias
17
A deteção de avarias mecânicas

• 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

Estator
Entreferros
Rotor
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A deteção de avarias mecânicas

• 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

Estator
Rotor
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O espetro de Densidade Espetral de Potência (PSD)
20
Correias e elementos de transmissão
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
21
Desequilíbrio
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
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Base solta
Base solta aparece a frequências entre 0.5 a
0.75xrpm
Tensão de alimentação 6300V Frequência da rede
50 Hz RPM do motor 990 rpm LNG / Bomba de agua
quente
Base solta
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Algoritmo de classificação de condição de carga
do MCM

• 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
Factor de potência
C3
CARGA DO MOTOR
C4
C2
C1
Ganho (Corrente / Voltagem)
CARGA DO MOTOR
Frequência (Hz)
24
Ethernet
25
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

26
Saídas - Alarmes
27
Estratégia de Alarmes
28
Implementação prática do MCM
Monitorização permanente
Sistema portátil
Artesis MCM
Artesis AMT
29
Relatórios elaborados por IA Vista de condição
de equipamentos
30
Relatórios elaborados por IA Sugestões
eficiência energética
31
Relatórios elaborados por IA Resumo de
Equipmentos
32
Relatórios elaborados por IA Avarias elétricas
33
Para utilizadores avançados
Análise espetral
Tendência
34
Integração de sistemas
ENTERPRISE LEVEL
ERP/EAM
CONTROL LEVEL
DCS/SCADA

• Artesis MCM- Time to failure
• - Diagnostic
• New Work Requests
• -Historical trending

• - Condition based monitoring
• Measurement based monitoring
• Time specific work order

Operations
Maintenance
- Measurements - Asset Health
- Measurements - Asset Health
EAM Workstation
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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

36
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

37
Certificações
38
MCM princípios matemáticos

• O motor como uma função de transferência

39
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
40
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
41
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

42
ALGUNS CLIENTES
43
PETROQUÍMICA




44
AUTOMOVÉL FABRICAÇÃO




45
ALIMENTAR FARMACEUTICA




46
ENERGIA METAL




47
ÁGUA




48
TRANSPORTES




49
Sistemas de monitorização permanente

Sistemas protetivos e preditivos
Ex
Transmissores de vibrações Monitorização
permanente de vibrações Sistemas
wireless Análise da assinatura de motores
elétricos pela técnica do MCM
Meggitt Vibro-Meter

Presenter Notes
Comercialização de equipamentos e instrumentação
para a monitorização de parâmetros operativos de
equipamentos. Aposta na representação
marcas/produtos que possuam características
inovadoras e permitam colmatar algumas
insuficiências detectadas no mercado.



A DMC é representante da empresa Norte-Americana
Provibtech para o mercado Português e Espanhol.
Com base em Houston-Texas, a ProvibTech fornece
soluções para monitorização de máquinas. A ampla
linha de produtos oferece soluções para cada
aplicação sistemas de protecção de máquinas
críticas, colectores de dados portáteis para
manutenção preditiva, software para análise de
vibrações, diagnóstico avançado de vibrações,
monitorização remota de vibrações e transmissores
para protecção de equipamentos. Representamos
também, para o mercado ibérico, a empresa do QPS
do Canadá, vocacionada para a monitorização em
permanência do estado das barras e bobinas de
geradores. Distribuímos ainda uma linha própria
de sensores (acelerómetros) para a medição de
vibrações.

50
Equipamentos portáteis

• Vibrometros
• Analisadores de vibrações
• Coletores de dados
• Medidores de ultrassons
• Sensores de vibrações

Presenter Notes
Comercialização de equipamentos e instrumentação
para a monitorização de parâmetros operativos de
equipamentos. Aposta na representação
marcas/produtos que possuam características
inovadoras e permitam colmatar algumas
insuficiências detectadas no mercado.



A DMC é representante da empresa Norte-Americana
Provibtech para o mercado Português e Espanhol.
Com base em Houston-Texas, a ProvibTech fornece
soluções para monitorização de máquinas. A ampla
linha de produtos oferece soluções para cada
aplicação sistemas de protecção de máquinas
críticas, colectores de dados portáteis para
manutenção preditiva, software para análise de
vibrações, diagnóstico avançado de vibrações,
monitorização remota de vibrações e transmissores
para protecção de equipamentos. Representamos
também, para o mercado ibérico, a empresa do QPS
do Canadá, vocacionada para a monitorização em
permanência do estado das barras e bobinas de
geradores. Distribuímos ainda uma linha própria
de sensores (acelerómetros) para a medição de
vibrações.

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Esperamos que esta apresentação tenho sido
interessante