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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28961| Título: | Desenvolvimento e aplicações de sensores a fibra ótica para instrumentação de máquinas elétricas |
| Título(s) alternativo(s): | Development and applications of optical fiber sensors for electric machines instrumentation |
| Autor(es): | Pelegrin, Jessé de |
| Orientador(es): | Silva, Jean Carlos Cardozo da |
| Palavras-chave: | Máquinas elétricas - Temperatura Detectores ópticos Fibras ópticas Motores elétricos - Efeito da alta temperatura Fibras de carbono Localização de falhas (Engenharia) Motores elétricos de indução - Testes Manutenção Electric machinery - Temperature Optical detectors Optical fibers Electric motors - Effect of high temperatures on Carbon fibers Fault location (Engineering) Electric motors, Induction - Testing Maintenance |
| Data do documento: | 13-Mai-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | PELEGRIN, Jessé de. Desenvolvimento e aplicações de sensores a fibra ótica para instrumentação de máquinas elétricas. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
| Resumo: | Esta tese apresenta novos métodos para monitorar temperatura e deformação dinâmica em má- quinas elétricas rotativas usando dois sensores de fibra óptica: 1) com redes de Bragg (FBG) encapsulado em polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) e 2) com sensores de temperatura distribuídos (DTS). Em máquinas elétricas, altas temperaturas e vibrações, se não detectadas precocemente, podem desgastar o isolamento elétrico, aumentando o risco de falhas de curto-circuito nas bobinas do estator. Esta tese é uma coleção de quatro artigos publicados: os dois primeiros são com sensores baseados em FBG, e os dois últimos com sensores baseados em DTS. Devido os sensores serem mecanicamente frágeis a tensões de cisalhamento, os encapsulamentos de CFRP conferem-lhes robustez sem alterar significativamente sua sensibilidade. O primeiro sensor FBG foi construído em forma do núcleo do estator de um motor de indução trifásico (MIT), e este projeto foi patenteado. A dinâmica do motor operando com rolamentos novos e danificados, em vazio e com carga, foram avaliados em ambiente industrial. O segundo sensor FBG foi projetado para operar em contato com o rolamento. Além de permitir rápida instalação, a detecção dos defeitos concentram-se no mensurando. Na análise de defeitos de rolamento, os resultados dos testes foram consistentes com os resultados teóricos para ambos os sensores FBG. No terceiro artigo o objetivo foi monitorar a temperatura usando um sensor DTS na região final da barra do estator de um gerador de 355 MW que superaquece e tem dimensões inferiores a 50 cm. No entanto, o equipamento de aquisição do sensor DTS não detecta com precisão os sinais com resolução espacial abaixo de 1 m. Para superar este problema, um algoritmo de reconstrução de sinal baseado em deconvolução de sinal por total variation foi usado, permitindo medições em comprimentos de até 15 cm. O quarto artigo focou na mapeamento de um MIT de 20 cv operando na indústria papeleira. A instrumentação DTS é realizada em todas as ranhuras do núcleos do estator com fibra ótica revestida com Teflon ® 900 𝜇m, para identificar regiões quentes. Os resultados alcançados nos trabalhos demonstraram o potencial dos métodos propostos para o monitoramento contínuo e temperatura e deformação dinâmica em máquinas elétricas. |
| Abstract: | This thesis presents new methods for monitoring temperature and dynamic deformation in rotating electrical machines using two optical fiber sensors: 1) a smart fiber Bragg grating (FBG) sensor encapsulated in carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and 2) a sensor based on distributed temperature sensing (DTS). In electrical machines, high temperatures and excessive vibrations, if not detected early, can wear out the electrical insulation, increasing the risk of shortcircuit failures in stator coils. This thesis is a collection of four published papers: the first two deal with sensors based on FBG, and the last two with sensors based on DTS. Because sensors are mechanically fragile to shear stresses, CFRP encapsulations provide them robustness without significantly altering their sensitivity. The first FBG sensor was built in the shape of the stator core of a three-phase induction motor (TIM) , and this design was patented. The dynamics of the motor operating with new and damaged bearings at no load and rated load were evaluated in an industrial environment. The second FBG sensor was designed to operate in contact with the bearing. In addition to allowing quick installation, the detection of defects focuses on the measuring. In the analysis of bearing defects, the test results were consistent with the theoretical results for both the FBG sensors. The third article aimed to monitor the temperature using a DTS sensor in the end-winding region of the stator bar of a 355 MW generator that overheats and has dimensions smaller than 50 cm. However, the optical interrogator of the DTS sensor does not accurately detect signals with spatial resolution below 1 m. To overcome this problem, a signal reconstruction algorithm based on signal deconvolution by total variation was used to improve the spatial resolution up to 15 cm. The fourth article focused on the thermal mapping of a 20 hp TIM operating in the paper-manufacturing industry. The DTS instrumentation is performed in all stator core slots with optical fiber coated with Teflon ® 900 𝜇m, to identify hot regions. The results achieved in the works demonstrated the potential of the proposed methods for the continuous monitoring of temperature and dynamic deformation in electrical machines. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28961 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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