Sistema de Proteção Microcontrolado para Motores Elétricos de Indução Trifásicos

Gabriel Gutierrez Pereira Soares

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB) Brasil

Kaic Bezerra Torres

ORCID iD Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB) Brasil

Arthur Aprígio de Melo

ORCID iD Universidade Federal de Campina Grande Brasil

Marcos Cavalcante Meira

ORCID iD Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB) Brasil

Thiago Carvalho Batista

ORCID iD Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB) Brasil

Alvaro de Medeiros Maciel

ORCID iD Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB) Brasil

Resumo

Este artigo apresenta um sistema microcontrolado de baixo custo, com utilização de sistema inovativo com o objetivo de detectar falhas e proteger motores assíncronos trifásicos na ocorrência de perturbações de natureza mecânica ou elétrica que produzem inversão de fases, falta de fases ou sobrecorrentes. Detectar com rapidez e diagnosticar essas falhas evita danos, elimina a necessidade de paradas para manutenções corretivas e reduz os custos com manutenções, melhora a vida útil e o rendimento dessas máquinas. Com essa finalidade, o sistema desenvolvido utiliza o microcontrolador ATmega328, que é compacto, fácil de programar e de custo reduzido. Nesse microcontrolador é aplicado um algoritmo que monitora a atuação do sistema proposto ao utilizar linguagem de programação própria da plataforma de prototipagem Arduino.
Para os três tipos de falhas, o sistema desenvolvido atende às especificações exigidas pelas normas técnicas vigentes. A inversão e a ausência de fases que alimentam o motor de indução são realizadas manualmente no kit didático da De Lorenzo, fabricante italiano, e as ocorrências de sobrecorrentes nas três fases são produzidas pela frenagem do rotor do motor utilizado quando um freio de Foucault é acionado. Resultados experimentais demonstram a viabilidade e eficácia do sistema proposto.

Palavras-chave


Motor de Indução Trifásico; Qualidade de Energia; Protótipo de Proteção de Motores Elétricos; Microcontrolador; Arduino


Texto completo:

Referências


AGARELLI, C. Motores elétricos e o consumo setorial de energia. Revista O Setor Elétrico, ano 10, n. 112, maio 2015. Disponível em https://www.osetoreletrico.com.br/ed-112-maio-2015/. Acesso em: 20 set. 2019.

ANEEL – AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Procedimento de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – Prodist: Módulo 8. Brasília, DF: ANEEL, 2010. Disponível em: http://www2.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo8_Revisao_1_Retificacao_1.pdf. Acesso em: 16 mar. 2019.

AL KAZZAZ, S. A. S.; SINGH, G. K. Experimental investigations on induction machine condition monitoring and fault diagnosis using digital signal processing techniques. Electric Power Systems Research, v. 65, n. 3, p. 197-221, jun. 2003. DOI: 10.1016/S0378-7796(02)00227-4. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378779602002274. Acesso em: 23 mar. 2018.

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5410:2004. Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. Disponível em: https://hosting.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/normas%20e%20relat%F3rios/NRs/nbr_5410.pdf. Acesso em: 12 maio 2019.

BAZAN, G. H. et al. Stator fault analysis of three-phase induction motors using information measures and artificial neural networks. Electric Power Systems Research, v. 143, p. 347-356, fev. 2017. DOI: 10.1016/j.epsr.2016.09.031. Disponível em: https://www.deepdyve.com/lp/elsevier/stator-fault-analysis-of-three-phase-induction-motors-using-LGorPm5UgM. Acesso em: 16 maio 2019.

BEAULIEU, G. et al. Power quality indices and objectives for MV, HV and EHV Systems. CIGRE WG 36.07/CIRED Progress. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICITY DISTRIBUTION, 17., 2003, Barcelona. Proceedings [...]. Barcelona: CIRED, 2003. p 1-6.

BULGARELLI, R. Proteção térmica de motores de indução trifásicos industriais. 2006. 136 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.

CHAPMAN, S. J. Fundamentos de máquinas elétricas. 5. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.

DUGAN, R. C. et al. Electrical power systems quality. London: McGraw-Hill, 2002.

GARCIA-RAMIREZ, A. G. et al. Fault detection in induction motors and the impact on the kinematic chain through thermographic analysis. Electric Power Systems Research, v. 114, p. 1-9, sep. 2014. DOI: 10.1016/j.epsr.2014.03.031. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378779614001266. Acesso em: 12 dez. 2019.

GLOWACZ, A. et al. Early fault diagnosis of bearing and stator faults of the single-phase induction motor using acoustic signals. Measurement, v. 113, p. 1-9, aug. 2018. DOI: 10.1016/j.measurement.2017.08.036. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/319309078_Early_fault_diagnosis_of_bearing_and_stator_faults_of_the_single-phase_induction_motor_using_acoustic_signals.Acesso em: 25 nov. 2019.

GLOWACZ, A.; GLOWACZ, Z. Diagnosis of the three-phase induction motor using thermal imaging. Infrared Physics and Technology, v. 81, p. 7-16, 2017. DOI: 10.1016/j.infrared.2016.12.003. Disponível em: https://isiarticles.com/bundles/Article/pre/pdf/144113.pdf. Acesso em: 25 nov. 2019.

IEC – INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. IEC 61000-3-2: Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-2: limits - limits for harmonic current emissions. Geneva: IEC, 2018.

IEC – INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. IEC 61000-3-3: Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-3: limits - limitation of voltage changes, voltage fluctuations and flicker in public low-voltage supply systems, for equipment with rated current ≤ 16 A per phase and not subject to conditional connection. Geneva: IEC, 2017.

IEC – INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. IEC 61000-3-4: Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-4: limits - limitation of emission of harmonic currents in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16 A. Geneva: IEC, 1998.

IEC – INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. IEC 61000-3-11: Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-2: limits - limitation of voltage changes, voltage fluctuations and flicker in public low-voltage supply systems - equipment with rated current ≤ 75 A and subject to conditional connection. Geneva: IEC, 2000.

IEEE – INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS. 519-2014: IEEE recommended practice and requirements for harmonic control in electronic power systems. New York: IEEE, 2014.

IEEE – INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS. 1159-2009: IEEE recommended practice for monitoring electric power quality. New York: IEEE, 2009.

ISONI, M. A moderna eficientização energética e seus possíveis efeitos sobre o desempenho operacional de equipamentos e instalações elétricas. [2012]. Disponível em: http://www.engeparc.com.br/cariboost_files/4-Harmonicas.pdf. Acesso em: 22 mar. 2019.

MAMEDE FILHO, J.; MAMEDE, D. R. Proteção de sistemas elétricos de potência. Rio de Janeiro: LTC/ Grupo Gen, 2011.

MARTINEZ, M. E. M. et al. Mapeamento tecnológico referente aos conversores eletrônicos de potência por meio de documentos patentários depositados no Brasil. In: CONFERÊNCIA BRASILEIRA SOBRE QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA (CBQEE), 10., 2013, Araxá. (Brasil). Anais [...]. Araxá: UFU; UNIFEI, 2013.

MARTINHO, E. Distúrbios da energia elétrica. São Paulo: Érica, 2009.

MOHAN, N. Eletrônica de potência: curso introdutório. Rio de Janeiro: LTC/Grupo Gen, 2014.

NÓBREGA SOBRINHO, C. A. et al. Transformada Wavelet para detecção de barras quebradas em Motores de Indução Trifásicos. Revista Principia – Divulgação Científica e Tecnológica do IFPB, [S.l.], n. 42, p. 72-83, ago. 2018. ISSN 2447-9187. DOI: 10.18265/1517-03062015v1n42p72-83. Disponível em: https://periodicos.ifpb.edu.br/index.php/principia/article/view/1663. Acesso em: 16 fev. 2020.

PRAÇA, F. S. G. Metodologia da pesquisa científica: organização estrutural e os desafios para redigir o trabalho de conclusão. Revista Eletrônica “Diálogos Acadêmicos”, v. 8, n. 1, p. 72-87, jan./jul. 2015. Disponível em: http://uniesp.edu.br/sites/_biblioteca/revistas/20170627112856.pdf. Acesso em: 9 maio 2019.

SU, H.; XI, W.; CHONG, K. T. Vibration signal analysis for electrical fault detection of induction machine using neural networks. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION TECHNOLOGY CONVERGENCE (ISITC), Joenju (South Korea), 2007. Proceedings […]. Joenju: IEEE, 2007. DOI: 10.1109/ISITC.2007.54. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/4410632. Acesso em: 20 mar. 2019.

THOMSEN, A. Controlando um LCD 16x2 com Arduino. FilipeFlop, Florianópolis, 11 set. 2011. Disponível em: https://www.filipeflop.com/blog/controlando-um-lcd-16x2-com-arduino/. Acesso em: 16 abr. 2019.

UKIL, A.; CHEN, S.; ANDENNA, A. Detection of stator short circuit faults in three-phase induction motors using motor current zero crossing instants. Electric Power Systems Research, v. 81, n. 4, p. 1036-1044, apr. 2011.

DOI: 10.1016/j.epsr.2010.12.003. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378779610003263. Acesso em: 13 out. 2019.

WASWANI, R. et al. Induction motor fault detection, protection and speed control using Arduino. In: 2017 INTERNATIONAL CONFERENCCE ON INNOVATIONS IN INFORMATION, EMBEDDED AND COMMUNICATION SYSTEMS (ICIIECS), 2017, Coimbatore (India). Proceedings […]. Coimbatore: IEEE, 2017. p. 1-5. DOI: 10.1109/ICIIECS.2017.8276071. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/8276071. Acesso em: 8 nov. 2019.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-0306a2020v1n50p34-46

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