Detecção de Fugas Iminentes à Terra em Rotores de Motores Síncronos com Excitação Estática Tiristorizada

Gustavo Fortes; Pedro Vilkn; Lenin Morais; Thiago Oliveira; Cláudio Nunes

doi:10.18618/REP.2022.4.0042

Authors

Gustavo Fortes xPwE - eXperts in Power Electronics, Belo Horizonte – MG, Brasil
Pedro Vilkn Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte – MG, Brasil
Lenin Morais Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte – MG, Brasil
Thiago Oliveira Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte – MG, Brasil
Cláudio Nunes ArcelorMittal - Vega do Sul, São Francisco do Sul – SC, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2022.4.0042

Keywords:

Amplitude de terceiro harmônico, Detecção de falhas, Excitação estática tiristorizada, Fugas à terra, Integral de convolução, Motores síncronos, Rotores bobinados

Abstract

A detecção de falhas em motores é um tópico de pesquisa muito ativo dentro da literatura, pois visa atender uma real demanda da indústria por proteção de seus equipamentos, possibilitando a redução dos tempos de parada e custos de reparo. Em especial, a falha de fuga à terra em rotores bobinados de motores síncronos apresenta taxa de falha relativamente elevada, uma vez que o enrolamento de rotor é exposto concomitantemente a ciclos de estresse elétricos, mecânicos e térmicos. Sua detecção é dependente do tipo de aterramento do sistema elétrico de potência, bem como, em sua forma iminente, ainda em estágio inicial, pode apresentar resistência significante. Dessa forma, o presente artigo apresenta uma solução simples que utiliza apenas um sensor extra para a detecção de fugas à terra em rotores síncronos alimentados por excitação estática tiristorizada. Tal solução foi implementada diretamente no controlador do conversor estático, sendo posta à prova com sucesso em motores síncronos (2.4MW/3.3kV) de uma linha de laminação a frio do grupo ArcelorMittal.

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Author Biographies

Gustavo Fortes, xPwE - eXperts in Power Electronics, Belo Horizonte – MG, Brasil

é bacharel em Engenharia de Controle e Automação (2007), Mestre (2012) e Doutor (2019) em Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica de Potência pela Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil. Possui Pós-Doutorado (2021), com duração de 2 anos no laboratório Laplace, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Toulouse, França. De 2007 à 2008, foi Engenheiro de Pesquisa e Desenvolvimento na Engetron, de 2008 à 2012, foi Engenheiro Sênior de Eletrônica de Potência na Converteam Brasil e, de 2012 à 2019, foi Engenheiro Líder de Acionamentos Elétricos na General Electric Power Conversion LATAM. Atualmente, é proprietário da xPwE – eXperts in Power Electronics - onde atua como consultor captando, desenvolvendo e fomentando projetos customizados para o setor industrial. Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, conversores multiníveis, sistemas de controle, modelagem, modulação, semicondutores e acionamentos de motores elétricos.

Pedro Vilkn, Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte – MG, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (2016), mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (2018), curso técnico profissionalizante pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (2009) e ensino médio pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (2009). Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Eletrônica de Potência. Atuando principalmente nos seguintes temas: Projeto de indutores, Perdas no núcleo, IGSE, Calorímetro, Medição de perdas.

Lenin Morais, Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte – MG, Brasil

possui graduação (2000), mestrado (2002) e doutorado (2007) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais. Atualmente é professor associado IV do departamento de Engenharia Eletrônica (DELT) da Universidade Federal de Minas Gerais. Realizou estágio posdoutoral no Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie - LAPLACE, Université Toulouse III Paul Sabatier, UPS e no Institut de Recherche Technologique - IRT Saint Exupéry, Toulouse, França. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Eletrônica de Potência, Eletrônica Industrial, Sistemas e Controles Eletrônicos, atuando principalmente nos seguintes temas: projeto de conversores com alta densidade de potência/alto rendimento, reatores eletrônicos para lâmpadas de alta intensidade de descarga, LEDs de potência, circuitos para correção do fator de potência, controle repetitivo, controle baseado em passividade, métodos PWM e transformador eletrônico.

Thiago Oliveira, Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte – MG, Brasil

possui graduação, mestrado e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais recebidos em 2008, 2011 e 2016, respectivamente. Atualmente é professor Adjunto da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e membro do Grupo de Eletrônica de Potência (GEP/UFMG). Tem experiência na área de Eletrônica de Potência, atuando principalmente nos seguintes temas: conversores estáticos de potência, microrredes e amplificação de potência. É membro da IEEE Power Electronics Society e da IEEE Industrial Electronics Society.

Cláudio Nunes, ArcelorMittal - Vega do Sul, São Francisco do Sul – SC, Brasil

é bacharel em Engenharia de Controle e Automação (2012) e possui graduação em Tecnologia de Automação (2007). Ele atua há 25 anos como especialista de confiabilidade no processo de laminação a frio. Atuou na Sankyu (Usiminas), de 1996 à 2003, na Cockerill Maintenance & Ingénierie (CMI), de 2003 à 2006, e, desde 2006, na ArcelorMittal. Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, conversores, sistema de geração laser de CO2 e acionamentos de motores elétricos.

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