APLICAÇÃO DE FFT PARA A DETECÇÃO DE DEFEITOS EM MÁQUINAS ELÉTRICAS

APPLICATION OF FFT TO DETECT FAILURES IN ELECTRICAL MACHINES

Bonaldi, Erik Leandro; Oliveira, Levy Ely de Lacerda de; Lambert-Torres, Germano; Silva, Jonas Guedes Borges da; Silva, Luiz Eduardo Borges da; Ribeiro, Marcela; Venceslau, Alexandre

Artigo Completo:

Este artigo apresenta a aplicação da Transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transformer - FFT) na detecção precoce de defeitos em máquinas elétricas rotativas. Os sinais de corrente e de tensão são coletados externamente ao conjunto em análise (motor-carga ou gerador-máquina primária) através de transdutores especiais desenvolvidos para esta finalidade durante sua operação normal. Estes sinais, inicialmente adquiridos no domínio do tempo, carregam não só dados operativos do conjunto, mas também suas características típicas e informações sobre defeitos (incluindo sua severidade), contudo estes são de difícil análise nesta condição; Assim, os sinais são então tratados diretamente pela FFT, gerando sinais no domínio da frequência. Desta forma, é possível criar uma “assinatura elétrica” para cada conjunto e separar suas características típicas, ruídos e possíveis defeitos. Estas assinaturas elétricas definem o estado geral do conjunto e, somente através de medidas externas de correntes e tensões elétricas, é possível interfir problemas elétricos no motor (ou gerador) e/ou mecânicos na carga (ou máquina primária) e acoplamento. Este tipo de inferência é bastante útil para diversas empresas, pois em várias delas o acesso ao conjunto pode ser perigoso ou mesmo impossível (como em bombas petrolíferas submersas), pois sinais de corrente e tensão podem ser tomados em qualquer ponto da instalação mesmo bastante distante do conjunto alimentado por eles. Estes sinais, no domínio da frequência, são então apresentados por um banco de dados em problemas típicos e com seus históricos de assinaturas, produzindo informações sobre o tipo de defeito que está ocorrendo no conjunto e sua evolução. Este artigo apresenta em detalhe como os sinais são tratados e como as assinaturas elétricas são obtidas. Um exemplo ilustrativo de aplicação de FFT em sinais elétricos com detecção de defeitos precoces é também apresentado.

This paper presents the application of Fast Fourier Transformer (FFT) on early detection of failures in rotating electrical machines. The current and voltage signals are collected outside the set in analysis (motor-load or generator-primary machine) through special transducers developed for this purpose during its normal operation.. These signals, initially in the time domain, contain operating data of the set, but also their typical characteristics and information about problems and their evolution. However the analysis in this formatting is very hard. Thus, the signals are then processed directly by the FFT, generating signals in the frequency domain. In this way, it is possible to create an “electrical signature” for each set and separate its typical characteristics, noise and possible defects. These electrical signatures define the general status of the unit and only through external measures of electrical voltages and currents is possible to establish electrical problems in the motor (or generator) and/or mechanical problems in the load (or primary machine) and coupling. This type of inference is quite useful for various companies, since in many of them the access to people can be dangerous or even impossible (as in oil submerged pumps) because of current and voltage signals can be taken at any point in the installation even quite distant from the set powered by them. These signals, in frequency domain, are then presented for a database on typical problems and with their signatures, producing historical information about the type of defect that is occurring in the set and their evolution. This paper presents in detail with the signs are treated and how the electrical signatures are obtained. An illustrative example of application of FFT in electrical signals with early defect detection is also reported.

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/mathpro-cnmai-0111

Referências bibliográficas

• [1] Bonaldi, E. L., de Oliveira, L. E. L., Borges da Silva, J. G., Lambert-Torres, G. e Borges da Silva, L. E. 2012. Predictive Maintenance by Electrical Signature Analysis to Induction Motors (pp. 487-520), In: Araujo, R. Induction Motors - Modelling and Control, Rijeka, Croácia: InTech., 558 p.
• [2] Bonaldi, E. L., de Oliveira, L. E. L., Borges da Silva, J. G., Borges da Silva, L. E., Lambert-Torres, G., Pellicel, A., Cassio, G. e Lopes, M. A. A. 2014a. Predictive Maintenance System for Thermal Generator Units. Int. J. Advanced Research in Computer Science Andamp; Technology, vol. 2, No. 2, 170-175.
• [3] Bonaldi, E. L., de Oliveira, L. E. L., Moreira, F. S., Borges da Silva, L. E., Borges da Silva, J. G. Lambert-Torres, G. 2014b. Monitoring System for Auxiliary Motors in Thermal-Power Plants. Int. J. Automation and Power Engineering, vol. 3, No. 1, 53-57.
• [4] da Silva Filho, J. I., Lambert-Torres, G. e Abe, J. M. 2010. Uncertainty Treatment using Paraconsistent Logic., Amsterdam, Holanda: IOS Press. 328 p.
• [5] Lambert-Torres, G., Abe, J. M., da Silva Filho, J. I. e Martins, H. G. 2009. Advances in Technological Applications of Logical and Intelligent Systems. Amsterdam, Holanda: IOS Press. 285 p.
• [6] Leite, V. C. M. N., Borges da Silva, J. G., Veloso, G. F. C., Borges da Silva, L. E. e Lambert-Torres, G. 2014. Detection of Localized Bearing Faults in Induction Machines by Spectral Kurtosis and Envelope Analysis of Stator Current. IEEE Trans Industrial Electronics. (em prelo)
• [7] Ribeiro, L. C., de Oliveira, L. E. L., Bonaldi, E. L., Borges da Silva, L. E., Salomon, C. P., Borges da Silva, J. G., e
• [8] Lambert-Torres, G. 2014. Automatic System for Failure Detection in Hydro-Power Generators. J. Power and Energy Engineering, vol. 2, 36-46.
• [9] Tavner, P. J., Ran, L., Penman, J. e Sedding, H. 2008. Condition Monitoring of Rotating Electrical Machines. 2ndt ed. Londres, Inglaterra: IET Press. 304 p.

Como citar:

Bonaldi, Erik Leandro; Oliveira, Levy Ely de Lacerda de; Lambert-Torres, Germano; Silva, Jonas Guedes Borges da; Silva, Luiz Eduardo Borges da; Ribeiro, Marcela; Venceslau, Alexandre; "APLICAÇÃO DE FFT PARA A DETECÇÃO DE DEFEITOS EM MÁQUINAS ELÉTRICAS", p-635-644. In: Anais do Congresso Nacional de Matemática Aplicada à Indústria [= Blucher Mathematical Proceedings, v.1, n.1]. São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN soon, DOI 10.5151/mathpro-cnmai-0111