Desenvolvimento de um analisador de parâmetros elétricos e mecânicos de baixo custo aplicado à motores de indução trifásicos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Steffen, Gustavo Lenhardt
Data de Publicação: 2023
Idioma: por
Título da fonte: Manancial - Repositório Digital da UFSM
dARK ID: ark:/26339/001300000g2gp
Texto Completo: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27987
Resumo: Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) - Universidade Federal de Santa Maria - Campus Cachoeira do Sul, Curso de Engenharia Elétrica, RS, 2023.
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spelling Desenvolvimento de um analisador de parâmetros elétricos e mecânicos de baixo custo aplicado à motores de indução trifásicosMotor de Indução TrifásicoESP32PYTHONThree-Phase Induction MotorESP32PYTHONCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICATrabalho de Conclusão de Curso (graduação) - Universidade Federal de Santa Maria - Campus Cachoeira do Sul, Curso de Engenharia Elétrica, RS, 2023.Electric motors occupy a prominent position in the ranking of the main inventions that have changed the way human beings live. To achieve its goal of transforming electrical energy into mechanical energy, most electric motors use two magnetic fields: the stator and the rotor. Only through the interaction between these fields does the movement of its shaft become possible, and thus the transformation of energy takes place. In this context, it is essential to measure the parameters, both electrical and mechanical, of the motors, seeking their point of maximum efficiency. Thus, the present work seeks to develop a low-cost electric and mechanical parameter analyzer for a three-phase induction motor, where through the measurement of sensors and data provided by the user, it is possible to verify the value of both electrical and mechanical magnitudes in real time. To achieve the proposed objective, sensors were used to measure current, voltage and speed. For current, the SCT-013-020 sensor coupled to a signal conditioning circuit was used. For voltage measurement a ZMPT101b transformerbased circuit was chosen, and for speed measurement an optically coupled encoder module was chosen for this task. During development, several tests were performed with the selected sensors in order to validate their operation in conjunction with the ESP32 and the aid of the serial monitor tool. In parallel, the parameters of the equivalent circuit of the three-phase induction motor of 0.16 HP and 380/220 V supply voltage were obtained via testing. Subsequently, the graphic software of the work was developed, where the data is presented. The software was developed in the Python programming language. At the end, all the previous steps were put together to build the final prototype, with the inclusion of the sensors with the ESP32 and its communication with the developed software via serial communication. In order to validate the electrical measurements made, their values were compared with measurements made with an IMS PQ600 power analyzer. In this comparison, the voltage and current values presented good accuracy values: the voltage measurements had an average relative percentage error below 1.5%, and the current measurements below 4%. The mechanical measurement of the speed value was compared to a digital tachometer, showing an average relative error percentage of only 0.25%, which is a very good result. Although the torque and efficiency measurements did not have adequate equipment in order to perform a comparison, their values respect the curves provided by the motor manufacturer, indicating plausible results. Thus, with the development of the proposed analyzer, it becomes possible to measure in real time relevant magnitudes of the three-phase induction motor, and the parameters can be viewed in a simple and friendly interface.Os motores elétricos ocupam posição de destaque no ranking das principais invenções que mudaram a forma como o ser humano vive. Para atingir seu objetivo, de transformar a energia elétrica em energia mecânica, a grande maioria dos motores elétricos se utiliza de dois campos magnéticos: do estator e do rotor. Somente através da interação entre esses campos, se torna possível o movimento do seu eixo e assim se sucede a transformação da energia. Neste contexto, é imprescindível a realização da medição de parâmetros, tanto elétricos como mecânicos dos motores, buscando seu ponto de máxima eficiência. Desta forma, o presente trabalho busca desenvolver um analisador de parâmetros elétricos e mecânicos de baixo custo para um motor de indução trifásico, aonde através da medição de sensores e de dados fornecidos pelo usuário, é possível verificar o valor de grandezas tanto elétricas como mecânicas em tempo real. Para alcançar o objetivo proposto, foram utilizados sensores para medição de corrente, tensão e velocidade. Para corrente, utilizou-se o sensor SCT-013-020 acoplado a um circuito condicionador de sinal. Já para a aferição de tensão optou-se por um circuito a base do transformador ZMPT101b, e para a medição de velocidade elegeu-se o módulo encoder acoplador ótico para essa tarefa. Durante o desenvolvimento, foram realizados diversos testes com os sensores selecionados de forma a validar o seu funcionamento em conjunto com o ESP32 e o auxílio da ferramenta monitor serial. Em paralelo, foram obtidos via ensaio os parâmetros do circuito equivalente do motor de indução trifásico de 0,16 de CV e tensão de alimentação 380/220 V. Posteriormente, desenvolveu-se o software gráfico do trabalho, em que os dados são apresentados. O software foi desenvolvido na linguagem de programação Python. Ao final, reuniu-se todas as etapas anteriores de forma a construir o protótipo final, com a inclusão dos sensores com o ESP32 e a comunicação do mesmo com o software desenvolvido via comunicação serial. De forma a validar as medidas elétrica realizadas, comparou-se seus valores com medidas realizadas com um analisador de energia IMS PQ600. Nessa comparação, os valores de tensão e corrente apresentaram bons valores de exatidão: as medidas de tensão tiveram erro percentual relativo médio abaixo de 1,5%, e as de corrente abaixo de 4%. A medida mecânica de valor de velocidade foi comparada com um tacômetro digital, apresentando um erro relativo percentual médio de apenas 0,25%, sendo um ótimo resultado. Embora as medidas de conjugado e rendimento não tivessem equipamentos adequados de modo a realizar-se uma comparação, seus valores respeitam as curvas fornecidas pelo fabricante do motor, indicando resultados plausíveis. Assim, com o desenvolvimento do analisador proposto, torna-se possível mensurar em tempo real grandezas pertinentes do motor de indução trifásico, podendo os parâmetros serem visualizados em uma interface simples e amigável.BrasilUFSMUFSM Cachoeira do SulKnak Neto, NelsonSteffen, Gustavo Lenhardt2023-02-28T15:25:20Z2023-02-28T15:25:20Z2023-02-022023Trabalho de Conclusão de Curso de Graduaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/27987ark:/26339/001300000g2gpporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-02-28T15:25:20Zoai:repositorio.ufsm.br:1/27987Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2023-02-28T15:25:20Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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