Modelagem e Tratamento dos Sinais da Assinatura Elétrica de Máquinas para Melhoria do Diagnóstico de Falhas.

Abstract

Esta tese apresenta uma nova abordagem de análise e processamento de sinais aplicada às técnicas de Análise da Assinatura Elétrica (ESA) para o monitoramento da condição de motores de indução. Esta abordagem está baseada no estudo e implementação de técnicas de processamento de sinais que considerem a natureza dos sinais que compõem a assinatura elétrica e, assim, aplicam técnicas apropriadas de separação e filtragem, de modo que as características e efeitos de interesse possam ser destacados e os efeitos indesejados possam ser suprimidos. Neste sentido, inicialmente, é efetuada uma revisão das principais técnicas de Análise da Assinatura Elétrica , incluindo o levantamento detalhado das etapas envolvidas na análise de sinais e no diagnóstico de falhas, e destacando os principais pontos críticos na aplicação destas técnicas em ambiente industrial. Com base nos pontos críticos da metodologia atual de análise e nas técnicas de processamento de sinal e estimação espectral estudadas, duas novas metodologias de análise são propostas: uma para a análise da condição do circuito rotórico e outra para a análise de defeitos pontuais em rolamentos. A primeira metodologia explora a natureza determinística das modulações causadas pela interação entre circuito rotórico e o estator na assinatura elétrica, sobretudo na presença de barras quebradas no rotor, e aplica técnicas de separação de sinais aleatórios/determinísticos e técnicas avançadas de estimação não-paramétrica do espectro de frequências do sinal. Já a segunda metodologia, adota a estratégia de análise de rolamentos similar à técnica do envelope, aplicada ao sinal de vibração, assumindo a natureza ciclo-estacionária do sinal do rolamento na assinatura elétrica e, portanto, aplicando técnicas adequadas de separação e extração dos componentes de interesse para o diagnóstico. As metodologias de análise propostas foram verificadas através de experimentos utilizando motores em ambiente de laboratório e em ambiente industrial. Os resultados obtidos mostram que a metodologia de análise do circuito rotórico se mostrou adequada para a análise, mesmo em condições de variação de carga, enquanto que a metodologia de análise de rolamentos foi capaz de identificar um defeito pontual na pista externa de um rolamento, condição não identificada através das técnicas convencionais de Análise da Assinatura Elétrica. Finalmente, é proposta uma metodologia de a valiação da estacionariedade de sinais, condição indispensável para a análise de sinais periódicos no domínio da frequência. Através do conceito de processos fracamente estacionários, os parâmetros estatísticos de segunda ordem obtidos ao longo do sinal são analisados no domínio do tempo (função de correlação) e da frequência (espectro de potências), identificando-se não-estacionariedades locais no sinal que impedem sua aplicação no diagnóstico de falhas. Diversos sinais de motores em diferentes condições de operação foram testados para se avaliar a eficácia do método na identificação de sinais não-estacionários.