64ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

MEDIÇÃO INDIRETA PARA REDUÇÃO DE CUSTO DE SENSORES DE MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS

Vitor da Silva Kataoka 1 Ubiratan Holanda Bezerra 1 Rogerio Diogne de Souza e Silva 1

1. Universidade Federal do Pará

INTRODUÇÃO:

O Brasil é um dos países que apresenta maior taxa de crescimento da economia e, consequentemente, apresenta também importante crescimento no setor industrial, que consome em torno da metade da energia elétrica do país. Dessa parcela, os sistemas motrizes são responsáveis por aproximadamente 50 % do consumo, sendo o motor de indução trifásico o principal consumidor. Sensores são dispositivos de grande importância em inúmeras aplicações por extraírem informações necessárias ao controle e monitoramento de sistemas. No entanto, alguns sensores convencionais podem não estar disponíveis ou mesmo não existir, além de poderem ser muitas vezes mais caros do que o próprio sistema a ser observado, o que tende a tornar seus custos probitivos em diversas situações. Diante disto, este trabalho objetivou a implementação de sensores virtuais capazes de estimar torque e velocidade de motores de indução trifásicos, tendo como entrada do sistema as suas medidas elétricas, obtidas de sensores de menor custo.

METODOLOGIA:

O trabalho foi realizado em um laboratório de sistemas motrizes, utilizando bancadas com protótipos das principais cargas da indústria (bombeamento de fluidos, ventilação/exaustão, correia transportadora e compressão), além de freio eletromagnético. Um banco de dados foi montado com as medições das grandezas elétricas e mecânicas dos motores sendo acionados por conversor de frequência, com variação de carregamento e velocidade de acionamento. As informações foram coletadas em um computador conectado à rede de sensores. Com o banco de dados pronto, a etapa seguinte foi a de desenvolvimento do sensor virtual. Inicialmente foi utilizada uma abordagem algébrica, calculando a saída do sistema através das leis físicas que regem o fenônemo. O resultado foi parcialmente satisfatório, já que, apesar de a curva de resposta do sensor virtual ter acompanhado a saída do sensor real, o erro foi consideravelmente elevado em algumas amostras, provavelmente resultado de ruídos em algumas medições. Dessa forma, buscou-se uma nova abordagem, que pudesse encontrar uma relação entre os dados de entrada e saída sem depender da variável de difícil obtenção e que inseria ruídos no sistema. Novos sensores virtuais foram então desenvolvidos utilizando redes neurais perceptron multicamadas.

RESULTADOS:

Para a obtenção dos resultados, a rede neural foi treinada com dados de toda a faixa de valores de frequência de alimentação e carregamento do sistema disponíveis no banco de dados. Para comprovar a eficiência do sistema desenvolvido, foram selecionados três grupos de amostras e comparados os resultados dos sensores convencionais com os dos sensores virtuais. Na medição de torque, o erro percentual médio obtido em torno de 2 % foi maior do que o de sensores de grande precisão, que chegam a obter erros inferiores a 0,1 %, mas foram compatíveis com equipamentos portáteis de medição disponíveis no mercado. Quanto à mediçãode velocidade, o erro obtido entre 1 e 2 % foi maior do que a da maioria dos equipamentos de medição disponíveis, mas apresentou uma precisão que pode se mostrar adequada para certas aplicações, principalmente considerando a redução de custos.

CONCLUSÃO:

As redes neurais se mostraram uma ferramenta útil não somente para a obtenção de melhores resultados, mas também para a reduzir a dependência de variáveis de difícil obtenção e que seriam necessárias para um modelo completo baseado nos fenômenos físicos do processo. Os resultados obtidos comprovaram a viabilidade dos estimadores para subistituição de sensores convencionais, apresentando vantagens como menor custo, maior flexibilidade e ainda participar da interligação da rede de sensores em um sistema supervisório. A utilização de sensores virtuais também mostrou apresentar maior agilidade, podendo ser instalados de maneira mais fácil e rápida, eliminando problemas referentes a importações de equipamentos e dificuldades na sua instalação.

Palavras-chave: Sensor virtual, Medição indireta, Motor de indução.