Ruído acústico em accionamentos eléctricos

Abstract

Os temas nucleares desta dissertação são, de uma forma geral, a avaliação e caraterização dos espetros sonoros emitidos pelos motores de indução trifásicos, com diferentes tipos de avarias mecânicas e diferentes estratégias de controlo de acionamentos elétricos. Este documento está estruturado da seguinte forma: O capítulo 1 exibe o enquadramento do tema sobre o qual se desenvolveu esta dissertação. No capítulo 2 são apresentados os conceitos gerais relacionados com o som. Inicialmente é explorada a anatomia do ouvido humano, desde a captação até à descodificação do som em impulsos elétricos. São também definidas as principais grandezas acústicas fundamentais para a medição do ruído e por último, são fornecidos alguns conceitos gerais relacionados com as ondas de pressão sonora, desde modos de propagação até fatores que contribuem para a atenuação. O capítulo 3 explora as principais fontes de ruído sonoro do motor de indução trifásico com origem mecânica, aerodinâmica e eletromagnética. Também são explorados os diferentes tipos de acionamentos elétricos usados no decorrer desta dissertação, o controlo escalar, o controlo direto de binário e o controlo de campo orientado no rotor. No capítulo 4 é feita uma descrição das montagens experimentais, equipamentos e procedimentos utilizados na realização das medições. De seguida é efetuada a análise de alguns espetros de ruído acústico obtidos para diferentes condições de funcionamento e de regimes de carga. Semelhante análise foi possível graças à aplicação de rolamentos com avarias nos anéis interno ou externo com diferentes graus de severidade e à inserção de rotores com um número distinto de barras fraturadas. A influência de diferentes estratégias de controlo de acionamentos elétricos também é alvo de análise. Finalmente, o capítulo 5 expõe as principais conclusões retiradas do trabalho desenvolvido e propõe algumas sugestões para trabalho futuro.

The nuclear themes of the thesis are, in general, the evaluation and characterization of the sound spectrum issued by three-phase induction motors under different types of mechanical malfunctions and different control strategies used in electric drives. This document as the following structure: Chapter 1 explains the framing of the theme of this thesis. In chapter 2 are presented some general concepts related to sound. Initially it is explored the anatomy of the human ear, from the capturing of sound to its decoding into electrical impulses. The main acoustical magnitudes, essential to measure the noise, are also defined. In the end of the chapter are presented some aspects related to sound pressure waves, from forms of propagation to attenuation factors. Chapter 3 explores the main sources of noise in a three-phase induction motor with mechanical, aerodynamic or electromagnetic origin. A explanation of the control strategies used in this dissertation, scale control, direct torque control and rotor field oriented control is presented. In chapter 4 are described the experimental setups, equipment characteristics and procedures used when carrying out the measurements. Then, it is carried out an analysis of some acoustic noise spectra obtained from different working and loading conditions. To evaluate the impact of faults in the motor, were applied bearings with different fault degrees in the external and internal rings as well as rotors with one or two broken bars. The influence of different control strategies used in electric drives is also addressed. Chapter 5 presents the main conclusions of the work developed and some suggestions for future work.