CURSO DE DIAGNÓSTICO DE MOTORES ELÉTRICOS - 8

1. Diagnóstico de Motores Eléctricos 8 Análise de Corrente www.DMC.pt

2. PROGRAMA DE FORMAÇÃO 2020 Para mais informações ver www.dmc.pt

3. Sobre a DMC e aD4VIBequipamentos e serviços de manutenção preditiva Adaptamo-nos às suas necessidades ! Apoio técnico Relatórios

4. Tecnologias preditivas Vibrações Medição de tensão em veios Emissão acústica Análise de motores elétricos Termografia Ultrassons

5. Tecnologias corretivas Equilibragem no local Alinhamento de veios Proteção de rolamentos Calibração de cadeias de monitorização de vibrações

6. Conteúdo do curso (I) • 01 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Controlo de Condição de Motores Elétricos - uma perspetiva • 02 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Princípio de Funcionamento • 03 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Modos de Falha • 04 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Frequência das vibrações • 05 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Tipos de anomalias elétricas e suas vibrações • 06 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Tipos de anomalias mecânicas e suas vibrações • 07 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Pata coxa

7. Conteúdo do curso (II) • 08 Diagnóstico de Motores Eléctricos - A Análise de Corrente • 09 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Medição de tensão no Veio • 10 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Medição de Temperatura • 11 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Vibrações em motores DC • 12 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Proteção de rolamentos em motores accionados por variadores de frequência. • 13 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Introdução à ISO 20958:2013 - Análise de assinatura elétrica de motores de indução trifásicos • 14 Diagnóstico de Motores Elétricos pela técnica de comparação com modelo matemático – MCM

8. Mapa espetral

9. Barras do rotor • Em motores de gaiola de esquilo submetidos a continuos arranques e que operam em elevadas condições de carga, ocorre com frequência a rotura de barras do rotor. • É importante o seu diagnóstico, já que frequentemente enviam-se motores para rebobinar que não apresentam defeito nenhum no estator, mas que perderam o binário de arranque devido a discontinuidades nas barras do rotor. • Quando um motor arranca, especialmente em carga, uma elevada corrente atravessa as barras do rotor, o que origina uma forte tensão térmica e mecanica. Ao chegar a um número elevado de arranques, começará a desenvolver-se o problema de rotura nas barras ou altas impedâncias em anéis de curto-circuito da jaula; pontos de alta resistência em geral.

10. Barras do rotor • Fases de desenvolvimento: • Uma barra fissura-se devido ao stress térmico e mecânico originados pelas fortes correntes que circulam no arranque do motor. • O aquecimento da fissura origina deformação do rotor. Em consequência, aparece um desequilibrio, com o qual o rotor irá para equilibrar em vez de se solucionar a causa raiz - o problema eléctrico. • A barra parte-se e produz-se um arco eléctrico. Origina-se aquecimento e deformação. • As barras contiguas transportam mais corrente do que deveriam, e estão consequentemente a sofre maior fadiga térmica e mecânica. • As laminas magnéticas do rotor degradam-se, e o motor falha.

11. Barras do rotor • Quando existe uma barra partida no rotor, as forças magnéticas torsionais e a frequência do rotor são moduladas no espectro de frequência. • A mudança de fluxo de corrente na barra partida produz fluxos magnéticos harmónicos que induzem correntes no bobinado do estator a frequências harmónicas da frequência da rede (50 Hz). • Tambem ocorrem bandas laterais equidistantes de 50 Hz a uma frequência igual ao número de pólos vezes a frequência de deslizamento. • Uma ou mais barras partidas originarão vibrações no motor semelhantes às originadas por uma ovalização do rotor. Uma diferença importante é que a amplitude da frequência pulsante (Nº de polos x Fd) é proporcional à carga. • A frequência pulsante desaparecerá quando o motor estiver a trabalhar em vazio, ao passo que estará presente no caso de um rotor com uma excentricidade dinâmica.

12. Barras do rotor • Como os niveis de vibração originados por barras partidas num rotor podem ser muito baixos, uma análise espectral da corrente utilizando um transformador adequado (pinças amperimétricas) numa ou mais das fases é um método muito mais eficaz para detectar a existência deste tipo de falha.

13. Problemas no Rotor • Barras sotas ou abertas do rotor são indicadas por bandas laterais a 2 X 50 Hz em torno da frequência de passagem de barras e/ou seus harmónicos • FPB = Número de Barras X RPM • Frequentemente o arco eléctrico induzido entre as barras do motor e os anéis de topo mostrarão altos niveis a 2X FPB (com bandas laterais a 100 Hz), mas pequenos ou nulos crescimentos nas amplitudes a 1X FPB.

14. Outras anomalias no rotor a provocarem os mesmos sintomas • Fendas nas barras • Mau contacto entre barra e anel de fecho • Barras soltas no rotor • Fendas no anel de fecho • Juntas de alta resistência em rotores bobinados • Porosidades de fundição em rotores de alumínio fundidos • ....qualquer ponto de elevada resistência

15. Laminas em curto-circuito • Outro problema comum que pode ocorrer tanto no rotor como no estator é o originado por laminas curto-circuitadas. • As laminas do rotor têm um recubrimento de óxido isolante para evitar o fluxo de corrente parasita de Foucault, e aumentar assim a eficiência magnética. São muitas as causas que podem originar danos nos isolamentos das laminas e permitir o fluxo de corrente parasita e o consequente aquecimento. • As laminas curto-circuitadas originam aquecimentos localizados que podem causar a deformação térmica do ferro do estator ou do rotor. A vibração a 1xRPM aumentará depois do arranque, estabilizando-se mais tarde ao alcançar a temperatura de funcionamento. Ainda que se equilibre o rotor, as laminas curto-circuitadas sempre vão aquecer em exceso o motor, diminuindo a eficiência do motor e produzindo um encurtamento da sua vida útil

16. Para aplicar esta técnica, requere-se: um analizador portátil FFT uma pinça amperimétrica de sensibilidade conhecida Análise do espectro de corrente

17. Análise do espectro de corrente • A análise de motores pode partir de uma simples comparação de parametros eléctricos entre fases para estudar o seu equilibrio e controlar a sua tendência. • Ante um desequilibrio de fases podemos intuir a existência de um problema eléctrico nalgum lugar do circuito, incluindo o bobinado do motor. • Este desequilibrio pode dever-se a uma causa externa, como no caso de um defeito na alimentação, mas é mais provavel que seja o resultado de uma diferença de impedância entre os bobinados do mesmo motor. • Os componentes eléctricos que integram a impedancia dos circuitos de fase num motor são, à parte da bateria de condensadores de compensação de factor de potência, a resistência ohmica do fio de cobre conductor e a inductância do bobinado.

18. Análise do espectro de corrente • Para a aquisição de dados, pode definir-se a amplitude em decibels de amperes, com o máximo de resolução espectral que permita o analizador (normalmente 3,200 linhas de resolução) e numa largura de banda de frequências de 0-70 Hz. • O espectro assim tomado apresenta um pico dominante à frequência de rede (50 Hz) para além de outros picos de amplitudes inferiores correspondentes às modulações de frequência de elementos moveis tais como engrenagens, correntes de transmissão, etc. • Umas modulações características num motor de indução são as denominadas bandas laterais (SB - “Sidebands”) localizadas sobre o pico síncrono de 50 Hz a uma distância igual à Frequência de Deslizamento x Nº de Polos. • Se as bandas laterais e suas harmónicas apresentarem diferenças de amplitudes inferiores a 50 dB relativamente ao pico síncrono, pode-se concluir da existência de um problema de barras partidas ou de um dano equivalente por discontinuidade do fluxo de corrente no rotor (poros, cavidades, anéis de curtocircuito partidos, etc.).

19. Análise do espectro de corrente • Para que a análise tenha fiabilidade, necessita-se cumprir dois aspectos muito importantes : • Que a carga de trabalho do motor supere 60% do valor nominal da máquina (se a carga de operação for baixa, os problemas ficam mascarados). • Que a velocidade de rotação se tome com absoluta precisão (o conhecimento exacto da RPM permite indicar com precisão, no espectro, as bandas laterais e seus harmónicos, separadas da frequência da rede por uma distância igual à Fd x Nº Polos).

20. Análise do espectro de corrente • Existem no mercado programas expert para a análise de espectro de corrente, que obtem o diagnóstico directamente com uma percentagem de fiabilidade em função da carga de operação. • A entrada do valor das RPM pode-se obter com uma lampada estroboscópica ( ou num cálculo estimado baseado no consumo eléctrico, ou nas vibrações, etc.)

21. Análise de Corrente Mediante a análise da corrente de alimentação - detecção de pontos de elevada resistência no rotor - detecção de desequilíbrio entre fases Colocação da Pinça Amperimétrica directamente no cabo de alimentação do motor ou no quadro eléctrico.

22. Análise de Corrente Frequência a Controlar: Banda lateral de 50 Hz(FR –FPP) FR - Frequência da rede – 50 Hz FPP - Frequência de passagem de pólos ( frequência de escorregamento x nº de pólos)

23. 50 Hz Amplitude Banda Lateral Banda Lateral Frequência FPP F. E. FPP Detecção de pontos de elevada resistência no rotor oscilação da frequência a 50 Hz àFrequência de Passagem de Pólos A distribuição irregular de correntegera oscilações de binário (torção) gerando modulações da frequência da corrente de alimentação

24. Formula de Cálculo de Numero de Barras Partidas n= numero estimado de barras do rotor partidas dB = diferença, em dB, entre a amplitude da frequência da rede e a banda lateral inferior à FPP NP= numero de pólos do estator R – numero de barras do rotor

25. Frequência da rede 50 Hz Bandas Laterais a FPP Análise de Corrente Uma regra: Diferença de amplitude entre FR e FPP >55db o motor é considerado em bom estado Quanto menor for esta diferença maior será o número de barras partidas no motor.

26. Análise de Corrente Motor com 4 barras partidas

27. Análise de Corrente Motor após reparação Diminuição da banda lateral FPP

28. A cerca de 40 % da carga a banda lateral FPP torna-se difícil de localizar. EFEITOS DA CARGA - Medições efectuadas abaixo de 60 % de carga provocarão o desaparecimento gradual da frequência FPP.

29. TABELA DE SEVERIDADE

30. Caso Prático Características técnicas do motor: 993.6 rpm 2516 HP 6000V - 214 A 6 Pólos nº Barras rotor (desconhecido) Cálculo da Frequência de Deslizamento Fd=(2xFr)/NP - rpm / 60= (2x50) / 6 - 993.6 / 60 = 0.1066 Hz FPP = 6 x 0.1066 = 0.6396 Hz

31. Caso Prático Espectro de Corrente obtido em 16 de Outubro Diferença de amplitude entre a FR e FPP = 44 db Frequência da rede 50 Hz FPP = 0.6396 Hz Banda Lateral de FPP calculada pelo Software

32. Caso Prático I Resultado da Análise O programa expert determinou a existência de 1.8 barras partidas. Rotor considerado em boas condições de serviço

33. Caso Prático Da primeira medida efectuada ao Motor não se detectou qualquer anomalia grave no rotor As medições a este motor continuarão a ser realizadas segundo o plano estabelecido, ou seja, as três primeiras medições serão efectuadas mensalmente Vejamos o resultado das medições de corrente efectuada em 09 de Novembro

34. Caso Prático II Espectro de Corrente obtido em 09 de Novembro Diferença de amplitude entre a FR e FPP = 37 db Frequência da rede 50 Hz FPP = 0.711 Hz

35. Caso Prático II Resultado da Análise Verificou-se uma evolução significativa do nº de barras partidas. Rotor considerado em desenvolvimento de uma anomalia.

36. Caso Prático III Motor com 4 Barras partidas.

37. Caso Prático III Motor reparado

38. Nota 1: Oscilações de Carga Oscilações na carga accionada também originam oscilaçõesna corrente de alimentação. Exemplo: Engrenagens

39. Nota 2: Assimetrias O que se mede são assimetrias e irregularidades Se houver muitas.....

40. Mapa espetral

41. Sistemas de monitorização permanente Sistemas protetivos e preditivos Ex Transmissores de vibrações Monitorização permanente de vibrações Sistemas wireless Análise da assinatura de motores elétricos pela técnica do MCM Meggitt Vibro-Meter®

42. Equipamentos portáteis • Vibrometros • Analisadores de vibrações • Coletores de dados • Medidores de ultrassons • Sensores de vibrações

43. Pode ver um artigo sobre este tema neste link https://www.dmc.pt/analise-de-vibracoes-em-motores-eletricos/ www.DMC.com

44. Esperamos que esta apresentação tenho sido interessante