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•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.
Barras do rotor
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.
•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.
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.
Barras do rotor
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.
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
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
Análise do espectro de corrente
•Para aplicar esta técnica, requere-se:
• um analizador portátil FFT
• uma pinça amperimétrica de sensibilidade conhecida
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.
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.).
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).
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.)
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.
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)
Detecção de pontos de elevada resistência no rotor
oscilação da frequência a 50 Hz à
Frequência de Passagem de Pólos
FPP
F. E.
FPP
Banda
Lateral
Banda
Lateral
50 Hz
Frequência
Amplitude
A distribuição irregular de corrente
gera oscilações de binário (torção)
gerando modulações da frequência
da corrente de alimentação
Formula de Cálculo de Numero
de Barras Partidas
NP
R
n dB
+
=





 
20
10
2
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

Análise de Corrente
Frequência da rede 50 Hz
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.
Bandas Laterais a FPP
Análise de Corrente
Motor com 4 barras
partidas
Análise de Corrente
Motor após
reparação
Diminuição da
banda lateral
FPP
EFEITOS DA CARGA
- Medições efectuadas abaixo de 60 % de carga provocarão o
desaparecimento gradual da frequência FPP.
A cerca de 40 %
da carga a
banda lateral
FPP torna-se
difícil de
localizar.
TABELA DE SEVERIDADE
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
FPP = 0.6396 Hz
Espectro de Corrente obtido em 16 de Outubro
Frequência da rede 50 Hz
Banda Lateral
de FPP
calculada pelo
Software
Diferença de
amplitude
entre a FR e
FPP = 44 db
Caso Prático
RESULTS OF ROTOR BA
Area:
Maquina:
Meas Point
Motor ID:
Frame Size
Volts/Powr
Calibratio
The adjust
Percent Cu
SPECTRUM DA
-------- --
Reference 16-O
SPECTRUM LF
(dB) AMP
-------- ---
Reference
Rotor Analy
Watch out f
Resultado da Análise
O programa expert
determinou a
existência de 1.8
barras partidas.
Rotor considerado em
boas condições de
serviço
Caso Prático I
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
Caso Prático
Espectro de Corrente obtido em 09 de Novembro
FPP = 0.711 Hz
Frequência da rede 50 Hz
Diferença de
amplitude
entre a FR e
FPP = 37 db
Caso Prático II
Resultado da Análise
R E S U L T S O F R O T O R B A R A N
A r e a : 2
M a q u i n a : N
M e a s P o i n t : R
M o t o r I D : C
F r a m e S i z e : B
V o l t s / P o w r : 6
C a l i b r a t i o n h a
T h e a d j u s t e d F
P e r c e n t C u r r e n
S P E C T R U M D A T E
- - - - - - - - - - - -
R e f e r e n c e 1 6 - O c t - 0
C o m p a r i s o n 0 9 - N o v - 0
S P E C T R U M L F - N P
( d B ) A M P L I T U
- - - - - - - - - - - - - - -
R e f e r e n c e 5 . 3
C o m p a r i s o n 1 2 . 4
*
R o t o r h a s s e v e r
R e p e a t a n a l y s i s
Verificou-se uma
evolução significativa
do nº de barras
partidas.
Rotor considerado em
desenvolvimento de
uma anomalia.
Caso Prático II
Caso Prático III
Motor com 4
Barras
partidas.
Motor
reparado
Caso Prático III
Nota 1: Oscilações de Carga
Oscilações na carga accionada também originam oscilações
na corrente de alimentação.
Exemplo: Engrenagens
Nota 2: Assimetrias
O que se mede são assimetrias e irregularidades
Se houver muitas.....
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08 Diagnóstico de Motores Eléctricos - A Análise de Corrente

  • 1. Diagnóstico de Motores Eléctricos 8 Análise de Corrente www.DMC.pt
  • 2. Mapa espetral dBAmps Frequency in Hz A3 - Forced Draft w/ Broken Bars ROTOR BARS-RB1 Current Rotor Bar Analysis Ph=1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -40 -20 0 20 Max Amp 33.3 07-Dez-90 06-Mar-91 27-Jun-91 27-Set-91 16-Dez-91 24-Abr-92 10-Jun-92 10-Set-92 01-Dez-92
  • 3. •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. Barras do rotor
  • 4. 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.
  • 5. •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. Barras do rotor
  • 6. •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. Barras do rotor
  • 7. 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.
  • 8. 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
  • 9. 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
  • 10. Análise do espectro de corrente •Para aplicar esta técnica, requere-se: • um analizador portátil FFT • uma pinça amperimétrica de sensibilidade conhecida
  • 11. 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.
  • 12. 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.).
  • 13. 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).
  • 14. 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.)
  • 15. 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.
  • 16. 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)
  • 17. Detecção de pontos de elevada resistência no rotor oscilação da frequência a 50 Hz à Frequência de Passagem de Pólos FPP F. E. FPP Banda Lateral Banda Lateral 50 Hz Frequência Amplitude A distribuição irregular de corrente gera oscilações de binário (torção) gerando modulações da frequência da corrente de alimentação
  • 18. Formula de Cálculo de Numero de Barras Partidas NP R n dB + =        20 10 2 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 
  • 19. Análise de Corrente Frequência da rede 50 Hz 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. Bandas Laterais a FPP
  • 20. Análise de Corrente Motor com 4 barras partidas
  • 21. Análise de Corrente Motor após reparação Diminuição da banda lateral FPP
  • 22. EFEITOS DA CARGA - Medições efectuadas abaixo de 60 % de carga provocarão o desaparecimento gradual da frequência FPP. A cerca de 40 % da carga a banda lateral FPP torna-se difícil de localizar.
  • 24. 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
  • 25. FPP = 0.6396 Hz Espectro de Corrente obtido em 16 de Outubro Frequência da rede 50 Hz Banda Lateral de FPP calculada pelo Software Diferença de amplitude entre a FR e FPP = 44 db Caso Prático
  • 26. RESULTS OF ROTOR BA Area: Maquina: Meas Point Motor ID: Frame Size Volts/Powr Calibratio The adjust Percent Cu SPECTRUM DA -------- -- Reference 16-O SPECTRUM LF (dB) AMP -------- --- Reference Rotor Analy Watch out f Resultado da Análise O programa expert determinou a existência de 1.8 barras partidas. Rotor considerado em boas condições de serviço Caso Prático I
  • 27. 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 Caso Prático
  • 28. Espectro de Corrente obtido em 09 de Novembro FPP = 0.711 Hz Frequência da rede 50 Hz Diferença de amplitude entre a FR e FPP = 37 db Caso Prático II
  • 29. Resultado da Análise R E S U L T S O F R O T O R B A R A N A r e a : 2 M a q u i n a : N M e a s P o i n t : R M o t o r I D : C F r a m e S i z e : B V o l t s / P o w r : 6 C a l i b r a t i o n h a T h e a d j u s t e d F P e r c e n t C u r r e n S P E C T R U M D A T E - - - - - - - - - - - - R e f e r e n c e 1 6 - O c t - 0 C o m p a r i s o n 0 9 - N o v - 0 S P E C T R U M L F - N P ( d B ) A M P L I T U - - - - - - - - - - - - - - - R e f e r e n c e 5 . 3 C o m p a r i s o n 1 2 . 4 * R o t o r h a s s e v e r R e p e a t a n a l y s i s Verificou-se uma evolução significativa do nº de barras partidas. Rotor considerado em desenvolvimento de uma anomalia. Caso Prático II
  • 30. Caso Prático III Motor com 4 Barras partidas.
  • 32. Nota 1: Oscilações de Carga Oscilações na carga accionada também originam oscilações na corrente de alimentação. Exemplo: Engrenagens
  • 33. Nota 2: Assimetrias O que se mede são assimetrias e irregularidades Se houver muitas.....
  • 34. Mapa espetral dBAmps Frequency in Hz A3 - Forced Draft w/ Broken Bars ROTOR BARS-RB1 Current Rotor Bar Analysis Ph=1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -40 -20 0 20 Max Amp 33.3 07-Dez-90 06-Mar-91 27-Jun-91 27-Set-91 16-Dez-91 24-Abr-92 10-Jun-92 10-Set-92 01-Dez-92
  • 35. Pode ver um artigo sobre este tema neste link www.DMC.com https://www.dmc.pt/analise-de-vibracoes-em-motores-eletricos/