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04-05-2010

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Data: 30 de Abril de 2010 Slide 1

Controlo de Condição de Controlo de Condição de Controlo de Condição de Controlo de Condição de Motores Eléctricos de Indução TrifásicosMotores Eléctricos de Indução TrifásicosMotores Eléctricos de Indução TrifásicosMotores Eléctricos de Indução Trifásicos

Por: António Afonso RoqueAntónio Afonso RoqueAntónio Afonso RoqueAntónio Afonso Roque




(Análise de Vibrações versus Análise de Corrente Eléctrica)

S

N

©DatAnálise

4

1

2

3

5

1

3

S

N

4

4

2

5

5

6

1

3

©DatAnálise

António A. Roque*, J. M. F. Calado** e José M. Ruiz***

*DatAnálise, Serviços e Técnicas de Manutenção, Lda

Rua João Teixeira Simões nº 2 – 1º andar 2780-254 Oeiras, Portugal

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**IDMEC/ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

Departamento de Engenharia Mecânica

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Análise Experimental – Barras partidas

Análise de Vibrações

Análise Comparativa

Análise de Corrente Eléctrica – MCA ou MSCA

Conclusões

Introdução

Técnicas de Diagnóstico



Distribuição de Avarias em Motores Eléctricos de Indução

Veio 2%

Não especificado

10%

Rotor 5%

Causas

Externas

16%

Estator

16%

Rolamentos

Desequilíbrio

51%

Introdução - Distribuição de avarias

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Introdução – Nº de barras / nº de ranhuras







Conclusões

Introdução


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Técnicas de Diagnóstico – Análise de Vibrações

Alguns dos problemas que podem ser detectados num motor de

indução de rotor em curto-circuito, através da análise de vibração:

Ao nível do estator

Estator solto

Estator excêntrico

Curto-circuito nas chapas de ferro magnético

Ao nível do rotor

Rotor com barras soltas ou partidas

Rotor excêntrico – Excentricidade estática e dinâmica

Curto-circuito nas chapas de ferro magnético

Rotor empenado devido a diferencial de temperatura



Técnicas de Diagnóstico – Frequências de interesse

Frequência do campo girante :

Frequência de deslizamento ou escorregamento :

Frequência de passagens dos pólos :

Frequência de passagem das barras do rotor :

Frequência das ranhuras (slots) do Estator :

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Técnicas de Diagnóstico – Velocidade síncrona em função do nº de pólos



Técnicas de Diagnóstico – Análise espectral da corrente do estator - MCA

As frequências das bandas laterais:

K= 1,3,5 …das

Frequência da rede como frequência central e bandas laterais

espaçadas da frequência de passagens de pólos.

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6




A identificação das bandas laterais poderá ser difícil ou mesmo impossível

para valores de escorregamento pequeno (regime em vazio)

Para regimes de funcionamento entre 50% a 80% da carga máxima as

bandas laterais serão francamente visíveis como será confirmado na parte

experimental deste trabalho.




O procedimento para avaliar a severidade do estado de condição do rotor

consiste em determinar a diferença em amplitude entre as bandas laterais e a

amplitude da frequência da rede.

Quanto menor for essa diferença maior será a amplitude das bandas

laterais, maior será a modulação em amplitude do sinal no tempo (sinal da

corrente eléctrica) e maior será o número de barras com defeito.

Ver quadro de severidade

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Técnicas de Diagnóstico – Espectro da corrente eléctrica – Tabela de severidade







Conclusões

Introdução


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©DatAnálise

1

3

42 5

Parte Experimental – Características do motor de ensaio

1 Estator – 24 ranhuras

2 Ranhura

3 Rotor

4 Barra – 34 barras

5 Veio do motor



Duas Barras

Partidas

Massa de equilíbrio

Parte Experimental - rotor em estudo – duas barras partidas

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9



Quatro Barras

Partidas

1 2 34

Parte Experimental - rotor em estudo – quatro barras partidas



Parte Experimental - modelo didáctico utilizado

3

4 1 Motor de ensaio

2 Freio electrónico / Variação da carga

3 Acelerómetro vertical

4 Acelerómetro horizontal

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Parte Experimental – Sistema electrónico de controlo da carga do motor



Parte Experimental – recolha de sinais eléctricos

1 Variador de frequência

2,3,4 Sinal em corrente (3 correntes)

5,6,7 Sinal em tensão (3 tensões)

8 Terra

9 Controlo auxiliar da carga do motor

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1

2

Parte Experimental – recolha e tratamento de sinais de vibração

1 Placa de aquisição de sinais multiplexados

16 canais – sistema online – Enwatch –

Rockwell Automation

2 Entradas dos sinais AC dos acelerómetros.



Parte Experimental – Sistema PDMA – Análise da Corrente Eléctrica - MCA

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Parte Experimental - diagrama funcional







Conclusões

Introdução


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Análise de Vibrações - motor sem defeito

Motor em vazio

Motor em carga

Espectros em mm/s rms

3200 linhas de resolução

Fmax 12000 cpm



Análise de Vibrações - motor sem defeito

Motor em vazio

Motor em carga

Espectros em g´s Pico


Fmax 180 000 cpm

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Motor em vazio

Motor em carga



Fmax 12000 cpm

Análise de Vibrações - motor com duas barras partidas

Fpp – Frequência de passagem dos pólos

São visíveis mais bandas

laterais da frequência de

passagem dos pólos

(Fpp= 277 Cpm) em volta

da frequência de rotação

(1430 Cpm) e algumas das

suas harmónicas (2x e 5x

Rpm).




Espectro em

mm/s rms

Motor em

carga

Zoom

3200 linhas

de resolução

(Fpp= 277 Cpm) em

volta da frequência

de rotação (1430

Cpm) e algumas das

suas harmónicas (2x

e 5x Rpm).

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Fmax 180 000 cpmMotor em vazio

Motor em carga


A frequência de passagem

das barras e bandas

laterais distanciadas 2x FL

quando de motor se

encontra em carga.

O motor em vazio a

análise espectral é mais

difícil ou impossível dado

o baixo escorregamento.



Motor em vazio

Motor em carga



Fmax 12000 cpm

Fpp – Frequência de passagem dos pólos

Análise de Vibrações - motor com quatro barras partidas

São visíveis mais bandas

laterais da frequência de

passagem dos pólos

(Fpp= 285 Cpm)em volta da

frequência de rotação

(1427 Cpm) e suas harmónicas

(2x, 3x, 4x, 5x Rpm).

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Espectro em

mm/s rms

Motor em

carga

Zoom

3200 linhas

de resolução





Fmax 180 000 cpmMotor em vazio

Motor em carga


A frequência de passagem

das barras e bandas

laterais distanciadas 2x FL

quando de motor se

encontra em carga.

Neste caso com quatro

barras partidas as

amplitudes são mais

elevadas

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Conclusões

Introdução




Análise de Corrente Eléctrica – Quadro resumo

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Análise de Corrente Eléctrica – Espectro da corrente

Motor em carga e

sem problemas




Duas barras

partidas

Motor em vazio

Motor em carga

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Duas barras

partidas

Zoom

Duas bandas

laterais

Motor em carga



Modulação em amplitude do sinal no tempo da corrente eléctrica – 50 Hz

Razão para o

aparecimento das

bandas laterais

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Quatro barras

partidas

Motor em vazio

Motor em carga



Quatro barras

partidas

Zoom

Duas bandas

laterais

Motor em vazio


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Quatro barras

partidas

Zoom

Duas bandas

laterais

Motor em carga








Conclusões

Introdução


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0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 2

Esc

orr

egam

ento

[%]

Corrente [A]

Escorregamento para 2 e 4 Barras Partidas

Escorregamento para 4 barras rotas Escorregamento para 2 barras rotas

Análise Comparativa – Variação do escorregamento [%] com a carga

Duas e quatro

barras partidas



Análise Comparativa – Variação da Banda Inferior com a carga

-52,00

-49,00

-46,00

-43,00

-40,00

-37,00

-34,00

1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 2

Am

pli

tud

e [

dB

]

Corrente [A]

Amplitude Banda Inferior para 2 e 4 Barras Partidas

Amp Banda Inferior 4 Barras Rotas

Amp Banda Inferior 2 Barras Rotas

Quatro barras

partidas

Duas barras

partidas

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-52,00

-49,00

-46,00

-43,00

-40,00

-37,00

-34,00

-31,00

-28,00

1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 2

Am

pli

tud

e [

dB

]

Corrente [A]

Amplitude Banda Superior para 2 e 4 Barras Partidas

Amp Banda Superior 4 barras rotas

Amp Banda Superior 2 barras rotas

Análise Comparativa – Variação da Banda Superior com a carga

Quatro barras

partidas

Duas barras

partidas







Conclusões

Introdução


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ConclusõesA análise de vibrações realizada no motor alvo deste estudo com

duas e quatro barras partidas permitiu identificar o problema embora

com alguma dificuldade.

No caso da análise de vibrações aplicada como ferramenta de

controlo de condição, porque é necessário recolher espectros de alta

resolução, os tempos de aquisição serão mais elevados e

eventualmente compatíveis com a aquisição de dados em massa, isto

é, em rotina – Controlo de Condição. Se a resolução for mais baixa

(inferior a 3200 linhas) análise será mais difícil e possivelmente não

será fácil separar as frequências de interesse referidas neste trabalho.

Em campo, a aquisição de dados de vibração no motor será

afectada pelo comportamento dinâmico da máquina movida. As

frequências com origem na máquina movida, serão visíveis nos

espectros recolhidos no motor introduzindo dificuldades adicionais à

análise e detecção da anomalia – barras partidas - e naturalmente

impedindo a elaboração de diagnóstico seguro.



Conclusões

A análise da corrente eléctrica – MCA – revelou-se ser, no caso

deste defeito – barras partidas - uma ferramenta muito mais sensível e

como tal permitiu, a identificação mais rápida da anomalia.

Como inconveniente desta técnica recorda-se a dificuldade na

recolha sistemática dos dados em rotina, pois embora a aquisição seja

rápida a necessidade de garantir condições físicas e de segurança para

a aquisição dos sinais em corrente e tensão, torna morosa, a fase de

recolha.

Como conclusão e no caso de equipamento críticos – críticos em

termos da sua inserção no processo industrial ou/e críticos em termos

económicos - onde os argumentos referidos anteriormente perdem

algum peso, a utilização das duas técnicas em simultâneo será a opção

mais correcta. O diagnóstico será muito mais seguro se, após a análise

em paralelo dos dados recolhidos pelas duas técnicas, as conclusões

forem as mesmas.

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Conclusões / Trabalhos futuros

Em trabalhos futuros serão estudados outros defeitos:

excentricidade estática

excentricidade dinâmica

desequilíbrio de fases

Será utilizado o mesmo modelo experimental e a mesma

metodologia seguida neste primeiro trabalho de forma a

complementar as conclusões agora aqui expressas.



António Afonso RoqueAntónio Afonso RoqueAntónio Afonso RoqueAntónio Afonso Roque

Muito Obrigado.

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