DETECO DE FALHAS EM MOTORES ELTRICOS VIA ANLISE DE CORRENTE E FLUXO MAGNTICO

Rosa, Wener Eugenio1; Silva, Antonio Manoel Batista

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1Universidade de Uberaba

wenerer@hotmail.com

antonio.manoel@uniube.br

1 - Introduo

Tcnicas de manuteno preditiva vm sendo, cada vez mais aplicadas nas indstrias, principalmente em motores eltricos de induo, que so os mais comuns no acionamento das mquinas industriais, devido a sua solidez e versatilidade, alm do baixo custo de instalao e manuteno se comparado a outros tipos de motores.

Com a utilizao das referidas tcnicas busca-se evitar falhas, aumentar a vida til, maior disponibilidade e confiabilidade dos motores instalados em uma planta industrial. Uma vez que paradas repentinas e a quebra destes dispositivos geram um custo elevado de manuteno, grandes perdas no processo produtivo industrial, causando prejuzo, elevando consideravelmente os custos da manuteno. Tudo isto pode ser evitado utilizando tcnicas de anlise de corrente e fluxo magntico, que so aplicadas com os motores em operao. Consegue-se detectar falhas ainda em fase de desenvolvimento, atravs da comparao de espectros de fluxo magntico e corrente. O que possibilita ao engenheiro de manuteno planejar uma ao corretiva com relao ao defeito previsto.

Segundo Thomson (2001), pode existir um tempo de operao do motor antes que o curto entre espira evolua para curto- circuito entre fase-fase, e fase-terra, o que justifica o desenvolvimento de tcnicas de deteco de falhas.

Este trabalho apresenta as tcnicas de anlise dos espectros de corrente e fluxo magntico, para o diagnstico de falhas incipientes em motores eltricos de induo.

2 - Materiais e mtodos:

Foram coletados vrios espectros de freqncia nos quais, constataram-se as freqncias determinsticas de vrias falhas incipientes em uma bancada experimental. Para aquisio destes espectros utilizou-se o sensor, um alicate ampermetro no caso da anlise espectral de corrente, e uma bobina de fluxo para anlise espectral de fluxo magntico, ambos acoplados a um analisador de espectros. Este analisador coleta um sinal analgico, o converte em digital e aplica sobre ele a Transformada Rpida de Fourier (FFT), alm de memorizar as informaes nele contidas. Essas informaes podem ser analisadas diretamente no prprio equipamento, ou ento transferidas para o computador atravs do software de apoio.

As freqncias so comparadas com as frequncias caractersticas do motor e com as medies anteriores. Posteriormente armazenadas dentro em banco de dados, no qual levantado o histrico do motor, a evoluo de possveis indcios de falhas, alm das tendncias do equipamento.

2.1 Anlise de Corrente

Em um motor de induo trifsico com rotor em gaiola, barras quebradas perturbam o fluxo magntico. Fazendo flutuar a freqncia do rotor e, conseqentemente a rotao e a corrente do motor, Almeida (1994).

O surgimento de barras quebradas no rotor ir aumentar as componentes da corrente do estator relacionada com a freqncia caracterstica, dada pela Equao (1), onde s o escorregamento e fl a freqncia da rede. Walliser (1994).

fbb = (1 2s) fl (1)

A deteco de barras quebradas ou

trincadas atravs do espectro da corrente do estator feita observando-se duas componentes do espectro que se localizam prximas e em torno da componente fundamental.

A quebra de barras no leva o motor imediatamente falha, ou seja, a mquina pode continuar funcionando mesmo com a existncia de barras quebradas ou trincadas

Contudo, efeitos secundrios considerveis podem ocorrer como, por exemplo, as barras quebradas atingirem o estator. Quanto menor a diferena em dB das duas amplitudes, maior ser o numero de barras quebradas. Conforme a Figura 1.

Figura 1: Espectro de corrente com barras quebradas

2.2 Anlise de Fluxo Magntico

A anlise de fluxo magntico uma tcnica recente na rea de manuteno preditiva, apresenta algumas vantagens em relao tcnica convencional de anlise de corrente, dentre elas podemos citar: no h necessidade de acesso a painis eltricos e permite uma avaliao geral das partes internas do rotor e estator de um motor de induo.

No ambiente industrial as coletas de fluxo magntico gerados pela circulao de correntes no estator dos motores so tomadas com a bobina colocada na posio axial e central, na parte externa do motor, normalmente na tampa defletora, a fim de garantir a repetibilidade da posio na coleta de dados que so feitas mensalmente nos motores, o que torna possvel a aquisio de dados confiveis e com tendncia. medida que h deteco ou

evoluo das falhas, a coleta tem seu intervalo de amostragem diminudo. A anlise de fluxo magntico para deteco de barras quebradas similar a interpretao do espectro de corrente para esta falha. Lamim Filho (2003). Faz-se necessrio a anlise das bandas laterais em torno da freqncia fundamental, Equao (1). Quanto maior for o nmero de barras quebradas, maior a flutuao relativa da freqncia de rotao e conseqentemente o ndice de modulao cresce, conforme Figura 2.

Figura 2: resultado para vrias barras quebradas.

3 - Resultados e discusso

Com aplicao destas tcnicas possvel acompanhar a evoluo de falhas comuns no estator e no rotor de um motor de induo via anlise dos espectros de fluxo magntico e corrente. Com isso o setor de manuteno caminha para uma manuteno corretiva planejada, evitando-se gastos desnecessrios com eventuais planos de manuteno preventiva, corretivas no programadas. O que gera um custo elevado e demanda-se um tempo elevado no restabelecimento de uma linha de produo. As falhas so detectadas ainda em fase de desenvolvimento e paradas para manuteno podero ser planejadas, entre os setores de manuteno e produo de acordo com a necessidade e prioridade de ambos.

Um exemplo claro disto, foi deteco de uma baixa isolao entre espiras de um motor de 1020 CV, que aciona uma bomba de captao de gua em uma mineradora, atravs da anlise de fluxo magntico, onde se constatou e comprovou atravs da aplicao do Surge Test na oficina. Aps a

desmontagem do motor, verificando a eficcia da tcnica citada. A anlise de fluxo magntico identificou um nvel global de energia muito baixo em relao aos motores de referncia. Para este motor danificado, o valor encontrado foi de -50,66 dB em baixa freqncia (0 200Hz) contra uma mdia de 27 dB nos motores de referncia. A discrepncia tambm vale para a anlise de alta freqncia (200- 2500Hz), o valor global est 33,58 dB contra 28 dB dos demais motores idnticos. Conforme a Figura 3.

Figura 3: Anlise de fluxo magntico

A anlise do fluxo magntico e suas freqncias determinsticas apontaram o curto entre espiras generalizadas, fato este comprovado com a aplicao do Surge Test (aparelho de teste de enrolamentos de bobina, atravs da descarga de pulsos de alta tenso, com freqncia de 60 Hz sobre os enrolamentos, e apresenta resposta atravs de forma de onda), Figura 4. Onde vrias centelhas de micro arcos eltricos se formaram em vrios pontos do estator, inclusive em pontos dentro das ranhuras.

Os valores dos ndices de polarizao e de resistncia de isolao do motor esto normais e excelentes, o que indica que a baixa isolao sintomtica no para massa e sim entre as espiras.

Figura 3: Comprovao de falha, ondas no

sobrepostas Surge Test.

4 - Consideraes finais

Atravs deste trabalho pode ser levantada, a importncia e eficincia destas tcnicas de anlise de corrente e anlise de fluxo magntico para diagnosticar falhas em motores eltricos. Os resultados foram satisfatrios para as falhas, conforme mostrado, comprovando a presena das freqncias determinsticas para cada falha verificada.

Alem de trazer vantagens como o acompanhamento dos equipamentos, a elaborao de um histrico da situao de cada motor instalado, onde possvel verificar falhas ainda no seu inicio e obter um grfico de tendncia dos motores instalados.

5 - Referncias

ALMEIDA, M. T. Anlise de vibraes na manuteno preditiva de motores eltricos. Technical report, Fupai, 1996.

THOMSON, W. T. e Fenger, M. Current signature analysis to detect induction motor faults. Industry Applications Magazine, IEEE 7 (4): 26-34, July- Aug. 2001.

WALLISER, R. F. and Landy C. F., 1994, Determination of Interbar Current Effects in the Detection of Broken Rotor Bars in Squirrel Cage Induction Motors, IEEE Transaction on Energy Conversion, Vol. 9, No.1, March, pp. 152-158. LAMIM FILHO, P. C. M., Brito, J. N.Pederiva, R. Acompanhamento preditivo de motores de induo trifsicos atravs da analise de fluxo magntico, Campinas: Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Estadual de Campinas, 2003. 105 p. Dissertao ( Mestrado).