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DESENVOLVIMENTO DE DISPOSITIVO PARA DETECÇÃO DE BARRASINTERROMPIDAS EM ROTORES DE GAIOLA

Agnaldo Reus Medeiros Rodrigues - Sç. Controle de Produtos I - cq-lab1@weg.com.brVitor Marcon – Sç. Metrologia – instrumentacao@weg.com.br

Ranieri Karkow – Engenharia Industrial - Sç. Engª de Processos – engindcpc@weg.com.br

RESUMO

Este trabalho procura desenvolver e implementarum dispositivo capaz de detectar barras interrompidas emrotores de gaiola após o processo de injeção e antes dosmesmos serem montados. O trabalho está dividido em duaspartes: a primeira parte explica o princípio defuncionamento do dispositivo, na segunda parte sãorealizados ensaios em rotores pequenos com o dispositivodesenvolvido e ensaio de espectro de corrente em motoresmontados com os mesmos rotores, sendo entãocomparados os resultados de ambos os testes. Por último,foram estendidos os testes com o dispositivo para rotoresmaiores e verificado o seu desempenho.

1. INTRODUÇÃO

Em um motor de indução com rotor degaiola, barras interrompidas pertubam o fluxomagnético fazendo flutuar a freqüência do rotor econsequentemente a rotação e a corrente do motor.

O objetivo deste trabalho é apresentar umatécnica de detecção de barras interrompidas derotores de gaiola afim de evitar problemas futuroscom rotores falhados em motores montados.

A validação dos resultados obtidos nos testescom o dispositivo é feito comparando com osresultados do teste de espectro de corrente do motor,utilizado para detecção de barras falhadas no rotor

2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

O dispositivo usa a medição indutiva usandoo princípio de corrente induzida de um condutorpassando através de um campo magnético, que é omesmo princípio do motor de indução.

Para a realização da medição, o rotor érotacionado a uma velocidade constante pré-determinada e colocado bem próximo ao sensorindutivo de campo magnético gerado por imãspermanentes (ver fig. 1). O sensor é aproximado osuficiente da superfície externa do rotor, de maneira

tal que as barras de alumínio do rotor passam atravésdo campo magnético. Com as barras passando atravésdo campo é induzida uma tesão nas mesmas econsequentemente uma corrente circulará pela barra,produzindo um campo magnético próprio e oposto aocampo original, o qual se fecha sobre a extremidadedo sensor indutivo. Assim sendo, um sinal alternado éinduzido na bobina enrolada sobre o sensor.

Como as barras do rotor rotacionam sobre ocampo, uma onda senoidal é gerada, sendo cada ciclocorrespondente a uma barra do rotor, sendo umamedição completada após uma rotação completa dorotor.

3. ASPECTOS CONSTRUTIVOS

O dispositivo desenvolvido é composto porduas partes: parte eletromagnética responsável pelamedição e a parte mecânica responsável peloacionamento do rotor a ser testado (ver figura 2).

Figura 2. Dispositivo desenvolvido

A parte eletromagnética é composta peloimãs, bobina e para formação do circuito magnético éutilizado material ferro-magnético, sendo o sinal

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capturado por um osciloscopio. O acionamento, porsua vez é realizado por um motor 0,5 cv 6 pólos comeixo prolongado, onde é colocado o rotor a sertestado.

4. AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS

A avaliação dos resultados é feita através daanálise das formas de ondas obtidas pelo sensor emostradas no osciloscópio conforme pode ser visto nafigura 3. Caso a forma de onda for diferente de umasenóide significa que o rotor apresenta falhas.

Figura 3. Exemplo de forma de onda obtidas

5. DETECÇÃO DE BARRASINTERROMPIDAS ATRAVÉS DAANÁLISE DE ESPECTRO DE CORRENTE

A análise de espectro de corrente do motortem atingido bons resultados na detecção de barrasinterrompidas.

A detecção de barras interrompidas é feitapela verificação das bandas laterais de duas vezes afrequência de escorregamento em torno da frequênciade rede, conforme figura 4.

Figura 4. Espectro de corrent e para análise de rotor falhado

Se a diferença de amplitude entre acomponente da frequência de rede e as componentesdas bandas laterais forem menores que 45 dB,significa que o motor possui barras interrompidas.

6. ESTUDO DO CASO I

Para validação do método foram testadosrotores que retornaram do campo com suspeita derotor falhado. Foram realizados testes com odispositivo e testes com avaliação através de espectrode corrente, sendo os resultados comparativos entreos dois ensaios apresentados nas tabelas e gráficosabaixo.

AvaliaçãoRotor dispositivo espectro01 Falhado 21.3 dB (falhado)02 Falhado 22.3 dB (falhado)03 Bom 56.1 dB (Bom)04 Bom 59.5 dB (Bom)

• Rotor nº01

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• Rotor nº02

• Rotor nº03

• Rotor nº04

Gráfi cos dos resultados obtidos

Observa-se que os dois métodos apresentaram osmesmos resultados, tanto para rotores falhadosquanto para rotores sem falhas.

As variações na amplitude da senóide nostestes com rotores bons deve-se à variação doentreferro existente entre o sensor e o rotor a sertestado.

A vantagem apresentada no teste com odispositivo desenvolvido é de que o rotor não precisaestar montado no motor para ser detectado as falhasem barras, o que não é o caso do teste feito comanálise de espectro de corrente.

7. ESTUDO DO CASO II

Para comprovação da leitura resultante doensaio, produziu-se, para teste, dois rotores com errosde preenchimento de alumínio propositais, para destaforma conhecer as limitações do sensor de detecçãode falhas. O teste foi realizado com o rotor emrotações diferentes, para avaliar a influência dosparâmetros de teste. Além da rotação variou-setambém o entreferro durante a medição.

O rotor testado tinha 40 ranhuras, destas, 8com defeitos provocados sendo 4 tipos de defeitosdiferentes. Os pares de defeitos apareciam a cada180º. O rotor selecionado para teste tinha ranhuras dedupla gaiola (ver figura 5), pois este tipo de ranhuraapresenta a característica de aleatoriamente nãopreencher parte da ranhura, normalmente a externa.

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Figura 5 – Ranhura de perfil gaiola dupla

Deve ser lembrado que o equipamentoavaliado detecta falhas apenas na gaiola do rotor, umavez que não se conhece equipamentos que detectemfalhas no rotor como um todo (anéis e gaiola).

A montagem do pacote do rotor para avaliaçãodeu-se da seguinte forma:

- foram estampados três características de lâminasdiferentes, ver figura 6.

Chapa nº 1

Chapa nº 2

Chapa nº 3

Figura 6 – Características geomét ricas das lâminas

- e montado o pacote tipo sanduíche, ver figura 7

Figura 7 – esquema de montagem do pacote

Com este esquema de montagem do pacotedo rotor geraram-se 4 falhas de ranhuras parcialmentepreenchidas longitudinalmente, sendo duas com ametade superior e duas com a metade inferior daranhura, e também 4 defeitos de interrompimento daranhura em diferentes alturas.

O rotor testado , carcaça 250, t inha 300 mmde comprimento e diâmetro de 270 mm.Com o gráfico (ver figura 4) gerado foi possívelidentificar as características que cada defeito causanas senóides, delimitando assim a aplicação doequipamento.

A rotação adequada a medição foi 250 rpm.

Legenda de defeitos

Falta de preenchimento da parte inferior daranhura

Falta de preenchimento da parte superiorda ranhura

Ranhura interrompida próxima ao centro

Chapa nº 1

Chapa nº 3

Chapa nº 2

Chapa nº 2

Chapa nº 1

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Ranhura interrompida próxima asextremidades

Figura 4 – Gráfico de distorções das senóides em funçãode defeitos do rotor

8. CONCLUSÕES

De acordo com os resultados obtidosverificou-se que o dispositivo desenvolvido é capazde detectar em 100% dos casos, problemas de barrasinterrompidas.

A grande vantagem do dispositivo é de que oproblema de rotor falhado pode ser detectado antes damontagem do mesmo no motor, evitando assim oretrabalho.

O atual dispositivo desenvolvido apresentaalgumas limitações que podem ser melhoradas comopor exemplo a variação de entreferro existente entre osensor e o rotor a ser testado, a implementação de umsistema de aquisição de dados em substituição aoosciloscópio, possibilitando um armazenamento etratamento estatístico das curvas obtidas nos testes,bem como melhorias no sistema de acionamento dorotor em teste.

9. REFERÊNCIAS

[1] ALMEIDA Márcio Tadeu de. GÓZ, Ricardo DamiãoSales. “ Vibrações em Motores Elétricos”. Fupai, MinasGerais, 1996

[2] KEAN, Jeffery J. “ Analysis Techniques for QualityControl of Squirrel-cage Rotors for Motor Manufactures.

CWIEMEM Berlim, Alemanha, 1996.