Entendendo os defeitos do estator em motores elétricos
Definição: O que são defeitos no estator?
Defeitos no estator São falhas nos enrolamentos estacionários e no núcleo de motores elétricos, incluindo ruptura de isolamento, curto-circuito entre espiras, curto-circuito fase-fase, curto-circuito à terra, contaminação do enrolamento e danos nas lâminas. As falhas nos enrolamentos do estator representam de 30 a 40% de todas as falhas de motores, sendo o segundo defeito mais comum em motores, depois das falhas de empilhamento. falhas de rolamentos. Problemas no estator criam desequilíbrios eletromagnéticos característicos que produzem vibração com o dobro da frequência da rede (120 Hz para motores de 60 Hz, 100 Hz para motores de 50 Hz) e pode ser detectada por meio de desequilíbrio de corrente, imagens térmicas e testes de resistência de isolamento.
Compreender os defeitos do estator é crucial, pois eles geralmente se desenvolvem lentamente ao longo de meses ou anos, proporcionando a oportunidade de detecção precoce, mas podem evoluir para falhas catastróficas envolvendo incêndio, danos extensos ao motor ou riscos à segurança se não forem tratados.
Tipos de defeitos do estator
1. Falhas de isolamento
Curtas de Curta-Curta
- Descrição: Falha no isolamento entre espiras adjacentes na mesma bobina
- Efeito: Espiras em curto-circuito conduzem corrente excessiva, criando aquecimento localizado.
- Progressão: Começa pequeno e vai aumentando gradativamente.
- Detecção: Desequilíbrio de corrente, pontos quentes na imagem térmica, vibração elevada de 2×f
- Mais comuns: Responsável pela maioria das falhas do estator.
Falhas entre fases
- Descrição: Falha de isolamento entre diferentes fases
- Efeito: Pode causar parada ou danos imediatos ao motor.
- Gravidade: Mais severo do que curtos-circuitos.
- Detecção: Um grande desequilíbrio de corrente pode acionar a proteção contra sobrecorrente.
Falhas de aterramento (fase-quadro)
- Descrição: Falha no isolamento do enrolamento da carcaça do motor
- Questão de segurança: Pode energizar a estrutura do motor, criando risco de choque elétrico.
- Detecção: Disparos de proteção contra falha de aterramento, teste de resistência de isolamento
- Causas: Envelhecimento do isolamento, contaminação, danos mecânicos, umidade
2. Danos físicos no enrolamento
- Danos mecânicos: Bobinas danificadas durante a instalação ou manutenção.
- Danos térmicos: O superaquecimento degrada o isolamento e o cobre.
- Contaminação: Óleo, produtos químicos ou poeira condutora nos enrolamentos.
- Danos causados pela umidade: Entrada de água causando trilhas e curtos-circuitos
- Danos da Covid-19: Alta tensão causando ionização do ar e erosão do isolamento.
3. Problemas de laminação
- Laminações do núcleo em curto-circuito (eficiência reduzida, aquecimento)
- Lâminas danificadas ou soltas
- Deslocamento ou deslocamento do núcleo
- Cria perdas por correntes parasitas e pontos quentes.
Causas de falhas do estator
Degradação Térmica
- Sobrecarga: Corrente excessiva aquecendo os enrolamentos além da capacidade de isolamento.
- Resfriamento bloqueado: Ventilação inadequada acelera o envelhecimento térmico.
- Temperatura ambiente: Altas temperaturas ambientes reduzem a eficácia do resfriamento.
- Início frequente: Correntes de pico durante as partidas criam estresse térmico
- Vida útil do isolamento: A cada 10°C acima da temperatura nominal, a vida útil do isolamento é reduzida pela metade.
Tensões elétricas
- Sobretensões: Descargas elétricas e transientes de comutação que sobrecarregam o isolamento
- Desequilíbrio de tensão: Tensões de fase desiguais causam correntes circulantes.
- Sobretensão: Operando acima da tensão nominal
- Efeitos do VFD: Altos valores de dV/dt provenientes da comutação PWM atacam o isolamento.
Contaminação e Meio Ambiente
- Umidade: A umidade ou a entrada de água reduzem a resistência do isolamento.
- Poeira condutora: Isolamento de pontes de partículas metálicas ou poeira de carbono
- Produtos químicos: Vapores corrosivos ou de solventes atacando o isolamento
- Óleo e graxa: Produtos petrolíferos que degradam o isolamento orgânico
Causas Mecânicas
- Vibração: Vibração excessiva desgastando o isolamento
- Ciclos térmicos: Isolamento com flexão e fissuras devido à expansão/contração
- Golpes do rotor: O contato do rotor danifica os enrolamentos do estator.
- Danos durante a instalação: Manuseio inadequado durante o rebobinamento ou substituição
Assinatura de vibração
Indicador primário: 2× Frequência da linha
A característica principal dos problemas no estator:
- Freqüência: 120 Hz (sistemas de 60 Hz) ou 100 Hz (sistemas de 50 Hz)
- Mecanismo: Desequilíbrio da força eletromagnética devido a um campo magnético assimétrico
- Motores normais: 2×f presente, mas de baixa amplitude (< 10% de 1×)
- Defeitos no estator: Amplitude 2×f elevada (> 20-50% de 1× ou superior)
- Progressão: A amplitude aumenta à medida que a falha piora.
Componentes adicionais
- A frequência da linha (1×f) pode aumentar
- Harmônicos superiores (4×f, 6×f) podem aparecer.
- O nível geral de vibração pode aumentar.
- Ruído eletromagnético audível como um zumbido de 120/100 Hz
Métodos de detecção
Análise de vibração
- Monitore a amplitude e a tendência da frequência da linha 2×.
- Comparar com a linha de base ou motores semelhantes.
- Alerta se 2×f > 30% de vibração de velocidade de funcionamento de 1×
- A tendência crescente ao longo do tempo confirma a falha progressiva.
Medições atuais
- Equilíbrio da corrente de fase: Meça a corrente em cada fase.
- Desequilíbrio > 10%: Indica problema de enrolamento
- Alicate amperímetro: Medição de campo simples
- Analisador de Qualidade de Energia: Análise detalhada da forma de onda da corrente
Teste de resistência de isolamento
- Megômetro (Megger): Meça a resistência entre o enrolamento e o terra.
- Aceitação: Normalmente > 1 MΩ por kV + 1 MΩ mínimo
- Tendências: Valores decrescentes indicam deterioração.
- Índice de polarização: Proporção de leitura de 10 minutos / 1 minuto (> 2,0 é bom, < 2,0 suspeito)
Imagem térmica
- A câmera infravermelha mostra pontos quentes na estrutura do motor.
- O aquecimento localizado indica a localização da falha no enrolamento.
- Desequilíbrio de temperatura entre as fases
- É capaz de detectar falhas em desenvolvimento antes que os testes elétricos apresentem problemas.
Testes de Sobretensão
- Aplica um impulso de tensão e compara as respostas de fase.
- Detecta curtos-circuitos entre voltas que não são visíveis em outros testes.
- Requer equipamento especializado
- Frequentemente utilizado em oficinas mecânicas para verificação de qualidade.
Progressão e Consequências
Estágio inicial
- ligeira diminuição da resistência de isolamento
- Pequeno desequilíbrio de corrente (< 5%)
- Ligeiro aumento de vibração de 2×f
- Pode ser detectável apenas por meio de testes sensíveis.
Estágio moderado
- Desequilíbrio de corrente limpo (5-15%)
- Vibração elevada de 2×f (20-50% de 1×)
- Pontos quentes visíveis em imagens térmicas
- Resistência de isolamento em declínio
Estágio Avançado
- Grande desequilíbrio de corrente (> 15%)
- Vibração 2×f muito alta
- Superaquecimento óbvio
- Baixa resistência de isolamento
- Risco de falha imediata
Falha catastrófica
- queima total do enrolamento
- Possível incêndio ou fumaça
- Disparo do dispositivo de proteção ou queima do fusível
- Danos extensos no motor, exigindo rebobinagem ou substituição.
Ações corretivas
Após detecção
- Aumente a frequência de monitoramento com base na gravidade
- Reduza a severidade da operação (diminua a carga, o ciclo de trabalho), se possível.
- Planeje a substituição ou rebobinagem do motor.
- Investigar a causa raiz para evitar recorrência
Opções de reparo
- Rebobinagem do motor: Substituir os enrolamentos do estator (motores grandes, > 100 HP, geralmente é econômico).
- Substituição do motor: Mais econômico para motores pequenos (< 50 HP normalmente)
- Substituição da bobina: Em alguns modelos, é possível a substituição individual da bobina.
- Operação temporária: Falhas em estágio inicial podem permitir a continuidade da operação com monitoramento rigoroso.
Prevenção
- Operar dentro dos limites nominais de tensão, corrente e temperatura.
- Garanta ventilação e refrigeração adequadas.
- Proteger contra contaminação (enclausuramentos, vedação)
- Utilize proteção contra surtos para motores críticos.
- Testes periódicos de isolamento (anualmente para motores críticos)
- Levantamentos térmicos para detectar pontos quentes em desenvolvimento.
Defeitos no estator representam uma das principais causas de falha em motores, frequentemente detectada precocemente por meio da utilização combinada de monitoramento de vibração (2× a frequência da rede), análise de corrente, termografia e testes elétricos periódicos. Compreender a progressão desde a deterioração leve do isolamento até a falha catastrófica do enrolamento permite o desenvolvimento de estratégias de manutenção preditiva que previnem falhas no motor e otimizam as decisões entre reparo e substituição.
Categorias: GlossárioDiagnóstico de vibração
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