Diagnóstico de falhas elétricas em motores CA

1. Introdução: Falhas elétricas como fonte de vibração

Enquanto análise de vibrações é normalmente associado a falhas mecânicas como desequilíbrio e defeitos de rolamento, também é uma ferramenta muito poderosa para detectar problemas em motores de indução CA. Falhas elétricas geram forças magnéticas pulsantes que fazem o estator e o rotor do motor vibrarem. Essas vibrações são transmitidas através da carcaça do motor e podem ser detectadas por um acelerômetro.

A chave para diagnosticar falhas elétricas é procurar padrões específicos em frequências relacionadas à frequência da linha elétrica (50 ou 60 Hz) e ao número de polos do motor.

2. Falhas no estator

Problemas no estator, como ferro solto, folga na bobina ou lâminas em curto, podem fazer com que o estator fique excêntrico ou distorcido. Isso resulta em um campo magnético irregular.

• Assinatura de vibração: O principal indicador de uma falha no estator é um pico de vibração de alta amplitude em 2X a frequência da linha (2xFL)Para um motor de 60 Hz, isso equivale a 120 Hz (7200 CPM). Para um motor de 50 Hz, isso equivale a 100 Hz (6000 CPM).
• Características: Este pico de 2xFL é tipicamente muito estável em amplitude e não é sensível à carga do motor. A vibração costuma ser mais alta na direção dos pés de montagem do estator.

3. Falhas no rotor (barras do rotor quebradas)

Barras do rotor rachadas ou quebradas são um modo comum de falha em motores de indução CA. Quando uma barra quebra, ela interrompe o fluxo de corrente no rotor, causando um aquecimento localizado e um torque pulsante.

• Assinatura de vibração: O sinal clássico de problemas na barra do rotor é bandas laterais de frequência de passagem de pólo (FP) ao redor do velocidade de corrida (1X) pico e seus harmônicos.
• Frequência de passagem de pólo (FP): Esta é a taxa na qual o rotor "desliza" além do campo magnético rotativo do estator. É calculada como: FP = Número de Pólos × Frequência de Deslizamento. A frequência de deslizamento é a diferença entre a velocidade síncrona do campo magnético e a velocidade real de operação do rotor.
• Características: Procure um pico 1X com duas bandas laterais nítidas, uma em (1X + FP) e outra em (1X – FP). À medida que o dano ao rotor se agrava, você também poderá observar bandas laterais em torno dos harmônicos 2X e 3X. Ao contrário dos problemas no estator, essa assinatura é altamente sensível à carga. As bandas laterais aumentam em amplitude à medida que a carga do motor aumenta e podem desaparecer completamente em condições sem carga.

4. Entreferro excêntrico

O entreferro é a pequena folga entre o rotor e o estator. Se essa folga não for uniforme em toda a sua extensão, cria-se uma atração magnética desequilibrada, forçando o rotor a vibrar.

• Excentricidade estática: O rotor está centralizado nos mancais, mas o núcleo do estator está descentralizado. O ponto mais estreito do entreferro é fixo no espaço.
• Excentricidade dinâmica: O rotor em si não é circular, então o ponto mais estreito do entreferro gira com o rotor.
• Assinatura de vibração: Ambos os tipos de excentricidade produzem bandas laterais de frequência de passagem de polo (FP) em torno do pico de frequência de linha 2X (2xFL). Em casos graves, você pode observar um padrão complexo de bandas laterais em 2xFL ± FP e também bandas laterais em torno dos harmônicos da velocidade de operação.

5. Confirmação e Melhores Práticas

• Espectro de alta resolução: O diagnóstico de falhas elétricas requer uma alta resolução Espectro FFT para separar claramente os harmônicos de velocidade de execução dos harmônicos de frequência de linha e suas bandas laterais.
• A carga é crítica: Para problemas na barra do rotor, o motor *deve* estar sob carga significativa (normalmente >75%) para que o defeito seja visível.
• Confirme com outras tecnologias: Falhas elétricas podem ser confirmadas usando outras tecnologias, como análise de corrente do motor (MCA) ou termografia infravermelha, que podem detectar o aquecimento localizado causado por barras de rotor quebradas ou laminações em curto.

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