Compreender a frequência de passagem da barra do motor
frequência de passagem da barra do motor — também designada por frequência de passagem das barras do rotor, frequência das ranhuras do rotor ou, simplesmente, passagem das barras — é a frequência à qual as barras do rotor de um motor de indução de gaiola de esquilo passam pelas ranhuras e enrolamentos do estator. É igual ao número de barras do rotor multiplicado pela frequência de rotação do rotor, pelo que se situa muito acima da velocidade de funcionamento, normalmente entre cerca de 200 e 2000 Hz, dependendo do tamanho e da velocidade do motor. Num motor em bom estado, trata-se de uma linha silenciosa e de baixa amplitude no espetro de vibração, mas quando sobe, aponta para excentricidade entre o rotor e o estator, entreferro problemas ou outras anomalias eletromagnéticas. Está intimamente relacionado com, embora seja distinto de, defeitos na barra do rotor — as barras partidas dão-se a conhecer com faixas laterais espaçadas à frequência de passagem dos polos (número de polos × a frequência de escorregamento) em torno de 1×, e não elevando a própria linha de passagem das barras.
1. Cálculo da frequência de passagem das barras
A fórmula
RBPF = Nb × N / 60, em que RBPF é a frequência de passagem das barras do rotor em Hz, Nb é o número de barras do rotor e N é a velocidade do rotor em RPM.
A estrutura da fórmula é a mesma que está na base de qualquer frequência calculada com base no número de dentes ou de aletas, tal como frequência de engrenamento ou frequência de passagem da palheta: conte os elementos repetitivos e multiplique por cada vez que eles aparecem. Como o número de barras é normalmente elevado, o resultado situa-se claramente na região de alta frequência do espectro.
Exemplos práticos
Motor pequeno: 28 barras do rotor a 1750 RPM dão RBPF = 28 × 1750 / 60 = 817 Hz.
Motor de grande porte: 56 barras do rotor a 3550 RPM dão RBPF = 56 × 3550 / 60 = 3313 Hz.
Note-se que a linha de passagem da barra da máquina maior ultrapassa os 3 kHz — um lembrete útil de que a cadeia de medição tem de atingir esse nível para a detetar. Se quiser converter rapidamente a velocidade de funcionamento e os números de ordem em frequências, o calculadora de frequências harmónicas encarrega-se dos cálculos.
Calcular o número de barras
- Consulte a placa de identificação do motor ou a ficha técnica do fabricante.
- Conte-os visualmente se o rotor estiver acessível durante uma reparação.
- Faça o cálculo retroativo a partir de um pico claramente identificado no espectro de vibração.
- Espere cerca de 16 a 80 barras, dependendo do tamanho do motor e do número de polos.
2. O mecanismo físico
Interação rotor-estator
A frequência de passagem das barras resulta da interação magnética, e não do contacto mecânico:
- As barras do rotor conduzem corrente induzida e criam perturbações locais no campo magnético.
- À medida que o rotor gira, cada barra passa pelas ranhuras do estator, uma a seguir à outra.
- A relutância magnética aumenta e diminui à medida que as barras se alinham com os dentes do estator e, em seguida, passam entre eles.
- Isto gera uma pequena força eletromagnética pulsante na estrutura.
- A frequência de pulsação corresponde à velocidade a que as barras passam — a frequência de passagem das barras.
Entreferro uniforme versus não uniforme
- Espaço de ar uniforme: as contribuições de força das barras nos lados opostos do rotor anulam-se em grande parte, resultando numa amplitude baixa da RBPF.
- Rotor excêntrico: a interação torna-se assimétrica, a compensação deixa de funcionar e a amplitude da RBPF aumenta.
- Valor diagnóstico: A altura da linha RBPF é, portanto, um indicador direto da uniformidade do espaço de ar.
3. Importância diagnóstica
Condição normal
- É visível um pico de RBPF, mas muito pequeno — frequentemente inferior a 0,5 mm/s.
- Pode ser quase impercetível acima do ruído de fundo.
- Não há bandas laterais a flanquearem-no.
- Esta marca indica uma folga de ar uniforme e uma boa concentricidade entre o rotor e o estator.
O que um nível elevado de RBPF indica
Excentricidade da folga de ar. O rotor fica descentrado no furo do estator, a amplitude do RBPF aumenta e podem surgir bandas laterais a ±1× a velocidade de funcionamento. O padrão assemelha-se à forma como frequência de passagem do polo aumenta sob a mesma falha.
Desalinhamento entre o rotor e o estator. Quando o eixo do rotor não está paralelo ao eixo do estator, a folga varia ao longo do comprimento do motor, aumentando tanto o RBPF como os seus harmónicos.
Barras do rotor partidas ou danificadas. Esta é uma assinatura completamente diferente: barras partidas criam bandas laterais em torno de 1× espaçadas pela frequência de passagem dos polos, em vez de elevar a linha de passagem das barras. Ver barras do rotor quebradas e defeitos na barra do rotor para obter todos os detalhes do diagnóstico.
4. Distinguir a frequência de passagem da barra de outras frequências
RBPF versus frequências dos rolamentos
- RBPF: normalmente entre 200 e 3000 Hz, conforme definido pelo projeto do motor.
- Frequências dos rolamentos: normalmente entre 50 e 500 Hz para rolamentos de motores.
- Como distinguir: calcular ambos e compará-los com os picos observados.
- Esteja atento a sobreposições: em motores de grande porte, o RBPF pode situar-se na mesma faixa que frequências de falhas em rolamentos, por isso, confirme a fonte antes de agir.
RBPF versus frequência das ranhuras do estator
- Passagem pela ranhura do estator: número de ranhuras do estator × velocidade de funcionamento — raramente significativo.
- RBPF: número de barras do rotor × velocidade de funcionamento — o que se observa com mais frequência.
- Ambas presentes: Em alguns motores, é possível ver cada um deles, e a sua separação depende do conhecimento do número de barras e ranhuras.
5. Aplicação prática
Quando monitorizar a RBPF
- Quando se suspeita de um problema de entreferro.
- Após a substituição de um rolamento, verificar se o rotor está corretamente centrado.
- Quando a frequência de 2× a frequência de linha está elevada, o que pode estar associado a excentricidade.
- Ao criar um linha de base para um motor novo ou rebobinado.
- Como verificação de qualidade após a reparação do motor.
Considerações sobre a medição
- A gama de frequências do analisador deve exceder largamente o dobro da RBPF (Fmáximo > 2 × RBPF) para o capturar sem aliasing.
- Um acelerómetro é normalmente necessário em vez de um sensor de velocidade, porque as frequências são elevadas.
- Meça na carcaça do motor ou na caixa de chumaceira.
- Compare sempre com um valor de referência ou com motores saudáveis semelhantes.
6. O papel do Bar Pass no diagnóstico de motores
Isso ajuda a manter as duas assinaturas do rotor do motor claramente separadas. A linha de passagem das barras indica a geometria do entreferro; as barras quebradas indicam a integridade elétrica da gaiola. Na prática, ambas podem estar presentes ao mesmo tempo, pelo que uma análise minuciosa falha elétrica verificações de avaliação para cada um:
- Defeitos na barra do rotor: bandas laterais em torno da velocidade de rotação 1× com espaçamento igual à frequência de passagem dos polos.
- Problemas de RBPF: amplitude elevada na própria linha de passagem das barras (barras × velocidade).
- Podem coexistir: A excentricidade e as barras partidas não são mutuamente exclusivas.
- Diagnóstico abrangente: examine ambos os padrões para ter uma visão completa.
Este tipo de diagnóstico eletromagnético de alta frequência constitui metade da avaliação do estado de funcionamento de um motor de indução; a outra metade é o mundo mecânico de baixa frequência de desequilíbrio e desalinhamento. Um instrumento portátil de dois canais, como o Balanset-1A abrange essa vertente mecânica, captando a amplitude e a fase de 1× necessárias para equilibrar o rotor nos seus próprios rolamentos e verificar o resultado — um complemento natural às verificações espectrais do motor aqui descritas.
A frequência de passagem da barra do motor, embora seja analisada com menos frequência do que as frequências dos rolamentos ou os sinais de barra partida, tem um valor diagnóstico genuíno no que diz respeito à uniformidade do entreferro e à concentricidade entre o rotor e o estator. Saber calculá-la e reconhecê-la num espetro completa o quadro de diagnóstico para a avaliação do estado dos motores de indução de gaiola de esquilo.
