Entendendo a frequência de escorregamento em motores de indução

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Definição: O que é frequência de deslizamento?

Frequência de deslizamento A frequência de escorregamento é a diferença entre a velocidade síncrona (a velocidade do campo magnético rotativo) e a velocidade real do rotor em um motor de indução, expressa em Hz. Ela representa a rapidez com que o campo magnético "desliza" pelos condutores do rotor, induzindo a corrente que cria o torque do motor. A frequência de escorregamento é fundamental para o funcionamento do motor de indução e é crucial no diagnóstico do motor, pois determina o espaçamento das bandas laterais nas assinaturas de vibração e corrente. defeitos na barra do rotor.

A frequência de escorregamento situa-se tipicamente entre 0,5 e 3 Hz para motores sob carga normal, aumentando com a carga e fornecendo uma medida indireta do carregamento do motor. Compreender a frequência de escorregamento é essencial para interpretar o comportamento do motor. vibração espectros e diagnóstico de falhas eletromagnéticas.

Como funciona o escorregamento em motores de indução

O Princípio da Indução

Os motores de indução funcionam por meio de indução eletromagnética:

1. Os enrolamentos do estator criam um campo magnético rotativo em velocidade síncrona.
2. O campo magnético gira ligeiramente mais rápido que o rotor.
3. O movimento relativo entre o campo e as barras do rotor induz corrente no rotor.
4. A corrente induzida cria um campo magnético no rotor.
5. A interação entre os campos do estator e do rotor produz torque.
6. Ponto-chave: Se o rotor atingisse a velocidade síncrona, não haveria movimento relativo, nem indução, nem torque.

Por que o deslizamento é necessário

• Para que ocorra indução, o rotor deve girar a uma velocidade inferior à velocidade síncrona.
• Quanto maior o escorregamento, maior a corrente induzida e maior o torque produzido.
• Sem carga: deslizamento mínimo (~1%)
• Em plena carga: maior deslizamento (típico de 3-5%)
• O deslizamento permite que o motor ajuste automaticamente o torque à carga.

Cálculo da frequência de deslizamento

Fórmula

• fs = (Nsync – Nactual) / 60
• Onde fs = frequência de deslizamento (Hz)
• Nsync = velocidade síncrona (RPM)
• Nactual = velocidade real do rotor (RPM)

Alternativa usando porcentagem de deslizamento

• Deslizamento (%) = [(Nsync – Nactual) / Nsync] × 100
• fs = (Slip% × Nsync) / 6000

Exemplos

Motor de 4 polos, 60 Hz sem carga

• Nsync = 1800 RPM
• Natural = 1795 RPM (carga leve)
• fs = (1800 – 1795) / 60 = 0,083 Hz
• Deslizamento = 0,3%

Mesmo motor em plena carga

• Nsync = 1800 RPM
• Natural = 1750 RPM (velocidade nominal)
• fs = (1800 – 1750) / 60 = 0,833 Hz
• Deslizamento = 2,8%

Motor de 2 polos, 50 Hz

• Nsync = 3000 RPM
• Natural = 2950 RPM
• fs = (3000 – 2950) / 60 = 0,833 Hz
• Deslizamento = 1,7%

Frequência de deslizamento no diagnóstico de vibrações

Espaçamento da banda lateral para defeitos na barra do rotor

O uso diagnóstico mais importante da frequência de deslizamento:

• Padrão: Bandas laterais em torno de 1× a velocidade de execução em ±fs, ±2fs, ±3fs
• Exemplo: Motor de 1750 RPM (29,2 Hz) com fs = 0,83 Hz
• Bandas laterais em: 28,4 Hz, 29,2 Hz, 30,0 Hz, 27,5 Hz, 30,8 Hz, etc.
• Diagnóstico: Essas faixas laterais indicam barras do rotor quebradas ou trincadas.
• Amplitude: A amplitude da banda lateral indica o número e a gravidade das barras quebradas.

Análise de assinatura atual

Nos espectros de corrente do motor:

• Defeitos nas barras do rotor criam bandas laterais em torno da frequência da rede.
• Padrão: fline ± 2fs (nota: 2× frequência de deslizamento, não 1×)
• Para motor de 60 Hz com escorregamento de 1 Hz: bandas laterais de 58 Hz e 62 Hz
• Confirma o diagnóstico da barra do rotor a partir da vibração.

Deslizamento como indicador de carga

O deslizamento varia com a carga.

• Sem carga: Escorregamento de 0,2 a 1% (0,1 a 0,5 Hz para motores típicos)
• Meia carga: Deslizamento 1-2% (0,5-1,0 Hz)
• Carga máxima: Deslizamento 2-5% (1-2,5 Hz)
• Sobrecarga: > Deslizamento 5% (> 2,5 Hz)
• Começando: Deslizamento 100% (frequência de deslizamento = frequência da linha)

Utilizando o deslizamento para avaliar a carga

• Meça a velocidade real do motor com precisão.
• Calcule o escorregamento a partir da diferença de velocidade síncrona.
• Compare com o deslizamento nominal em plena carga indicado na placa de identificação.
• Estimativa da porcentagem de carga do motor
• Útil quando a medição direta de potência não está disponível.

Fatores que afetam o escorregamento

Fatores de projeto

• Resistência do rotor: Maior resistência = maior deslizamento
• Classe de projeto de motor: O design NEMA afeta as características de deslizamento.
• Tensão: Uma tensão mais baixa aumenta o escorregamento para uma determinada carga.

Condições de operação

• Torque de carga: Principal determinante do deslizamento
• Tensão de alimentação: A subtensão aumenta o escorregamento
• Variação de frequência: Variações na frequência de fornecimento afetam o deslizamento.
• Temperatura: O aquecimento do rotor aumenta a resistência, aumentando o escorregamento.

Condição do motor

• Barras do rotor quebradas aumentam o deslizamento (produzindo menos torque efetivo).
• Problemas no enrolamento do estator podem afetar o escorregamento.
• Problemas nos rolamentos aumentam o atrito, elevando ligeiramente o deslizamento.

Métodos de Medição

Medição direta de velocidade

• Uso tacômetro ou estroboscópico para medir a RPM real.
• Saiba a velocidade síncrona a partir da placa de identificação do motor (polos e frequência).
• Calcular o deslizamento: fs = (Nsync – Nactual) / 60
• Método mais preciso

Do espectro de vibração

• Identificar com precisão o pico de velocidade de corrida 1×
• Calcule a velocidade de corrida a partir de 1 × frequência.
• Determine o escorregamento a partir da diferença de velocidade síncrona.
• Requer FFT de alta resolução

A partir do espaçamento da banda lateral

• Se houver defeitos nas faixas laterais da barra do rotor
• Meça o espaçamento entre as bandas laterais.
• Espaçamento = frequência de deslizamento diretamente
• Conveniente, mas requer a presença de um defeito.

Uso prático em diagnóstico

Valores normais de deslizamento

• Documente o deslizamento da linha de base em várias cargas para cada motor.
• Escorregamento típico em plena carga: 1-3% (verificar placa de identificação)
• O deslizamento > valor da placa de identificação pode indicar sobrecarga ou problema no motor.
• Escorregar < Esperado para uma determinada carga pode indicar falha elétrica

Indicadores de deslizamento anormal

• Escorregamento excessivo: Motor sobrecarregado, barras do rotor quebradas, alta resistência do rotor
• Deslizamento variável: Flutuações de carga, instabilidade no fornecimento de energia elétrica
• Baixo deslizamento sob carga: Possível problema no estator, problema de voltagem

A frequência de escorregamento é fundamental para o funcionamento e diagnóstico de motores de indução. Como espaçamento entre as bandas laterais para detecção de defeitos nas barras do rotor e como indicador de carga do motor, a frequência de escorregamento fornece informações essenciais para a avaliação da condição do motor. A determinação precisa da frequência de escorregamento permite a interpretação correta dos sinais de vibração e corrente do motor, distinguindo a operação normal de condições de falha.

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