1. Fundamentos de eletricidade para o analista de vibrações

Antes de diagnosticar defeitos do motor a partir dos espectros de vibração, é essencial compreender as principais frequências elétricas que impulsionam a vibração do motor.

1.1. Frequência de linha (LF)

A frequência da alimentação CA: 50 Hz na maior parte da Europa, Ásia, África e Rússia; 60 Hz Na América do Norte e em partes da América do Sul e da Ásia. Todas as forças eletromagnéticas no motor são derivadas dessa frequência.

1.2. Duas vezes a frequência da linha (2×LF)

O frequência da força eletromagnética dominante Em motores CA. Em um sistema de 50 Hz, 2×LF = 100 Hz; Em um sistema de 60 Hz, 2×LF = 120 Hz. A força de atração magnética entre o estator e o rotor atinge o pico duas vezes por ciclo elétrico, tornando 2×LF a frequência fundamental de "vibração elétrica" de todo motor CA.

1.3. Velocidade Síncrona e Escorregamento

O campo magnético do estator gira à velocidade síncrona:

onde P é o número de polos. O rotor de um motor de indução gira sempre um pouco mais devagar. Essa diferença é escorregar:

Escorregamento típico em plena carga para motores de indução padrão: 1–5%. Para um motor de 2 polos a 50 Hz: N_s = 3000 RPM, velocidade real ≈ 2940–2970 RPM.

1.4. Frequência de passagem do polo (F_p)

A taxa na qual os polos do rotor "deslizam" pelos polos do estator. O resultado é universal — independente da contagem de postes:

Para um motor funcionando a 50 Hz com escorregamento 2%: F_p = 2 × 0,02 × 50 = 2 Hz. Essa frequência aparece como bandas laterais características nos espectros de barras de rotor quebradas.

1.5. Frequência de passagem da barra do rotor

Onde R é o número de barras do rotor. Essa frequência e suas bandas laterais tornam-se significativas quando as barras do rotor estão danificadas.

1.6. Tabela de Referência de Frequência Principal

EstatorRotorEnrolamentosEspaço de arMecânicoAxial Qualquer distorção no entreferro altera diretamente a atração magnética, o que, por sua vez, modifica imediatamente o padrão de vibração. O símbolo ± indica bandas laterais (modulação).

2. Visão geral dos métodos de diagnóstico

Nenhuma técnica isolada consegue detectar todos os defeitos de um motor elétrico. Um programa de diagnóstico robusto combina múltiplos métodos complementares:

VibraçãoMCSAESAMCATermografia Nenhum método isolado oferece cobertura completa. Recomenda-se fortemente uma abordagem diagnóstica combinada.

2.1. Análise Espectral de Vibração

A principal ferramenta para o diagnóstico da maioria dos equipamentos rotativos. Os acelerômetros nas caixas de rolamentos capturam espectros que revelam defeitos mecânicos (desbalanceamento, desalinhamento, desgaste do rolamento) e alguns defeitos elétricos (entreferro irregular, enrolamentos soltos). No entanto, A análise de vibração por si só não consegue detectar todas as falhas elétricas do motor..

2.2. Análise da Assinatura da Corrente do Motor (MCSA)

Um dispositivo de fixação de corrente em uma fase captura o espectro de corrente. Barras do rotor quebradas produzem bandas laterais em LF ± F p. O exame MCSA é realizado online e é completamente não invasivo.

2.3. Análise de Assinatura Elétrica (ESA)

Analisa simultaneamente os espectros de tensão e corrente no CCM (Centro de Controle de Motores). Detecta assimetria na tensão de alimentação, distorção harmônica e problemas de qualidade de energia.

2.4. Análise do Circuito do Motor (ACM)

Um offline Teste de medição de resistência fase-fase, indutância, impedância e resistência de isolamento. Essencial durante paradas para manutenção.

2.5. Monitoramento de temperatura

O monitoramento das tendências de temperatura do enrolamento do estator e dos rolamentos fornece um alerta precoce de sobrecarga, problemas de refrigeração e degradação do isolamento.

3. Defeitos do estator

Os defeitos no estator são responsáveis por aproximadamente 23–37% de todas as falhas do motor. O estator é a parte estacionária que contém o núcleo de ferro laminado e os enrolamentos. Defeitos produzem vibração principalmente em 2×LF (100 Hz / 120 Hz) e seus múltiplos.

3.1. Excentricidade do estator — Entreferro irregular

O entreferro entre o rotor e o estator é tipicamente 0,25–2 mm. Mesmo uma variação de 10% cria um desequilíbrio mensurável na força eletromagnética.

Causas

• Pé manco — a causa mais comum
• Caixas de rolamentos desgastadas ou danificadas
• Deformação da estrutura devido a transporte ou instalação inadequados.
• Distorção térmica em condições de operação
• Tolerâncias de fabricação deficientes

Assinatura Espectral

• Tipicamente dominante 2×LF no espectro de velocidade radial
• Frequentemente acompanhado por um ligeiro aumento de 1X e 2X devido à força magnética desequilibrada (UMP)
• Excentricidade estática: 2×LF domina com pouca modulação.
• Componente dinâmico: bandas laterais em 2×LF ± 1X pode aparecer

Avaliação da gravidade

Nota: Estas são diretrizes ilustrativas, não um padrão formal. Compare sempre com a linha de base da própria máquina.

Teste de Confirmação

Teste de desligamento (Teste de resposta rápida): Enquanto monitora a vibração, desenergize o motor. Se o pico for 2×LF cai drasticamente — em questão de segundos, muito mais rápido do que a desaceleração mecânica — a fonte é eletromagnética.

3.2. Enrolamentos do estator soltos

Os enrolamentos do estator são submetidos a forças eletromagnéticas de 2×LF durante cada ciclo de operação. Ao longo dos anos, a fixação mecânica (epóxi, verniz, cunhas) pode se degradar. Enrolamentos soltos vibram a 2×LF com amplitude crescente, acelerando o desgaste do isolamento por atrito.

Assinatura Espectral

• Vibração predominantemente radial
• 2×LF pode ser menos estável — pequenas flutuações de amplitude.
• Casos graves: harmônicos em 4×LF, 6×LF

Consequências

Isso é destrutivo para isolamento de enrolamento — leva à degradação acelerada, falhas de aterramento imprevisíveis e falha completa do estator, exigindo rebobinagem.

3.3. Cabo de alimentação solto — Assimetria de fase

Um mau contato cria assimetria de resistência. Mesmo Assimetria de tensão 1% causa aproximadamente Assimetria de corrente 6–10%. As correntes desequilibradas criam uma componente de campo magnético com rotação inversa.

Assinatura Espectral

• A amplitude de 2×LF aumenta devido à força magnética desequilibrada.
• Em alguns casos, Bandas laterais próximas de ±⅓×LF (~16,7 Hz em sistemas de 50 Hz) em torno do pico 2×LF
• No espectro atual (MCSA): corrente de sequência negativa elevada

Verificações práticas

• Verifique todas as terminações de cabos, conexões da barra de distribuição e contatos do contator.
• Meça a resistência fase-fase — dentro de 1% uma da outra.
• Meça a tensão de alimentação em todas as três fases — a assimetria não deve exceder 1%.
• Termografia infravermelha da caixa de terminação de cabos

3.4. Curto-circuito nas lâminas do estator

Danos no isolamento entre as camadas permitem a circulação de correntes parasitas, criando pontos quentes localizados. Nem sempre detectáveis em espectros de vibração. A termografia infravermelha é o principal método de detecção.. Offline: teste do núcleo eletromagnético (teste EL-CID).

3.5. Curto-circuito entre espiras

Um curto-circuito entre espiras cria um circuito de corrente circulante localizado, reduzindo o número efetivo de espiras na bobina afetada. Produz aumento 2×LF, 3ª harmônica de baixa frequência elevada na corrente e assimetria de fase da corrente. Melhor detectada por meio de teste de surto MCA offline.

2×LF1X / 2XBandas laterais O teste de desligamento confirma a origem eletromagnética: se 2×LF cair drasticamente após a desenergização (muito mais rápido do que a desaceleração), a fonte é eletromagnética.

4. Defeitos no rotor

Os defeitos no rotor representam aproximadamente 5–10% de falhas do motor mas geralmente são as mais difíceis de detectar precocemente.

4.1. Barras do rotor quebradas e anéis de extremidade trincados

Quando uma barra se rompe, a redistribuição da corrente cria uma assimetria magnética local — efetivamente um "ponto magnético denso" que gira na frequência de escorregamento em relação ao campo do estator.

Assinatura de vibração

• 1X pico com bandas laterais em ± F_p. Para 50 Hz / 2%, o deslizamento: bandas laterais em 1X ± 2 Hz
• Casos graves: bandas laterais adicionais em ± 2F_p, ± 3F_p
• 2×LF também pode mostrar F_p faixas laterais

Assinatura MCSA

Escala de Gravidade MCSA

Importante: O MCSA requer carga constante próxima às condições nominais. Com carga parcial, a amplitude da banda lateral diminui.

Forma de onda temporal

Barras do rotor quebradas produzem uma característica "padrão de "batida" — modulação de amplitude na frequência de passagem do polo. Frequentemente visível antes que as bandas laterais espectrais se tornem proeminentes.

1X±Bandas laterais FpBandas laterais MCSA A melhor forma de confirmar a quebra das barras do rotor é através da Análise de Viabilidade de Manufatura (MCSA). O espectro de vibração sugere o defeito; a MCSA fornece uma avaliação quantitativa da gravidade.

4.2. Excentricidade do rotor (estática e dinâmica)

Excentricidade Estática

O eixo central do eixo está deslocado em relação ao furo do estator. Isso produz um nível elevado de tensão. 2×LF. Na corrente: harmônicos da ranhura do rotor em f_RBPF ± LF.

Excentricidade dinâmica

O centro do rotor orbita em torno do centro do furo do estator. Produz 1X com 2 faixas laterais LF e frequência de passagem da barra do rotor elevada. Na corrente: bandas laterais em LF ± f_podridão.

Na prática, ambos os tipos geralmente estão presentes simultaneamente — o padrão é uma superposição.

4.3. Arco do rotor térmico

Motores de grande porte podem desenvolver um gradiente de temperatura que causa empenamento temporário. Produz 1X que varia com o tempo Após a inicialização, o ângulo de fase geralmente aumenta por 15 a 60 minutos e depois se estabiliza. O ângulo de fase varia à medida que a curvatura se desenvolve. Diferencie-o do desequilíbrio mecânico (que é estável) monitorando a amplitude e a fase em escala 1X por 30 a 60 minutos após a inicialização.

4.4. Deslocamento do Campo Eletromagnético (Deslocamento Axial)

Se o rotor for deslocado axialmente Em relação ao estator, a distribuição do campo eletromagnético torna-se axialmente assimétrica. O rotor experimenta uma oscilação. força eletromagnética axial em 2×LF.

Causas

• Posicionamento axial incorreto do rotor durante a montagem ou após a substituição do rolamento.
• Desgaste do rolamento permitindo folga axial excessiva
• Empuxo do eixo da máquina acionada
• Expansão térmica durante a operação

Força eletromagnética axialDeslocamento/saliênciaEstator CLDetecção O ruído axial 2×LF que desaparece instantaneamente ao desligar a energia é o principal diferencial em relação às causas mecânicas.

5. Defeitos elétricos relacionados a rolamentos

5.1. Correntes de rolamento e EDM

A tensão entre o eixo e a carcaça causa a passagem de corrente pelos rolamentos. Fontes: assimetria magnética, tensão de modo comum do inversor de frequência, carga estática. Descargas repetidas criam microcavidades (Usinagem por descarga elétrica) levando a caneluras — sulcos uniformemente espaçados nas pistas.

Assinatura Espectral

• Frequências de defeitos nos rolamentos (BPFO, BPFI, BSF) com picos muito uniformes e "limpos".
• Nível de ruído elevado em altas frequências no espectro de aceleração
• Avançado: som característico de "tábua de lavar roupa".

Prevenção

• Rolamentos isolados (anéis revestidos)
• Escovas de aterramento do eixo (especialmente para aplicações com inversores de frequência)
• Filtros de modo comum na saída do VFD
• Medição regular da tensão do eixo — pico abaixo de 0,5 V

6. Efeitos do inversor de frequência (VFD)

6.1. Deslocamento de Frequência

Todas as frequências elétricas do motor variam proporcionalmente à frequência de saída do inversor de frequência. Se o inversor de frequência operar a 45 Hz, 2×LF torna-se 90 Hz. As faixas de alarme devem ser adaptativo à velocidade.

6.2. Harmônicos PWM

A frequência de comutação (2–16 kHz) e as bandas laterais aparecem nos espectros. Podem causar ruído audível e correntes nos mancais.

6.3. Excitação Torsional

Os harmônicos de baixa ordem (5º, 7º, 11º, 13º) criam pulsações de torque que podem excitar as frequências naturais de torção.

6.4. Excitação por Ressonância

À medida que o inversor de frequência percorre uma faixa de velocidades, as frequências de excitação podem ultrapassar as frequências naturais estruturais. É necessário estabelecer mapas de velocidade crítica para equipamentos acionados por inversores de frequência.

7. Resumo do Diagnóstico Diferencial

ElétricaMecânicoAnálise 2×LFDefeitos no rotor O teste de desligamento repentino é o primeiro passo na árvore de diagnóstico. Uma vez confirmada a origem elétrica, a frequência e a direção dominantes restringem o diagnóstico.

8. Técnicas de Instrumentação e Medição

8.1. Requisitos de Medição de Vibração

8.2. Balanset-1A para diagnóstico de motores

O vibrometro portátil de dois canais Balanset-1A (VibroMera) fornece recursos essenciais para diagnóstico de vibração de motores:

Após diagnosticar e corrigir o defeito do motor, o Balanset-1A pode ser usado para balanceamento de rotor in situ — concluindo todo o fluxo de trabalho, do diagnóstico à correção, sem remover o motor.

8.3. Melhores Práticas de Medição

• Três direções — vertical, horizontal e axial — em cada rolamento. A direção axial é crucial para o deslocamento do campo eletromagnético.
• Prepare as superfícies — Remova tinta e ferrugem para um acoplamento confiável do acelerômetro.
• Condições de estado estacionário — velocidade nominal, carga, temperatura
• Condições operacionais recordes — velocidade, carga, tensão, corrente com cada medição
• Cronometragem consistente — mesmas condições para comparações de tendências
• Teste de desligamento Quando houver suspeita de vibração elétrica — leva segundos e fornece identificação confiável da fonte.

9. Referências normativas

• GOST R ISO 20816-1-2021 — Vibração. Medição e avaliação da vibração de máquinas. Parte 1. Diretrizes gerais.
• GOST R ISO 18436-2-2005 — Monitoramento de condição. Monitoramento de condição de vibração. Parte 2. Treinamento e certificação.
• ISO 20816-1:2016 — Vibração mecânica. Medição e avaliação. Parte 1: Diretrizes gerais.
• ISO 10816-3:2009 — Avaliação da vibração de máquinas. Parte 3: Máquinas industriais >15 kW.
• IEC 60034-14:2018 — Máquinas elétricas rotativas. Parte 14: Vibração mecânica.
• IEEE 43-2013 — Prática recomendada para testar a resistência de isolamento.
• IEEE 1415-2006 — Guia para testes de manutenção de máquinas de indução.
• NEMA MG 1-2021 — Motores e geradores. Limites de vibração e testes.
• ISO 1940-1:2003 — Requisitos de qualidade de balanceamento para rotores.

10. Conclusão

1. 2×LF é o indicador eletromagnético primário. Um pico proeminente exatamente no dobro da frequência da rede elétrica sugere fortemente uma fonte eletromagnética. O teste com o equipamento desligado confirma essa hipótese.
2. A direção importa. Radial 2×LF → entreferro / enrolamentos / alimentação. Axial 2×LF + 1X → deslocamento do campo eletromagnético — um dos defeitos mais destrutivos.
3. As faixas laterais contam a história. ± ⅓×LF → problemas no cabo de alimentação. ± F_p → barras do rotor quebradas. O padrão da banda lateral costuma ser mais diagnóstico do que o pico principal.
4. A resolução espectral é crucial. Para motores de 2 polos a 50 Hz, 2X e 2×LF estão separados por apenas ~2 Hz. Uma resolução ≤ 0,5 Hz é obrigatória.
5. Combinar métodos. Vibração + MCSA + MCA + Termografia. Nenhum método isolado abrange todos os defeitos.
6. Fale com os eletricistas. Os técnicos de reparação de motores possuem conhecimento insubstituível sobre motores específicos, seu histórico e condições de fornecimento.

Fluxo de trabalho recomendado

Etapas de diagnósticoMCSAVerificação Siga esta sequência sistematicamente. O teste de desligamento (passo 2) leva segundos e distingue de forma confiável entre fontes elétricas e mecânicas.

Vibrometros portáteis modernos de dois canais, como o Balanset-1A Permitir que os engenheiros de campo realizem análises espectrais de vibração com a resolução e a precisão de fase necessárias para a identificação de defeitos em motores — desde a detecção de folgas de ar irregulares por meio de análises de fase cruzada até o balanceamento in situ do rotor.