Controlo de Condição de Motores Eléctricos de Indução Trifásicos. Controlo de Condição de Motores Eléctricos de Indução Trifásicos

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1 Por: António Afonso Roque Data: 30 de Abril de 2010 Slide 1 (Análise de Vibrações versus Análise de Corrente Eléctrica) N S DatAnálise AntónioA.Roque*,J.M. F.Calado** ejosém. Ruiz*** *DatAnálise, Serviços e Técnicasde Manutenção, Lda RuaJoão TeixeiraSimões nº 2 1º andar Oeiras, Portugal **IDMEC/ISEL- Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Departamentode Engenharia Mecânica RuaConselheiro Emídio Navarro, Lisboa, Portugal *** DatAnálise España, SL Centrode Negócios Villafranca, Local Villafranca delcastillho Madrid España S DatAnálise N Data: 30 de Abril de 2010 Slide 2 1

2 Introdução Técnicas de Diagnóstico Análise Experimental Barras partidas Análise de Vibrações Análise de Corrente Eléctrica MCA ou MSCA Análise Comparativa Conclusões Data: 30 de Abril de 2010 Slide 3 Introdução - Distribuição de avarias Distribuição de Avarias em Motores Eléctricos de Indução Não especificado 10% Veio 2% Rotor 5% Causas Externas 16% Rolamentos Desequilíbrio 51% Estator 16% Data: 30 de Abril de 2010 Slide 4 2

3 Introdução Nº de barras / nº de ranhuras Data: 30 de Abril de 2010 Slide 5 Introdução Técnicas de Diagnóstico Análise Experimental Barras partidas Análise de Vibrações Análise de Corrente Eléctrica MCA ou MSCA Análise Comparativa Conclusões Data: 30 de Abril de 2010 Slide 6 3

4 Técnicas de Diagnóstico Análise de Vibrações Alguns dos problemas que podem ser detectados num motor de indução de rotor em curto-circuito, através da análise de vibração: Ao nível do estator Ao nível do rotor Estator solto Estator excêntrico Curto-circuito nas chapas de ferro magnético Rotor com barras soltas ou partidas Rotor excêntrico Excentricidade estática e dinâmica Curto-circuito nas chapas de ferro magnético Rotor empenado devido a diferencial de temperatura Data: 30 de Abril de 2010 Slide 7 Técnicas de Diagnóstico Frequências de interesse Frequência do campo girante : Frequência de deslizamento ou escorregamento : Frequência de passagens dos pólos : Frequência de passagem das barras do rotor : Frequência das ranhuras (slots) do Estator : Data: 30 de Abril de 2010 Slide 8 4

5 Técnicas de Diagnóstico Velocidade síncrona em função do nº de pólos Data: 30 de Abril de 2010 Slide 9 Técnicas de Diagnóstico Análise espectral da corrente do estator -MCA Frequência da rede como frequência central e bandas laterais espaçadas da frequência de passagens de pólos. As frequências das bandas laterais: K= 1,3,5 das Data: 30 de Abril de 2010 Slide 10 5

6 Técnicas de Diagnóstico Análise espectral da corrente do estator -MCA A identificação das bandas laterais poderá ser difícil ou mesmo impossível para valores de escorregamento pequeno(regime em vazio) Para regimes de funcionamento entre 50% a 80% da carga máxima as bandas laterais serão francamente visíveis como será confirmado na parte experimental deste trabalho. Data: 30 de Abril de 2010 Slide 11 Técnicas de Diagnóstico Análise espectral da corrente do estator -MCA O procedimento para avaliar a severidade do estado de condição do rotor consiste em determinar a diferença em amplitude entre as bandas laterais e a amplitude da frequência da rede. Quanto menor for essa diferença maior será a amplitude das bandas laterais, maior será a modulação em amplitude do sinal no tempo (sinal da corrente eléctrica) e maior será o número de barras com defeito. Ver quadro de severidade Data: 30 de Abril de 2010 Slide 12 6

7 Técnicas de Diagnóstico Espectro da corrente eléctrica Tabela de severidade Data: 30 de Abril de 2010 Slide 13 Introdução Técnicas de Diagnóstico Análise Experimental Barras partidas Análise de Vibrações Análise de Corrente Eléctrica MCA ou MSCA Análise Comparativa Conclusões Data: 30 de Abril de 2010 Slide 14 7

8 Parte Experimental Características do motor de ensaio Estator 24 ranhuras Ranhura Rotor Barra 34 barras Veio do motor DatAnálise Data: 30 de Abril de 2010 Slide 15 Parte Experimental - rotor em estudo duas barras partidas Massa de equilíbrio Duas Barras Partidas Data: 30 de Abril de 2010 Slide 16 8

9 Parte Experimental - rotor em estudo quatro barras partidas Quatro Barras Partidas Data: 30 de Abril de 2010 Slide 17 Parte Experimental - modelo didáctico utilizado Motor de ensaio Freio electrónico / Variação da carga Acelerómetro vertical Acelerómetro horizontal Data: 30 de Abril de 2010 Slide 18 9

10 Parte Experimental Sistema electrónico de controlo da carga do motor Data: 30 de Abril de 2010 Slide 19 Parte Experimental recolha de sinais eléctricos 1 Variador de frequência 2,3,4 Sinal em corrente (3 correntes) 5,6,7 Sinal em tensão (3 tensões) 8 Terra 9 Controlo auxiliar da carga do motor Data: 30 de Abril de 2010 Slide 20 10

11 Parte Experimental recolha e tratamento de sinais de vibração 1 1 Placa de aquisição de sinais multiplexados 16 canais sistema online Enwatch Rockwell Automation 2 Entradas dos sinais AC dos acelerómetros. 2 Data: 30 de Abril de 2010 Slide 21 Parte Experimental Sistema PDMA Análise da Corrente Eléctrica - MCA Data: 30 de Abril de 2010 Slide 22 11

12 Parte Experimental - diagrama funcional Data: 30 de Abril de 2010 Slide 23 Introdução Técnicas de Diagnóstico Análise Experimental Barras partidas Análise de Vibrações Análise de Corrente Eléctrica MCA ou MSCA Análise Comparativa Conclusões Data: 30 de Abril de 2010 Slide 24 12

13 Análise de Vibrações - motor sem defeito Espectros em mm/s rms 3200 linhas de resolução Fmax cpm Motor em vazio Motor em carga Data: 30 de Abril de 2010 Slide 25 Análise de Vibrações - motor sem defeito Espectros em g s Pico 3200 linhas de resolução Fmax cpm Motor em vazio Motor em carga Data: 30 de Abril de 2010 Slide 26 13

14 Análise de Vibrações - motor com duas barras partidas Espectros em mm/s rms 3200 linhas de resolução Fmax cpm Motor em vazio São visíveis mais bandas laterais da frequência de passagem dos pólos (Fpp= 277 Cpm) em volta da frequência de rotação (1430 Cpm) e algumas das suas harmónicas (2x e 5x Rpm). Motor em carga Fpp Frequência de passagem dos pólos Data: 30 de Abril de 2010 Slide 27 Análise de Vibrações - motor com duas barras partidas Zoom Espectro em mm/s rms (Fpp= 277 Cpm) em volta da frequência de rotação (1430 Cpm) e algumas das suas harmónicas (2x e 5x Rpm) linhas de resolução Motor em carga Data: 30 de Abril de 2010 Slide 28 14

15 Análise de Vibrações - motor com duas barras partidas Espectros em g s Pico 3200 linhas de resolução Fmax cpm Motor em vazio O motor em vazio a análise espectral é mais difícil ou impossível dado o baixo escorregamento. A frequência de passagem das barrase bandas laterais distanciadas 2x FL quando de motor se encontra em carga. Motor em carga Data: 30 de Abril de 2010 Slide 29 Análise de Vibrações - motor com quatro barras partidas Espectros em mm/s rms 3200 linhas de resolução Fmax cpm Motor em vazio São visíveis mais bandas laterais da frequência de passagem dos pólos (Fpp= 285 Cpm)em volta da frequência de rotação (1427 Cpm) e suas harmónicas (2x, 3x, 4x, 5x Rpm). Motor em carga Fpp Frequência de passagem dos pólos Data: 30 de Abril de 2010 Slide 30 15

16 Análise de Vibrações - motor com quatro barras partidas Zoom Espectro em mm/s rms 3200 linhas de resolução Motor em carga Data: 30 de Abril de 2010 Slide 31 Análise de Vibrações - motor com quatro barras partidas Espectros em g s Pico 3200 linhas de resolução Fmax cpm Motor em vazio A frequência de passagem das barrase bandas laterais distanciadas 2x FL quando de motor se encontra em carga. Neste caso com quatro barras partidasas amplitudes são mais elevadas Motor em carga Data: 30 de Abril de 2010 Slide 32 16

17 Introdução Técnicas de Diagnóstico Análise Experimental Barras partidas Análise de Vibrações Análise de Corrente Eléctrica MCA ou MSCA Análise Comparativa Conclusões Data: 30 de Abril de 2010 Slide 33 Análise de Corrente Eléctrica Quadro resumo Data: 30 de Abril de 2010 Slide 34 17

18 Análise de Corrente Eléctrica Espectro da corrente Motor em carga e sem problemas Data: 30 de Abril de 2010 Slide 35 Análise de Corrente Eléctrica Espectro da corrente Motor em vazio Duas barras partidas Motor em carga Data: 30 de Abril de 2010 Slide 36 18

19 Análise de Corrente Eléctrica Espectro da corrente Zoom Motor em carga Duas barras partidas Duas bandas laterais Data: 30 de Abril de 2010 Slide 37 Modulação em amplitude do sinal no tempo da corrente eléctrica 50 Hz Razão para o aparecimento das bandas laterais Data: 30 de Abril de 2010 Slide 38 19

20 Análise de Corrente Eléctrica Espectro da corrente Motor em vazio Quatro barras partidas Motor em carga Data: 30 de Abril de 2010 Slide 39 Análise de Corrente Eléctrica Espectro da corrente Zoom Motor em vazio Quatro barras partidas Duas bandas laterais Data: 30 de Abril de 2010 Slide 40 20

21 Análise de Corrente Eléctrica Espectro da corrente Zoom Motor em carga Quatro barras partidas Duas bandas laterais Data: 30 de Abril de 2010 Slide 41 Introdução Técnicas de Diagnóstico Análise Experimental Barras partidas Análise de Vibrações Análise de Corrente Eléctrica MCA ou MSCA Análise Comparativa Conclusões Data: 30 de Abril de 2010 Slide 42 21

22 Análise Comparativa Variação do escorregamento [%] com a carga Escorregamento para 2 e 4 Barras Partidas 8,00 7,00 Duas e quatro barras partidas Escorregamento [%] 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 2 Corrente [A] Escorregamento para 4 barras rotas Escorregamento para 2 barras rotas Data: 30 de Abril de 2010 Slide 43 Análise Comparativa Variação da Banda Inferior com a carga Amplitude Banda Inferior para 2 e 4 Barras Partidas Quatro barras partidas -34,00 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 2 Duas barras partidas Amplitude [db] -37,00-40,00-43,00-46,00-49,00-52,00 Corrente [A] Amp Banda Inferior 4 Barras Rotas Amp Banda Inferior 2 Barras Rotas Data: 30 de Abril de 2010 Slide 44 22

23 Análise Comparativa Variação da Banda Superior com a carga Amplitude Banda Superior para 2 e 4 Barras Partidas Quatro barras partidas 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1, ,00-31,00-34,00 Amplitude [db] -37,00-40,00-43,00-46,00 Duas barras partidas -49,00-52,00 Corrente [A] Amp Banda Superior 4 barras rotas Amp Banda Superior 2 barras rotas Data: 30 de Abril de 2010 Slide 45 Introdução Técnicas de Diagnóstico Análise Experimental Barras partidas Análise de Vibrações Análise de Corrente Eléctrica MCA ou MSCA Análise Comparativa Conclusões Data: 30 de Abril de 2010 Slide 46 23

24 Conclusões A análise de vibrações realizada no motor alvo deste estudo com duas e quatro barras partidas permitiu identificar o problema embora com alguma dificuldade. No caso da análise de vibrações aplicada como ferramenta de controlo de condição, porque é necessário recolher espectros de alta resolução, os tempos de aquisição serão mais elevados e eventualmente compatíveis com a aquisição de dados em massa, isto é, em rotina Controlo de Condição. Se a resolução for mais baixa (inferior a 3200 linhas) análise será mais difícil e possivelmente não será fácil separar as frequências de interesse referidas neste trabalho. Em campo, a aquisição de dados de vibração no motor será afectada pelo comportamento dinâmico da máquina movida. As frequências com origem na máquina movida, serão visíveis nos espectros recolhidos no motor introduzindo dificuldades adicionais à análise e detecção da anomalia barras partidas - e naturalmente impedindo a elaboração de diagnóstico seguro. Data: 30 de Abril de 2010 Slide 47 Conclusões A análise da corrente eléctrica MCA revelou-se ser, no caso deste defeito barras partidas- uma ferramenta muito mais sensível e como tal permitiu, a identificação mais rápida da anomalia. Como inconveniente desta técnica recorda-se a dificuldade na recolha sistemática dos dados em rotina, pois embora a aquisição seja rápida a necessidade de garantir condições físicas e de segurança para a aquisição dos sinais em corrente e tensão, torna morosa, a fase de recolha. Como conclusão e no caso de equipamento críticos críticos em termos da sua inserção no processo industrial ou/e críticos em termos económicos - onde os argumentos referidos anteriormente perdem algum peso, a utilização das duas técnicas em simultâneo será a opção mais correcta. O diagnóstico será muito mais seguro se, após a análise em paralelo dos dados recolhidos pelas duas técnicas, as conclusões forem as mesmas. Data: 30 de Abril de 2010 Slide 48 24

25 Conclusões / Trabalhos futuros Em trabalhos futuros serão estudados outros defeitos: excentricidade estática excentricidade dinâmica desequilíbrio de fases Será utilizado o mesmo modelo experimental e a mesma metodologia seguida neste primeiro trabalho de forma a complementar as conclusões agora aqui expressas. Data: 30 de Abril de 2010 Slide 49 Muito Obrigado. António Afonso Roque Data: 30 de Abril de 2010 Slide 50 25

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