08 A Análise de corrente de alimentação

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Diagnóstico de Motores Eléctricos 8 Análise de
Corrente
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Relatórios
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Tecnologias preditivas

Vibrações
Medição de tensão em veios
Emissão acústica
Análise de motores elétricos
Termografia
Ultrassons
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Tecnologias corretivas

Equilibragem no local
Alinhamento de veios
Proteção de rolamentos
Calibração de cadeias de monitorização de
vibrações
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Conteúdo do curso (I)

• 01 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Controlo
  de Condição de Motores Elétricos - uma perspetiva
• 02 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Princípio
  de Funcionamento
• 03 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Modos de
  Falha
• 04 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Frequência
  das vibrações
• 05 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Tipos de
  anomalias elétricas e suas vibrações
• 06 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Tipos de
  anomalias mecânicas e suas vibrações
• 07 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Pata coxa

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Conteúdo do curso (II)

• 08 Diagnóstico de Motores Eléctricos - A Análise
  de Corrente
• 09 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Medição de
  tensão no Veio
• 10 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Medição de
  Temperatura
• 11 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Vibrações
  em motores DC
• 12 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Proteção
  de rolamentos em motores accionados por
  variadores de frequência.
• 13 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Introdução
  à ISO 209582013 - Análise de assinatura elétrica
  de motores de indução trifásicos
• 14 Diagnóstico de Motores Elétricos pela técnica
  de comparação com modelo matemático MCM

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Mapa espetral
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Barras do rotor

• Em motores de gaiola de esquilo submetidos a
  continuos arranques e que operam em elevadas
  condições de carga, ocorre com frequência a
  rotura de barras do rotor.
• É importante o seu diagnóstico, já que
  frequentemente enviam-se motores para rebobinar
  que não apresentam defeito nenhum no estator, mas
  que perderam o binário de arranque devido a
  discontinuidades nas barras do rotor.
• Quando um motor arranca, especialmente em
  carga, uma elevada corrente atravessa as barras
  do rotor, o que origina uma forte tensão térmica
  e mecanica. Ao chegar a um número elevado de
  arranques, começará a desenvolver-se o problema
  de rotura nas barras ou altas impedâncias em
  anéis de curto-circuito da jaula pontos de alta
  resistência em geral.

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Barras do rotor

• Fases de desenvolvimento
• Uma barra fissura-se devido ao stress térmico e
  mecânico originados pelas fortes correntes que
  circulam no arranque do motor.
• O aquecimento da fissura origina deformação do
  rotor. Em consequência, aparece um desequilibrio,
  com o qual o rotor irá para equilibrar em vez de
  se solucionar a causa raiz - o problema
  eléctrico.
• A barra parte-se e produz-se um arco eléctrico.
  Origina-se aquecimento e deformação.
• As barras contiguas transportam mais corrente do
  que deveriam, e estão consequentemente a sofre
  maior fadiga térmica e mecânica.
• As laminas magnéticas do rotor degradam-se, e o
  motor falha.

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Barras do rotor

• Quando existe uma barra partida no rotor, as
  forças magnéticas torsionais e a frequência do
  rotor são moduladas no espectro de frequência.
• A mudança de fluxo de corrente na barra partida
  produz fluxos magnéticos harmónicos que induzem
  correntes no bobinado do estator a frequências
  harmónicas da frequência da rede (50 Hz).
• Tambem ocorrem bandas laterais equidistantes de
  50 Hz a uma frequência igual ao número de pólos
  vezes a frequência de deslizamento.
• Uma ou mais barras partidas originarão vibrações
  no motor semelhantes às originadas por uma
  ovalização do rotor. Uma diferença importante é
  que a amplitude da frequência pulsante (Nº de
  polos x Fd) é proporcional à carga.
• A frequência pulsante desaparecerá quando o motor
  estiver a trabalhar em vazio, ao passo que
  estará presente no caso de um rotor com uma
  excentricidade dinâmica.

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Barras do rotor

• Como os niveis de vibração originados por barras
  partidas num rotor podem ser muito baixos, uma
  análise espectral da corrente utilizando um
  transformador adequado (pinças amperimétricas)
  numa ou mais das fases é um método muito mais
  eficaz para detectar a existência deste tipo de
  falha.

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Problemas no Rotor

• Barras sotas ou abertas do rotor são indicadas
  por bandas laterais a 2 X 50 Hz em torno da
  frequência de passagem de barras e/ou seus
  harmónicos
• FPB Número de Barras X RPM
• Frequentemente o arco eléctrico induzido entre
  as barras do motor e os anéis de topo mostrarão
  altos niveis a 2X FPB (com bandas laterais a 100
  Hz), mas pequenos ou nulos crescimentos nas
  amplitudes a 1X FPB.

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Outras anomalias no rotor a provocarem os mesmos
sintomas

• Fendas nas barras
• Mau contacto entre barra e anel de fecho
• Barras soltas no rotor
• Fendas no anel de fecho
• Juntas de alta resistência em rotores bobinados
• Porosidades de fundição em rotores de alumínio
  fundidos
• ....qualquer ponto de elevada resistência

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Laminas em curto-circuito

• Outro problema comum que pode ocorrer tanto no
  rotor como no estator é o originado por laminas
  curto-circuitadas.
• As laminas do rotor têm um recubrimento de óxido
  isolante para evitar o fluxo de corrente parasita
  de Foucault, e aumentar assim a eficiência
  magnética. São muitas as causas que podem
  originar danos nos isolamentos das laminas e
  permitir o fluxo de corrente parasita e o
  consequente aquecimento.
• As laminas curto-circuitadas originam
  aquecimentos localizados que podem causar a
  deformação térmica do ferro do estator ou do
  rotor. A vibração a 1xRPM aumentará depois do
  arranque, estabilizando-se mais tarde ao alcançar
  a temperatura de funcionamento. Ainda que se
  equilibre o rotor, as laminas curto-circuitadas
  sempre vão aquecer em exceso o motor, diminuindo
  a eficiência do motor e produzindo um
  encurtamento da sua vida útil

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Análise do espectro de corrente

• Para aplicar esta técnica, requere-se
• um analizador portátil FFT
• uma pinça amperimétrica de sensibilidade
  conhecida

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Análise do espectro de corrente

• A análise de motores pode partir de uma simples
  comparação de parametros eléctricos entre fases
  para estudar o seu equilibrio e controlar a sua
  tendência.
• Ante um desequilibrio de fases podemos intuir a
  existência de um problema eléctrico nalgum lugar
  do circuito, incluindo o bobinado do motor.
• Este desequilibrio pode dever-se a uma causa
  externa, como no caso de um defeito na
  alimentação, mas é mais provavel que seja o
  resultado de uma diferença de impedância entre os
  bobinados do mesmo motor.
• Os componentes eléctricos que integram a
  impedancia dos circuitos de fase num motor são, à
  parte da bateria de condensadores de compensação
  de factor de potência, a resistência ohmica do
  fio de cobre conductor e a inductância do
  bobinado.

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Análise do espectro de corrente

• Para a aquisição de dados, pode definir-se a
  amplitude em decibels de amperes, com o máximo de
  resolução espectral que permita o analizador
  (normalmente 3,200 linhas de resolução) e numa
  largura de banda de frequências de 0-70 Hz.
• O espectro assim tomado apresenta um pico
  dominante à frequência de rede (50 Hz) para além
  de outros picos de amplitudes inferiores
  correspondentes às modulações de frequência de
  elementos moveis tais como engrenagens, correntes
  de transmissão, etc.
• Umas modulações características num motor de
  indução são as denominadas bandas laterais (SB -
  Sidebands) localizadas sobre o pico síncrono de
  50 Hz a uma distância igual à Frequência de
  Deslizamento x Nº de Polos.
• Se as bandas laterais e suas harmónicas
  apresentarem diferenças de amplitudes inferiores
  a 50 dB relativamente ao pico síncrono, pode-se
  concluir da existência de um problema de barras
  partidas ou de um dano equivalente por
  discontinuidade do fluxo de corrente no rotor
  (poros, cavidades, anéis de curtocircuito
  partidos, etc.).

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Análise do espectro de corrente

• Para que a análise tenha fiabilidade,
  necessita-se cumprir dois aspectos muito
  importantes 
• Que a carga de trabalho do motor supere 60 do
  valor nominal da máquina (se a carga de operação
  for baixa, os problemas ficam mascarados).
• Que a velocidade de rotação se tome com absoluta
  precisão (o conhecimento exacto da RPM permite
  indicar com precisão, no espectro, as bandas
  laterais e seus harmónicos, separadas da
  frequência da rede por uma distância igual à Fd x
  Nº Polos).

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Análise do espectro de corrente

• Existem no mercado programas expert para a
  análise de espectro de corrente, que obtem o
  diagnóstico directamente com uma percentagem de
  fiabilidade em função da carga de operação.
• A entrada do valor das RPM pode-se obter com uma
  lampada estroboscópica ( ou num cálculo estimado
  baseado no consumo eléctrico, ou nas vibrações,
  etc.)

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Análise de Corrente
Mediante a análise da corrente de alimentação -
detecção de pontos de elevada resistência no
rotor - detecção de desequilíbrio entre fases
Colocação da Pinça Amperimétrica directamente no
cabo de alimentação do motor ou no quadro
eléctrico.
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Análise de Corrente
Frequência a Controlar Banda lateral de 50
Hz(FR FPP) FR - Frequência da rede 50 Hz
FPP - Frequência de passagem de pólos
( frequência de escorregamento x nº de pólos)
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Detecção de pontos de elevada resistência no
rotor oscilação da frequência a 50 Hz
àFrequência de Passagem de Pólos
A distribuição irregular de correntegera
oscilações de binário (torção) gerando
modulações da frequência da corrente de
alimentação
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Formula de Cálculo de Numero de Barras Partidas
n numero estimado de barras do rotor partidas dB
diferença, em dB, entre a amplitude da
frequência da rede e a banda lateral inferior à
FPP NP numero de pólos do estator R numero de
barras do rotor
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Análise de Corrente
Uma regra Diferença de amplitude entre FR e FPP
gt55db o motor é considerado em bom estado Quanto
menor for esta diferença maior será o número de
barras partidas no motor.
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Análise de Corrente
Motor com 4 barras partidas
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Análise de Corrente
Motor após reparação Diminuição da banda lateral
FPP
28
EFEITOS DA CARGA
- Medições efectuadas abaixo de 60 de carga
provocarão o desaparecimento gradual da
frequência FPP.
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TABELA DE SEVERIDADE
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Caso Prático
Características técnicas do motor 993.6 rpm
2516 HP 6000V - 214 A 6 Pólos nº Barras rotor
(desconhecido)
Cálculo da Frequência de Deslizamento
Fd(2xFr)/NP - rpm / 60 (2x50) / 6 - 993.6 / 60
0.1066 Hz
FPP 6 x 0.1066 0.6396 Hz
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Caso Prático
Espectro de Corrente obtido em 16 de Outubro
Diferença de amplitude entre a FR e FPP 44 db
Frequência da rede 50 Hz
FPP 0.6396 Hz
Banda Lateral de FPP calculada pelo Software
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Caso Prático I
Resultado da Análise
O programa expert determinou a existência de 1.8
barras partidas. Rotor considerado em boas
condições de serviço
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Caso Prático
Da primeira medida efectuada ao Motor não se
detectou qualquer anomalia grave no rotor
As medições a este motor continuarão a ser
realizadas segundo o plano estabelecido, ou seja,
as três primeiras medições serão efectuadas
mensalmente
Vejamos o resultado das medições de corrente
efectuada em 09 de Novembro
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Caso Prático II
Espectro de Corrente obtido em 09 de Novembro
Diferença de amplitude entre a FR e FPP 37 db
Frequência da rede 50 Hz
FPP 0.711 Hz
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Caso Prático II
Resultado da Análise
Verificou-se uma evolução significativa do nº de
barras partidas. Rotor considerado em
desenvolvimento de uma anomalia.
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Caso Prático III
Motor com 4 Barras partidas.
37
Caso Prático III
Motor reparado
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Nota 1 Oscilações de Carga
Oscilações na carga accionada também originam
oscilaçõesna corrente de alimentação. Exemplo
Engrenagens
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Nota 2 Assimetrias
O que se mede são assimetrias e
irregularidades Se houver muitas.....
40
Mapa espetral
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Sistemas de monitorização permanente

Sistemas protetivos e preditivos
Ex
Transmissores de vibrações Monitorização
permanente de vibrações Sistemas
wireless Análise da assinatura de motores
elétricos pela técnica do MCM
Meggitt Vibro-Meter
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Equipamentos portáteis

• Vibrometros
• Analisadores de vibrações
• Coletores de dados
• Medidores de ultrassons
• Sensores de vibrações

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Pode ver um artigo sobre este tema neste link
https//www.dmc.pt/analise-de-vibracoes-em-motores
-eletricos/
www.DMC.com
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Esperamos que esta apresentação tenho sido
interessante