________________________________________________________________________ SKF-Service

VIBRAES EM MOTORES ELTRICOS

________________________________________________________________________ SKF-Service

CAPTULO 1 FUNDAMENTOS DE MQUINAS ELTRICAS Neste captulo sero mostrados resumidamente os princpios de funcionamento das mquinas eltricas rotativas, a dinmica dos Campos Magnticos e das foras atuantes. Tais comentrios serviro de base ao entendimento das vibraes de origem magntica nos motores. 1.1 TERMINOLOGIA E FUNDAMENTOS

Sob o aspecto construtivo, as mquinas eltricas rotativas se constituem de trs partes bsicas, que so: - O estator, parte estacionria da mquina, quase sempre externa, constitui a estrutura suporte da mquina e responsvel pela sustentao do ncleo e enrolamentos do estator; - O rotor, parte rotativa da mquina, muitas vezes interna, formado por um eixo, parte magntica e enrolamentos. Com o estator promove a converso de energia dentro da mquina, e pelo eixo faz a ligao da potncia eltrica interna com a potncia mecnica externa. - O gap de ar, o elemento de ligao magntica entre o estator e o rotor.

O estator e o rotor em termos eltricos so formados por trs partes: - O ncleo magntico formado por chapas finas de ferro magntico isoladas entre si, mantidas bem apertadas umas s outras e aterrado carcaa. O ncleo tem formato adequado montagem das bobinas e sua alta permeabilidade magntica, de 2000 a 6000 vezes maior do que a do ar (ar, = 4.10-7 [Henry/m]), permite altos nveis de campo magntico com correntes baixas.

- Os enrolamentos, elementos bsicos das mquinas eltricas, so grupos de bobinas distribudas estrategicamente nos ncleos magnticos do estator e do rotor. Em alguns rotores, barras de alumnio formo um enrolamento chamado gaiola de esquilo.

- A isolao eltrica entre as partes da mquinas: isolao entre as espiras de cada bobina, entre as bobinas, e entre as bobinas e o ncleo. A isolao um item crtico das mquinas e o maior perigo a elevao da temperatura.

Pequenos movimentos das espiras no ncleo ou transitrios na linha podem provocar pontos de alta tenso com ruptura localizada do isolamento.

A fig. 1.1 mostra o esquema de mquinas simples onde as bobinas estatricas ligadas em srie formam uma bobina nica de N espiras e criando um par de plos.

Para facilitar os comentrios sobre os fenmenos magnticos e suas associaes com a dinmica eltricas, contm repassar rapidamente os fundamentos dos circuitos eletromagnticos. Para tal, ser considerada uma mquina simples com um par de bobinas no estator e um rotor tipo gaiola.

Figura 1.1 Aspecto Constritivo

________________________________________________________________________ SKF-Service

Figura 1.1.1 Exemplo de Mquina

1.2 FUNES E DENOMINAES DOS ENROLAMENTOS

O enrolamento das mquinas eltrico rotativas tem a funo principal de provocar a circulao dos fluxos magnticos internos, que iro criar os plos magnticos no estator.e no rotor. A ao mtua de atrao e repulso entre os plos gera torque mecnico. As correntes eltricas que circulam nos enrolamentos criam a magnetizao interna da mquina e fornecem energia carga.

Se a corrente em um enrolamento varia com a carga aplicada na mquina ela chamada corrente de carga - load current, ou se ela somente cria o campo magntico e independente da carga chamada corrente de magnetizao ou ento, corrente de excitao que quase sempre corrente contnua cc.

O enrolamento que apenas conduz a corrente de carga chamado de armadura, e aquele que conduz apenas a corrente de magnetizao chamada de enrolamento de campo. Se o enrolamento conduzir a corrente de carga e tambm a de magnetizao chamado Primrio e entrada de potncia, e o enrolamento de sada chamado de secundrio. A energia que passa pela bobina de campo, a 2% da total, dissipada em forma I2R, exceto na partida, 1 a 2 segundos, quando a energia armazenada no circuito magntico. A parcela principal da potncia, em torno de 98%, circula pela armadura.

O quadro abaixo d uma visualizao destas denominaes.

MQUINA FUNO NOME LOCALIZAO CORRENTE

Mq sncrona Input/output magn Armadura/campo Estator/rotor ac/dc

Mq dc Input/output Armadura/campo rotor/estator ac-bobinas

Mq de induo Input/output primario/secund Estator/rotor dc-bobimas

Transformadores Input/output primario/secund ac/ac 1.3 POLARIDADE MAGNTICA E PLOS MAGNTICOS

________________________________________________________________________ SKF-Service

O torque nas mquinas eltricas desenvolvido pela atrao e repulso entre os plos

magnticos do estator e rotor e pelas foras nos condutores do rotor. As bobinas do estator e do rotor so distribuda de forma estratgica para criar plos

magnticos no estator e no rotor. A quantidade e o posicionamento dos plos so determinados de modo que a mquina execute bem o seu servio. Eles esto localizados nas superfcies externa do rotor e interna do estator, o mais prximo possvel do gap de ar. Para a mquina ter torque contnuo, o nmero de plos do estator deve ser igual ao do rotor. As mquinas so referenciadas pelo nmero de plos, por exemplo: hidrogerador de 12 pares de plos, motor de 6 plos etc.

Em algumas mquinas as bobinas do estator e do rotor so montadas em peas magnticas formando plos salientes. A Fig. 1.2 mostra uma mquina com plos salientes cujas extremidades formam sapatas magnticas que melhoram a distribuio do fluxo magntico. As bobinas so montadas na cintura formada pelas sapatas. Mquinas dc e muitas mquinas sncronas so do tipo plos salientes.

Figura 1.2 Mquinas de Plos Salientes

A turbulncia e rudo criados, e principalmente, a baixa resistncia mecnica dos

plos salientes probem seu uso em mquinas rpidas.

Em outra forma construtiva, cada bobina do enrolamento subdividida em vrias bobinas menores para distribuio em torno da periferia dos ncleos do estator e do rotor. Com isto, as bobinas podem ser.arranjadas de vrios modos. Com os ncleos lisos, as mquinas so chamadas de cilndricas.

Cada bobina construda e conformada com dois lados retos para se encaixar nas ranhuras com curvaturas adequadas nos extremos para no impedir a montagem das outras bobinas.

O arranjo das bobinas de tal modo que cada po1o magntico formado por um subconjunto de bobinas. Ao longo do gap de ar, o campo magntico tem distribuio mais uniforme.

A distribuio de campo magntico na periferia do estator muda muito se a mquina tem apenas uma bobina estatricas colocada em um par de ranhuras, ou po1os salientes, ou bobinas distribudas (imbricadas) ou ainda, bobinas concntricas. Nos arranjos comentados, um condutor do rotor passando junto ao gap de ar ir perceber variaes abruptas na direo e intensidade do campo magntico, tendendo formao tpica de onda quadrada. A decomposio da forma de onda do campo por Fourier dar uma famlia de harmnicas impares. Com destaque ao contedo de energia da terceira e quinta harmnicas. A Fig. 2.3 mostra a distribuio do campo magntico em uma mquina de enrolamento imbricado.

Nas mquinas mdias e grandes, os enrolamentos so do tipo dupla camada, ou seja, dois lados de bobina em cada ranhura, um no fundo e outro no topo.

________________________________________________________________________ SKF-Service

Em funo do nmero de fases e de plos, haver um nmero timo de ranhuras, com melhor distribuio do fluxo magntico entre estator e rotor e maior atenuao da ao das harmnicas superiores do campo magntico.

A distancia entre os lados da bobina chamada passo da bobina (coil pitch) e denominado por . O espaamento das ranhuras e chamado passo da ranhura (slot pitch) denominado pela letra y. Na distribuio das bobinas, a distancia entre os plos chamada passo polar. O conjunto de ranhuras adjacentes que contm os lados de bobinas de uma mesma fase constitui uma distancia que chamada phase belt e normalmente expressa em graus eltricos.

Quando o passo da bobina igual ao passo polar, distancia de 180 eltricos, esta mquina dita ser de passo completo. Se o passo da bobina for menor do que o passo polar, a mquina do tipo passo fracionrio (p. exemplo: 5/6, 8/9 etc). Se o nmero de ranhuras por plo por fase no for inteiro, tem-se o chamado enrolamento fracionrio. Exemplo: mquina trifsica com 36 ranhuras no estator e 4 plos tem 9 ranhuras por plo (passo polar = 9), passo da bobina = 8 (passo fracionrio 8/9), 12 ranhuras por fase, phase belt = 30 eltricos (360 eltricos/3 fases/4 plos) e 3 ranhuras/fase/po1o. 1.4 - MOTORES DE CORRENTE CONTNUA

Os motores de corrente contnua tem como grande vantagem preciso e flexibilidade de regulao da rotao. A confiabilidade e a suavidade de funcionamento compensam o custo mais alto tanto do motor como da fonte de corrente contnua para o acionamento.

Na mquina dc, o campo magntico B [Tesla] criado por bobinas do estator, atravessa o rotor que em suas ranhuras longitudinais, contm vrias bobinas cujos terminais so ligados a um comutador.

Atravs de escovas ligadas ao comutador, a fonte dc externa excita a bobina do rotor que est alinhada com os plos do estator. A bobina excitada cria dois efeitos de torque mecnico: (a) quando a corrente circula na bobina, seus condutores em movimento dentro do campo,

eq. (7) na pgina 4, geram foras tangenciais ao rotor gerando torque; (b) a bobina excitada cria um campo magntico perpendicular ao campo do estator. Isto

gera atrao e repulso entre os plos do rotor e do estator criando torque no rotor.

Sob a ao destes dois torques, o rotor gira fazendo que o conjunto escovas-comutador desenergize aquela bobina e excite a prxima. Com esta seqncia, o motor assume movimento uniforme. A Fig. 1.3 mostra um esquema de um motor de corrente contnua.

Figura 1.3 Esquema de um motor d.c.

________________________________________________________________________ SKF-Service

1.5. MQUINAS DE CORRENTE ALTERNADA

Nas mquinas ac, o enrolamento do estator formado por um conjunto de bobinas ligadas em srie e montadas aos pares para criar os pares de plos. Cada par de bobinas percorrido por uma corrente I estabelece um campo magntico H criando os plos Norte e Sul. Na mquina polifsica, n fases, o enrolamento repetido n vezes e existiro n campos magnticos, H. com i = 1 at n. 1.6 MQUINAS SNCRONAS

O campo magntico criado no estator gira dentro da mquina ac e para usar a energia deste campo, colocado um rotor com seus prprios campos magnticos dentro do estator.

Para que o torque da mquina seja contnuo, o rotor deve ter o mesmo nmero de plos do que o estator. Os rotores de mquinas ac podem ser cilndricos ou de plos salientes e nos dois casos os plos magnticos so gerados por bobinas alimentadas por corrente contnua. Entre os plos magnticos do estator e do rotor acontece efeitos de atrao e repulso de modo que os campos magnticos do rotor ficam acoplados ao campo girante do estator. Com isto, o rotor gira junto o campo sncrono do estator.

Nas mquinas sncronas o rotor alimentado com corrente dc, atravs de anis coletores. Nas mquinas sncronas brushless, alm do enrolamento normal, o rotor tem um gerador dc para alimentar as bobinas do rotor e um enrolamento tipo gaiola para a partida. Os motores brushless partem como um motor induo.

A Fig. 1.4 mostra esquemas de mquinas sncronas.

Figura 1.4 Esquemas de Mquinas Sncronas

1.7 MQUINAS ASSNCRONAS OU DE INDUO

A mquina assncrona tem o estator semelhante ao das mquinas sncronas. A diferena que o rotor assncrono excitado por correntes induzidas pelo campo do estator e no pela rede externa, conforme Fig. 2.8.

Ligando o motor assncrono, o campo do estator gira sncrono em torno do rotor parado e faz circular correntes induzidas gerando o campo rotrico e o torque mecnico. Vencida a inrcia da carga, a rotao aumenta diminuindo a velocidade relativa entre o campo H e o rotor e as correntes induzidas. Quando a potncia do motor se equilibra com a da carga, a rotao se estabiliza em um valor um pouco menor do que a velocidade sncrona. Quanto maior a carga, menor ser a rotao nominal do rotor.

O rotor ser sempre arrastado pelo do campo magntico, nunca chegando rotao sncrona, pois assim no haveria induo de corrente e a potncia seria zero.

Os motores assncronos podem ter dois tipos de rotores.

________________________________________________________________________ SKF-Service

Rotor de gaiola: o circuito retrico formado por barras curtocircuitadas por anis. De construo simples e robusta tem baixo custo e adequado para quase todos os tipos de cargas.

Rotor bobinado: os terminais das bobinas do rotor so ligados a anis coletores para ligao com resistncias externas que fecham o circuito rotrico. Nos rotores bobinados, as resistncias externas tem vrias funes importantes:

1 - controlam as correntes do rotor regulando o torque; 2 - aumentam o torque de partida limitando a corrente; 3 - regulam a eficincia total do motor.

Figura 1.5 Esquema de uma Mquina Assntota

1.8 ESCORREGAMENTO

Para gerar potncia mecnica, o motor assncrono tem rotao menor do que a do campo H mantendo um escorregamento magntico. Com isto, as correntes induzidas no rotor circulam com freqncia igual quela em que o campo corta os condutores do rotor. Da, os efeitos dinmicos so gerados por trs freqncias: a sncrona do campo, a de rotao do rotor e a das correntes induzidas no rotor.

A diferena entre as velocidades sncrona n e nominal n, o escorregamento e pode ser expresso por Velocidade de Escorregamento dado em RPM, ou por frao ou porcentagem da velocidade sncrona:

Qualquer variao sentida pelo motor seja flutuaes da carga ou oscilaes em qualquer um dos elementos eletromagnticos do motor, a corrente I no estator ser afetada com o mesmo contedo harmnico. Da: Problemas no ESTATOR, tais como: desbalanceamento de foras magnticas, bobinas em

curto, variam a impedncia, do estator e conseqentemente afetam a corrente I; Problemas na INDUO MAGNTICA, tais como: variaes no gap de ar provocadas

por excentricidade do rotor, variam a impedncia de magnetizao equivalente Z e conseqentemente afetam a corrente I;

Problemas no ROTOR, tais como: barras do rotor que ra as ou trincadas, alteram a

impedncia do rotor, e da, afetam a corrente I.

________________________________________________________________________ SKF-Service

Conclui-se ento que tanto os defeitos ocorridos no Estator ou no Rotor, como os problemas Magnticos, afetam a corrente I do estator.

Portanto, medindo e analisando as oscilaes (modulaes em torno da freqncia tpica fundamental = 60 Hz) na corrente I, possvel diagnosticar defeitos no motor.

Posteriormente, ser visto que estas alteraes na corrente induzem oscilaes nas foras magnticas dentro do motor; estas por sua vez interagem com a estrutura do motor eltrico, que responde na forma de vibrao mecnica.

Se por qualquer motivo as resistncias, reatncias ou indutncias oscilarem no tempo, o torque mecnico do motor tambm oscilar, provocando vibraes torcionais do eixo, na mesma freqncia (ou freqncias) das oscilaes eltricas.

Baseando-se nestas consideraes, este curso mostrar, que a anlise espectral da vibrao na carcaa ou mancais do motor e a anlise espectral da corrente no estator so ferramentas poderosas para um programa de manuteno preditiva de motores eltricos.

________________________________________________________________________ SKF-Service

CAPITULO 2 TCNICAS DE ANALISE ESPECTRAL Neste captulo sero comentados sucintamente, os recursos de anlise dos novos de sinais,

dinmicos atualmente disponveis no mercado.

2.1 INTRODUO

O mercado hoje oferece uma coleo muito diversificada de analisadores de espectro, todos baseados na tcnica FFT - Fast Fourier Transformer, um algoritmo matemtico que executa a decomposio em freqncia de um sinal dinmico qualquer pelo processo de Fourier.

Os modernos analisadores de sinais so portteis e tem um, dois ou quatro canais e diversos tipos de entrada. a calibradas para sinais em tenso; . b pr-amplificadores para acelermetros piezo-eltricos; . c conexo ICP para acelermetros pr-amplificados, e . d conexo para sondas de temperatura.

Na anlise de motores eltricos visando inclui-los nos programas de Manuteno

Preditiva, so dois os parmetros mais importantes a serem medidos e analisados: as vibraes mecnicas e a corrente eltrica que circula pelo estator. Com caractersticas prprias, cada uma delas tem suas formas peculiares de medida, cujos detalhes mais importantes sero vistos a seguir.

A corrente do estator captada por um TC - transformador de corrente ligado a uma

resistncia de carga para fornecer sada em tenso. Conhecendo a relao entrada/sada do TC (e. g. 100:1 ou 1000:1 [A/A]) e o valor do shunt em 2, a corrente do estator em Ampres ser medida corretamente. O analisador fornecer o valor global e a amplitude em Ampres de cada componente harmnica da corrente do estator.

Os alicates amperimtricos adaptados para fornecer sada calibrada de tenso so

muito teis na captao da corrente do motor. Nos motores grandes ou em instalaes muito protegidas, os cabos de alimentao do motor normalmente no so acessveis e a corrente ento ter de ser captada-nos TC's do quadro de comando.

Na medida e anlise de corrente eltrica, todo cuidado deve ser tomado para no

exceder o valor admissvel de entrada permitido para o instrumento. O limite mximo deve considerar uma margem de segurana para suportar picos e transitrios. O captador de corrente dever ter sistema de proteo para tenso mxima de sada, incluindo a proteo tpica para uso de Transformadores de Corrente.

Para medir as vibraes usa-se acelermetro especificado de acordo com a faixa de

freqncia desejada, ou seja, nveis de vibrao esperados. Os acelermetros so instalados na carcaa dos motores o mais prximo possveis dos

mancais e as medidas so preferencialmente feitas na direo radial.

________________________________________________________________________ SKF-Service

2.2 ANALISADR E MODERNOS DE SINAIS DINAMICOS

Os modernos e portteis analisadores de sinais baseados em microcomputadores dedicados tem como funes principais:

1 - mostrar a forma de onda dos sinais; 2 - mostrar o contedo de freqncias, atravs do espectro; 3 - medir os nveis em unidades corretas, e 4 - memorizar as medidas para processamento posterior.

Para executar estas funes, os analisadores tem suas funes bsicas e uma coleo

de procedimentos opcionais que as complementam. As funes bsicas so implementados por software ou por hardware pelo fabricante do analisador e o usurio no tem acesso a eles.

Entre os diversos fabricantes percebe-se algumas diferenas na arquitetura interna, no gerenciamento das informaes e formas de memorizar as medies. A grande maioria dos fabricantes fica empatados nos recursos de anlise, na velocidade de clculo e na quantidade de memria.

O usurio far sua opo baseado na facilidade de uso, portabilidade, confiabilidade, softwares de apoio e resistncia mecnica do analisador. 2.2.1 AQUISIO DO SINAL Para executar qualquer procedimento de medio ou de anlise, o sinal deve ser digitalizado e memorizado no analizador para depois ento executar qualquer uma de suas funes. O sinal analisar passa pelo circuito de entrada e colocado entrada de um conversor A/D (anlogo/digital) para a aquisio que tem dois parmetros importantes: Tempo de Aquisio: O analisador dever aquisitar um tamanho de amostra tempo de amostragem que permita constituir uma amostra representativa do sinal a analisar mantendo suas informaes. No. de amostras: A digitalizao do sinal consiste em expressa-lo por uma coleo de pares de valores tempo e amplitude. O nmero de pares de valores dever ser suficiente para reproduzir o sinal inclusive as componentes de alta freqncia. 2.2.2 RESOLUO DE FREQUENCIA O sinal aquisitado processado pelo algoritmo da FFT para determinar o espectro de freqncias. O clculo do FFT baseado em um limite superior de freqncia e em determinado nmero de linhas, que pode ser 50, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200 e 6400. Com isto, tem-se um efeito de filtragem por discretizao de freqncias co influncia direta na Resoluo de freqncia. A resoluo de freqncia o resultado da diviso do limite superior de freqncia pelo nmero de linhas e dada em [Hz/Linha]. Nos motores de induo ocorrem muitas vezes, modulaes das foras magnticas e mecnicas pela corrente do rotor na freqncia de escorregamento. As bandas laterais criadas so muito prximas (2X escorregamento), exigindo que o analista combine baixo limite

________________________________________________________________________ SKF-Service

superior de freqncia, alto numero de linhas e uso de zoom para poder destacar os indicativos destas modulaes. 3.2.3 OUTROS RECURSOS

Leituras Mdias: No modo mdia, o analisador colocado em modo repetitivo no processo de aquisio do sinal e clculo do FFT. A cada novo espectro calculado, o analisador executa o clculo da mdia, linha por linha, de todos os espectros anteriores. Na anlises de motores basta usar a Mdia Linear que atenua ou at mesmo anula sinais aleatrios presentes nas medidas.

Cursor e Marcador de Harmnicas: Os analisadores possuem um cursor que pode ser deslocado para qualquer regio de display destacando no espectro, os valores de amplitude e freqncia das componentes individuais, ou na forma de onda indicando a amplitude e o tempo. O comando de harmnicas mostrar as posies dos mltiplos da freqncia indicada pelo cursor. O contedo harmnico daquela componente ou outras componentes associadas freqncia do cursor sero destacados para a anlise pelo usurio

Zoom: A funo zoom aumenta a resoluo de freqncia em uma faixa escolhida do

espectro, permitindo medir e analisar componentes de freqncias muito prximas, tais como bandas laterais geradas por modulaes.

Trigger Externo: Os analisadores tm entrada para um sinal de trigger externo para

sincronizar o processo de clculo com o sinal analisado. Este evento externo pode ser um pulso eltrico qualquer, a passagem de uma chaveta ou um nvel pr-determinado de vibrao ou de corrente. Combinando o trigger externo e com o tempo de aquisio, possvel analisar apenas uma parte do ciclo da mquina ou processo em estudo.

________________________________________________________________________ SKF-Service

CAPITULO 3 -PRINCPIOS, BSICOS DE VIBRAES DE ORIGEM MAGNTICA NAS MQUINAS ELTRICAS.

Neste captulo sero tratadas as vibraes mecnicas de origem magntica nas mquinas eltricas. Para entender e analisar estas vibraes, sero estudados os aspectos dinmicos das interaes eletromagnticas que acontecem nas mquinas eltricas. 3.1 INTRODUO.

A mquina eltrica tem peculiaridades que a diferenciam das outras mquinas industriais e tornam sutil sua anlise dinmica: 1- tem um campo magntico H que gira dentro do estator, em rotao sncrona com a freqncia da rede (nS = fRede / pares de plos) e se comporta como se fosse um rotor verdadeiro. 2- o rotor girando dentro da mquina tem os problemas vibratrios normais de uma mquina qualquer; 3- existe circulao de corrente pelos condutores do rotor eltrico criando foras magnticas. Se for uma mquina assncrona, a corrente circula com a freqncia de escorregamento, muito menor do que a rotao do rotor e do que a freqncia da rede.

O campo magntico H sncrono do estator atua diretamente nas partes magnticas do estator e atravs do gap, atinge o rotor onde desenvolve foras e torques dinmicos proporcionais intensidade da corrente rotrica. A parcela til deste campo girante H gira o rotor produzindo energia mecnica aproveitvel no eixo do motor.

Se o circuito magntico do motor estiver com assimetrias e/ou descontinuidades, o fluxo magntico sofrer perturbaes e oscilaes dinmicas. O campo H tambm perturbado gerar foras e momentos desequilibrados. Os resultados imediatos sero a reduo da potncia til e rudos e vibraes anormais no motor.

As oscilaes das foras vibraro toda a estrutura da mquina, propagando vibraes para a vizinhana. J as flutuaes do torque provocaro vibraes torcionais no sistema dinmico formado pelo rotor da mquina, eixo de transmisso e o rotor da carga. Sistemas de inrcias-grandes respondero menos s excitaes torcionais, mas todo o cuidado deve tomado -para evitar ressonncias torcionais.

A corrente circulando nos condutores do rotor na freqncia de escorregamento, tambm criar esforos dinmicos que iro interagir com outros esforos na mquina. Com certeza haver combinaes dinmicas resultando em batimentos, modulaes AM e/ou FM. As provveis portadoras sero as freqncia de rotao e a freqncia das foras magnticas, 120 Hz.

Como mostrado no Captulo 2, o escorregamento nas mquinas assncronas pode ser expresso por Velocidade de Escorregamento em [RPM], por Escorregamento Especfico, por Escorregamento Percentual. A freqncia de circulao da corrente no rotor a Freqncia de Escorregamento dada por fs = fRede [Hz].

A medida e anlise corretas destas manifestaes possibilitam identificar e corrigir os problemas. Quando as origens dos defeitos forem compreendidas, elas podero ser estudadas e aplicados mtodos de eliminao. a Manuteno Produtiva Total.

________________________________________________________________________ SKF-Service

Experincia mostrou que problemas puramente mecnicos podem causar problemas eltricos significantes, quando avaliada com outro motor mas mesmas condies ou anlise de vibrao (por exemplo, um severo desalinhamento pode criar um air gap varivel entre o rotor e o estator afetando ambas anlises). Ento, quando tais testes indicarem problemas eltricos, sempre uma idia uma anlise de vibrao detalhada que confere tais problemas mecnicos antes de enviar o motor para consertos potencialmente caros e desnecessrios. Primeiro corrija qualquer problema mecnico (desbalanceamento, desalinhamento, problemas de rolamentos, etc.). Ento repita os testes de corrente e vibrao para avaliar as condies eltricas para depois mandar para o conserto, s enviando o motor se necessrio

importante que quando suspeitado um problema eltrico a condio deve ser evacuada fazendo trabalhar a mquina em carga mxima. Resoluo fina de freqncias muito importante para separar os problemas eltricos dos mecnicos (para ranges de freqncia escolhidos, um analisador que no mostre duas freqncias individuais) tambm indicado o uso de amplitudes logartmicas para evaluar vrios problemas eltricos em lugar da escala linear (A primeira razo para o uso detectar a possvel presena da passagem de plos Fp e suas bandas laterais ao redor de 2X a linha de rede). 3.2 PROBLEMAS QUE PODEM SER DETECTADOS A PARTIR DA ANLISE DE VIBRAO

Excntricidade do Estator, Lminas em curto ou Ferro Solto Problemas de Estator geram vibraes em 2X a freqncia da linha (2F=120 Hz). A Excentricidade do estator produz um espao vazio estacionrio desigual entre o Rotor e o Estator, o que produz alta vibrao bem definida em freqncia. O Air Gap Diferencial (Entre-Ferro) no deve exceder 5% para motores de induo e 10% para motores sncronos. Ps amortecidos ou bases isoladas podem acarretar a excentricidade do estator. O ferro solto devido fragilidade ou a folga do suporte do estator. Lminas de estator curto-circuitadas podem causar o aquecimento localizado irregular, o que pode fazer curvar o eixo do motor, produzindo vibrao induzida termicamente que pode crescer significativamente ao longo do tempo de operao.

Figura 3.1

Rotor Excntrico

Rotores excntricos produzem um Air Gap (Entre-Ferro) entre o rotor e o estator que induz vibrao pulsante (normalmente entre 2 FL e o harmnico da velocidade de operao mais prximo). Muitas vezes exige um zoom de espectro para separar 2 FL e Harmnicos da velocidade de operao. Rotores excntricos geram 2 FL cercado de bandas de Passagem de Plos (FP), bem como bandas laterais em volta da velocidade de operao. A prpria FP aparece em freqncia baixa (Freqncia de passagem de Plo = Freqncia de Escorregamento X No. de Plos). Valores comuns de FP vo de aproximadamente 20 120 CPM (0,3 a 2,0 Hz).

________________________________________________________________________ SKF-Service

Figura 3.2

Problemas de Rotores Anis de Curto e/ou Barras de Rotor trincadas ou quebradas, Soldas ruins entre Barras e Anis em curto, ou Lminas de Rotor Curto-Circuitadas, produziro alta vibrao na velocidade de operao 1x com bandas laterais iguais Freqncia de Passagem de plo (FP) ou 2X Freqncia de Sincronismo. Alm disso, Barras de Rotor quebradas geraro muitas vezes bandas laterais (FP ou 2FS) em volta do terceiro, quarto e quinto harmnicos da velocidade de operao. Barras do rotor frouxas so indicadas por bandas laterais de espaamento igual 2X Freqncia da Linha (2 FL) em torno da freqncia dae Passagem de Barras do Rotor (RBPF) e/ou seus Harmnicos (RBPF = No. de Barras X RPM). Muitas vezes causar nveis altos em 2 X RBPF, com apenas uma pequena amplitude em 1 X RBPF.

Figura 3.3 Figura 3.4

Problemas de Fase (Conector Solto)

Problemas de Fase devidos a conectores frouxos ou partidos podem causar uma vibrao excessiva em 2X a Freqncia da Linha (2 FL), a qual ter bandas laterais em sua volta em 1/3 da Freqncia da Linha (1/3). Nveis em 2 FL podero ultrapassar 1,0 polegada/segundo se o problema no for corrigido. Isto ser particularmente problemtico se o conector defeituoso fechar e abrir contato periodicamente.

Figura 3.6

Motores Sncronos (Bobina estator solta)

Bobinas do Estator frouxas, em motores sncronos, geraro nitidamente alta vibrao na Freqncia de Passagem da Bobina (CPF), que igual ao No. de Bobinas do Estator X RPM (No. Bobinas do Estator = No. de Plos X No. de Bobinas/Plo). A freqncia de Passagem da Bobina ter em sua volta bandas laterais de 1 X RPM.

________________________________________________________________________ SKF-Service

Figura 3.7

Problemas de Motores de Corrente Continua

Problemas em motores de CC podem ser detectados por amplitudes maiores que a normal na Freqncia de Disparo de SCR (6 FL) e seus harmnicos. Estes problemas incluem enrolamentos de campo partidos SCR com mau funcionamento e conexes soltas. Outros problemas, inclusive fusveis queimados ou soltos e cartes de controle em curto, podem causar picos de grande amplitude em Freqncia da Linha de 1X at 5X (3600 18000 CPM).

Figura 3.8

________________________________________________________________________ SKF-Service

3.3 PROBLEMAS COM ESTATORES Anlise de Vibraes podem detectar os seguintes problemas com estatores.

. Estatores Excntricos (um motor excntrico produz um air gap diferencial estacionrio entre o rotor e o estator);

. Quebra de Lminas;

. Ferro solto. Esses problemas tm as seguintes caractersticas:

1. Todos os problemas com o estator so gerados a alta vibrao de 2X a freqncia de linha, porem no necessariamente gera bandas laterais freqncia de passagem de plos no estator, no sendo ento demodulada na velocidade de rotao nem na freqncia de escorregamento.

Na fig. 3.9 o espectro mostra a alta amplitude de 0,230 in/sec em 7200 CPM excedendo a Banda 3. Outro espectro coletado no mesmo dia define melhor o acontecido, fig. 3.10, o espectro mostra altos nveis de 0,228 in/sec em 7200 CPM (2FL) e em 0,0044 in/sec a 2X RPM. Tambm pode se notar a ausncia de bandas laterais ao redor de 2X FL indicando o problema com o estator.

2. Motores novos ou recondicionados no devem exceder picos de 0,05 in/sec e motores j em servios no devem superar 0,100 in/sec (para motores de 50 HP a 1000 HP) estas amplitudes so especificas para 7200 CPM. Em motores de mquinas de preciso a amplitude de 2 FL no deve exceder 0,25 in/sec.

3. Air Gap diferencial no deve exceder 5% para motores de induo e 10% para motores sncronos. Se a amplitude de 2 FL cresce no tempo o motor deveria ser inspecionado. Para achar a diferencial pode-se marcar um ponto no rotor e no estator (ambos devem estar corretamente alinhados) e medir seu air gap, girando 45, medindo-se novamente a diferena do air gap. O prximo passo girar novamente 45 e se o diferencial de air gap varia mais de 5% o diferencial causado por rotor excntrico.

4. O ferro solto devido fragilidade ou folga do suporte do estator. 5. Lminas de estator curto-circuitadas podem causar o aquecimento localizado irregular

no motor, produzindo vibrao induzida termicamente que pode crescer significativamente ao longo do tempo de operao.

Figura 3.9 Espectro de um Motor com Fmax = 50X RPM

________________________________________________________________________ SKF-Service

Figura 3.10 Zoom do espectro indicando problemas com o estator

3.4 ROTOR EXCNTRICO No caso de um rotor excntrico, o rotor no est centrado na linha de centro produzindo

um desigual air gap entre o rotor e o estator ( oposto ao air gap estacionrio no caso do estator excntrico). Um rotor excntrico pode ser causado por quebra das lminas do rotor causando aquecimento localizado, induzindo ao rotor se curvar ou simplesmente sair do seu lugar.

Um rotor excntrico tem as seguintes caractersticas: 1.(Rotores excntricos produzem vibrao pulsante normalmente entre 2 FL e o

harmnico da velocidade de operao mais prximo). Muitas vezes exigem um zoom de espectro para separar 2 FL e Harmnicos da velocidade de operao. (Freqncia de passagem de Plo = Freqncia de Escorregamento X No. de Plos). Valores comuns de FP vo de aproximadamente 20 120 CPM (0,3 a 2,0 Hz).

Num motor de 2 plos a 3600 RPM, as bandas laterais esto juntas freqncia de escorregamento, enquanto que para um motor de 4 plos as bandas laterais aparecero em 4X a freqncia de escorregamento. A figura 3.11 mostra um espectro indicando um problema com um rotor excntrico produzindo air gap varivel. Primeiramente, na figura 3.11 aparece uma alta amplitude de 0,295 in/sec com 0,162 in/sec em 7200 CPM. O zoom na figura 3.12 revela o alto nvel de 0,166 in/sec em 7200 CPM, mostrando tambm as bandas laterais indicando um motor excntrico.

________________________________________________________________________ SKF-Service

Figura 3.11 Espectro de 30000 CPM do Motor de uma Bomba de gua

Figura 3.12 Espectro indicando um Rotor Eltrico

3.13 3.143.15 3.16

________________________________________________________________________ SKF-Service

3.17

3.18

2. Motores novos ou recondicionados no devem exceder picos de 0,05 in/sec e motores j em servios no devem superar 0,100 in/sec (para motores de 50 HP a 1000 HP) estas amplitudes so especificas para 7200 CPM sendo 2X a freqncia de linha. 3. Um motor excntrico pode requerer ajuste nos mancais de rolamentos e uma periodicidade de mesura da tolerncia do air gap. 4. Num programa de manuteno preditiva quando um rotor excntrico indicado pelas bandas laterais da passagem de plos ao redor de 2FL, estas mostram tambm a linha de tendncia. Quando um pico em 2 FL exceder 0,100 in/sec, a linha de tendncia mostrar incremento notvel na amplitude e nas bandas laterais muita maior ateno deveria ser dada, particularmente se mais bandas laterais aparecerem ao redor de 2 FL. Se a amplitude em

________________________________________________________________________ SKF-Service

7200 CPM se mantm estveis em outras inspees, o dano est sendo superado at se as amplitudes so quanto muito 0,175 in/sec em 7200 CPM. Em este caso satisfatrio s continuar com a tendncia. Porm ha diminudo a vida til do motor. 5. Se um motor apresenta o rotor excntrico experincia tem mostrado freqentemente que o aumento da vibrao acompanhada do aumento da temperatura. Por exemplo, quando um motor ligado ele tem um nvel de vibrao de 0,10 in/sec, passados 10 minutos a amplitude aumenta 0,14 in/sec, em 20 minutos a amplitude pode aumentar para 0,18 in/sec e finalmente em 30 minutos de funcionamento muito provvel que seja ,25 in/sec o mais. Isto pode ser causado por um aquecimento no uniforme no rotor. 3.5 PROBLEMAS COM ROTORES Problemas que podem ser detectados com anlise de vibraes so os seguintes: . Quebra/Trinca das Barras do Rotor ou Anis em Curto; . Soldas ruins entre Barras do Rotor ou Anis de Curto; . Lminas do Rotor Curto-Circuitadas; . Folga/Abertura das Barras do Rotor no fazendo bom contato com os Anis. Este tipo de problemas tem as seguintes caractersticas: 1. Os problemas de quebra ou trinca das barras dos rotores , produziro alta vibrao na velocidade de operao 1x RPM com bandas laterais iguais Freqncia de Passagem de plo (FP). (em motores de 2 plos, estas bandas laterais esto em 2X a freqncia de escorregamento e para motor de 4 plos 4X a freqncia de escorregamento). A fig. 9 mostra um tpico motor de 2 plos com srios problemas de rotor. Inicialmente em 30000 CPM as bandas de espectro mostram uma insinuao de srios problemas, aparentemente mostra folga mecnica tendo vrios harmnicos na velocidade de rotao. As figuras de 3.14 a 3.16 revelam series de bandas laterais de passagem de plos ao redor de 1X, 2X e 3X RPM respectivamente. Estes espectros indicam problemas de quebra, trinca das barras dos rotores, quebras dos anis ou quebra curto nas barras dos rotores. 2. Na fig. 3.15 as bandas laterais de passagem de plos ao redor de 1X RPM sugerem quebra ou trinca das barras do rotor e/ou altas resistncia das soldas podem produzir harmnicos de bandas laterais em altas velocidades de rotao incluindo 2X, 3X, 4X e 5X RPM. Em estes casos mais de uma barra do rotor deve estar danificado desde que tenhamos mais de 1 pulso por revoluo. A fig. 6 mostra um espectro com bandas laterais de passagem de plos ao redor dos mltiplos da velocidade de rotao. Neste caso a velocidade de rotao de 1176 RPM (a freqncia de escorregamento = 24 CPM). Sendo um motor de 6 plos a freqncia de passagem de plos ser de FP = 6X24 CPM = 144 CPM. Sendo este a espao de cada mltiplo de FP ao redor de 1X RPM at 5X RPM. Na inspeo a maquina apresentou 4 barras do rotor quebradas. 3. Barras do rotor frouxas so indicadas por bandas laterais de espaamento igual 2X Freqncia da Linha (2 FL) em torno da freqncia dae Passagem de Barras do Rotor (RBPF) e/ou seus Harmnicos (RBPF = No. de Barras X RPM). Muitas vezes causar nveis altos em 2 X RBPF, com apenas uma pequena amplitude em 1 X RBPF. 4. As amplitudes excedem 0,06 in/sec nas barras de freqncia de passagem de barras de rotores (RBPF) ou em altos harmnicos (2 RBPF ou 3 RBPF). O espaamento das bandas laterais ao redor de RBPF e seus harmnicos so exatamente 2 FL. As figuras 3.17 e 3.18 mostram um espectro de um motor confirmando que tem dois ou mais barras de rotores abertas. Este motor tem 57 barras e opera a uma velocidade de 1793 RPM, dando o RBPF fundamental em 102200 CPM. A forma de onda do espectro da figura 3.17 mostra uma amplitude de 0,008 in/sec em RBPF. Porm a historia em 2X RBPF completamente diferente. O zoom na fig 3.18 um excessivo em 0,340 in/sec em 2044380

________________________________________________________________________ SKF-Service

CPM, ou 2X RBPF (acima de 28 vezes mais que no RBPF). Se a altas freqncias so coletadas fundamentais RBPF este tipo de problemas poderia ser perdido totalmente. A fundamental indica altos nveis de 2X RBPF, que so acompanhadas por bandas laterais em exatamente 7200 CPM (2 FL)

5. Ainda referente ao diagnostico, note que algumas amplitudes de RBPF ou seus harmnicos no so altas. Ao contrario das bandas espaadas em 2X linha de rede (usualmente 7200 CPM). Essa ordem de freqncia inclui RBPF e exatamente 2FL podendo indicar folga ou abertura das barras do rotor e/ou varivel air gap. 6. O importante deteco desse tipo de problemas e o controle de suas tendncias antes de tomar uma deciso apressada antes de uma reviso no motor. A tendncia no indica um crescimento substancial de perigo se no est mudando, at mesmo com RBPF de 0,10 a 0,15 in/sec. Porm se a tendncia indicar um incremento na taxa de mudana de uma inspeo para outra, significa uma rpida deteriorizao da condio.

7. No Programa de Monitoramento da Condio, importante especificar dois pontos para a deteco de problemas eltricos: a. Ponto de Baixa Freqncia de Motores Eltricos Fmax = 12000 CPM; 3200 linhas de FFT, 2 Ave. Isto permite separar a amplitude em 2 FL e os harmnicos das velocidades de rotao.

b. Ponto de Evaluao de Alta Freqncia de Passagem de Barras de Rotores Fmax = 360000 CPM; 1600 linhas de FFT, 8 Ave. (para motores de mais de dois plos uma Fmax de 240000 CPM provvel que seja suficiente para coletar 1X e 2X RBPF). Isto permite a deteco de problemas potenciais em RBPF e seus mltiplos. Note que o espaamento das freqncias de exatamente 2 FL at se o nmero de barras de rotores desconhecido. A fig 3.19 um bom exemplo. Note que as altas freqncias de 0,136 in/sec em RBPF penetraram no alarme 1. (0,6 in/sec) no alarme 2 (0,100 in/sec).

Experincias mostram que essas medidas so normalmente coletadas de melhor maneira na direo horizontal. Lembre-se que essas duas medidas so adio de condies padres de monitoramento de pontos de cada motor.

Porm, eles provavelmente detectaro problemas eltricos potenciais antes de resultados catastrficos.

________________________________________________________________________ SKF-Service

3.6 PROBLEMAS DE PULSOS DE TORQUE Motores eltricos inerentes tem vibraes devido a pcampos magnticos energizados do estator de ptotalmente baixas e no um problema. Os pulsos dIsto acontece desde que cada plo de motor essende corrente AC. Estas vibraes so extremadamente raras excetovibraes so detectados em casos de mquinas feexistam a freqncia natural em mquinas ou estruttorque tambm podem excitar folgas das barras do rfreqncia de pulsos de torque (ou 14400, 21600, e A fig 3.20 um tipico espectro com problemas de p

3.19

ulsos de torques criados por rotaes dos los. Normalmente, estas vibraes so e torque ocorrem em 2X a linha de rede. cialmente energizados 2X para cada ciclo

em esses casos onde nveis de baixas rramentas. Ou se esses pulsos de torques uras que tem pulsos em 2X FL. Pulsos de otor em freqncias de 2X, 3X e at 4X a 28800 CPM) ulsos de torque.

________________________________________________________________________ SKF-Service

3.7 FREQUNCIAS DE SLOTS OU RANHURA

Nos motores eltricos de rotores cilndricosusinadas nos pacotes magnticos do estator e do rotna relutncia magntica do gap de ar.

Sob a ao do campo , o magnetismo se coque as atraes entre estator e rotor pulsam comagnticas passam a ter uma componente dinmirotao do motor vezes o nmero de ranhuras. A caresponde com vibraes com mesmo contedo hatuais apresentam em maior ou menor grau, vibra CENTRO MAGNTICO

No centro magntico do motor, os campos mequilbrio, o ponto de projeto do rotor.

As foras que mantm o rotor no centro msuperadas. Foras externas, de nivelamento ou de m3.20

S.

, os condutores so alojados em ranhuras or. Cada ranhura representa uma variao

ncentra nos dentes das ranhuras de modo m a passagem das ranhuras. As foras ca com freqncia igual freqncia de rcaa do motor sente as foras variveis e armnico das foras. Todos os motores es devidas a ranhuras.

agnticos do estator e do rotor esto em

agntico so pequenas e so facilmente ontagem, deslocam o rotor de seu centro

________________________________________________________________________ SKF-Service

magntico. As atraes magnticas criam uma fora axial tentando trazer o rotor de volta ao centro magntico. Se a fora externa que puxa o rotor para fora de seu centro magntico for igual atrao exercida pelo estator, o rotor ir zumbir, ou seja, o campo magntico temporariamente supera as foras externas e o rotor alternadamente submetido a centragem magntica e s foras externas. .

Vrias foras podem tirar o rotor de seu centro magntico: - mancais deslocados axialmente; - peso do rotor, se os mancais no esto nivelados; - empuxo axial devido a uma ventoinha; - rolamento defeituoso; - pr-carga axial (por ex. devido a espaadores no acoplamento).

As vibraes geradas aparecem em lX RPM axial, que por sua vez podem provocar roamentos se os mancais tiverem batentes para start-up. Pode tambm aparecer vibraes axiais em 2x f rede e harmnicas.

Este problema pode ser detectado rodando o motor desacoplado e com um pedao de madeira empurra-se o eixo para seu centro magntico, tentando verificar se a vibrao reduzida.

Com espaadores de acoplamento mal dimensionados e/ou mal instalados, pode-se obter altas vibraes axiais em lx e 3x RPM. o rotor dever sempre estar colocado em seu centro magntico, normalmente localizado no centro do jogo axial. O motor precisa ser corretamente nivelado, alinhado e espaado com a unidade acionada.

Quando o motor testado desacoplado, pode ser necessrio retirar o ventilador. 3.8 SINGLE PHASING

O termo single phasing usado para definir que um motor trifsico est rodando somente com duas fases.

O motor, se partir, ir alcanar sua rotao nominal com dificuldade e com muito rudo devido ao desbalanceamento das foras magnticas. Espectros do start-up normalmente mostram altas amplitudes em lx e 2x RPM e em 2x rede e possivelmente, ressonncias. 3.9 PROBLEMAS NO ENROLAMENTO

Muitos dos problemas associados com os enrolamentos do estator exibem vibraes em 2x fRede. Como as bobinas tm posies definidas na estrutura da mquina, as vibraes so direcionais.

A medida da resistncia hmica da bobina ir definir problemas devido a quebras e comprimentos diferentes. A soluo ento ser rebobinar o estator.

Problemas associados com bobinas soltas geram vibraes em 2x rede e,seus harmnicos. A correo feita substituindo as bobinas soltas ou se possvel reconstru-las.

Um ponto de alta resistncia hmica ou uma juno defeituosa em uma bobina pode produzir vibrao em 2x rede alm de aquecer a juno.

________________________________________________________________________ SKF-Service

CAPITULO 4 - DIAGNOSE POR ANLISE DE CORRENTE E TESTES EM MOTORES.

Neste captulo sero vistos alguns testes para verificao das condies eltricas dos motores eltricos e as tcnicas de anlise de corrente.

Os motores eltricos intensamente usados em todas industrias do mundo, tem dificuldades peculiares para sua anlise dinmica. As foras de origens magnticas e mecnicas interagem com a dinmica da estrutura do motor. Com isto, o comportamento vibratrio da estrutura resultado de vrias combinaes, exigindo tcnicas mais aprimoradas para a anlise.

Na anlise de corrente, no existem as interaes dinmicas comuns na vibrao. Normalmente as medidas de corrente so mais limpas. A maioria dos problemas vibratrios da mquina, e da vizinhana, no chegam a afetar a corrente, que sensvel aos problemas eltricos do estator, do gap e do rotor e s variaes dinmicas da carga ou de algum componente mecnico.

O melhor entendimento das fontes de excitao magnticas nas mquinas eltricas facilitar sua anlise seja pela corrente ou pelas vibraes mecnicas. 4.1 TESTES PARA DIAGNOSTICOS EM MOTORES ELTRICOS.

A mquina eltrica sujeita tanto a problemas eltricos como mecnicos, que podem receber tratamentos diferenciados, muitas vezes por equipes diferentes.

importante verificar no campo se os sintomas apresentados pelo motor eltrico so de origem mecnica ou eltrica. Constatando a origem do problema, a ao corretiva pode ser programada para ser realizada da forma rpida e eficaz. Alguns problemas mecnicos tem manifestaes complicadas levando a erros de anlise. Mas, se forem corretamente identificados, so corrigidos in locco com pequenas intervenes.

Ento, a primeira etapa na diagnose identificar se a mquina est com problemas mecnicos ou magnticos. Existem vrios tipos de testes, sendo que os mais comuns so:

- verificao dos batimentos; - verificao na queda da.amplitude; - verificao do zumbido.

4.1. BATIMENTOS

A primeira etapa na classificao da vibrao observa ouvir os batimentos. A presena de batimento indica que existe um problema magntico provavelmente associado a um problema mecnico, veja a Fig. 4.1. A ausncia de batimento indica ou significa que existe somente problema mecnico.

Figura 4.1 Observao do batimento

________________________________________________________________________ SKF-Service

Figura 5.2 Anlise de Batimento

As amplitudes relativas so determinadas observando as indicaes mxima e mnima

no medidor de vibrao, como ilustrado na Fig. 4.2. A metade da diferena entre elas a amplitude de uma das fontes e a mdia a amplitude da outra fonte. Por exemplo, se a vibrao for um batimento entre 5 e 10 [mm/s], ento a amplitude de uma componente 7,5 [mm/s] e da outra 2,5 [mm/s]. 4.1.2 VERIFICAO NA QUEDA DA AMPLITUDE

Este teste, feito com instrumentos rpidos, consiste em cortar a alimentao do motor enquanto ele estiver com carga. Se houver batimento, cortar quando a vibrao estiver passando por um mximo.

Se imediatamente aps o corte, a vibrao se alterar de modo significativo, o problema "eltrico".

Usando a Fig. 4.2, se a vibrao cair de 10 para 2.5 [mm/s] no momento do corte, 2,5 [mm/sl de origem mecnica e 7,5 [mm/s] de origem magntica. Usando um analisador FFT rpido com recurso de cascata, a observao das componentes do espectro permite separar problemas de desbalanceamento e de ressonncia, Fig. 4.3 e 4.4.

Figura 4.3 Anlise da queda da amplitude no corte de potncia

________________________________________________________________________ SKF-Service

Figura 4.4 Verificao da queda da vibrao

4.1.3 ZUMBIDO

Os efeitos da magntoestrico nos pacotes magnticos de uma mquina eltrica provoca um zumbido, rudo a 60 Hz. Este rudo tem formao harmnica em 60 Hz e fornece informaes sobre a mquina. O zumbido est associado com as foras magnticas que variam com o quadrado da corrente eltrica, ou seja, com a carga.

Geralmente, aceito que se o motor tem um zumbido bom, tudo est bem. Isto no necessariamente verdade. importante analisar o tipo do zumbido. Se bem audvel e tonal, limpo, no indicativo de problemas, pode ser apenas falta de atenuao acstica. Contudo, se for de maior contedo harmnico, mais rouco, podendo ser at de nvel mais baixo do que o anterior, ou ainda irregular, a mquina deve estar com algum problema. Um motor com problemas magnticos, muitas vezes apresenta zumbido tolervel.

Com problemas magnticos severos o motor apresenta zumbido alto e estranho. 4.2 ANLISE POR CORRENTE.

De modo geral, os motores eltricos tem alta confiabilidade e performance muito boa. As perturbaes eltricas nos motores podem ser conseqncia de problemas internos ou de efeitos dinmicos na rede externa que alimenta o motor. Vrios fatores influentes foram detectados em vrias pesquisas tanto de usurios como de fabricantes de motores. Alguns deles esto relacionados abaixo:

1 - Desbalanceamento da rede devido ao carregamento desequilibrado das fases. As causas podem ser: baixa freqncia de fornos de induo, fornos de arco, tiristores, etc.

2 - Oscilaes da impedncia do estator devido a desbalanceamento nas bobinas, curto-circuito entre espiras ou chapas do ncleo, pontos de aterramento, aquecimento localizado, etc...;

3 - Variaes na impedncia rotrica por falhas nos anis ou escovas curto-circuito ou aterramentos nos motores sncronos; 4 - Defeitos nos rotores dos motores de induo, tais como: contato falho ou quebra de

escovas, deslizamento de anis, variaes nas resistncias externas, etc..., ou nos rotores tipo gaiola, tais como: material irregular nas barras, barras quebradas ou sem contato com os anis, anis trincados, etc.

5 - Variaes estticas ou dinmicas do gap de ar; 6 - Deslocamento do centro magntico.

________________________________________________________________________ SKF-Service

As.anormalidades citadas em (3 e 4) so as mais Comuns e podem induzir quebra do dieltrico (isolamento) do enrolamento. A Fig. 5.5 mostra formas de onda tpicas de corrente do estator e do rotor, com modulaes e espectros, quando o motor tem algumas

Onde Coletar a Medida de Corrente

Medidas de anlise de corrente podem ser coletados na fase principal ou no secundario do circuito. A coleta no circuito secundario do motor o prefereido por ser um mtodo mais seguro. (porm h alguns dados que sugerem que enquento realizada a coleta no principal ou no secundario campos magneticos identicos resultam num range de 0 a 100 Hz ao redor da linha de rde (FL), h uma leve diferna de resultados na freqncia de Ranhuras (Fag) devido presena de potencia de varias outros picos de alta freqncias na mesma area causadas por outras fontes). Este tem usalmente um baixo amperagem aproximadamente 5 apms, e normalmente de fcil acesso no painel do motor. Se as medidas so coletadas no circuito secundario a corrente transformada tem uma capacidade de no mximo 10 ampres, deveria-se coletar com um melhor transdutor j que ser mais preciso no range que um transformador maior o qual pode ter uma capacidade de at 750 ampres. Na coleta de dados deve-se coletar uma fase de cada vez e comparar o resultado. Se no possivel a coleta no secundario ou se no de fcil acesso as coletas deveram ser feitas a partir do primario fazendo a coleta de uma das fases de cada vez, tendo cuidado com corrente do transformador.

Como a Anlise de Corrente Trabalha

Depois de colocar o medidor ao redor de uma das 3 fases, (uma de cada vez), o analista deve comear fazendo medidas ao redor la freqncia da linha de rde FL utilizando o zoom para buscar as bandas laterais de passagen de plos perto da linha de rde, depois deve-se emplear o filtro de passa alta e bsucar 2X as bandas laterais da freqncia da linha de ranhuras (Fag), outro fator importante o uso da escala logaritmica devido a importancia de ver as bandas de freqncia.

Primeiramente o analista deve-se comparar as amplitudes da corrente nas 3 fases, se as variaes das fases de corrente exceder 3% para qualquer fase, podem ser um dos problemas citados mais acima.

Em linha de rde de 60 Hz deve ser utilizado normalmente freqncias de 0 a 100 Hz e 1600 linhas de FFT (ou utilizar o zoom do seu analizador).

________________________________________________________________________ SKF-Service

Anlise de Severidade e Ao Corretiva Recomendada

CAT No. FL Fp dB FL Fp RATIO FL Fp RATIO % COND DO ROTOR

AO REC.

1 > 60 dB

________________________________________________________________________ SKF-Service

Figura 4.8 Espectro de corrente do estator

________________________________________________________________________ SKF-Service

CAPITULO 5 DIAGNOSE DAS VIBRAES DE ORIGEM MECNICA NOS MOTORES ELTRICOS.

Neste captulo ser feito um breve estudo sobre vibraes que ocorrem nas mquinas eltricas devido a causas mecnicas, portanto independentes dos problemas eltricos ou magnticos. 5.1 VIBRAES EM lX e 2X RPM.

A grande maioria das ocorrncias de problemas mecnicos das mquinas em geral, que so desbalanceamento e desalinhamento de eixos e de base, se manifestam nas primeiras harmnicas da rotao do eixo. As anlises feitas com os componentes de vibrao em lx, 2x, 3x, e 4x RPM so citadas normalmente como vibraes em lx e 2x RPM. As demais harmnicas at a 4 ou 5, muitas vezes so usadas como confirmao de diagnsticos feitos com as duas primeiras.

Ser montado aqui, um guia para os diagnsticos mais comuns para as vibraes em sistemas eixo-rotor. No final deste item, ser mostrada uma tabela com os indicativos principais destas vibraes.

So muitas as causas que provocam vibraes em lx e 2x RPM, sendo que as mais comuns so:

DESBALANCEAMENTO - Uma das causas mais comuns de vibrao em mquinas rotativas. A vibrao resultante predominantemente radial, forte componente em lx RPM, com fase estvel. Os dois mancais estaro em fase para desbalanceamento esttico e fora de fase para desbalanceamento dinmico.

DESALINHAMENTO ANGULAR - Neste caso a vibrao mais forte na direo axial,

componentes em lx e 2x RPM. DESALINHAMENTO PARALELO - A vibrao maior na radial, com fortes

componentes nas harmnicas da rotao (2x, 3x, 4x ... fases estveis a 180 entre mancais. EIXO EMPENADO - Problema comum em mquinas sujeitas sobre-cargas, fortes

aquecimentos etc. Seus sintomas se confundem com desbalanceamento e desalinhamento, as vibraes podem ser radiais e axiais e com fases estveis.

A distino entre eixo empenado e desbalanceamento, feita comparando-se as

componentes lx e 2x RPM as harmnicas da rotao crescem com o empenamento, da mesma forma do desalinhamento. Para separar o eixo empenado do desalinhamento preciso observar as fases relativas nas extremidades dos mancais.

As vibraes em lx e 2x RPM podem representar vrios problemas, inclusive eltricos e magnticos. Em motores eltricos de induo de dois plos, a componente 2x RPM muito prxima de 2x rede, especialmente em regime de baixas cargas, quando o escorregamento muito pequeno. OBSERVAOES:

________________________________________________________________________ SKF-Service

1) Pode aparecer uma componente grande em 2x RPM dependendo da gravidade do problema e da mobilidade da estrutura; 2) Harmnicas superiores e inter-harmnicas de lx RPM em 1/2 e 3/2 x RPM podem estar

presentes devido a no linearidades causadas por batimento truncado. 5.2 SINAIS TRUNCADOS

Por exemplo, quando acontece uma folga mecnica, a rigidez do sistema na direo do movimento da vibrao, muda de acordo com a prpria amplitude do movimento. Isto faz com que a vibrao seja restringida em um dos extremos de seu percurso o aspecto visual seria de uma senide saturada em um extremo e o seu, espectro de freqncia ter um grande nmero de harmnicas superiores, sub-harmnicas, e ordens fracionrias (1/2, 1 1/2 , 2 1/2 etc) dependendo do tipo de excitao.

Este tipo de deformao do sinal pode tambm aparecer quando a excitao se torna mais forte, forando a estrutura a maiores deformaes e conseqentemente atingindo regimes de rigidez no linear. o caso de um desalinhamento mais severo que gera vibraes fortes em 2x, 3x e 4x RPM e que dependendo da rotao sncrona do motor, poder ocorrer batimento com a componente eltrica a 120 Hz. Neste exemplo, tem-se um batimento truncado conforme mostrado na Fig. 5.1.

Fig 5.1 Forma de onda de um batimento truncado

No espectro de freqncia de um batimento truncado aparecero componentes nas freqncias do batimento, f1 e f2 e tambm nas combinaes (2 f1 + f2 ) e (2 f2 - f 1) , que correspondem s bandas laterais com espaamento igual diferena das freqncias ( f1 f2). No motor de dois plos, as bandas laterais sero de 2x escorregamento quando o batimento for entre 2x rede e 2x RPM do motor.

A Fig. 6.2 mostra um espectro de um batimento truncado.

Figura 5.2 Espectro do batimento truncado (motor de 2 plos)

________________________________________________________________________ SKF-Service

5.3 - MANCAIS

A maioria das mquinas eltricas usam rolamentos nos mancais. Nas grandes mquinas, os mancais normalmente so de desligamento. A anlise de vibrao difere muito para os dois casos.

As vibraes causadas pelos rolamentos se manifestam de incio na regio de alta freqncia e depois, com a evoluo dos defeitos, nas freqncias fundamentais dos elementos internos.

As vibraes causadas pelos mancais de desligamento esto em faixas de freqncia abaixo da rotao do rotor. Se a mquina for lenta, a medio das vibraes apresentar as dificuldades inerentes s medidas de baixa freqncia.

Nos prximos itens comentar-se-o as caractersticas mais importantes destes dois tipos de mancais. 5.3.1 MANCAIS DE ROLAMENTO

Os rolamentos usados nos motores so dimensionados para determinadas cargas radiais axiais, e enquanto estiverem bons no apresentam sinais de vibrao.

Um rolamento com falhas localizadas gera sries de impactos que injetam energia de alta freqncia na estruturas dos mancais e da carcaa da mquina. As respostas vibratrias esto tipicamente entre 1 kHz e 20 kHz. Os nveis absolutos das vibraes devidas aos rolamentos so pequenas, mas possuem grande energia. recomendvel ento, acompanhar a evoluo do espectro dos rolamentos, medindo a vibrao preferencialmente em acelerao. As freqncias associadas com os rolamentos sero calculadas neste item.

Os rolamentos apesar de suportarem servio pesado, so muito susceptveis a maus tratos. Algumas regras devem ser respeitadas para no sacrificar a vida til nem ocorrerem problemas dinmicos. So elas: 1- Cargas limites devem ser respeitadas no sobrecarregando o rolamento, principalmente na axial; 2- Lubrificao deve ser mantida correta, respeitando o tipo de lubrificante, a quantidade e a periodicidade de troca; 3- Descargas eltricas atravs do rolamento devem ser evitadas a todo custo. Aterramento mal feito, malhas de terra em blindagens de sensores e solda no rotor com terra na carcaa da mquinas so fontes de descargas eltricas nos rolamentos. 4- Montagens e desmontagens so ameaas graves para os rolamentos que so muito frgeis aos maus tratos. comum danificar o rolamento durante a montagem ou desmontagem.

A construo dos rolamentos faz com que seu comportamento dinmico seja bem definido. Quando os rolamentos esto com defeitos, as vibraes geradas apresentam sinais bem caracterizados tanto em aspecto e como em frequncia. Pela rotao do rotor, geometria e dimenses internas, as frequncias fundamentais dos elementos dos rolamentos, gaiola, elemento rolante, pistas interna e externas so calculadas sem dificuldades.

________________________________________________________________________ SKF-Service

5.3.2 MANCAIS DE DESLIZAMENTO.

Nos mancais hidrodinmicos, de deslizamento, os problemas de vibrao so relacionados com a sustentao do leo, so eles: o whril (rodopio) e o whip (chicoteamento) do leo dentro dos mancais. Estes fenmenos causam vibraes em freqncias menores do que a metade da rotao do eixo 0.43 a 0.48x RPM.

Quando o leo nos mancais hidrodinmicos no tem condio de sustentar a carga aplicada pelo eixo, surge uma oscilao de baixa freqncia chamada oil whril.

Esta oscilao pode fazer o sistema mancal-eixo ressonar e dependendo do nvel de energia da excitao, existe possibilidade de incio de um processo de realimentao positiva, provocando uma vibrao auto-excitada chamada oil whip. O whip se mantm mesmo aps o eixo ter mudado de rotao e sado da ressonncia e conserva a freqncia daquela ressonncia.

Deficincias de lubrificao podem provocar roamentos que geram vibraes, alteram os valores de rigidez das estruturas dos mancais e podem induzir ressonncias sub-harmnicas.

Os mancais de deslizamento, alm do oil whril, apresentam vibraes em lx RPM quando iniciam o processo de deteriorizo. Podem provocar uma excentricidade permanente que por sua vez deslocar o rotor dentro do estator e far aparecer (oir crescer) a componente em 2x rede. Ocorrem tambm harmnicas e sub-harmnicas. Normalmente um aumento de temperatura precede o dano no mancal.

Se a folga no mancal permitir ocorrncia de roamentos, comum aparecerem vibraes em freqncias sub-harmnicas fracionais XRPM etc) que podem excitar ressonncias inferiores.

Na anlise por rbita, o atrito pode provocar loops internos ao loop principal, que aparecem com rotao oposta do eixo.

Os mancais de deslizamento podem provocar tambm uma oscilao lenta e permanente do eixo dentro das folgas dos mancais, efeito conhecido como Run-out, com pouco perigo para a mquina.

________________________________________________________________________ SKF-Service

Bibliografia

Curso de Vibraes em Motores Eltricos, Mrcio Tadeu de Almeida, Ricardo Gz. Curso de especializao da Fupai.

Detection of Mulitple Cracked Rotor Bars On Induction Motors using Both vibration and Motor Current Analysis, Technical Associates of Charlotte.

Vibration in Squirrel-Cage Induction Motors, James Baumgardner, Pittsburgh, Pennsylvania.

Understending Induction Motor Operation and Flaw Diagnosis, Richard W. Thompson.

________________________________________________________________________ SKF-Service

Anexos

________________________________________________________________________ SKF-Service

Resumo dos Problemas Eltricos

NDICE CAPTULO I 1 - ROTEIRO SIMPLIFICADO PARA DIAGNSTICO ELTRICO 2 - DEFEITOS x ANORMALIDADES CAPTULO II 1 - MOTORES DE INDUO TRIFSICA - AC 2 - CONTROLE DE DEFEITOS POR VIBRAO CONVENCIONAL 3 - CONTROLE DE DEFEITOS POR ESPECTRO DE CORRENTE 4 - PROCEDIMENTO PARA CONTROLE DE ANORMALIDADES 5 - DECAIMENTO VIBRATRIO CAPTULO III 1 - MOTORES DE CORRENTE CONTNUA - DC CAPTULO IV 1 - MOTORES DESBALANCEADOS 2 - CONFIGURAO PARA O MICROLOG COLETAR ESPECTRO DE

CORRENTE 3 - TABELA DE ANLISE DE CORRENTE - SEVERIDADE E

RECOMENDAES 4 - TABELA PARA DIAGNOSE DE MOTORES DE INDUO ATRAVS

DE VIBRAO CAPTULO V 1- ESTATOR EXCNTRICO/ LMINAS EM CURTO/ FERRO SOLTO 2 - ROTOR EXCNTRICO 3 - PROBLEMA ROTOR 4 - HARMNICO NA REDE/ ALIMENTAO DISTORCIDA 5 - MOTORES SNCRONOS - BOBINA DO ESTATOR

________________________________________________________________________ SKF-Service

Captulo I ROTEIRO SIMPLIFICADO PARA DIAGNSTICO ELTRICO O presente trabalho cobre o diagnstico de defeitos nas seguintes Mquinas Eltricas: A - Motores de Induo Trifsicos - AC

B - Motores DC C - Motores Sncronos

Para Motores, temos o seguinte conceito: 1 - Defeito - Relaciona-se com problemas de componente 2 - Anormalidades - Relaciona-se com problemas de operao A.1 - Defeitos:

Podem ser no Estatua: Desbalanceamento de Foras Magnticas, Bobinas em curto, Cunha Solta, Ovalizao, etc.

Podem ser no Rotor: Barras soltas ou quebradas, excentricidades estticas ou dinmicas, etc.

Podem ser do GAP de Ar (Entre-Ferro): Variao por excentricidades no rotor ou pela presena de foras externas.

TCNICAS UTILIZADAS: Medio de Vibrao Convencional nos mancais, carcaa e Espectro de Corrente. A.2 - Anormalidades:

Ressonncia de carcaa, variao de GAP, Harmnicos de rede de alimentao. Podem ser do GAP de Ar (Entre-Ferro): Variao por excentricidades no rotor ou pela presena de foras externas.

TCNICAS UTILIZADAS: Envelope de Acelerao, Vibrao Convencional e Espectro de Corrente.

________________________________________________________________________ SKF-Service

Captulo II MOTORES DE INDUO TRIFSICOS - AC CONTROLE DOS DEFEITOS Para o controle de DEFEITOS, passaremos a seguir, alguns procedimentos bsicos: A.1 - Pela VIBRAO CONVENCIONAL :

Defeitos no ESTATOR manifestam-se basicamente pela presena de picos em 120 Hz (7.200 CPM), sempre acompanhado de um ZUMBIDO irregular. Defeitos no Rotor manifestam-se pela presena de picos em 60 Hz (3.600 CPM).

UMA INFORMAO FUNDAMENTAL A FREQUNCIA DE ESCORREGAMENTO (Fe) Fe = Freq.Sncrona Fs - Freq.Nominal Fn [ CPM ou Hz ] Fs = Freq. Rede x 2 x 60 / N Plos do Motor Fn = Freq. de Rotao tomada durante a Medio Fr = Freq. da rede Outra constante importante : N Polos x Fe = NFe. Ela aparece em vrios espectros e necessitamos de uma resoluo coerente para identific-la em torno de 120 Hz e no incio do espectro. comum tambm a sua presena em torno de 1x RPM.

Sobre RESOLUO, lembramos o seguinte : Relao Rres = Fmax / N Linhas < da menor freq. Envolvida

________________________________________________________________________ SKF-Service

Exemplo de Resoluo : Suponhamos um Motor de 06 Polos com Fn = 1.190 RPM Temos : Fs = 1.200 RPM Fn = 1.190 RPM => Fe = 10 CPM NFe = 60 CPM Devemos separar, p.ex.: A - 1.190 de 1.120 e 1.250 CPM (1.190 +/- 60) B - 7.200 de 7.140 e 7.260 CPM (7.000 +/- 60) C - 10 CPM no incio do espectro. Para atender aos casos A e B, fazemos : R res < NFe, para uma Fmax = 12.000 CPM (usual) Rres = Fmax / N Linhas < NFe N Linhas > Fmax x 2/NFe > 12.000 x 2/60 > 400 Pode ser escolhida 400 Linhas ou 800 Linhas. Para atender ao caso C, fazemos: N Linhas > 12.000 x 2/10 > 2.400 Escolhemos ento, 3.200 Linhas. Ainda pela VIBRAO CONVENCIONAL, podemos diagnosticar Cunha Solta e Deformao da estrutura estatrica, pela medio de espectros no centro da carcaa com Fmax = 30.000 c/ 400 L.

________________________________________________________________________ SKF-Service

CONTROLE DOS DEFEITOS A.1 - Pelo ESPECTRO DE CORRENTE :

Na Medio de Espectros de Corrente, preocupamo-nos basicamente com a imagem da corrente de alimentao, a qual, a mesma ao longo de toda a rede de alimentao direta do Motor. Assim, prudente medir em pontos onde a voltagem e a corrente no causem acidentes. Esta tcnica presta grande contribuio para o Diagnstico de Defeitos no Rotor, alm, claro, de facilitar em outros pontos do Sistema Eltrico. uma medio com o espectro centrado em torno de 60 Hz (Freq. Rede) D = 20. Log A/B A = Amplitude em 60 Hz B = Amplitude em NFe D = Amplitude diferencial em dB A configurao bsica do espectro : Freqncias em Hz Range de 57 a 64 Hz com 400 Linhas e utilizamos 3 mdias no espectro.

Os limites de severidade esto na tabela em anexo. Os limites mais usuais esto no anexo . A amplitude de B considerada apenas para a Banda Lateral Inferior. Cuidados no Diagnstico :

Mquinas com acionamento por correias e Agitadores. Neste caso, sempre surgem grandes modulaes (Bandas Laterais) em torno de 60 Hz., porm, no tm dependncia com NFe.

________________________________________________________________________ SKF-Service

ESPECTRO DE CORRENTE

D = 20 x Log A [dB] B OS PROCEDIMENTOS PARA CONTROLE DE ANORMALIDADE A.2 - Variao de Entre-Ferro (Gap de Ar)

A principal causa desta anormalidade a presena de foras externas

acentuadas, as quais geram pulsos significativos na freqncia de 120 Hz (7.200 CPM), percebidos principalmente nos espectros de Envelope de Acelerao.

Estas foras externas podem ser um desalinhamento, ou um P Manco que, ao ser aparafusado, deforma a carcaa do Motor, ou at mesmo uma ressonncia.

Trata-se de deformaes estatricas que alteram o eixo de inrcia do rotor, em relao ao eixo magntico e o eixo principal de rotao.

Grandes Vibraes em 120 Hz (7200 CPM) , medidas do centro da carcaa, so provocadas por ressonncias e deformaes. A Configurao Fmax = 500 Hz (30.000 CPM) com 400 L.

A.2 - Excitao de Ranhuras

Esta excitao acontece devido presena anormal de harmnicos de rede diante da instalao de Capacitores corretivos, bem como de desbalanceamento

________________________________________________________________________ SKF-Service

magntico ou fonte instvel incluindo desbalanceamento do enrolamento, quando se trata do estudo de ESTATOR.

No caso de anormalidades ROTRICAS, a excitao tem relao com desbalanceamento do enrolamento secundrio do motor.

Estudando pela VIBRAO CONVENCIONAL, vemos energias na Freqncia de Ranhuras (FRANH) = N. Ranhuras x RPM.

Este valor aproximado e, para maior exatido, dever ser considerado o escorregamento percentual Fe/Fn.

Para o caso de Harmnicos de rede a incidncia na regio de 40 K a 120 KCPM com picos bem definidos e espaados de 120 Hz (7.200 CPM).

As medies so feitas nos mancais do motor .

RANHURAS

____ Caminho da corrente PULSOS AO MUDAR DE RANHURA FRANH = No RANHURAS x RPM

________________________________________________________________________ SKF-Service

1 x FR ROTRICOS 2 x FR ESTATRICOS

VIBRAO NO CENTRO

________________________________________________________________________ SKF-Service

A.2 - Decaimento Vibratrio Uma regra prtica comumente usada em anlise de motores o DECAIMENTO VIBRATRIO, o qual nos mostra claramente a natureza do DEFEITO ou ANORMALIDADE em um Motor Eltrico. Trata-se do seguinte :

Coloca-se o motor operando em condies normais de carga e rotao de trabalho, conecta-se um medidor de vibrao rpido num mancal do motor e desliga-se a energia.

Caso o DECAIMENTO seja lento e gradual, podemos dizer que o DEFEITO ou ANORMALIDADE de origem mecnica, e isto faz sentido por relacionar a vibrao com foras rotacionais, na maioria das vezes Centrfugas, que por sua vez, so proporcionais ao quadrado da rotao.

Caso o DECAIMENTO seja brusco, at um valor mnimo, podemos afirmar que se trata de origem eltrica, a qual, foi eliminada com o corte de energia eltrica. EXEMPLO : Se um Motor vibra 10mm/s e ao cortar a energia, a vibrao cai bruscamente para 3 mm/s, temos 7 mm/s relacionados com origem eltrica e 3 mm/s relacionado com origem mecnica. Captulo III B - MOTORES DC - CORRENTE CONTNUA

O defeito mais comum em motores DC est no sistema de controle de

velocidade, contudo, possvel identificar outras fontes igualmente importantes. Desajuste da placa de Tiristores, Curto no Gerador de Pulsos, Enrolamentos de campo quebrados ou Danificados, fazem a lista das incidncias mais importantes neste tipo de Motor.

Os sintomas de problemas so identificados pela medio de VIBRAO CONVENCIONAL nos mancais do motor e guardam uma relao ntima com a freqncia da Rede (60 Hz) e o nmero de pulsos do retificador de corrente (Gerador de Pulsos - SCR),o qual pode ser de 3 ou 6 pulsos. Assim, comum, a presena de vibrao em 180 Hz (10.800 CPM) ou 360 Hz (21.600 CPM) A configurao bsica Fmax = 60.000 CPM (1 kHz)/800 L. Devemos lembrar que a resoluo deve ser coerente com a rotao do motor, pois, as vibraes citadas, podem ser acompanhadas de Bandas Laterais (Modulaes) da RPM fundamental do Motor, no instante da medio. A severidade grande quando, alm da modulao, percebemos as harmnicas do SCR. Os limites mais usuais so : Alarme 1 = 1,0 mm/s Alarme 2 = 2,0 mm/s

________________________________________________________________________ SKF-Service

Em anexo, fornecemos algumas tabelas importantes, as quais, tem por objetivo orientar o analista de motores no sentido da pesquisa das fontes corretas que, na maioria dos casos pode ser subjetiva e vai requisitar uma enorme dosagem de BOM SENSO.

MOTORES DESBALANCEADOS - CORREO 1. Efetuar a limpeza da hlice de refrigerao; 2. Inspecionar as bases de fixao; 3. Exigir o balanceamento de oficina para motores recondicionados; 4. Motor novo - Efetuar o balanceamento dinmico. PARMETROS ELTRICOS - TESTES EM MOTORES ndice de absoro (mega ) (CC/CA);

Residual de isolamento; Polarizao.

Resistncia (CC/CA); Resistncia a isolamento (CC/CA); Ajuste da zona neutra (CC); Corrente nas fases (CA); Corrente de campo e armadura (CC); Rotao (CC/CA); Taco gerador (CC) (norma 60 mv/RPM) (CC); Conferncia do sensor de temperatura enrolamento/mancais (CA/CC); Conferncia do resistor de aquecimento (CA/CC); Folgas radiais e axiais (CA/CC); Espectro de corrente (CA); Ensaio a vazio - temperatura dos rolamentos/enrolamentos (CA/CC); Ajuste de escovas (CC/CA Bobinado).

________________________________________________________________________ SKF-Service

Captulo IV CONFIGURAO DO ANLISADOR SKF, SRIE MICROLOG CMVA PARA COLETAR ESPECTRO DE CORRENTE

57(60)

64(60)

________________________________________________________________________ SKF-Service

ANLISE DE CORRENTE - SEVERIDADE E RECOMENDAES

I linha / I 2fs

Avaliao da Condio Ao Recomendada

60 dB ou mais

Excelente Nenhuma

54 - 60 dB

Boa Nenhuma

48 - 54 dB Moderada Continuar inspe-o. Analisar somente a tendncia.

42 - 48 dB Desenvolvendo trinca na barra do rotor ou juntas com alta resistncia

Reduzir intervalo de inspeo. Observar curva de tendncia.

36 - 42 dB Provavelmente 2 barras trincadas/quebradas -Provavelmente juntas de alta resistncia.

Fazer Anlise Espectral de Vibraes para confirmar a fonte do problema.

30 - 36 dB Muitas barras trincadas/ quebradas ou, indica falhas (trincas) nos anis de curto.

Desmontar o rotor para inspeo.

Menos que 30 dB Muitas barras trincadas/ quebradas ou vrias trincas nos anis de curto, Falhas severas por toda gaiola.

Desmontar ou substituir o rotor.

FONTE : Liberty Tecbhnologies, Inc.,Conshohocken,Pennsylvania

________________________________________________________________________ SKF-Service

TABELA PARA DIAGNOSE DE MOTORES DE INDUO ATRAVS DE ANLISE DE VIBRAES. NIPPON STEEL - PRTICA

SISTEMA ANORMAL

FENMENO ANORMAL VIBRAO CARACTERSTICA

1-Anormalida-des no Sistema Estator

(1) Desbalanceamento da fonte de tenso (incluindo desbalanceamento do enrolamento).

(1) - Vibraes grandes nas frequncias 2FL e FRANH. (2) - Sem relao com a carga.

(2) Desbalanceamento magntico pela folga (gap).(Esttico)

(1) - Grandes em 2 FL. FRANH. (2) - Sem relao com a carga.

(3) Erro no Centro Magntico.

Mesmos anteriores, mais: (1) - Grandes vibraes na direo axial, na frequncia 2FL. (2) - Grandes vibraes nas frequncias 2 FL + Fn. (?)

2- Anormalida-des no Sistema Rotor

(1) Desbalanceamento no enrolamento Secundrio.

(1) - Vibraes grandes nas frequncias 2FL , FRANH (2) - A componente em 2FL pulsa em 2Fe e Fn (3) - A componente FRANH pulsa em 2Fe e Fn (4) - O nvel de vibraes grande sob carga e na partida.

(2) Eixo Torto (ou empenado)

Mesmas acima, mais: (1) - Espectro de 2FL + m.Fn.(m=1,2,...) forte (?) (2) - A componente 2FL + n.Fn +m.2. Fe (n= 1,2,..) (m= 1,2,..) grande ? (3) - Componente de Fn grande.

FL = Frequncia da Fonte de Potncia FRANH = Frequncia das Ranhuras Fn = Frequncia de Rotao Fe = Frequncia de Escorregamento (?) = Duvidoso

________________________________________________________________________ SKF-Service

Captulo V ESTATOR EXCNTRICO, LMINAS EM CURTO E FERRO SOLTO

Problemas no estator geram alta vibrao a 2x a frequncia de linha (FL). Excentricidade de estator produz espaos de ar irregular entre o rotor e estator que produz vibrao direcional. Espaamento diferen-cial de ar no dever exceder 5% para motores de induo e 10% para motores sncronos.Bases empen-adas podem produzir um estator excntrico. Ferro solto devido a folga do suporte de estator. Lminas do estator em curto podem causar aquecimento localizado prejudicando o rotor. Espectro de corrente eltrica confirma diagnstico.

________________________________________________________________________ SKF-Service

PROBLEMAS ELTRICOS - ROTOR EXCNCTRICO

Rotores excntricos produzem um espaamento irregular entre o rotor e estator que induz vibrao pulsativa (normalmente entre 2FL e harmnicas mais prximas). Normalmente requer ZOOM para separar 2FL e harmnicas, principalmente em motores de 2 plos (60 Hz) e 4 plos (30 Hz) onde desalinhamentos manifestam em 120 Hz e 60 Hz respectivamente. Rotores excntricos geram 2FL cercados por NxFe frequncias , assim como NFe, prximo da velocidade nominal e Fe apare-cendo em baixa frequncia. * Variao de entre-ferro Gera N x 2FL Espectro de corrente eltrica confirma diagnstico (Fe=RPM Nominal - RPM Real). R = 20 Log. A /B ( C ) R = Bom. se R > 40 dB R = Alarme 1 - 35 a 40 dB ; Alarme 2 - 30 a 35 dB. R = Ruim, se R < 30 dB OBS : Exceto Mancais de bucha.

________________________________________________________________________ SKF-Service

PROBLEMAS ELTRICOS - PROBLEMA DE ROTOR

Barras de rotor quebradas ou trincadas ou anis em curto , junes ruins entre as barras do rotor , ou lminas em curto, iro produzir vibrao de 1x velocidade nominal com NxFe . Somado a isto, as barras de rotor trincado iro gerar bandas laterais de NFe ao redor da terceira, quarta e quinta harmnica de velocidade nominal. OBS.: Tem que fazer ZOOM na regio . Barras de rotor soltas so indicadas por 2x a frequncia de rede (2FL) prximo frequncia de passagem de barras do rotor (RBPF) e sua harmnica (RBPF nmero de barras x RPM). Quase sempre ir causar altos nveis a 2 x RBPF, com somente uma pequena amplitude a 1 x RBPF. Espectro de corrente eltrica confirma diagnstico.

HARMNICOS NA REDE / ALIMENTAO DISTORCIDA

A presena de harmnicos na rede, bem como de acessrios eltricos para controlar Fator de Potncia (Banco de Capacitores, Conversores/inversores de freq., etc..,) geram picos entre 40 K e 100 KCPM com bandas laterais de 2*FL. Motores de Induo com defeitos, geram harmnicos na rede e vice-versa. Espectro de Vibrao Convencional ou Envelope de Acelerao confirmam diagnstico.

________________________________________________________________________ SKF-Service

MOTORES SNCRONOS (BOBINAS DO ESTATOR)

Bobinas soltas do Estator em Motores sncronos iro gerar alta vibrao na frequncia de passagem da bobina (CPF), que ir igualar o nmero de bobinas do estator x RPM. A frequncia de passagem da bobina ser circundada por bandas laterais de 1 x RPM. Fsinc. = No. De BOBINAS x RPM

________________________________________________________________________ SKF-Service

Pesquisa EPRI e IEEE EPRI - Eletrical Power Research Institute Motores com Potncia maior que 100HP IEEE - Institute Engineers Eletrical and Electronic Motores com 200HP

< 1 1 a 5 5.1 a 20 21 a 50 51 a 125 > 125

12,917,1

19,421,8

28,5 29,3

0

5

10

15

20

25

30

< 1 1 a 5 5.1 a 20 21 a 50 51 a 125 > 125

Vida Esperada (Anos)

Potncia em HPM dia Geral: 13,27 anos

Vida Mdia Esperada de MIT

21 a 50HP21,8

5.1 a 20HP19,4

51 a 125HP28,5

> 125HP29,3

< 1HP12,9 1 a 5HP

17,1

Mdia Geral: 13,27 anos

________________________________________________________________________ SKF-Service

Causas Aparentes de FAlhas em MIT(EPRI)

Mo de Obra27%

Operao Indevida21%

Projeto39%

Aplicao Indevida13%

18,3 17,2

11,1 8,9

0,6 0,6

29,4

0

5

10

15

20

25

30

Causas Aparentes de Falhas em MIT(IEEE)

M anut. InadequadaPeas DefeituosasInst./TestesOperaoImp./ErroM AplicaoTrans./M an.ImprpioOutros

________________________________________________________________________ SKF-Service

Defeitos em MIT - Totais(EPRI)

Estator37

Rotor10Diversos

12

Mancais41

Defeitos em MIT(IEEE) - Motores Maiores que 200HP

Enrolamentos26%

Mancais44%

Diversos22%

Rotor,Eixos,Acopl.8%

________________________________________________________________________ SKF-Service

25

2017

14

10

5 5 4

0

5

10

15

20

25

Causas de Defeitos em MIT

Sobrecarga LubrificaoUmidadeFalhas dos M ancaisFalta de FaseSujeiraEnvelhecimentoOutros

3,5

2

1,5

10,5 0,5

1

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Defeitos no Rotor de MIT(EPRI)

Barras QuebradasEixoAnel Curto QuebradoNcleoDesbalanceamentoAcessriosOutros

________________________________________________________________________ SKF-Service

16

86

53

1,4 1,6

0

5

10

15

20

Defeitos em Mancais de MIT(EPRI)

Buchas Rolam.Anti-fricoVedaoEscoraFalta de LubrificaoSist.LubrificaoOutros

23

4 31 1 1

4

0

5

10

15

20

25

Defeitos no Estator de MIT(EPRI)

AterramentoIso lespirasGrampo de PressoCunhas FrouxasCarcaaNcleo frouxoOutros

3.2 PROBLEMAS QUE PODEM SER DETECTADOS A PARTIR DExcntricidade do Estator, Lminas em curto ou FRotor ExcntricoProblemas de RotoresFigura 3.3Figura 3.4Problemas de Fase (Conector Solto)Motores Sncronos \(Bobina estator solta\)

Figura 3.7Problemas de Motores de Corrente Continua3.4 ROTOR EXCNTRICO3.5 PROBLEMAS COM ROTORES3.6 PROBLEMAS DE PULSOS DE TORQUEOnde Coletar a Medida de Corrente

ROTEIRO SIMPLIFICADO PARA DIAGNSTICO ELTRICOA.1- Pela VIBRAO CONVENCIONAL :

\( UMA INFORMAO FUNDAMENTAL A FREQUNCIAFe = Freq.Sncrona Fs - Freq.Nominal Fn [ CPM A.1- Pelo ESPECTRO DE CORRENTE :A.2- Excitao de Ranhuras

B - MOTORES DC - CORRENTE CONTNUAFONTE : Liberty Tecbhnologies, Inc.,Conshohocken,PennsylvaniaESTATOR EXCNTRICO, LMINAS EM CURTO E FERRO SOLPROBLEMAS ELTRICOS - ROTOR EXCNCTRICOHARMNICOS NA REDE / ALIMENTAO DISTORCIDA