Uso do monitoramento de motor elétrico dinâmico para identificar problemas mecânicos

O teste dinâmico de motor elétrico é freqüentemente chamado de teste on-line porque requer que o motor esteja funcionando e geralmente assume que o motor está em seu ambiente natural. O teste dinâmico envolve a conexão de pontas de prova de tensão e transformadores de corrente. A conexão do equipamento de teste dinâmico é segura, rápida e não intrusiva. Os dados são adquiridos e os resultados são exibidos em um formato de resumo. Os dados coletados são comparados às informações da placa de identificação inseridas pelo usuário e são apresentados em um formato aprovado / reprovado com os dados de teste atuais e os logs de tendência exibidos após cada teste sucessivo.

A necessidade de testes de motor

Todo técnico de confiabilidade sabe que os custos associados a falhas de motor podem ser devastadores para qualquer operação comercial. Descobrir que um motor está operando com condições que criam calor excessivo ou estresse é um guia para o técnico fazer alterações na operação do motor e monitorar seu isolamento. Saber que um motor está em perigo iminente de falha fornece ao técnico tempo para agendar os reparos conforme sua conveniência, em vez de fazer com que o motor comande devido a uma falha catastrófica. Reduzir o tempo de inatividade não programado e, ao mesmo tempo, aumentar a eficiência e a lucratividade são objetivos comuns de todos os técnicos de confiabilidade. O teste e o monitoramento dinâmicos de motores são um conceito relativamente novo que auxilia e aprimora as capacidades dos responsáveis ​​pela operação segura e contínua de motores elétricos e equipamentos relacionados.

O que o teste dinâmico diz a você

Um motor é uma parte de um sistema completo que inclui a qualidade da energia de entrada, o motor e a carga acionada. Muitos problemas do motor são criados pela baixa qualidade da energia de entrada e muitos outros problemas podem ser atribuídos à carga e a questões relacionadas à carga.

O equipamento de teste de motor dinâmico de última geração é capaz de separar os problemas elétricos dos mecânicos, bem como definir as áreas de problemas relacionados à energia. Um bom equipamento de teste fornecerá uma quantidade enorme de informações sobre a potência de entrada, incluindo níveis de tensão, desequilíbrios e conteúdo harmônico. Um pequeno desequilíbrio de tensão resultará em um desequilíbrio de corrente muito maior e aumentará as perdas dentro do motor. A distorção harmônica também resulta em desperdício de energia, causando superaquecimento devido principalmente a ondas senoidais não senoidais. Esses problemas afetam diretamente o desempenho de um motor e sua capacidade de lidar com sua carga. No geral, a baixa qualidade de energia se manifesta como maior aquecimento no estator e rotor, reduzindo a eficiência e, eventualmente, resultando em falhas prematuras do motor. Monitorar a qualidade da energia e fazer os ajustes necessários são essenciais para manter a longevidade do motor.

Além da condição de energia, o teste dinâmico fornece informações abrangentes sobre o comportamento do motor e oferece evidências de áreas com problemas mecânicos em potencial. O equipamento de teste rastreia os níveis e desequilíbrios atuais, os níveis de carga e as informações relacionadas ao torque. Combinando esses dados com as informações de qualidade de energia, o equipamento pode prever fatores de redução que indicam áreas com problemas em potencial.

Torque e ondulação de torque adicionam outra peça do quebra-cabeça que é necessária para um diagnóstico consistente e preciso da saúde do motor. A ondulação de torque é definida como a divisão do torque máximo dividido pelo torque médio durante o período de aquisição. A ondulação de torque em si é uma medida de quão pequena é a banda de torque que cerca um torque médio de estado estacionário. A ondulação do torque é independente da condição de energia e do nível de corrente. Ele fornece uma visão visual do desempenho da carga acionada e é um indicador da tensão do rotor.

O teste dinâmico pode identificar problemas da barra do rotor com um alto grau de precisão e os registros de tendências tornam o rastreamento deles ao longo do tempo fácil e previsível. Defeitos na gaiola e na barra do rotor resultam em perda de eficiência e maior calor, culminando em falha prematura do motor.

Medir e monitorar a eficiência é uma tarefa muito difícil. A eficiência operacional de um motor não pode ser facilmente medida em uma aplicação de campo. Muitos padrões têm uma série de requisitos que normalmente só podem ser atendidos em um ambiente de laboratório. Esses padrões também costumam se concentrar em garantir uma descrição adequada das capacidades de um motor em boas condições de tensão de operação. No campo, entretanto, há pouco espaço para requisitos como desacoplar um motor ou regular o nível de tensão para uma operação de saturação. As questões relacionadas às capacidades de um determinado motor são consideradas secundárias em importância quando comparadas à eficiência operacional sob as condições dadas no campo. O resultado de tal ambiente é que eficiências verdadeiras não são realistas de se obter.

As eficiências operacionais, no entanto, são de importância crucial para um gerenciamento com consciência energética. Os requisitos para uma medição real da eficiência operacional em um ambiente de campo são amplos e irrealistas (como instalar transdutores de torque no eixo do motor e medir a potência de entrada do motor nos terminais do motor, frequentemente em níveis de alta tensão). Em vez da verdadeira medição da eficiência, a estimativa da eficiência torna-se a única abordagem amigável em campo para o gerenciamento de energia. A diferença entre a medição da eficiência operacional e a estimativa da eficiência operacional é que a primeira tenta encontrar a verdadeira eficiência operacional por meio de medição direta, enquanto a última aceita uma pequena medida de imprecisão para maior facilidade de uso.

Estudos de caso

Em um experimento de laboratório controlado, a análise de vibração e os dados dinâmicos foram adquiridos em um novo motor de 5 cavalos e 460 volts. O motor foi desmontado e a pista externa do mancal do lado acionado foi danificada intencionalmente (Figura 1).



Figura 1

O motor foi remontado e novos dados coletados. A fórmula comum usada na análise de vibração foi aplicada aos dados adquiridos e os resultados foram publicados nos espectros de vibração e de torque.

Os cálculos resultantes concluíram que o defeito da pista externa deve aparecer em 107 Hz com bandas laterais relacionadas à velocidade do motor no espectro de vibração e duas vezes a frequência fundamental no espectro de torque (Figuras 2 e 3). O defeito da pista externa com suas bandas laterais era muito mais fácil de determinar nos dados adquiridos dinamicamente do que nos espectros de vibração.



Figura 2. Espectro de vibração



Figura 3. Espectros de torque demodulados

Problemas da barra do rotor

Em outro estudo controlado por laboratório, um motor de 1 cavalo-vapor funcionando a plena carga em um pequeno dinamômetro foi testado exaustivamente com o testador dinâmico. Os resultados foram então salvos e analisados. O rotor foi removido e um orifício de 5/8 de polegada foi perfurado em uma barra do rotor, cortando-a completamente. O motor foi montado e testado novamente em condições idênticas. Novamente, os resultados foram salvos e depois comparados com os dados originais (Figuras 4 e 5).



Figura 4



Figura 5



A barra do rotor quebrada foi claramente definida na análise de assinatura atual, sem qualquer dificuldade ou diagnóstico intensivo.

Cavitação

Em uma grande usina de energia elétrica na Carolina do Norte, os mecânicos notaram que uma das três bombas de 15.000 cavalos de potência desenvolveu um nível de fluxo mais baixo do que as outras duas. Os mecânicos culpavam o motor, enquanto os eletricistas afirmavam que a bomba estava com defeito. Dados elétricos dinâmicos foram adquiridos e analisados. A Figura 6 mostra as ondulações de torque resultantes.



Figura 6



Uma bomba exibiu as grandes variações na ondulação de torque, enquanto as duas bombas que estavam operando normalmente tinham a assinatura de torque menor. Como resultado desse teste, um mergulhador foi enviado ao poço e descobriu que os parafusos de uma das extremidades do sino enferrujaram, permitindo que a flauta que direcionava a água para a bomba caísse. Esta situação fez com que a bomba circulasse água para fora da bomba e criou cavitação. Os parafusos das outras bombas também precisavam ser substituídos e teriam falhado em um futuro próximo. O tempo de inatividade necessário para fazer os reparos custou à instalação vários milhões de dólares, mas o aumento da produtividade após os reparos compensou facilmente esses custos.

Em conclusão, os testes dinâmicos de motores e os equipamentos de última geração disponíveis hoje estão se tornando rapidamente as ferramentas de escolha para técnicos de confiabilidade em todo o mundo. A tecnologia é bastante jovem e as inovações estão continuamente expandindo suas capacidades e horizontes.