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Medir descargas de tensão no eixo do motor com o Analisador de Acionamento Fluke MDA-550

Pulsos de tensão de um inversor de frequência podem acoplar o estator do motor em seu rotor, causando o aparecimento de uma diferença de potencial no eixo do rotor. Quando essa tensão no eixo do rotor ultrapassa a capacidade isolante da graxa do rolamento, podem ocorrer arcos de tensão ou eletroerosão, causando furos e ranhuras nas pistas do rolamento, danos que podem causar a falha prematura do motor. Esta nota de aplicação explica como usar o Analisador de Acionamento MDA-550 e uma sonda de tensão para medir eventos de descarga de tensão no eixo do motor.

Descargas de tensão no eixo

O acoplamento capacitivo entre o estator e o rotor pode criar uma tensão no eixo do motor. Por essa razão, os rolamentos em motores elétricos podem sofrer desgaste causado não só pela rotação do eixo, mas também por correntes elétricas que fluem, através dos rolamentos, do eixo do motor ao terra. Os motores alimentados por energia alternada senoidal podem ter tensões de eixo/rolamento-para-estrutura entre 1 V e 2 V. Os motores alimentados por formas de onda chaveadas por inversores de frequência, no entanto, podem ter tensões do eixo/rolamento-para-estrutura na ordem de 8 V a 15 V. As tensões nesses níveis podem superar as propriedades isolantes da graxa do rolamento e as faíscas resultantes podem causar corrosão, furos, crateras de fusão e, eventualmente, a falha prematura dos rolamentos e do motor.

Canelura (Estrias) na Pista do Rolamento
Canelura na pista do rolamento causado por correntes no rolamento (Foto: cortesia de Electro Static Technology).
Como usar o MDA
Medir a tensão do eixo do motor com o conjunto de sonda de tensão para eixo

Sonda de tensão para eixo

O acoplamento capacitivo entre o estator do motor e o rotor pode criar uma tensão no eixo do motor. Por essa razão, os rolamentos em motores elétricos podem sofrer desgaste causado não só pela rotação do eixo, mas também por correntes elétricas que fluem do eixo do motor até o terra pelos rolamentos. Os motores alimentados por energia alternada senoidal podem ter tensões de eixo/rolamento-para-estrutura entre 1 V e 2 V. Os motores alimentados por formas de onda chaveadas por inversores de frequência, no entanto, podem ter tensões do eixo/rolamento-para-estrutura na ordem de 8 V a 15 V. As tensões nesses níveis podem superar as propriedades isolantes da graxa do rolamento e as faíscas resultantes podem causar corrosão, furos, crateras de fusão e, eventualmente, a falha prematura dos rolamentos e do motor.

Dispositivo de medição

O MDA-550 foi projetado para testar e resolver problemas típicos de forma rápida e fácil em sistemas de acionamento do tipo conversor trifásico e monofásico. Ao lado do osciloscópio portátil de 4 canais e a funcionalidade de registrador, as funções específicas de análise de acionamento oferecem orientação detalhada sobre a configuração, com informações na tela. Isso facilita a configuração do analisador e a obtenção de medições da unidade, da entrada de energia até o motor instalado, incluindo medições de tensão no eixo.

Os picos de tensão no eixo podem ser extremamente rápidos, inclusive abaixo da faixa de um microssegundo. A ampla largura de banda de 500 MHz e a rápida taxa de amostragem (até 5G-amostras/s) do Fluke MDA-550 fazem com que ele seja ideal para medir mudanças rápidas em tensões.

F-MDA-550-01a
Analisador de Acionamento Fluke MDA-550

Resultados da medição

A medição de tensão do eixo do motor padrão mostra as formas de onda de tensão medidas no próprio eixo do motor. O valor pico-a-pico de tensão exibido na parte superior da tela identifica o nível máximo da forma de onda capturada, o que já é uma indicação da presença de altos níveis de tensão no eixo. No entanto, a frequência com que essas descargas rápidas acontecem não podem ser determinadas dessa maneira. Utilizando a função "EVENTS ON", o MDA-550 exibirá formas de onda com descargas baseadas em uma diferença predefinida de tensão mínima e uma diferença de tempo máximo.

A tela é atualizada com cada forma de onda capturada que tem um tempo íngreme de subida ou de descida, juntamente com o número de eventos detectados por segundo. As formas de onda de descarga mostrarão um aumento na tensão ao terra, seguido por uma linha vertical acentuada ao terra no momento da descarga. Para uma análise detalhada da última forma de onda capturada, o MDA-550 oferece o recurso de "REPLAY" com um buffer das telas para as últimas 100 formas de onda capturadas. A tela pode ser selecionada individualmente ou exibida como uma animação.

Descargas de tensão superiores a 15V e tempos de transição mais rápidos que 50 nanossegundos podem indicar descargas capazes de danificar os rolamentos. No entanto, somente isso não é suficiente para determinar possível dano ao rolamento, pois existem muitos outros fatores que também influenciam.

Se houver excesso de tensões no eixo, é uma boa prática verificar se as descargas de tensão podem ser reduzidas através da adaptação do cabeamento, do aterramento, dos parâmetros de acionamento ou do lubrificante. Se isso não for possível ou não ajudar a mitigar o problema, use os dispositivos de aterramento de eixo ou um eixo isolado como alternativas. Os efeitos desses esforços de mitigação da tensão no eixo podem ser facilmente entendidos pela comparação do número de eventos registrados antes e após as mudanças serem implementadas.

Eventos no Eixo do Motor Desativado
Sinal de tensão do eixo do motor com eventos desativados mostra todos os sinais captados com leitura de tensão pico-a-pico
Eixo do Motor 2
Eventos de descarga de tensão no eixo com tensão mínima especificada e tempo de elevação ou queda máximo em forma de conto
Forma de Onda dos Eventos no Eixo do Motor
Com os eventos ativados, somente formas de onda com tensão mínima específica e tempo de elevação ou queda máximo são exibidos
Repetição do eixo do motor
A função de repetição mostra as 100 últimas formas de onda capturadas para análise avançada

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