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Medição das descargas de tensão do eixo do motor com o analisador da transmissão do motor MDA-550 da Fluke

02 de Outubro de 2018 | Motores, discos, bombas, compressores

Os impulsos de tensão de um variador de velocidade podem passar do estator para o rotor do motor, provocando o aparecimento de tensão no eixo do motor. Quando esta tensão no eixo do rotor excede a capacidade de isolamento do lubrificante para rolamentos, podem ocorrer arcos voltaicos ou descargas elétricas da máquina, provocando desgastes do anel de rolamentos, danos que podem provocar avarias prematuras no motor. Esta nota de aplicação explica como utilizar o analisador da transmissão do motor MDA-550 e uma sonda de tensão do eixo para medir eventos de descarga de tensão do eixo do motor.

Descargas de tensão do eixo

O acoplamento capacitivo entre o estator e o rotor do motor pode criar tensão num eixo do motor. Por esta razão, os rolamentos nos motores elétricos podem sofrer desgaste não só provocado pela rotação do eixo mas também pelo fluxo de correntes elétricas do eixo do motor para a terra através dos rolamentos. Os motores com alimentação AC de onda sinusoidal podem ter tensões entre o eixo/rolamento e a estrutura entre 1 e 2 V. No entanto, os motores alimentados pelas formas de ondas de comutação rápida dos variadores de frequência (VFD) podem ter tensões entre o eixo/rolamento e a estrutura que atingem valores entre 8 e 15 V. Estes níveis de tensão podem ultrapassar as capacidades de isolamento do lubrificante para rolamentos e as faíscas resultantes podem provocar desgaste, deterioração e, posteriormente, avarias prematuras dos rolamentos e do motor.

Desgaste do anel de rolamentos
Desgaste de um anel de rolamentos provocada por corrente nos rolamentos (Fotografia cedida pela Electro Static Technology).
Utilizar o MDA
Medição de tensão do eixo do motor com o kit de sonda de tensão do eixo

Sonda de tensão do eixo

O acoplamento capacitivo entre o estator e o rotor do motor pode criar tensão num eixo do motor. Por esta razão, os rolamentos nos motores elétricos podem sofrer desgaste não só provocado pela rotação do eixo mas também pelo fluxo de correntes elétricas do eixo do motor para a terra através dos rolamentos. Os motores com alimentação AC de onda sinusoidal podem ter tensões entre o eixo/rolamento e a estrutura entre 1 e 2 V. No entanto, os motores alimentados pelas formas de ondas de comutação rápida dos variadores de frequência (VFD) podem ter tensões entre o eixo/rolamento e a estrutura que atingem valores entre 8 e 15 V. Estes níveis de tensão podem ultrapassar as capacidades de isolamento do lubrificante para rolamentos e as faíscas resultantes podem provocar desgaste, deterioração e, posteriormente, avarias prematuras dos rolamentos e do motor.

Dispositivo de medição

O MDA-550 foi concebido para testar e resolver de forma rápida e fácil problemas típicos de sistemas de transmissão de motores com inversores trifásicos ou monofásicos. Juntamente com o osciloscópio portátil de 4 canais e a funcionalidade de registo, as funções de análise específicas da transmissão do motor facultam uma orientação passo-a-passo da configuração com informações no ecrã. Isto facilita a configuração do analisador e a obtenção de medições da transmissão, desde a entrada de energia até ao motor instalado, incluindo medições da tensão do eixo.

Os picos de tensão do eixo podem ser extremamente rápidos, mesmo abaixo do intervalo de medição dos microssegundos. A elevada largura de banda de 500 MHz e a rápida taxa de amostragem (até 5 giga-amostras/segundo) do MDA-550 da Fluke tornam-no ideal para medições de alterações rápidas de tensão.

F-MDA-550-01a
Analisador da transmissão do motor MDA-550 da Fluke

Resultados das medições

A medição padrão da tensão do eixo do motor apresenta formas de onda de tensão conforme medidas no próprio eixo do motor. O valor pico-a-pico da tensão apresentado na parte superior do ecrã identifica o nível máximo da forma de onda captada, o qual já representa uma indicação de que se encontram presentes no eixo elevados níveis de tensão. No entanto, a frequência à qual estas descargas rápidas ocorrem não pode ser determinada deste modo. Utilizando a função "EVENTS ON" (Eventos ativados), o MDA-550 apresenta formas de onda contendo descargas com base numa diferença de tensão mínima e numa diferença de temporização máxima pré-definidas.

O visor é atualizado com cada forma de onda captada que possua um tempo de subida e de declínio, juntamente com o número de eventos detetados por segundo. As formas de onda da descarga irão apresentar um aumento da tensão à terra seguido de uma linha vertical à terra acentuada no momento da descarga. Para uma análise detalhada da última forma de onda captada, o MDA-550 disponibiliza a funcionalidade "REPLAY" (Reprodução) com uma memória intermédia dos ecrãs das últimas 100 formas de onda captadas. O ecrã pode ser selecionado individualmente ou apresentado como uma animação.

As descargas de tensão superiores a 15 V e os tempos de transição superiores a 50 nanossegundos podem indicar a existência de descargas com capacidade para danificar os rolamentos. No entanto, apenas este facto não é suficiente para determinar potenciais danos num rolamento, pois existem muitos outros fatores que podem ter influência.

Se forem detetadas tensões excessivas no eixo, é uma boa prática verificar se as descargas de tensão podem ser reduzidas adaptando a cablagem, a ligação à terra, os parâmetros da transmissão ou o lubrificante. Se tal não for possível ou não ajudar a mitigar o problema, dispositivos de ligação à terra para o eixo ou um eixo isolado constituem alternativas práticas. Os efeitos desses esforços de mitigação da tensão no eixo podem ser facilmente entendidos através da comparação do número de eventos registados antes e após as alterações serem implementadas.

Eventos desativados do eixo do motor
O sinal de tensão do eixo do motor com eventos desativados apresenta todos os sinais captados com uma leitura da tensão pico-a-pico
Motor Shaft2
Eventos de descarga da tensão do eixo com tensão mínima e tempo de subida e de declínio máximo especificados em forma de tabela
Onda do evento relativo ao eixo do motor
Com a função "Events on" (Eventos ativados), apenas as formas de onda com uma tensão mínima e um tempo de subida e de declínio máximo especificados são apresentadas
Reprodução do eixo do motor
A função "Replay" (Reprodução) apresenta as últimas 100 formas de onda captadas para uma análise avançada

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