Tensões induzidas diferenciais para o diagnóstico de avarias em rolamentos de motores de indução trifásicos

Abstract

O diagnóstico precoce de avarias em sistemas eletromecânicos tem assumido uma maior relevância com a massificação destes sistemas em diversas áreas. Este tipo de diagnóstico não só minimiza impactos económicos importantes causados por paragens forçadas não planeadas como também pode constituir uma mais-valia ao nível da segurança em algumas aplicações. O diagnóstico de avarias mecânicas em motores elétricos não é um assunto novo e tem sido amplamente discutido ao longo das últimas décadas, com diversas aplicações daí resultantes.O método das tensões induzidas diferenciais para o diagnóstico de avarias em rolamentos proposto neste documento é totalmente novo e baseia-se na análise de tensões induzidas diferenciais, medidas com o auxílio de bobinas de prova instaladas no estator de um motor de indução trifásico, para a deteção de anomalias no campo magnético no entreferro do motor causadas por avarias nos rolamentos. Este método tem revelado um grande potencial no diagnóstico de avarias no estator, avarias no rotor, e excentricidades no motor devido à elevada sensibilidade do campo magnético às pequenas alterações provocadas por tais avarias. As tensões induzidas diferenciais podem ser obtidas com ligeiras modificações no motor, através da instalação de seis bobinas de teste nas ranhuras do estator. Uma das mais valias deste método é a possibilidade de ser utilizado em ambientes onde a recolha dos sinais de vibração ou sinais acústicos não é possível.O objetivo principal deste trabalho é pois identificar padrões de avaria típicos em rolamentos de motores de indução trifásicos com base na análise das tensões induzidas diferenciais, de forma a validar este novo método de diagnóstico na deteção deste tipo de avaria.

Early diagnosis of malfunctions in electromechanical systems has assumed greater relevance with the massification of these systems in several applications. This type of diagnosis not only minimizes important economic impacts caused by unplanned forced stoppages, but can also provide added value in terms of safety in some applications. The diagnosis of mechanical malfunctions in electric motors is not a new issue and has been widely discussed over the last few decades, with several techniques resulting therefrom.The differential induced voltages technique for the diagnosis of bearing failures proposed in this document is totally new and is based on the analysis of differential induced voltages, measured by search coils installed in the stator of a three-phase induction motor, for the detection of magnetic field anomalies in the motor air gap caused by bearing failures. This technique has revealed a great potential in the diagnosis of stator faults, rotor faults, and eccentricities in the motor due to the high sensitivity of the magnetic field to the small alterations caused by such faults. Differential induced voltages can be obtained with slight modifications to the motor, by installing six search coils in the stator slots. One of the advantages of this method is the possibility of being used in environments where the analysis of vibration or acoustic signals is not possible.The main goal of this work is therefore to identify typical failure patterns in bearings of three-phase induction motors based on the analysis of the induced differential voltages, in order to validate this new diagnostic method in the detection of this type of failure.