1. Introdução
A falha prematura de rolamentos em motores industriais alimentados por conversores de frequência (VCRs) está se tornando um problema crítico nos sistemas de fabricação modernos. Os sintomas geralmente se manifestam como aumento dos níveis de ruído, superaquecimento do conjunto do rolamento e, eventualmente, destruição catastrófica da pista em um padrão característico conhecido como "erosão elétrica" (EDM). Este relatório analisa esse processo, com foco na interação do sistema, incluindo componentes como o Telemecanique LD1LB030FC.
2. Visão geral do componente
O Telemecanique LD1LB030FC funciona como um elemento crítico no circuito de controle do motor. No contexto de um inversor, ele fornece isolamento e proteção, mas não foi projetado para filtrar os transientes de alta frequência que ocorrem durante a comutação dos transistores IGBT em um inversor. Um motor controlado por inversor opera a uma alta taxa de mudança de tensão (dV/dt), o que cria um acoplamento capacitivo entre o enrolamento do estator e o rotor. Isto resulta em tensão no eixo do motor em relação à carcaça.
3. Provas de recusa
A inspeção técnica mostra sinais claros de danos nos rolamentos EDM:
- Sinais visuais: Ranhuras características (estrias) nos anéis interno e externo do rolamento, causadas por descargas de microarco.
- Dados de vibração: A análise do espectro de vibração mostra picos de energia elevados em frequências correspondentes à frequência de comutação do inversor, bem como nas frequências de defeitos de rolamento (BPFO, BPFI).
- Medições de tensão no eixo: As medições oscilográficas mostram picos de tensão no eixo que excedem 10-15 V, que é o limite para quebra da película de óleo no rolamento.
- Monitoramento de temperatura: Há um excesso estável da temperatura operacional do rolamento em 15-25°C em comparação com motores similares operando diretamente da rede.
4. Investigação da causa raiz
A utilização do diagrama de Ishikawa (diagrama “espinha de peixe”) possibilitou estruturar os fatores de influência:
- Elétrica: Alta frequência de comutação IF (acima de 4 kHz), incompatibilidade de características do cabo (alta capacitância parasita).
- Mecânica: Lubrificação insuficiente (degradação do lubrificante sob ação de faíscas), aterramento incorreto do eixo.
- Sistema: Falta de filtragem de alta frequência na saída IF, falta de aterramento do estator e rotor conforme esquema de alta frequência (ligação HF).
5. Causas raiz classificadas
- Tensão de Modo Comum: A principal razão para a criação de corrente capacitiva através dos rolamentos. Probabilidade: 85%. Confirmado por medições de tensão do eixo.
- Aterramento inadequado: As correntes de alta frequência procuram o caminho de menor resistência, que passa pelos rolamentos do motor e não pelo condutor de aterramento. Probabilidade: 10%. Confirmado pela falta de ligação HF adequada entre o inversor e o motor.
- Degradação do lubrificante: Um efeito secundário que aumenta o processo de degradação. Probabilidade: 5%. Foi confirmado pela análise da composição química do lubrificante.
6. Ações corretivas
Para eliminar as causas, é necessária a implementação de uma estratégia abrangente:
- Curto prazo: Instalação de anéis de aterramento do eixo (Shaft Grounding Rings) no eixo do motor para desviar a corrente sem passar pelos mancais.
- Longo prazo: introdução de rolamentos isolados no lado não acionador (NDE) (anéis isolados ou de cerâmica) para interromper o circuito de fluxo de corrente.
- Sistêmico: Uso de cabos de motor blindados com aterramento de blindagem adequado de 360 graus em ambas as extremidades (para aterramento HF) e instalação de bobinas de modo comum de saída na saída IF para limitar dV/dt.
7. Lista de verificação de diagnóstico para um técnico
| passo | ação | Ferramenta |
|---|---|---|
| 1 | Inspeção visual quanto à presença de pó metálico | Lanterna, revisão |
| 2 | Medição da tensão do eixo (pico) | Um osciloscópio com uma ponta de prova isolada |
| 3 | Verificando a resistência de aterramento do motor | Miliometro |
| 4 | Análise do nível de vibração em altas frequências | Vibroanalisador |
| 5 | Verificando a integridade da blindagem do cabo | Multímetro |
| 6 | Termografia de conjuntos de rolamentos | Termovisor |
| 7 | Teste de isolamento de rolamento (NDE) | Megôhmetro (com energia desligada) |
| 8 | Avaliação da condição do lubrificante | Inspeção/análise visual |
8. Estratégia de prevenção
Para garantir a confiabilidade do sistema, recomenda-se:
- Implantação de cronograma de manutenção preventiva com medição de tensão do eixo a cada 3000 horas de operação.
- Análise regular do espectro de vibração (trimestralmente) para detectar sinais precoces de EDM.
- Usando componentes testados quanto à compatibilidade com o inversor, que podem ser selecionados por meio do UNITEC-D E-Catalog, para substituir componentes críticos.
9. Conclusão
O combate às correntes nos rolamentos causadas pela FI requer uma abordagem sistemática, desde o aterramento físico até a seleção dos rolamentos corretos. Uma estratégia eficaz combina monitoramento de condições, instalação adequada de aterramento e uso de componentes especializados. Para selecionar rolamentos e proteções de reposição, visite o UNITEC-D E-Catalog.
10. Links
- EN 60034-25: Máquinas elétricas rotativas. Parte 25. Guia para Projeto e Operação de Motores CA Alimentados por Inversores.
- ISO 10816-3: Avaliação de vibração de máquinas.
- Manuais do Fabricante: Documentação técnica Telemecanique LD1LB030FC.
- Manual de análise de falhas de rolamentos: guias técnicos SKF/NSK.
