Correntes nos rolamentos induzidas por VFD: diagnóstico de danos em rolamentos de motores elétricos

Por que as falhas nos rolamentos exigem uma investigação elétrica?

As falhas nos rolamentos de motores costumam estar associadas à lubrificação, ao alinhamento, à contaminação ou a cargas mecânicas excessivas. Essas continuam sendo causas importantes, mas não explicam todas as falhas recorrentes.

Quando surgem danos nos rolamentos após a instalação ou alteração de um inversor de frequência (VFD), os engenheiros também devem investigar o sistema elétrico. A comutação rápida do inversor pode criar diferenças de tensão de alta frequência que fazem a corrente passar por caminhos não intencionais.

Os danos resultantes podem se assemelhar ao desgaste mecânico convencional. Portanto, substituir o rolamento sem investigar a causa subjacente pode deixar o problema original sem solução.

No entanto, uma falha ocorrida após a modernização com um inversor de frequência não prova que o inversor foi a causa. Para determinar a causa, são necessárias evidências dos rolamentos, do motor, do inversor, dos cabos, do aterramento e do histórico de operação.

Como os inversores de frequência podem gerar correntes nos rolamentos?

Inversores de frequência, como o inversor CA Allen-Bradley 22A-D2P3N104, regulam a velocidade do motor controlando a frequência e a tensão aplicadas ao motor. A modulação por largura de pulso comuta rapidamente os dispositivos de saída do inversor, produzindo transições de tensão com componentes de alta frequência.

Essas condições elétricas podem criar tensão no eixo e caminhos não intencionais para a corrente através dos rolamentos do motor.

O que são correntes de descarga capacitiva?

A capacitância parasita dentro de um motor pode acoplar a tensão de modo comum ao rotor e ao eixo. Quando a tensão nos contatos de um rolamento supera o limite suportado por eles em relação ao estresse elétrico, pode ocorrer uma descarga através do contato rolante.

Descargas repetidas podem causar danos por usinagem por descarga elétrica, incluindo pequenas crateras nas superfícies dos rolamentos.

O que são correntes circulantes de alta frequência?

Em alguns projetos de motores, o fluxo magnético de alta frequência induz tensão entre diferentes pontos ao longo do eixo. Isso pode fazer a corrente passar pelo eixo, pelos rolamentos e pela carcaça do motor.

O mecanismo depende da construção do motor e das condições elétricas. Motores maiores podem ser especialmente relevantes nesse tipo de investigação.

O que são correntes de aterramento do eixo?

Diferenças de tensão entre o eixo, a carcaça do motor e o equipamento conectado podem criar outro caminho para a corrente. Dependendo da instalação, esse caminho pode passar pelo acoplamento e pelos rolamentos de uma bomba ou caixa de engrenagens conectada.

Esses mecanismos são distintos, embora mais de um possa ocorrer na mesma instalação. Os engenheiros devem identificar o caminho real da corrente antes de escolher uma medida corretiva.

O que os danos no rolamento podem revelar?

A erosão elétrica pode deixar uma aparência fosca, pequenas cavidades ou ranhuras regularmente espaçadas, conhecidas como estrias. Esses padrões podem indicar descargas elétricas repetidas, mas a inspeção visual, por si só, não é suficiente para um diagnóstico definitivo.

Fotografe o rolamento antes de limpá-lo. Registre a localização do dano, a identificação do rolamento e a extremidade do motor. Preserve os componentes removidos caso seja necessária uma inspeção adicional.

Correlacione as evidências físicas com as tendências de operação e as alterações elétricas recentes. Nem a graxa escura nem um alarme de vibração, por si só, comprovam uma causa elétrica.

Quais verificações você deve concluir antes de substituir outro rolamento?

Como preservar as evidências da falha?

Registre a designação do rolamento e se ele veio do lado de acionamento ou do lado oposto ao acionamento. Fotografe as pistas, os elementos rolantes, as vedações e o lubrificante antes da limpeza.

Reúna os dados disponíveis sobre tendências de vibração, horas de operação, condições de carga e registros de manutenção. Registre também o modelo do VFD, a identificação do motor, alterações recentes de parâmetros e informações sobre o cabo do motor. Os registros do lado do inversor podem incluir componentes como a placa de interface de controle ABB ACS600 NINT-72C e o módulo de interface do inversor ABB DIS0012.

Como investigar causas mecânicas e elétricas?

Inspecione a lubrificação, a contaminação, o ajuste do rolamento, as condições do eixo e da carcaça, o alinhamento e o carregamento. Compare a localização do dano com a zona de carga mecânica esperada.

Ao mesmo tempo, investigue possíveis danos elétricos por erosão. Danos mecânicos e elétricos podem coexistir, portanto a investigação não deve forçar uma escolha prematura entre eles.

O que verificar no aterramento e na blindagem dos cabos?

Verifique a conexão do terra de proteção do motor e todo o sistema de aterramento. Confira as terminações das blindagens, as junções equipotenciais, a corrosão, as superfícies de contato pintadas e as alterações feitas durante manutenções anteriores.

Siga os requisitos dos fabricantes do inversor de frequência e do motor para a blindagem e a terminação dos cabos. Quando especificado, verifique a conexão equipotencial de 360 graus nas extremidades do motor e do inversor.

Uma leitura satisfatória de continuidade em corrente contínua não comprova baixa impedância em altas frequências. Não considere um teste básico de continuidade como prova de que o caminho de retorno de alta frequência é adequado.

Quais configurações do inversor e do motor você deve verificar?

Registre a frequência de chaveamento ou portadora configurada, a faixa de velocidade, o perfil de operação e as configurações relevantes do inversor. Compare esses dados com a configuração aprovada para a aplicação e as recomendações do fabricante.

Não altere a frequência de chaveamento ou o filtro de saída apenas para testar uma hipótese. Essas alterações podem afetar o aquecimento do motor, a compatibilidade eletromagnética, o desempenho do inversor e outros requisitos da aplicação.

Por que examinar todo o conjunto de equipamentos?

Inclua o motor, o acoplamento, o redutor, a bomba e o equipamento acionado na investigação. Os possíveis caminhos da corrente podem se estender além do próprio motor.

Verifique a equipotencialização entre os equipamentos conectados e confira se houve alterações na disposição mecânica ou elétrica. Qualquer medida corretiva deve manter o aterramento de proteção e atender aos requisitos de segurança aplicáveis.

Como confirmar o diagnóstico e a ação corretiva?

Use as evidências coletadas para decidir se são necessárias medições especializadas. Dependendo do mecanismo suspeito, um engenheiro com os equipamentos adequados poderá investigar a tensão no eixo, os caminhos de corrente de alta frequência ou o desempenho do aterramento.

Consulte os fabricantes do motor e do inversor antes de selecionar rolamentos isolados, dispositivos de aterramento do eixo, filtros de modo comum ou outros métodos de mitigação. Essas medidas não são intercambiáveis e devem ser compatíveis com a aplicação do motor e do inversor.

Como evitar falhas recorrentes?

A prevenção eficaz começa com uma inspeção da instalação, e não com a substituição de um único componente. Verifique se os cabos do motor, as terminações das blindagens, o aterramento e a configuração do inversor seguem as instruções aplicáveis do fabricante.

Por exemplo, as orientações técnicas da ABB sobre correntes em rolamentos discutem caminhos de aterramento adequados, cabos simétricos para motores, filtragem na saída e isolamento dos rolamentos como possíveis medidas de mitigação. A combinação correta depende do sistema de acionamento e do projeto do motor.

Mantenha registros da falha original, da ação corretiva escolhida e do desempenho operacional subsequente. Esses registros ajudam os engenheiros a comparar futuras inspeções de rolamentos e identificar padrões recorrentes.

Quando apropriado, estabeleça medições de referência de vibração e temperatura. Combine essas tendências com os resultados da manutenção e da inspeção elétrica, em vez de confiar em um único indicador. Dispositivos de monitoramento, como o relé de proteção de motor ABB REM610C55HCMR e o relé de proteção de motor GE Multilin 339, são comumente usados para monitorar as condições de operação do motor.

Quais são as limitações de segurança e diagnóstico?

Os sistemas de motor e inversor podem apresentar tensões perigosas e energia elétrica armazenada. Siga os procedimentos aprovados de isolamento, bloqueio, descarga e verificação antes de inspecionar as conexões elétricas ou remover componentes.

Medições com o equipamento energizado exigem instrumentos e métodos adequados, além de profissionais qualificados. Não contorne as conexões de aterramento de proteção nem remova as blindagens necessárias enquanto o equipamento estiver em operação.

Por fim, diferencie um mecanismo suspeito de uma causa raiz confirmada. A conclusão mais sólida combina evidências físicas do rolamento, constatações elétricas, histórico de operação e orientações do fabricante.

Conclusão: como evitar substituições recorrentes de rolamentos

Falhas recorrentes de rolamentos em equipamentos acionados por inversores de frequência exigem uma investigação coordenada das áreas elétrica e mecânica. Preserve o rolamento que falhou, examine as condições mecânicas, revise o aterramento e a blindagem dos cabos e verifique a configuração do inversor. Investigue todo o conjunto de equipamentos conectados antes de escolher uma medida corretiva. Como vários mecanismos de falha podem produzir sintomas semelhantes, confirme o diagnóstico com evidências adequadas e orientações do fabricante. Esse processo ajuda as equipes de manutenção a evitar substituições recorrentes e a selecionar ações corretivas adequadas à instalação real.