Falha do motor VFD: Os três assassinos ocultos por detrás de queimaduras frequentes apesar da baixa corrente

Em ambientes industriais, encontramos frequentemente um tipo de falha do motor VFD muito enganador: motores que se queimam frequentemente apesar de funcionarem com correntes muito abaixo dos seus valores nominais.

Não se trata de uma sobrecarga comum - é um assassino invisível desencadeado por harmónicos de alta frequência. Muitos engenheiros investigaram as protecções contra sobreintensidades e sobrecargas apenas para encontrarem todos os parâmetros normais, o que os deixou desamparados. Hoje, vou desvendar as camadas e aprofundar as causas de raiz desta falha altamente técnica a partir de três dimensões microscópicas: rutura do isolamento, corrente do veio e electrocorrosão da chumaceira.

Antes de mergulhar na análise, certifique-se de que implementou a norma mais fundamental: equipar cada circuito do motor com dispositivos independentes de controlo de arranque/paragem e de proteção. Se este passo já estiver implementado, o problema reside em camadas mais profundas da “qualidade da energia”.”

Análise aprofundada de três causas ocultas que levam à falha do motor VFD

Quando as leituras de corrente parecem normais, mas o motor continua a falhar, normalmente encontramos os seguintes três cenários atípicos de falha do motor VFD.

1. Quebra de isolamento causada por cabos longos

Esta é a primeira causa de avaria mais comum: Ao desmontar um motor queimado para inspeção, descobre-se um curto-circuito à terra ou uma avaria no isolamento fase-fase.

Lógica de falha: Este tipo de falha do motor da VFD ocorre tipicamente com cabos de motor alargados (por exemplo, superiores a 100 metros). O inversor emite ondas PWM de alta frequência contendo harmónicos substanciais. Durante a transmissão através de cabos longos, a sobreposição de harmónicas gera um fenómeno de onda reflexiva, causando picos de tensão nos terminais do motor.

Com base nos nossos dados de teste no terreno, em comprimentos de cabo de cerca de 100 metros, a tensão de pico sobreposta pode atingir 2000V a 2500V. Esta tensão excede em muito o limite de tensão suportável do isolamento padrão do motor. Ao longo do tempo, o isolamento é repetidamente perfurado como uma picada de agulha, acabando por levar à rutura do isolamento e causando uma falha grave do motor VFD.

2. Tensão do veio que provoca a “descoloração azulada” do rolamento”

O segundo cenário é ainda mais catastrófico: Ao desmontar o motor, o veio encontra-se azul queimado, com os rolamentos completamente queimados e desintegrados.

Análise da causa: Não se trata de sobreaquecimento por fricção mecânica, mas sim de um problema clássico de tensão do veio. Devido à saída de tensão trifásica desequilibrada (tensão de modo comum) do VFD, a tensão é induzida em ambas as extremidades do veio do motor. Quando esta tensão se acumula até um determinado nível, rompe a película de óleo dentro dos rolamentos, formando uma corrente de circuito (corrente do veio). Embora esta corrente seja relativamente pequena, gera altas temperaturas em pontos de contacto minúsculos, derretendo instantaneamente o metal. Isto faz com que as chumaceiras fiquem azuis e se desintegrem, conduzindo, em última análise, a um bloqueio mecânico e à avaria do motor VFD.

3. Canelura dos rolamentos (erosão eléctrica) e “Padrões de placa de lavagem”.”

O terceiro cenário é uma variante do segundo, mas as suas caraterísticas são mais subtis. Ao inspecionar os rolamentos após a avaria do motor, embora estejam desintegrados, distintos, ordenados “padrões de tábuas de lavar roupa” são visíveis dentro das pistas.

Caracterização da falha: Este é um caso clássico de erosão eléctrica (Erosão Eléctrica). Correntes de eixo de alta frequência descarregam repetidamente entre a pista do rolamento e as esferas, gravando sulcos na pista como uma erosão por faísca em miniatura (ou seja, canelura do rolamento).

Uma vez formado este padrão, o rolamento gera uma vibração severa durante o funcionamento a alta velocidade, acelerando o desgaste e produzindo temperaturas elevadas, acabando por levar à gripagem do rolamento. Esta é também uma causa importante, mas frequentemente negligenciada, de avaria do motor VFD.

Solução definitiva: Ajuste de custo zero com aprimoramento de hardware

Para os três tipos de falhas de motores VFD causadas por harmónicos e picos de tensão, resumo duas categorias principais de soluções.

1. Solução de custo zero: Ajuste da frequência da portadora

Este é o primeiro passo para a resolução de problemas. Consulte o parâmetro P0-15 (Frequência portadora) no ecrã Manual do utilizador do EV510A ou P0-15 no Manual do utilizador do EV200, e tentar baixar a frequência portadora.

• Procedimento: Reduzir gradualmente a frequência portadora do seu valor predefinido (por exemplo, 8kHz ou superior).
• Princípio: A redução da frequência portadora reduz diretamente o número de ciclos de comutação de impulsos por unidade de tempo, diminuindo assim a frequência de sobreposição de harmónicas. Com menos harmónicas, as tensões de pico diminuem naturalmente. Desde que os picos de tensão permaneçam abaixo da tensão suportável do isolamento ou dos limiares de rutura do rolamento, o risco de falha do motor VFD é significativamente atenuado.

2. Solução de hardware: Instalar um Reator de Saída

Se a redução da frequência portadora produzir resultados limitados, ou se for proibida uma redução excessiva da frequência devido a requisitos de ruído, devem ser utilizadas medidas físicas. Os nossos Guia de seleção de VFD recomenda especificamente a instalação de um reator CA de saída quando a distância entre o VFD e o motor for superior a 100 metros.

• Ação: Instalar um reator de saída no lado da saída do VFD.
• Fundamentação: Os reactores de saída suprimem eficazmente os harmónicos, suavizam os picos e as quedas de tensão e “achatam” os picos de tensão. Esta é a solução mais completa para evitar a rutura do isolamento dos cabos longos e a electrocorrosão dos rolamentos, protegendo fundamentalmente contra a falha do motor VFD.

Conclusão

O principal desafio na resolução das falhas persistentes dos motores VFD reside no controlo da qualidade da tensão de saída. Quer se trate de avarias no isolamento ou de caneluras nos rolamentos, a causa principal são as tensões de pico desencadeadas por harmónicas de alta frequência.

Como engenheiros de campo, a nossa primeira opção é o ajuste da frequência portadora a custo zero. Se o efeito for limitado, temos de instalar decididamente um reator de saída. Para aplicações de transmissão a longa distância, recomendamos que consulte o nosso EV510A ou EV200 guias de seleção de séries para configurar razoavelmente os acessórios periféricos. Isto elimina fisicamente os danos invisíveis dos harmónicos no motor, garantindo o funcionamento do equipamento a longo prazo.