5. Sintomatologia de danos mais comuns em motores elétricos de indução
6.2.3. Analisadores programados em LabVIEW
A programação de dois analisadores, um de vibração e um de corrente, foi a alternativa low-cost à utilização de aparelhos de medida profissionais. Os analisadores foram programados com base no estudo efetuado em torno do controlo de condição, da análise de vibração, da análise da assinatura de corrente do motor e da análise em frequência.
6.2.3.1. Analisador de vibrações
O analisador de vibrações possui duas funcionalidades principais. A primeira é destinada à deteção de anomalias e a segunda ao diagnóstico das mesmas.
A deteção é efetuada com base nas normas programadas ISO 10816 e DNV-GL, no que é referente a motores elétricos. Os acelerómetros medem os níveis de vibração dos pontos específicos em que são colocados. Estes valores são adquiridos e processados resultando em um indicador posteriormente comparado com a norma escolhida pelo utilizador. Os resultados da comparação dos níveis de vibração medidos com as respetivas normas resultam na ação de um led que se acende indicando ao utilizador se o nível de vibração é classificado como bom, aceitável, insatisfatório ou inaceitável, para a norma
definida. Isto acontece de forma independente para cada um dos acelerómetros (1 e 2) e consequentemente para cada um dos dois pontos de medida em que estes são colocados.
Figura 70 Analisador de vibrações - Deteção de anomalias por comparação com normas O diagnóstico é efetuado essencialmente com base no conhecimento e experiência do utilizador. O sinal analógico de vibração adquirido pelos acelerómetros é convertido em sinal digital e processado, visualizando-se o sinal no tempo. As bibliotecas existentes em LabVIEW, como o sound and vibrations analysis, permitem muito facilmente manipular o sinal no tempo, obtendo-se o espetro frequências e o espetro de fases pela aplicação da FFT.
Figura 71 Analisador de vibrações - Display da informação fornecida pelos acelerómetros Posto isto, através da análise do sinal no tempo, do espetro de frequências e da relação de fases é possível efetuar o diagnóstico.
Figura 72 Analisador de vibração
De modo a facilitar o diagnóstico foi programada a opção de serem traçadas linhas verticais nas frequências específicas de cada dano, tendo por base a sintomatologia recolhida na bibliografia e apresentada no capítulo 5. Esta funcionalidade permite ao utilizador não só visualizar estas frequências como visualizar harmónicas, interarmónicas e subarmónicas da frequência indicada pelo cursor do gráfico. Esta funcionalidade tenciona diminuir o tempo despendido pelo analista na procura das frequências típicas e diminuir a ambiguidade existente na análise dos espetros quando existem muitas outras frequências não associadas diretamente ao dano existente.
O analisador está programado para funcionar com dois acelerómetros Phidgets. A programação de dois acelerómetros é vantajosa uma vez que permite observar simultaneamente os níveis de vibração em dois pontos distintos do motor e utilizar um dos acelerómetros como referência, possibilitando a visualização da diferença de fase entre dois pontos do motor, fornecendo uma imagem do movimento relativo entre diferentes pontos do mesmo, tornando-se um fator determinante no diagnóstico e distinção de danos com sintomas semelhantes.
Uma vez que os acelerómetros em questão são triaxiais, também se programou a possibilidade de visualizar, em gráfico, a diferença de fase entre dois eixos de medição do mesmo acelerómetro, com o intuito de, para o mesmo ponto de medição, obter uma imagem da mobilidade do motor nestes mesmos eixos.
Os acelerómetros utilizados possuem input’s que devem ser fornecidos e controlados para a obtenção da informação correta e esperada. Com isto, antes de se
iniciar cada análise é necessário indicar ao sistema, o parâmetro e eixo de medição pretendido, a frequência máxima a medir e o número de pontos de aquisição. O fornecimento desta informação ao sistema permite definir as variáveis necessárias a cada sistema de aquisição e processamento de sinal como a resolução em frequência, a resolução no tempo e o período e frequência de amostragem
Figura 73 Setup analisador de vibrações
Como a análise de vibrações possui muitas variáveis capazes de comprometer os resultados obtidos tentou-se ter em conta o máximo de várias possíveis. O erro de Aliasing é atenuado pelo filtro anti-aliasing presente no próprio acelerómetro e pela apresentação de metade da frequência máxima capaz de ser detetada pelo mesmo, o erro de Leakage é controlado através da utilização de uma janela adequada, o efeito da aceleração gravítica é eliminado pela subtração da média dos valores medidos a cada conjunto de valores adquiridos e a realização de médias aos espetros tornam os espetros obtidos mais claros e livres de ruídos pontuais.
O maior desafio na programação do presente analisador foi a interpretação das funções da biblioteca presente em LabVIEW e programação do cálculo da fase, bem como manter o processamento do programa suficientemente rápido para que este fosse capaz de responder a mínima perturbação do acelerómetro.
6.2.3.2. Analisador de corrente
A programação do analisador de corrente seguiu um racional semelhante ao analisador de vibração, visto que a análise de corrente também se baseia na análise em
Três transformadores de corrente, ligados a uma placa de aquisição de dados, captam o sinal no tempo da corrente presente em cada uma das fases que alimenta o motor elétrico. Cada fase fornece um sinal no tempo distinto que é transformado para o domínio da frequência através da aplicação da FFT.
Figura 74 Analisador de corrente
Os sinais, tanto no tempo como em frequência, podem ser visualizados todos num só gráfico permitindo a comparação direta das três fases (Figura 74) ,ou cada fase pode ser visualizada independentemente permitindo a sua análise detalhada (Figura 75). Torna- se assim possível visualizar quais as frequências presentes no sinal de forma mais nítida, alterar a escala para escala logarítmica de forma a realçar as frequências de baixa amplitude (situação bastante comum na análise de corrente) e verificar o valor de fase para cada frequência específica pela utilização do cursor do espetro de frequência.
Visto tratar-se de um sistema de aquisição de dados, à semelhança do analisador de vibração, também aqui é necessário fornecer input’s ao sistema para realização de uma correta aquisição e processamento de sinal, indicando-se essencialmente a frequência máxima a considerar e o número de pontos que se pretendem adquirir. Também aqui o erro de Aliasing é evitado por apenas se considerar metade da frequência de amostragem, o erro de Leakage pela aplicação de janelas adequadas e a obtenção de espetros limpos e claros pela realização de médias de espetros.
O analisador de corrente é relativamente menos complexo do que o analisador de vibração, este não possui distinção entre funcionalidades destinadas à deteção e ao diagnóstico. Isto acontece por não se ter conhecimento de normas que regulamentem os valores de corrente admissíveis em motores elétricos, ao contrário do que acontece com a análise de vibrações. A deteção neste caso deverá ser efetuada pela alteração aos valores das medições anteriores. Contudo, manteve-se a capacidade de serem traças as frequências típicas de dano com base na bibliografia estudada com o objetivo de facilitar o diagnóstico.
Figura 76 Analisador de corrente - Frequências típicas de dano programadas