Comparison between AC electric motor inspection techniques

Neste artigo efetua-se uma comparação entre técnicas de inspeção de motores elétricos AC, com estes em serviço e parados.

Em que consiste a tecnologia de análise de motores elétricos e-MCM da Artesis

MCM is a recent electric motor analysis technology, that works based on artificial intelligence that compares the actual engine to be monitored, with a mathematical model of the engine, running up to 600 different load conditions. This mathematical model is obtained from a learning period lasting a few days.

Comparison between AC electric motor inspection techniques

This technology was developed for NASA to make the condition control of the main engine of the Space Shuttle.

The diagnostic monitoring system MCM is also designed to detect electrical faults in engines, in response to limitations of vibration monitoring. In addition to the electrical failure modes, also detects mechanical failure modes the engine or driven machinery. Emerges as the only alternative in situations where vibration monitoring is not practical dedicated, economic or comprehensive enough. You can detect changes in the load the motor is facing due to abnormalities in the driven equipment or process, as cavitation or clogged filters and screens.

Funcionalidades do e-MCM

Modelagem digital do motor

A tecnologia da Artesis cria uma réplica virtual do motor, atualizada continuamente com dados em tempo real. Esse gêmeo digital permite a simulação e a análise do desempenho do motor, fornecendo deteção precisa de falhas e recomendações operacionais acionáveis.

Monitorização contínua

O sistema recolhe dados em contínuo e em tempo real, detetando falhas com até 6 meses de antecedência. Isso garante alta fiabilidade operacional, permitindo manutenção proativa e minimizando tempo de inatividade inesperado.

Monitorização do desempenho da bomba

A tecnologia da Artesis monitoriza os grupos de bombagem, analisando parâmetros críticos, como caudais e pressão. Esta funcionalidade garante o desempenho ideal da bomba e a deteção precoce de potenciais problemas.

Análise de eficiência e custos

Ao identificar ineficiências, ajuda os utilizadores a otimizar o desempenho e a obter economias significativas, como a redução de 10% nos custos de manutenção de grupos de bomagem.

Diagnóstico automático

Aproveitando a aprendizagem automática, a Artesis identifica automaticamente falhas e fornece informações úteis. Isto reduz a necessidade de análise manual, permitindo uma tomada de decisão mais rápida e baseada em dados para manutenção e reparações.

3 Testes com motor em serviço vs. parado

Teste em funcionamento
- Monitorização com o equipamento ligado e em funcionamento
- Deteção de falhas em tempo real (e.g., o sistema da Artesis deteta avarias com até 6 meses de antecedência).
- Ideal para manutenção proativa e redução do tempo de indisponibilidade.
Métodos com o motor parado
- Teste o equipamento quando desligado, geralmente durante paragens programadas.
- Útil para diagnósticos detalhados, como abordagens reativas e não contínua.
Conclusion:
- Apesar dos testes offline serem úteis para diagnósticos detalhados, são reativos e não contínuos.
- A monitorização contínua e a modelagem digital do motor alinham-se com os testes online/energizados, permitindo insights em tempo real sem parar o equipamento.
- O Diagnóstico automático aproveita o aprendizado de máquina para analisar dados em tempo real, um benefício fundamental em cenários online.

4 Tipos de ensaios

Com o motor em funcionamento

Defeitos em barras do rotor: Detetados via análise de assinatura de corrente, que identifica irregularidades na corrente do rotor.
- Bearing wear, desalinhamento e outras falhas mecânicas
- Eccentricity: Padrões no domínio da frequência no sinal da corrente revela problemas no entreferro entre o rotor e o estator.
- Problemas de Desempenho: Monitoriza THD, problemas de qualidade de energia e eficiência analisando o espetro da corrente e correlacionando com o consumo energético.
- Limitação: Não consegue detetar falhas estáticas, como circuitos abertos ou degradação do isolamento, sem contexto operacional.

Com o motor parado

Teste do Isolamento (IR): Identifica fraquezas: degradação do isolamento, humidade ou contaminação nos enrolamentos, fissuras ou orifícios no isolamento
Teste de Razão de Absorção Dielétrica (DAR): Semelhante ao teste IR; avalia a capacidade de polarização do isolamento, fornecendo informação adicionais sobre o seu estado.
Teste de Surge (Surge Test): Deteta falhas de isolamento entre espiras (espira para espira), entre bobines (bobine a bobine), e entre fases (fase a fase) nos enrolamentos do motor.
Teste dos Enrolamentos: Mede a resistência dos enrolamentos do motor para detetar desequilíbrios elétricos ou falhas.
Verificação de Influência do Rotor (RIC): Avalia a condição do rotor ao examinar a sua influência nos enrolamentos do estator. (Variações na indutância à medida que o rotor se move indica anomalias.)

Comparação de resultados de ensaios

Tipo de Falha	Categoria	Teste em funcionamento	Teste Desenergizado
Defeitos nas barras do rotor	Elétrica	Sim	No
Avaria no Isolamento dos Enrolamentos do Estator	Elétrica	Parcial (análise da corrente deteta impactos operacionais)	Sim (teste do isolamento)
Espiras do estator em curto-circuito	Elétrica	Sim (ESA)	Sim (teste de surge)
Circuitos Abertos	Elétrica	No	Sim (teste de continuidade)
Ligações desapertadas	Elétrica	Parcial (problemas operacionais intermitentes via ESA)	Sim (inspeção visual, teste de continuidade)
Bearing wear	Mecânica	Sim (ESA)	Limitado (inspeção visual, apenas em casos severos)
Misalignment	Mecânica		No
Imbalance	Mecânica		No
Eccentricity	Mecânica		No
Distorção Harmónica	Operacional	Sim	No
Problemas de Qualidade de Energia	Operacional		No
Problemas de Eficiência	Operacional		No
Dano Físico	Ambiental	Limitado (detetável via impacto no desempenho)	Sim (inspeção visual)
Contaminação/Mistura	Ambiental	Limitado (impacto no desempenho via análise da corrente)	Sim (teste do isolamento, inspeção visual)

Avarias detetáveis

Artesis e-MCM (Teste Online)	Offline Tradicional/Teste Desernergizado
– Defeitos nas barras do rotor (via ESA)	– Falha de isolamento nos enrolamentos do estator (via IR, PI, DAR)
– Espiras do estator em curto-circuito (via ESA)	– Espiras do estator em curto-circuito (via teste de surge)
– Eccentricity (via ESA)	– Circuitos abertos (via teste de continuidade)
– Distorção Harmónica (via análise da qualidade de energia)	– Dano físico (via inspeção visual)
– Problemas de Qualidade de Energia	– Contaminação/mistura (via IR, inspeção visual)
– Problemas de Eficiência (via análise de consumos energéticos)	– Conexões desapertadas (via teste de continuidade, inspeção visual)
– Problemas de desempenho de bombas (e.g., cavitation, entupimento/obstrução)	– Falhas no rotor (via RIC)

Principais características dos diferentes tipos de teste

	Artesis e-MCM (Teste em funcionamento)	Offline Tradicional/Teste Desenergizado
Parâmetros Físicos	Mede a tensão, corrente, power factor, fator de crista, ângulos de fase; frequências altas (10 kHz), densidade espectral de potência de alta resolução.	Mede a resistência do isolamento, resistência dos enrolamentos, indutância (RIC)
Relatórios Automáticos	Relatórios automáticos com a tendência de falhas, tempos até à falha, ações corretivas, energia dos impactos.	Relatórios manuais/semiautomáticos; detalhado mas requer maior interpretação do leitor.
Impacto de Indisponibilidade	Sem indisponibilidade; monitorização continua sem interrupção operacional.	Requer paragens programadas; testes requerem maior duração (e.g., IR, surto, RIC).
Facilidade de Uso	Sem sensor, instalado no quadro de control do motor; autoaprendizagem reduz falsos alarmes.	Maior configuração (e.g., desconectar motor, rotação manual do rotor para RIC); requer nível de experiência maior.
limitations	Deteção limitada de avarias estáticas (e.g., falha no isolamento, open circuits).	Avarias operacionais indetetáveis (e.g., harmónicas, problemas de eficiência); implica indisponibilidade obrigatória.