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SISTEMA DE TESTE EM ESTATORES BOBINADOSVitor Marcon – instrumentacao@weg.com.br

Salésio Zimmermann JuniorSeção de Metrologia – WEG S.A.

RESUMO

Após o processo de bobinagem énecessário realizar uma seqüência de testes fundamentaispara garantir a qualidade do estator bobinado. Os testeque devem ser realizados são: Teste de Tensão aplicadaAC, teste de tensão aplicada DC, medição de resistênciado enrolamento, sentido de rotação, teste do protetortérmico e teste de surto elétrico (surge test).

1. INTRODUÇÃO

A implementação de novos testes, aumentoda confiabilidade e eficiência dos mesmos nas linhasde fabricação é extremamente necessário e inevitávelpara atingirmos os índices de qualidade quedesejamos.

O trabalho visa estabelecer um modelo idealde um sistema de teste em estatores bobinadosdefinindo os tipos de testes necessários, definiçõessobre princípios de funcionamento e métodos deavaliação dos resultados.

2. DESCRIÇÃO GERAL DE UM SISTEMADE TESTE DE ESTATORES

Um painel de teste de estatores deve ter apossibilidade de testar estatores com 3, 6, 9 e 12cabos. Os testes devem ser realizadosautomaticamente e subseqüentemente, controlado porum computador, que quando identificado um defeitonão realize os demais testes.

Na situação de linhas de fabricação rápidaexiste a possibilidade de disponibilizar duas estaçõesde testes, uma para preparação e outra para execuçãodo teste.

3. MÉTODOS DE TESTE

Todos os parâmetros que devem sercontrolados nessa etapa de fabricação, bem comosuas tolerâncias deverão estar disponível em umbanco de dados do painel.

A preparação consiste em fornecer ao painelo item do estator a ser testado e automaticamenteassociará essa informação com o banco de dados.

O resultado do teste será comparado com astolerâncias e informará ao operador através de formasonora ou visual se o estator está aprovado ourejeitado. Com isso, elimina-se a interferência dooperador no resultado do teste.

O painel deve ter a possibilidade de tratar osdados e os resultados através das ferramentasestatísticas e disponibilizar as informações para umarede, para um possível gerenciamento de chão defábrica que se deseje.

4. DEFEITOS QUE DEVEM SERIDENTIFICADOS

Os defeitos que devem ser identificados apóso processo de bobinagem:

• Choque (mau isolamento entre bobina e chapado estator), variação na resistência, solda maufeita, ligações invertidas, sentido de rotaçãoerrado, curto entre espiras, fio fora da ranhura,curto entre fases, foi cortado ou interrompido,ligação errada, isolamento dobrado, isolamentodanificado, protetor térmico danificado, fugado protetor para o enrolamento.

5. TIPOS DE TESTES

Os testes que devem ser realizados estãodescritos abaixo e estão na ordem de execução:

Medição de resistência ôhmicaTeste de tensão aplicada AC (Hipot AC)Teste de tensão aplicada DC (Hipot DC)Teste de Surto Elétrico (Surge Test)Teste de protetor térmicoTeste do sentido de rotação

6. MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIAELÉTRICA

A medição de resistência elétrica de motoresexige equipamentos com resolução 0,001 ohm e comalta confiabilidade. Para se garantir essas mediçõesfaz-se necessários sistemas de medição precisos.

A fim de eliminar a influência decomprimentos de cabos, contatos usa-se umatecnologia de medição de resistência a 4 fios (alicatekelvin).

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Durante a medição de resistência faz-senecessário a correção do resultado para a temperaturade 20ºC, conforme especificado pela engenharia.

A análise do resultado não compreendesomente em comparar com o valor nominal, mastambém a sua variação com os valores de resistênciadas demais fases (motores trifásicos)

7. TESTE DE SURTO ELÉTRICO (SURGETEST)

Um típico estator bobinado é composto pelasfases, cada fase formada por grupos, cada grupoformado por bobinas e cada bobina, por sua vezformada por espiras.

A falha no isolamento do estator bobinadocomeça com um curto entre espirasconsequentemente entre bobinas e finalmente entrefases. O teste de surto elétrico pode detectar osestágios iniciais de falhas no isolamento tais como:entre espiras, entre bobinas, entre fases, ligaçõesinvertidas, conecções abertas e número de espiraserradas.

Um breve surto de tensão é aplicada nabobina durante o teste que cria um gradiente detensão (ou potencial) ao longo de todo comprimentodo fio. Este gradiente produz um streesmomentaneamente entre as espiras.

A bobina responderá, através de uma formade onda senoidal amortecida. Cada bobina tem umacaracterística própria e única, que pode serapresentada através de um discriminador de sinal(osciloscópio ou outro processador de sinal).

A forma de onda apresentada estádiretamente relacionada com a indutância da bobina(existe outros fatores influenciando na forma de ondamas o principal é a indutância).

Um típico circuito é formado através daindutância da bobina (L) e da capacitância interna doequipamento conhecido como ”circuito tanque”.

A indutância de uma bobina é basicamentedeterminada através do número de espiras, formatoda espira e do núcleo da mesma. Quando a indutânciadiminui, a freqüência da forma de onda aumentará deacordo com a equação 1:

Equação 1: Determinação da freqüência de oscilação docircuito.

O surge teste pode detectar uma defeito entreespiras que é devido a uma isolação frágil. Se opotencial aplicado for maior que a resistência dodielétrico do fio a isolação será rompido, as espirasestarão em curto, variando a indutância da bobina

consequentemente aumenta a freqüência mudando aforma de onda original ou de referência.

A tensão ou amplitude da forma de onda étambém alterada ou modificada devido a variação dovalor da indutância proveniente de uma falha entreespiras. Isto é determinado através da equação 2:

Equação 2: Determinação da tensão em função daindutância

Onde a corrente (i) varia de acordo com o tempo dopulso (t).

Quando a isolação entre espiras é frágil, oresultado é uma oscilação de pequena na amplitude,deformada, torna-se instável, pode-se mover-serapidamente da direita para a esquerda, e voltar para aposição original.

7.1 –Formas de ondas características de defeitos

Alguns tipos de defeitos tem formas de ondascaracterísticas conforme e mostrada abaixo:

A variação das formas é esperado. Nãopodemos considerar como absolutas, cada bobina temsua características própria (identidade).

Figura 1: Bobina sem problema de isolação

Figura 2: Enrolamento em curto

Figura 3: Curto entre espiras

CLf

*21

Π=

dtdi

LU ∗=

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Figura 4: Curto em relação ao terra

Figura 5: Curto entre fases

Figura 6: Curto entre bobinas

Figura 7: Ligação de bobina invertidas

7.2 – Métodos de Avaliação dos Resultados

a) Comparação com uma referência:Como critério de aceitação define-se uma curvacomo referência e a compara com o resultadoobtido. Para motores trifásico, define-se oresultado de uma bobina e compara com asdemais.

b) Tolerância sobre a forma de onda dereferência:Defini-se em torno da forma de onda dereferência a tolerância admissível para o

produto, quando o desvio for superior atolerância conclui-se que o mesmo apresentaproblema de isolação

c) Análise de similaridade:Este método é muito usado em situações deaplicação do teste de surto elétrico em linha deprodução, onde exige-se velocidade defabricação, diagnóstico de produto automático(preferência sem influência do operador).O método consiste em verificar o percentual desimilaridade que existe entre a curva dereferência e a obtida, a determinação dopercentual de desvio é realizado através deaplicação de um complexo método matemático.Nesta situação, define-se o quanto porcento dedesvio pode existir entre as formas de onda.

8. TESTE DE TENSÃO APLICADA DC(HIPOT DC)

A isolação não sendo perfeita existirá umacondutibilidade, ou seja, uma fuga de corrente atravésdo material isolante para o terra.

A resistência de isolamento é um fatorimportante na determinação da situação da isolaçãodo estator bobinado.

Através do teste de tensão aplicada DC épossível determinar a resistência de isolamento everificar a resistência do dielétrico

A resistência de isolamento é determinadapela divisão do valor de tensão aplicada na bobinapela corrente de fuga medida. Ambas sãomonitoradas e controladas pelo HIPOT DC.

Um estator com bom isolamento tem umvalor de resistência de isolamento muito alta. O valorde tensão a ser aplicado deve ser menor que o valorda resistência dielétrica do material. Se a isolaçãofalhar durante o teste significa que o isolamento estádeteriorizado, fraco ou frágil.

Para um resistor quando a tensão está sendoaumentada, a corrente de fuga aumentaproporcionalmente. No entanto, a resistência deisolação no mundo real raramente comporta-se destamaneira. A corrente num resistor típico aumentaráproporcionamente com a tensão até que o nível detensão atinja a ruptura da isolação, até esse momentoo resistor tem um comportamento linear. Somentedepois da quebra da isolação a correnteaumentará mais rápido do que a tensão. A isolaçãoestará completamente deteriorizada quando a correnteaumentar extremamente rápido. Conforme figura 8 aseguir:

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Figura 8: Característica do material isolante

O HIPOT DC controlará a corrente de fuga equando o valor superar o especificado o teste então éfinalizado para não danificar mais ainda o produto.

9. TESTE DE TENSÃO APLICADA AC(HIPOT AC)

O teste de tensão aplicada consiste em aplicaruma alta tensão por um tempo especificado, afinalidade é determinar se a capacidade do materialisolante é suficiente para garantir a isolação sobcondições normais de operação.

O valor de tensão que deve ser aplicadodurante o período 1 minuto, está definido conformeequação 3:

Equação 3: Determinação do valor de tensão a ser aplicada

Caso seja necessário realizar o teste numintervalo de tempo menor, o valor de tensão deveráser de 1,2 vezes maior que o valor calculado, por umperíodo de 1 segundo.

Para evitar excessivo deteriorização domaterial isolante, repetidas aplicações deste teste nãoé recomendado. O resultado do teste consiste em determinarvalor da corrente que circula através do materialisolante que deve ser limitado e definito pelo usuário.

10. TESTE DO PROTETOR TÉRMICO

Os enrolamentos de motores geralmentecontém protetores térmicos. Os protetor térmico podeser testado através da medição de resistência,verificação de continuidade e a verificação daisolação em relação ao enrolamento.

11. TESTE DE SENTIDO DE ROTAÇÃO

Verificar o sentido de rotação é necessáriopara que possa identificar erros de ligação antes doprocesso de impregnação.

Para identificar o sentido de rotação consisteem usar um rotor alternativo ou sensor de efeito hall,as quais movem-se para dentro do estator durante oteste. O equipamento realiza a ligação do motor,alimenta o mesmo com um valor de tensão reduzido equando energizado definirá qual o sentido que omesmo irá girar.

12. CONCLUSÕES

A implementação de todos os testes descritosno trabalho é necessário e fundamental para garantir aqualidade de produto. No entanto, faz-se necessárioavaliações criteriosas na implementação dos mesmossobre os seguintes pontos: definições de tolerâncias elimites admissíveis para o produto, funcionabilidadedos mesmos na linha de fabricação, segurança dooperador, análise da aplicação com intuito de evitarpossíveis danificação ao produto.

13. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

[1] NEMA MG 1.3.631/93, “ Motors and Generators, High-potencial Tests”, National Electrical ManufacturesAssociation, revison number 4, June, 1997

[2] IEC 34-1.8/1996, ”Rotating Electrical Machines, otherperformance and test”, International ElectrotechinalCommission, 1996

[3] Baker Instruments Company, “ Digital Surge/DC HipotTester”, August, 1997

[4] Schleich Antriebs – und Steuerungstechnick Gmbh,“Test for Threephase Stator”, February, 1998

[5] Slaughter The Protesters, “ Coil&winding TestingNotebook, november/1990

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