Разбиране на въздушната междина в електрическите двигатели
Определение: Какво е въздушна междина?
Въздушна междина е радиалната хлабина между външната повърхност на ротора и вътрешната повърхност на статора в електрическите двигатели и генератори. Това тясно пространство (обикновено 0,3-2,0 мм или 0,012-0,080 инча) е запълнено с въздух и представлява магнитния път, през който електромагнитните сили се предават между неподвижните намотки на статора и въртящия се ротор. Въздушната междина е едно от най-критичните измерения в дизайна на двигателя, защото тя пряко влияе върху електромагнитните характеристики, ефективността, фактора на мощността, стартовия въртящ момент и чувствителността към... магнитно привличане и вибрация.
Макар и малки и на пръв поглед незначителни, еднородността и големината на въздушните междини имат дълбоко въздействие върху работата на двигателя. Нееднородните въздушни междини създават небалансирани магнитни сили, водещи до вибрации и ускорено износване на лагерите, докато прекомерните междини намаляват ефективността и увеличават изискванията за ток намагнитване.
Типични размери на въздушната междина
По размер на двигателя
- Малки двигатели (< 10 к.с.): 0,3-0,6 мм (0,012-0,024 инча)
- Средни двигатели (10-200 к.с.): 0,5-1,2 мм (0,020-0,047 инча)
- Големи двигатели (200-1000 к.с.): 1,0-2,0 мм (0,040-0,080 инча)
- Много големи двигатели (> 1000 к.с.): 1,5-3,0 мм (0,060-0,120 инча)
- Обща тенденция: По-големите двигатели имат по-големи абсолютни хлабини, но по-малка хлабина като процент от диаметъра
По тип двигател
- Асинхронни двигатели: По-големи празнини (типично 0,5-2,0 мм)
- Синхронни двигатели: Подобно на индукционните двигатели
- DC двигатели: Много малки хлабини в арматурата (0,3-1,0 мм)
- Високоефективни дизайни: Склонете се към по-малки пропуски за по-добра производителност
Значение на въздушната междина
Електромагнитни характеристики
- Съпротивление на магнитната верига: Въздушната междина е най-високият елемент на нежелание в магнитния път.
- Намагнитващ ток: По-малките междини изискват по-малък ток на намагнитване (по-добър фактор на мощността)
- Ефективност: По-малките междини обикновено са по-ефективни (по-малки загуби от намагнитване)
- Производство на въртящ момент: По-малките пролуки позволяват по-силно магнитно свързване
Механични съображения
- Клирънс: Трябва да се съобрази с отклонението на вала, допустимите отклонения на лагерите, термичното нарастване
- Марж на безопасност: Предотвратява контакт между ротора и статора по време на вибрации или необичайни условия
- Производствени толеранси: Трябва да е постижимо с производствени допуски
Ексцентричност на въздушната междина
Определение
Ексцентричността на въздушната междина е неравномерност на междината по обиколката:
- Равномерна празнина: Еднакви размери във всички ъглови положения
- Ексцентрична празнина: Варира по обиколката (малка от едната страна, голяма от противоположната)
- Количествено определяне: Ексцентричност = (gmax – gmin) / градиент, изразен като процент
- Приемливо: Обикновено < 10% ексцентричност за добра работа
Причини за ексцентричност
- Износване на лагери: Позволява на ротора да се движи извън центъра
- Производствени толеранси: Отворът на статора или роторът не са идеално концентрични
- Грешки при сглобяване: Крайните камбани са неправилно подравнени, роторът е наклонен
- Термично изкривяване: Неравномерното нагряване влияе върху закръглеността
- Изкривяване на кадъра: Мека основа или рамка за монтаж, изкривяваща се от напрежение
Ефекти от ексцентричността
- Небалансирано магнитно привличане: Нетна радиална сила към страната с малка празнина
- Вибрация при 2×f: Пулсиращи електромагнитни сили
- Честота на преминаване на полюса Странични ленти: Диагностична сигнатура във вибрационния спектър
- Претоварване на лагера: Асиметрично натоварване, ускоряващо износването
- Загуба на ефективност: Неоптимална магнитна верига
Измерване на въздушната междина
Директно измерване (разглобен двигател)
- Уред за измерване на напрежението: Поставете уреди между ротора и статора на няколко места
- Процедура: Измерете на 8-12 позиции по обиколката
- Изчислете: Среден, минимален, максимален и процент на ексцентричност
- Кога: По време на основен ремонт на двигателя или подмяна на лагери
Косвена оценка (работещ двигател)
- Вибрация при 2×f: Повишената амплитуда показва неравномерна празнина
- Странични ленти на PPF: Наличието и амплитудата корелират с ексцентричността
- Текущ анализ: Ефекти на магнитното поле, видими в текущия спектър
- Шум: Интензитет на електромагнитното бръмчене
Проблеми и решения на въздушните междини
Твърде малък (< Минимална спецификация)
Последици:
- Риск от контакт между ротора и статора поради вибрации или деформация
- Много високо магнитно привличане, ако е ексцентрично
- Повреди по време на стартиране или преходни процеси
Причини и решения:
- Производствена грешка → Преработка на ротора или разпробиване на статора
- Монтиран е грешен ротор → Сменете с правилния ротор
- Износване на лагерите, което позволява изместване на ротора → Сменете лагерите, проверете дали е възстановена хлабината
Твърде голямо (> Максимална спецификация)
Последици:
- Намалена ефективност (по-висок ток намагнитване)
- По-нисък фактор на мощността
- Намален начален въртящ момент
- По-висок ток на празен ход
Обикновено по-малко критично: Може да работи, но производителността е влошена
Неравномерно (ексцентрично)
Най-често срещани и проблемни:
- Създава небалансирано магнитно привличане
- Причинява вибрация 2×f
- Ускорява износването на лагерите чрез положителна обратна връзка
- Решение: Сменете износените лагери, коригирайте деформацията на рамката, проверете концентричността на ротора
Въздушна междина в диагностиката на двигателя
Диагностични индикатори
| Симптом | Вероятен проблем с въздушната междина |
|---|---|
| Висока 2× вибрация на линейната честота | Ексцентрична междина, магнитно привличане |
| Странични ленти на честотата на полюсния проход | Неравномерна празнина |
| Висок ток на празен ход | Прекомерна празнина |
| Нисък стартов въртящ момент | Прекомерна празнина |
| Прикриване на доказателства | Недостатъчен клирънс |
| Асиметрично износване на лагери | Ексцентрична празнина, създаваща UMP |
Тенденции и мониторинг
- Следете 2× вибрации на мрежовата честота през целия живот на двигателя
- Увеличаването на 2×f показва развиваща се ексцентричност (обикновено от износване на лагери)
- Документирайте измерванията на въздушните междини по време на основен ремонт
- Сравнете със спецификациите и предишните измервания
- Използвайте като входни данни за решения за подмяна на лагери
Проектиране и производство
Компромиси при избора на празнина
- По-малка празнина: По-добра ефективност, фактор на мощността, въртящ момент, НО по-голямо магнитно привличане, ако е ексцентрично, по-малък механичен хлабина
- По-голяма празнина: По-голям механичен клирънс, по-ниско магнитно привличане, НО по-ниска ефективност, по-висок ток намагнитване
- Оптимизация: Най-малката празнина, съответстваща на механичните изисквания и производствените възможности
Спецификация на толеранса
- Номинална хлабина, посочена на чертежите
- Толеранси типично ±10-20% от номиналната стойност
- Зададени граници на ексцентричност (често < 10%)
- Проверка на контрола на качеството по време на производството
Въздушната междина е основен параметър при проектирането и работата на електродвигателите. Разбирането на нейното влияние върху електромагнитните характеристики, разпознаването на симптомите на проблеми с въздушната междина чрез вибрационен анализ и поддържането на равномерна междина чрез правилна поддръжка на лагерите са от съществено значение за надеждната и ефективна работа на двигателя и предотвратяването на катастрофални повреди в контакта ротор-статор.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 