نیروی مغناطیسی چیست؟ نیروی مغناطیسی نامتعادل در موتورها • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری دیگر از روتورها نیروی مغناطیسی چیست؟ نیروی مغناطیسی نامتعادل در موتورها • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری دیگر از روتورها

نیروی مغناطیسی چیست؟ نیروی مغناطیسی نامتعادل در موتورها

منتشر شده توسط admin در

درک کشش مغناطیسی در موتورهای الکتریکی

تعریف: کشش مغناطیسی چیست؟

کشش مغناطیسی (که به آن کشش مغناطیسی نامتعادل یا UMP نیز گفته می‌شود) یک نیروی الکترومغناطیسی شعاعی خالص است که در موتورها و ژنراتورهای الکتریکی ایجاد می‌شود، زمانی که فاصله هوایی بین روتور و استاتور یکنواخت نباشد. هنگامی که روتور در سوراخ استاتور خارج از مرکز (خارج از مرکز) قرار دارد، فاصله هوایی در یک طرف کوچکتر و در طرف مقابل بزرگتر می‌شود. از آنجایی که نیروی مغناطیسی با مجذور فاصله فاصله نسبت معکوس دارد، جاذبه مغناطیسی در سمتی که فاصله کوچکتری دارد بسیار قوی‌تر است و نیروی خالصی ایجاد می‌کند که روتور را به سمت آن طرف می‌کشد.

کشش مغناطیسی ایجاد می‌کند لرزش در دو برابر فرکانس خط برق (۱۲۰ هرتز برای موتورهای ۶۰ هرتز، ۱۰۰ هرتز برای موتورهای ۵۰ هرتز)، می‌تواند روتور را به طور قابل توجهی منحرف کند، سایش یاتاقان را تسریع کند و در موارد شدید، منجر به تماس فاجعه‌بار روتور با استاتور شود. این نشان‌دهنده‌ی کوپلینگ بین خروج از مرکز مکانیکی و نیروهای الکترومغناطیسی است که می‌تواند بازخورد مثبتی ایجاد کند و منجر به خرابی پیشرونده شود.

مکانیسم فیزیکی

شکاف هوایی یکنواخت (وضعیت عادی)

  • روتور در مرکز سوراخ استاتور قرار گرفته است
  • شکاف هوا در کل محیط برابر است (معمولاً 0.3-1.5 میلی‌متر)
  • نیروهای مغناطیسی در همه طرف متعادل و خنثی می‌شوند
  • نیروی شعاعی خالص ≈ صفر
  • حداقل لرزش الکترومغناطیسی

شکاف هوایی خارج از مرکز (شرایط UMP)

وقتی روتور خارج از مرکز است:

  1. عدم تقارن شکاف: یک طرف شکاف کوچکتری دارد (مثلاً 0.5 میلی‌متر)، طرف مقابل شکاف بزرگتری دارد (مثلاً 1.0 میلی‌متر)
  2. قانون مربع معکوس: نیروی مغناطیسی ∝ 1/شکاف²، بنابراین نیرو در سمت شکاف کوچک بسیار قوی‌تر است.
  3. نیروی خالص: نیروهای نامتعادل یکدیگر را خنثی نمی‌کنند و کشش خالصی به سمت سمت با شکاف کوچک ایجاد می‌کنند.
  4. بزرگی: حتی در موتورهای متوسط می تواند صدها تا هزاران پوند باشد
  5. جهت: همیشه به سمتی که کمترین فاصله را دارد

چرا فرکانس خط ۲×؟

کشش مغناطیسی با فرکانس الکتریکی ۲ برابر پالس می‌دهد:

  • جریان متناوب سه فاز، میدان مغناطیسی دوار ایجاد می‌کند
  • قدرت میدان مغناطیسی در فرکانس خط ۲ برابر (مطابق با سیستم‌های ۳ فاز) ضربان می‌زند.
  • با روتور خارج از مرکز، این ضربان در 2×f ارتعاش ایجاد می‌کند.
  • موتور ۶۰ هرتز → لرزش ۱۲۰ هرتز
  • موتور ۵۰ هرتز → لرزش ۱۰۰ هرتز

علل کشش مغناطیسی نامتعادل

سایش بلبرینگ

  • شایع‌ترین علت ابتلا به UMP
  • لقی یاتاقان به روتور اجازه می‌دهد تا خارج از مرکز بچرخد
  • نیروی جاذبه روتور را به سمت پایین می‌کشد و شکاف هوای پایین را کاهش می‌دهد
  • UMP روتور را بیشتر از مرکز خارج می‌کند
  • بازخورد مثبت: UMP سایش یاتاقان را تسریع می‌کند

تلرانس‌های تولید

  • خروج از مرکز روتور: روتور کاملاً گرد نیست یا روی محور قرار نگرفته است
  • خروج از مرکز سوراخ استاتور: سوراخ استاتور با سطوح نصب هم مرکز نیست
  • خطاهای مونتاژ: زنگ‌های انتهایی هم‌تراز نیستند، روتور در حین مونتاژ کج شده است
  • تلرانس‌ها (Tolerances) به صورت دسته‌ای: انباشت خطاهای کوچک که باعث ایجاد خروج از مرکز قابل اندازه‌گیری می‌شوند

علل عملیاتی

  • رشد حرارتی: انبساط تفاضلی مؤثر بر یکنواختی شکاف هوایی
  • اعوجاج قاب: پایه نرم یا قاب تاب برداشتن ناشی از فشار نصب
  • انحراف شفت: بار یا کوپلینگ، شفت را خم می‌کند
  • مسائل مربوط به بنیاد: نشست یا خرابی در تغییر موقعیت موتور

آثار و پیامدها

اثرات مستقیم

  • نیروی شعاعی وارد بر روتور: کشش مداوم به یک طرف
  • اضافه بار بلبرینگ: یک یاتاقان بار اضافی ناشی از کشش مغناطیسی را تحمل می‌کند
  • ارتعاش در 2×f: مولفه ارتعاش الکترومغناطیسی افزایش یافته است
  • انحراف شفت: نیروی مغناطیسی شفت را خم می‌کند و خروج از مرکز را بدتر می‌کند

مکانیسم خرابی پیش‌رونده

UMP می‌تواند یک چرخه شکست خودتقویت‌کننده ایجاد کند:

  1. خروج از مرکز اولیه (ناشی از سایش یاتاقان یا فرآیند تولید)
  2. کشش مغناطیسی به سمت شکاف کوچک گسترش می‌یابد
  3. نیرو، روتور را بیشتر منحرف می‌کند و فاصله را بیشتر کاهش می‌دهد
  4. کشش مغناطیسی قوی‌تر از شکاف کوچکتر
  5. سایش سریع یاتاقان در سمت تحت بار
  6. افزایش خروج از مرکز و کشش مغناطیسی
  7. تماس احتمالی روتور-استاتور و خرابی فاجعه‌بار

آسیب ثانویه

  • خرابی تسریع‌شده‌ی یاتاقان در اثر بارگذاری نامتقارن
  • اصطکاک احتمالی روتور-استاتور که به هر دو قطعه آسیب می‌رساند
  • خم شدن شفت یا کمان دائمی
  • آسیب سیم پیچ استاتور در اثر ضربات روتور
  • افت راندمان ناشی از شکاف هوایی غیر بهینه

تشخیص و شناسایی

امضای ارتعاش

  • شاخص اصلی: فرکانس خط ۲ برابر افزایش یافته (۱۲۰ هرتز یا ۱۰۰ هرتز)
  • الگوی معمول: دامنه ۲×f > 30-50% از ۱× ارتعاش سرعت حرکت
  • تأیید: لرزش در 2×f متناسب با عدم تعادل مکانیکی نیست
  • استقلال بار: دامنه 2×f با بار نسبتاً ثابت است (برخلاف منابع مکانیکی)

تمایز از سایر منابع 2×f

منبع ویژگی‌ها
ناهم‌ترازی ۲ برابر سرعت حرکت (نه ۲ برابر فرکانس خط)؛ لرزش محوری بالا
کشش مغناطیسی ۲× فرکانس خط (۱۲۰/۱۰۰ هرتز)؛ منشأ الکترومغناطیسی
خطاهای استاتور ۲× فرکانس خط؛ عدم تعادل جریان وجود دارد
رزونانس قاب ۲× فرکانس خط؛ ارتعاش قاب >> ارتعاش یاتاقان

آزمایش‌های تشخیصی اضافی

اندازه‌گیری فاصله هوایی

  • اندازه‌گیری فاصله هوایی در چندین نقطه در اطراف محیط (نیاز به جداسازی موتور دارد)
  • خروج از مرکز > 10% از میانگین شکاف، نشان‌دهنده مشکل است
  • حداقل و حداکثر مقادیر فاصله سند

تحلیل فعلی

  • جریان‌های فاز را برای تعادل اندازه‌گیری کنید
  • عدم تعادل ممکن است با UMP همراه باشد
  • طیف، مولفه فرکانس خط ۲× را نشان می‌دهد

تست بدون بار

  • موتور را بدون بار و به صورت جدا از کوپلینگ روشن کنید
  • اگر ارتعاش 2×f همچنان بالا باقی بماند، نشان دهنده منبع الکترومغناطیسی (UMP یا خطای استاتور) است.
  • اگر 2×f به طور قابل توجهی کاهش یابد، نشان دهنده منبع ناهمراستایی مکانیکی است.

اندازه‌گیری نیروی کشش مغناطیسی

فرمول تقریبی

نیروی UMP را می‌توان تخمین زد:

  • F ∝ (خروج از مرکز / فاصله) × توان موتور
  • نیرو به صورت خطی با خروج از مرکز افزایش می‌یابد
  • نیرو با شکاف‌های کوچک‌تر به طور چشمگیری افزایش می‌یابد
  • موتورهای بزرگتر نیروهای به نسبت بزرگتری تولید می‌کنند

قدرهای معمول

  • موتور ۱۰ اسب بخار، خروج از مرکز ۱۰۱TP3T نیروی ~50-100 پوند
  • موتور ۱۰۰ اسب بخار، خروج از مرکز ۲۰۱TP3T نیروی حدود ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ پوند
  • موتور ۱۰۰۰ اسب بخار، خروج از مرکز ۳۰۱TP3T نیرویی در حدود ۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ پوند
  • تأثیر: این نیروها به طور قابل توجهی یاتاقان‌ها را تحت فشار قرار می‌دهند و می‌توانند شفت‌ها را منحرف کنند.

روش‌های اصلاح

برای خروج از مرکزیت ناشی از یاتاقان

  • یاتاقان‌های فرسوده را تعویض کنید تا روتور در موقعیت مناسب قرار گیرد.
  • در صورت تکرار پدیده خروج از مرکز، از یاتاقان‌هایی با تلرانس‌های دقیق‌تر استفاده کنید.
  • انتخاب یاتاقان مناسب برای بارهای موتور از جمله UMP را تأیید کنید
  • تناسب بلبرینگ روی شفت و زنگوله‌های انتهایی را بررسی کنید

برای تولید نامتعارف

  • موارد جزئی (< 10%): پذیرش و نظارت بر قابل قبول بودن ارتعاش
  • متوسط (10-25%): سوراخکاری مجدد استاتور یا ماشینکاری روتور را در نظر بگیرید
  • شدید (> 25%): تعویض موتور یا بازسازی اساسی مورد نیاز است
  • گارانتی: انحراف از مرکز تولید ممکن است ادعای گارانتی در موتورهای جدید باشد

برای مشکلات مونتاژ/نصب

  • تراز زنگوله انتهایی و گشتاور پیچ را بررسی کنید
  • درست نرمی پا شرایط
  • اطمینان حاصل کنید که قاب در اثر تنش‌های نصب، دچار اعوجاج نشود
  • بررسی کنید که آیا فشار لوله یا نیروهای کوپلینگ، موتور را از موقعیت خود خارج می‌کنند یا خیر.

استراتژی‌های پیشگیری

طراحی و انتخاب

  • برای کاربردهای حساس، موتورهایی با تلرانس فاصله هوایی تنگ تعیین کنید
  • موتورهای با کیفیت را از تولیدکنندگان معتبر انتخاب کنید
  • شکاف‌های هوایی بزرگتر، بزرگی UMP را کاهش می‌دهند (اما راندمان را نیز کم می‌کنند)
  • طرح‌های یاتاقان مغناطیسی را برای کاربردهای شدید در نظر بگیرید

نصب

  • ترازبندی دقیق هنگام نصب
  • قبل از پیچ کردن نهایی، از حذف پایه نرم اطمینان حاصل کنید
  • موقعیت محوری روتور و شناور را بررسی کنید
  • مطمئن شوید که زنگ‌های انتهایی به درستی تراز شده و گشتاور آنها تنظیم شده است

تعمیر و نگهداری

  • قبل از ایجاد ساییدگی بیش از حد، یاتاقان‌ها را تعویض کنید
  • روند ارتعاش فرکانس خط 2× را رصد کنید
  • دوره‌ای تعادل و تأیید هم‌ترازی
  • موتور را تمیز نگه دارید تا از انسداد خنک‌کننده که منجر به اعوجاج حرارتی می‌شود، جلوگیری شود.

ملاحظات ویژه

موتورهای بزرگ

  • نیروهای UMP می‌توانند بسیار زیاد باشند (چند تن نیرو)
  • انتخاب بلبرینگ باید بارهای UMP را در نظر بگیرد
  • محاسبات انحراف شفت باید شامل UMP باشد
  • پایش فاصله هوایی ممکن است در موتورهای بزرگ و حیاتی گنجانده شود

موتورهای پرسرعت

  • نیروهای گریز از مرکز با UMP ترکیب می‌شوند
  • اگر UMP خیلی بزرگ باشد، احتمال بی‌ثباتی وجود دارد
  • تلرانس‌های فاصله هوایی تنگ بسیار مهم هستند

موتورهای عمودی

  • جاذبه مانند موتورهای افقی، روتور را در مرکز قرار نمی‌دهد
  • UMP می‌تواند روتور را به هر طرفی بکشد
  • یاتاقان محوری باید برای وزن روتور به علاوه هر جزء محوری UMP مناسب باشد.

ارتباط با سایر مشکلات حرکتی

UMP و خروج از مرکز روتور

  • گریز از مرکز باعث UMP می‌شود
  • UMP می‌تواند خروج از مرکز را بدتر کند (بازخورد مثبت)
  • هر دو ارتعاش ایجاد می‌کنند اما در فرکانس‌های مختلف (۱× در مقابل ۲×f)

خطاهای UMP و استاتور

  • هر دو ارتعاش فرکانس خطی ۲× تولید می‌کنند
  • خطاهای استاتور همچنین عدم تعادل فعلی را نشان دهید
  • UMP از خروج از مرکز بدون عدم تعادل جریان
  • می‌توانند همزمان وجود داشته باشند: خطای استاتور و خروج از مرکز

UMP و عمر یاتاقان

  • UMP به بارهای شعاعی یاتاقان اضافه می‌کند
  • کاهش عمر یاتاقان (عمر ∝ ۱/بار³)
  • سایش نامتقارن یاتاقان ایجاد می‌کند
  • ممکن است یکی از یاتاقان‌ها زودتر از موعد خراب شود در حالی که یاتاقان دیگر قابل قبول است.

کشش مغناطیسی نشان‌دهنده‌ی یک کوپلینگ مهم بین پدیده‌های مکانیکی و الکترومغناطیسی در موتورهای الکتریکی است. درک UMP به عنوان منبع ارتعاش فرکانس خط 2x، رابطه‌ی آن با خروج از مرکز فاصله هوایی و پتانسیل آن برای ایجاد خرابی پیش‌رونده از طریق اضافه بار یاتاقان، امکان تشخیص و اصلاح صحیح این وضعیت خاص موتور را فراهم می‌کند.

← بازگشت به فهرست اصلی

Categories:
واتساپ