הבנת משיכה מגנטית במנועים חשמליים

מאזן נייד ומנתח רעידות Balanset-1A

חלקים

הגדרה: מהי משיכה מגנטית?

משיכה מגנטית (נקרא גם משיכה מגנטית לא מאוזנת או UMP) הוא כוח אלקטרומגנטי רדיאלי נטו המתפתח במנועים חשמליים ובגנרטורים כאשר פער האוויר בין הרוטור לסטטור אינו אחיד. כאשר הרוטור נמצא מחוץ למרכז (אקסצנטרי) בקדח הסטטור, פער האוויר קטן יותר בצד אחד וגדול יותר בצד הנגדי. מכיוון שהכוח המגנטי הוא ביחס הפוך למרחק הפער בריבוע, המשיכה המגנטית חזקה בהרבה בצד עם הפער הקטן יותר, ויוצרת כוח נטו המושך את הרוטור לכיוון צד זה.

משיכה מגנטית יוצרת רֶטֶט בתדר כפול מהקו החשמלי (120 הרץ למנועים של 60 הרץ, 100 הרץ למנועים של 50 הרץ), יכול להטות את הרוטור באופן משמעותי, להאיץ את שחיקת המיסבים, ובמקרים חמורים, להוביל למגע קטסטרופלי בין הרוטור לסטטור. זהו צימוד בין אקסצנטריות מכנית לכוחות אלקטרומגנטיים שיכול ליצור משוב חיובי המוביל לכשל מתקדם.

מנגנון פיזי

מרווח אוויר אחיד (מצב רגיל)

רוטור ממורכז בקדח הסטטור
מרווח אוויר שווה מסביב לכל ההיקף (בדרך כלל 0.3-1.5 מ"מ)
כוחות מגנטיים מכל הצדדים מאזנים ומבטלים
כוח רדיאלי נטו ≈ אפס
רטט אלקטרומגנטי מינימלי

פער אוויר אקסצנטרי (מצב UMP)

כאשר הרוטור אינו במרכז:

אסימטריה של פערים: בצד אחד יש מרווח קטן יותר (למשל, 0.5 מ"מ), בצד הנגדי גדול יותר (למשל, 1.0 מ"מ)
חוק הריבועים ההפוך: כוח מגנטי ∝ 1/רווח², כך שהכוח בצד עם הרווח הקטן חזק הרבה יותר
כוח נטו: כוחות לא מאוזנים אינם מבטלים, ויוצרים משיכה נטו לכיוון הצד בעל הפער הקטן
גוֹדֶל: יכול להיות מאות עד אלפי פאונד אפילו במנועים בינוניים
כיוון: תמיד לצד עם הפער הקטן ביותר

למה תדר קו כפול?

משיכה מגנטית פועמת בתדר חשמלי כפול 2:

זרם חילופין תלת פאזי יוצר שדה מגנטי מסתובב
עוצמת השדה המגנטי פועמת בתדר קו של × 2 (טבועה במערכות תלת פאזיות)
עם רוטור אקסצנטרי, פעימה זו יוצרת רטט ב-2×f
מנוע 60 הרץ → רטט 120 הרץ
מנוע 50 הרץ → רטט 100 הרץ

גורמים למשיכה מגנטית לא מאוזנת

שחיקת מיסבים

הסיבה השכיחה ביותר להתפתחות UMP
מרווח מיסבים מאפשר לרוטור לפעול מחוץ למרכז
כוח המשיכה מושך את הרוטור כלפי מטה, ומקטין את פער האוויר התחתון
UMP מושך את הרוטור עוד יותר מחוץ למרכז
משוב חיובי: UMP מאיץ את שחיקת המיסבים

סבילות ייצור

אקסצנטריות הרוטור: הרוטור אינו עגול לחלוטין או אינו ממורכז על הציר
אקסצנטריות של קדח הסטטור: קדח הסטטור אינו קונצנטרי עם משטחי ההרכבה
שגיאות הרכבה: פעמוני הקצה אינם מיושרים, הרוטור דרוך במהלך ההרכבה
סבולות מצטברות: הצטברות של שגיאות קטנות היוצרת אקסצנטריות מדידה

סיבות תפעוליות

צמיחה תרמית: התפשטות דיפרנציאלית המשפיעה על אחידות מרווח האוויר
עיוות מסגרת: רגל רכה או עיוות מסגרת עקב מתח הרכבה
סטיית פיר: כוחות עומס או צימוד מכופפים את הציר
בעיות יסוד: שקיעה או הידרדרות, שינוי מיקום המנוע

השפעות והשלכות

השפעות ישירות

כוח רדיאלי על הרוטור: משיכה מתמשכת לצד אחד
עומס יתר על המידה: מיסב אחד נושא עומס נוסף ממשיכה מגנטית
רטט ב-2×f: רכיב רטט אלקטרומגנטי מוגבר
סטיית פיר: כוח מגנטי מכופף את הציר, מחמיר את האקסצנטריות

מנגנון כשל מתקדם

UMP יכול ליצור מעגל כשל מחזק עצמי:

אקסצנטריות ראשונית (משחיקה או ייצור של מיסבים)
משיכה מגנטית מתפתחת לכיוון הצד בעל הפער הקטן
הכוח מסיט את הרוטור עוד יותר, ומקטין את הפער עוד יותר
משיכה מגנטית חזקה יותר מפער קטן יותר
שחיקה מואצת של מיסבים בצד העמוס
הגברת האקסצנטריות והמשיכה המגנטית
מגע בסופו של דבר בין הרוטור לסטטור וכשל קטסטרופלי

נזק משני

כשל מיסב מואץ כתוצאה מעומס אסימטרי
שפשוף אפשרי בין הרוטור לסטטור שפוגע בשני הרכיבים
כיפוף פיר או קשת קבועה
נזק לסליל הסטטור כתוצאה מפגיעות הרוטור
אובדן יעילות כתוצאה ממרווח אוויר לא אופטימלי

גילוי ואבחון

חתימת רטט

אינדיקטור ראשי: תדר קו מוגבר של 2× (120 הרץ או 100 הרץ)
דפוס אופייני: משרעת 2×f > 30-50% של רטט במהירות ריצה של ×1
אִשׁוּר: רטט ב-2×f אינו פרופורציונלי לחוסר איזון מכני
עצמאות עומס: אמפליטודה של 2×f יחסית קבועה עם עומס (בניגוד למקורות מכניים)

בידול ממקורות 2×f אחרים

מָקוֹר	מאפיינים
חוסר יישור	מהירות ריצה כפולה (לא תדר קו כפול); רעידות ציריות גבוהות
משיכה מגנטית	תדר קו כפול (120/100 הרץ); מקור אלקטרומגנטי
תקלות סטטור	תדר קו כפול; קיים חוסר איזון בזרם
תהודה של מסגרת	2× תדר קו; רעידות שלדה >> רעידות מיסב

בדיקות אבחון נוספות

מדידת פער אוויר

מדידת מרווח אוויר במספר מיקומים מסביב להיקף (דורש פירוק מנוע)
אקסצנטריות > 10% של הפער הממוצע מצביעה על בעיה
תעד ערכי פער מינימליים ומקסימליים

ניתוח נוכחי

מדידת זרמי פאזה לצורך איזון
חוסר איזון עלול ללוות UMP
הספקטרום מציג רכיב תדר קו כפול

בדיקת ללא עומס

הפעל את המנוע ללא עומס
אם רטט של 2×f נשאר גבוה, זה מצביע על מקור אלקטרומגנטי (UMP או תקלה בסטטור)
אם 2×f יורד באופן משמעותי, זה מצביע על מקור חוסר יישור מכני

כימות כוח משיכה מגנטי

נוסחה משוערת

ניתן להעריך את כוח UMP:

F ∝ (אקסצנטריות / פער) × הספק המנוע
הכוח גדל ליניארית עם האקסצנטריות
הכוח עולה באופן דרמטי עם פערים קטנים יותר
מנועים גדולים יותר מייצרים כוחות גדולים יותר באופן יחסי

גודל אופייני

מנוע 10 כ"ס, אקסצנטריות 10%: ~50-100 פאונד כוח
מנוע 100 כ"ס, אקסצנטריות 20%: ~500-1000 פאונד כוח
מנוע 1000 כ"ס, אקסצנטריות 30%: ~5000-10,000 פאונד כוח
פְּגִיעָה: כוחות אלה מעמיסים באופן משמעותי על מיסבים ויכולים להטות את הצירים

שיטות תיקון

עבור אקסצנטריות הנגרמת על ידי מיסבים

החלף מיסבים שחוקים כדי להחזיר את מרכז הרוטור כראוי
השתמשו במיסבים עם סבילות צמודות יותר אם האקסצנטריות חוזרת על עצמה.
ודא שבחירת המיסב מתאימה לעומסי המנוע כולל UMP
בדוק את התאמת המיסב על הציר ובפעמוני הקצה

עבור אקסצנטריות ייצורית

מקרים קלים (< 10%): קבל ונטר אם הרטט מקובל
בינוני (10-25%): שקלו קידוח מחדש של סטטור או עיבוד שבבי של הרוטור
חמור (מעל 25%): נדרשת החלפת מנוע או שיפוץ משמעותי
אַחֲרָיוּת: ייתכן שאקסצנטריות בייצור היא תביעת אחריות על מנועים חדשים

לבעיות הרכבה/התקנה

ודא את יישור פעמון הקצה ואת מומנט הברגים
נָכוֹן רגל רכה תנאים
יש לוודא שהמסגרת לא מעוותת עקב לחצי הרכבה
בדוק אם יש מתח בצינור או כוחות חיבור שמושכים את המנוע ממקומו

אסטרטגיות מניעה

עיצוב ובחירה

ציינו מנועים עם סבולות מרווח אוויר צר עבור יישומים קריטיים
בחירת מנועים איכותיים מיצרנים בעלי מוניטין
פערי אוויר גדולים יותר מפחיתים את גודל ה-UMP (אך מפחיתים את היעילות).
שקלו עיצובים של מיסבים מגנטיים עבור יישומים קיצוניים

הַתקָנָה

יישור קפדני במהלך ההתקנה
ודא שהרגל הרכה הוסרה לפני הברגה סופית
בדוק את מיקום הרוטור הצירי ואת הציפה
ודא שפעמוני הקצה מיושרים ומהודקים כראוי

תַחזוּקָה

החלף מיסבים לפני התפתחות בלאי מוגזם
ניטור מגמות רטט בתדר קו 2×
תְקוּפָתִי לְאַזֵן ואימות יישור
יש לשמור על ניקיון המנוע כדי למנוע חסימות קירור המובילות לעיוות תרמי

שיקולים מיוחדים

מנועים גדולים

כוחות UMP יכולים להיות עצומים (טונות של כוח)
בחירת המיסב חייבת להתחשב בעומסי UMP
חישובי סטיית פיר צריכים לכלול UMP
ניטור פער אוויר עשוי לשלב במנועים קריטיים גדולים

מנועים במהירות גבוהה

כוחות צנטריפוגליים משתלבים עם UMP
פוטנציאל לחוסר יציבות אם UMP גדול מדי
סבילות מרווח אוויר צר קריטיות

מנועים אנכיים

כוח המשיכה אינו מרכז את הרוטור כמו במנועים אופקיים
UMP יכול למשוך את הרוטור לכל צד
מיסב הדחף חייב להיות מתאים למשקל הרוטור בתוספת כל רכיב צירי UMP

קשר לבעיות מוטוריות אחרות

UMP ואקסצנטריות הרוטור

תִמהוֹנִיוּת גורם ל-UMP
UMP יכול להחמיר את האקסצנטריות (משוב חיובי)
שניהם יוצרים רטט אך בתדרים שונים (1× לעומת 2×f)

תקלות UMP וסטטור

שניהם מייצרים רטט בתדר קו כפול
תקלות סטטור גם מראים את חוסר האיזון הנוכחי
UMP מאקסצנטריות ללא חוסר איזון זרם
יכולים להתקיים יחד: תקלת סטטור וגם אקסצנטריות

UMP וחיי מיסב

UMP מוסיף לעומסים רדיאליים של המיסב
מקצר את חיי המיסב (חיים ∝ 1/עומס³)
יוצר שחיקה אסימטרית של מיסבים
מיסב אחד עלול להיכשל בטרם עת בעוד שאחרים מקובלים

משיכה מגנטית מייצגת צימוד חשוב בין תופעות מכניות ואלקטרומגנטיות במנועים חשמליים. הבנת UMP כמקור לרעידות בתדר קו כפול, הקשר שלה לאקסצנטריות של מרווח האוויר, והפוטנציאל שלה ליצירת כשל מתקדם עקב עומס יתר על המיסבים, מאפשרת אבחון ותיקון נכונים של מצב ספציפי למנוע זה.

← חזרה לאינדקס הראשי

מהי משיכה מגנטית? כוח מגנטי לא מאוזן במנועים

פורסם על ידי admin ב-אוקטובר 31, 2025 אוקטובר 31, 2025