Comprensione del traferro nei motori elettrici
Definizione: Che cosa è l'intercapedine d'aria?
Intercapedine d'aria è il gioco radiale tra la superficie esterna del rotore e la superficie interna dello statore nei motori elettrici e nei generatori. Questo spazio ristretto (tipicamente 0,3-2,0 mm o 0,012-0,080 pollici) è riempito d'aria e rappresenta il percorso magnetico attraverso il quale le forze elettromagnetiche si trasferiscono tra gli avvolgimenti fissi dello statore e il rotore rotante. Il traferro è una delle dimensioni più critiche nella progettazione del motore perché influenza direttamente le prestazioni elettromagnetiche, l'efficienza, il fattore di potenza, la coppia di spunto e la suscettibilità alle interferenze. attrazione magnetica e vibrazione.
Sebbene piccole e apparentemente insignificanti, l'uniformità e l'entità del traferro hanno effetti profondi sul funzionamento del motore. Traferri non uniformi creano forze magnetiche sbilanciate che causano vibrazioni e accelerano l'usura dei cuscinetti, mentre traferri eccessivi riducono l'efficienza e aumentano il fabbisogno di corrente magnetizzante.
Dimensioni tipiche del traferro
Per dimensione del motore
- Piccoli motori (< 10 CV): 0,3-0,6 mm (0,012-0,024 pollici)
- Motori medi (10-200 CV): 0,5-1,2 mm (0,020-0,047 pollici)
- Motori di grandi dimensioni (200-1000 CV): 1,0-2,0 mm (0,040-0,080 pollici)
- Motori molto grandi (> 1000 CV): 1,5-3,0 mm (0,060-0,120 pollici)
- Tendenza generale: I motori più grandi hanno spazi assoluti più grandi ma spazi più piccoli in percentuale del diametro
Per tipo di motore
- Motori a induzione: Fessure più grandi (tipicamente 0,5-2,0 mm)
- Motori sincroni: Simile ai motori a induzione
- Motori CC: Fessure molto piccole nell'armatura (0,3-1,0 mm)
- Progetti ad alta efficienza: Tendi a ridurre gli spazi per ottenere prestazioni migliori
Importanza dell'intercapedine d'aria
Prestazioni elettromagnetiche
- Riluttanza del circuito magnetico: Il traferro è l'elemento con la più alta riluttanza nel percorso magnetico
- Corrente magnetizzante: Gli spazi più piccoli richiedono meno corrente magnetizzante (miglior fattore di potenza)
- Efficienza: Gli spazi più piccoli sono generalmente più efficienti (minori perdite di magnetizzazione)
- Produzione di coppia: Gli spazi più piccoli consentono un accoppiamento magnetico più forte
Considerazioni meccaniche
- Liquidazione: Deve adattarsi alla flessione dell'albero, alle tolleranze dei cuscinetti e alla crescita termica
- Margine di sicurezza: Previene il contatto rotore-statore durante le vibrazioni o condizioni insolite
- Tolleranze di fabbricazione: Deve essere realizzabile con tolleranze di produzione
Eccentricità del traferro
Definizione
L'eccentricità del traferro è la non uniformità del traferro attorno alla circonferenza:
- Gap uniforme: Stessa dimensione in tutte le posizioni angolari
- Spazio eccentrico: Varia intorno alla circonferenza (piccola da un lato, grande da quello opposto)
- Quantificazione: Eccentricità = (gmax – gmin) / ampiezza, espressa in percentuale
- Accettabile: Tipicamente < 10% eccentricità per un buon funzionamento
Cause di eccentricità
- Usura dei cuscinetti: Consente al rotore di funzionare fuori centro
- Tolleranze di fabbricazione: Foro dello statore o rotore non perfettamente concentrici
- Errori di assemblaggio: Campane terminali disallineate, rotore armato
- Distorsione termica: Riscaldamento non uniforme che influisce sulla rotondità
- Distorsione del fotogramma: Telaio deformabile per piede zoppo o sollecitazione di montaggio
Effetti dell'eccentricità
- Attrazione magnetica sbilanciata: Forza radiale netta verso il lato con piccolo spazio
- Vibrazione a 2×f: Forze elettromagnetiche pulsanti
- Frequenza di passaggio del polo Bande laterali: Firma diagnostica nello spettro delle vibrazioni
- Sovraccarico del cuscinetto: Carico asimmetrico che accelera l'usura
- Perdita di efficienza: Circuito magnetico non ottimale
Misurazione dell'intercapedine d'aria
Misurazione diretta (motore smontato)
- Spessimetri: Inserire i calibri tra il rotore e lo statore in più punti
- Procedura: Misurare in 8-12 posizioni attorno alla circonferenza
- Calcolare: Percentuale media, minima, massima ed eccentricità
- Quando: Durante la revisione del motore o la sostituzione dei cuscinetti
Valutazione indiretta (motore operativo)
- Vibrazione a 2×f: Un'ampiezza elevata indica un gap non uniforme
- Bande laterali PPF: Presenza e ampiezza sono correlate all'eccentricità
- Analisi attuale: Effetti del campo magnetico visibili nello spettro attuale
- Rumore: Intensità del ronzio elettromagnetico
Problemi e soluzioni degli spazi d'aria
Troppo piccolo (< Specifiche minime)
Conseguenze:
- Rischio di contatto rotore-statore dovuto a vibrazioni o flessioni
- Attrazione magnetica molto elevata se eccentrica
- Danni durante l'avviamento o transitori
Cause e soluzioni:
- Errore di fabbricazione → Rilavorare il rotore o lo statore del foro
- Rotore sbagliato installato → Sostituire con il rotore corretto
- Usura dei cuscinetti che consente lo spostamento del rotore → Sostituire i cuscinetti, verificare che la distanza sia stata ripristinata
Troppo grande (> specifica massima)
Conseguenze:
- Efficienza ridotta (corrente magnetizzante più elevata)
- Fattore di potenza inferiore
- Coppia di avviamento ridotta
- Maggiore corrente a vuoto
Di solito meno critico: Può funzionare ma le prestazioni sono degradate
Non uniforme (eccentrico)
I più comuni e problematici:
- Crea una forza magnetica sbilanciata
- Provoca vibrazioni 2×f
- Accelera l'usura dei cuscinetti tramite feedback positivo
- Soluzione: sostituire i cuscinetti usurati, correggere la distorsione del telaio, verificare la concentricità del rotore
Traferro d'aria nella diagnostica del motore
Indicatori diagnostici
| Sintomo | Probabile problema di traferro |
|---|---|
| Vibrazione ad alta frequenza di linea 2× | Spazio eccentrico, attrazione magnetica |
| Bande laterali di frequenza passante per il polo | gap non uniforme |
| Alta corrente a vuoto | Divario eccessivo |
| Bassa coppia di avviamento | Divario eccessivo |
| Strofinare le prove | Spazio libero insufficiente |
| Usura asimmetrica dei cuscinetti | Spazio eccentrico che crea UMP |
Tendenze e monitoraggio
- Monitorare le vibrazioni della frequenza di linea 2× per tutta la durata del motore
- L'aumento di 2×f indica lo sviluppo di eccentricità (solitamente dovuta all'usura dei cuscinetti)
- Documentare le misurazioni del traferro durante le revisioni
- Confronta con le specifiche e le misurazioni precedenti
- Utilizzare come input per le decisioni sulla sostituzione dei cuscinetti
Progettazione e produzione
Compromessi nella selezione del gap
- Gap più piccolo: Migliore efficienza, fattore di potenza, coppia MA maggiore attrazione magnetica se eccentrica, minore gioco meccanico
- Divario più ampio: Maggiore gioco meccanico, minore attrazione magnetica MA minore efficienza, maggiore corrente magnetizzante
- Ottimizzazione: Il più piccolo spazio compatibile con i requisiti meccanici e le capacità di produzione
Specifica di tolleranza
- Gioco nominale specificato nei disegni
- Tolleranze tipicamente ±10-20% del nominale
- Limiti di eccentricità specificati (spesso < 10%)
- Verifica del controllo di qualità durante la produzione
Il traferro è un parametro fondamentale nella progettazione e nel funzionamento dei motori elettrici. Comprenderne gli effetti sulle prestazioni elettromagnetiche, riconoscere i sintomi dei problemi di traferro attraverso l'analisi delle vibrazioni e mantenere un traferro uniforme attraverso una corretta manutenzione dei cuscinetti sono essenziali per un funzionamento affidabile ed efficiente del motore e per prevenire guasti catastrofici dei contatti rotore-statore.
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