Elektromotoru magnētiskās vilkmes izpratne

Ierīces

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Daļas

Vibrācijas sensors

$107.47

Daļas

Optiskais sensors (lāzera tahometrs)

$148.07

Ierīces

Balanset-4

$8,123.32

Daļas

Magnētiskā statīva izmērs-60 kgf

$54.93

Daļas

Reflective tape

$11.94

Ierīces

Dinamiskais balansētājs "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definīcija: Kas ir magnētiskā vilkme?

Magnētiskā vilkšana (saukts arī par nelīdzsvarotu magnētisko vilkmi jeb UMP) ir neto radiāls elektromagnētiskais spēks, kas rodas elektromotoros un ģeneratoros, ja gaisa sprauga starp rotoru un statoru nav vienmērīga. Kad rotors statora urbumā atrodas ārpus centra (ekscentriski), gaisa sprauga vienā pusē samazinās, bet pretējā pusē palielinās. Tā kā magnētiskais spēks ir apgriezti proporcionāls spraugas attālumam kvadrātā, magnētiskā pievilkšanās ir daudz spēcīgāka pusē ar mazāku atstarpi, radot neto spēku, kas velk rotoru uz šo pusi.

Magnētiskā vilkme rada vibrācija ar divreiz lielāku elektriskās līnijas frekvenci (120 Hz 60 Hz motoriem, 100 Hz 50 Hz motoriem) var ievērojami novirzīt rotoru, paātrināt gultņu nodilumu un smagos gadījumos izraisīt katastrofālu rotora un statora saskari. Tā ir saikne starp mehānisko ekscentricitāti un elektromagnētiskajiem spēkiem, kas var radīt pozitīvu atgriezenisko saiti, kas noved pie pakāpeniskas atteices.

Fiziskais mehānisms

Vienmērīga gaisa sprauga (normālā stāvoklī)

• Rotors centrēts statora urbumā
• Gaisa sprauga ir vienāda visā perimetrā (parasti 0,3–1,5 mm)
• Magnētiskie spēki no visām pusēm līdzsvarojas un atceļas
• Neto radiālais spēks ≈ nulle
• Minimāla elektromagnētiskā vibrācija

Ekscentriska gaisa sprauga (UMP stāvoklis)

Kad rotors neatrodas centrā:

1. Spraugas asimetrija: Vienā pusē ir mazāka atstarpe (piemēram, 0,5 mm), pretējā pusē lielāka (piemēram, 1,0 mm)
2. Apgrieztā kvadrāta likums: Magnētiskais spēks ∝ 1/atstarpe², tāpēc spēks mazās atstarpes pusē ir daudz spēcīgāks
3. Neto spēks: Nesabalansēti spēki neatceļas, radot neto vilkmi mazās spraugas pusē
4. Lielums: Var būt simtiem līdz tūkstošiem mārciņu pat vidēji smagos motoros
5. Virziens: Vienmēr tajā pusē, kur ir vismazākā atstarpe

Kāpēc 2× līnijas frekvence?

Magnētiskā vilkme pulsē ar 2× elektrisko frekvenci:

• Trīsfāžu maiņstrāva rada rotējošu magnētisko lauku
• Magnētiskā lauka stiprums pulsē ar 2 × līnijas frekvenci (raksturīgs trīsfāžu sistēmām)
• Ar ekscentrisku rotoru šī pulsācija rada vibrāciju pie 2 × f
• 60 Hz motors → 120 Hz vibrācija
• 50 Hz motors → 100 Hz vibrācija

Nesabalansētas magnētiskās vilkmes cēloņi

Gultņu nodilums

• Visbiežākais UMP attīstības cēlonis
• Gultņa klīrenss ļauj rotoram darboties ārpus centra
• Gravitācija velk rotoru uz leju, samazinot apakšējo gaisa spraugu
• UMP vēl vairāk izvelk rotoru no centra
• Pozitīva atgriezeniskā saite: UMP paātrina gultņu nodilumu

Ražošanas pielaides

• Rotora ekscentricitāte: Rotors nav pilnīgi apaļš vai nav centrēts uz vārpstas
• Statora urbuma ekscentricitāte: Statora urbums nav koncentrisks ar montāžas virsmām
• Montāžas kļūdas: Gala zvani nav izlīdzināti, rotors ir saspiests montāžas laikā
• Pielaides salīdzinājums: Mazu kļūdu uzkrāšanās, radot izmērāmu ekscentricitāti

Darbības cēloņi

• Termiskā izaugsme: Diferenciālā izplešanās, kas ietekmē gaisa spraugas vienmērīgumu
• Kadra kropļojumi: Mīksta pēda vai montāžas sprieguma deformācijas rāmis
• Vārpstas novirze: Slodzes vai savienojuma spēki liek vārpstu
• Pamatu problēmas: Motora pozīcijas nosēšanās vai pasliktināšanās, mainot pozīciju

Ietekme un sekas

Tiešā ietekme

• Radiālais spēks uz rotoru: Nepārtraukta vilkšana uz vienu pusi
• Gultņu pārslodze: Viens gultnis nes papildu slodzi no magnētiskās vilkmes
• Vibrācija pie 2×f: Paaugstināta elektromagnētiskās vibrācijas komponente
• Vārpstas novirze: Magnētiskais spēks saliec vārpstu, pasliktinot ekscentricitāti

Progresīvas neveiksmes mehānisms

UMP var radīt pašpastiprinošu atteices ciklu:

1. Sākotnējā ekscentricitāte (gultņu nodiluma vai ražošanas rezultātā)
2. Magnētiskā vilkme attīstās mazās atstarpes pusē
3. Spēks vēl vairāk novirza rotoru, vēl vairāk samazinot atstarpi
4. Spēcīgāka magnētiskā vilkme no mazākas atstarpes
5. Paātrināts gultņu nodilums noslogotajā pusē
6. Pieaugoša ekscentricitāte un magnētiskā vilkme
7. Galēja rotora un statora saskare un katastrofāla kļūme

Sekundārie bojājumi

• Paātrināta gultņu atteice asimetriskas slodzes dēļ
• Iespējama rotora un statora berze, kas bojā abas detaļas
• Vārpstas locīšana vai pastāvīga izliekšanās
• Statora tinuma bojājumi rotora triecienu dēļ
• Efektivitātes zudums neoptimālas gaisa spraugas dēļ

Atklāšana un diagnostika

Vibrācijas paraksts

• Primārais indikators: Paaugstināta 2× līnijas frekvence (120 Hz vai 100 Hz)
• Tipisks modelis: 2×f amplitūda > 30-50% no 1× darba ātruma vibrācijas
• Apstiprinājums: Vibrācija pie 2×f nav proporcionāla mehāniskajam disbalansam
• Slodzes neatkarība: 2×f amplitūda relatīvi nemainīga atkarībā no slodzes (atšķirībā no mehāniskiem avotiem)

Atšķirība no citiem 2×f avotiem

Avots	Raksturojums
Neatbilstība	2 × darbības ātrums (nevis 2 × līnijas frekvence); augsta aksiālā vibrācija
Magnētiskā vilkšana	2 × līnijas frekvence (120/100 Hz); elektromagnētiskā izcelsme
Statora kļūmes	2 × līnijas frekvence; ir strāvas nelīdzsvarotība
Kadra rezonanse	2× līnijas frekvence; rāmja vibrācija >> gultņu vibrācija

Papildu diagnostikas testi

Gaisa spraugas mērīšana

• Izmēriet gaisa spraugu vairākās vietās pa perimetru (nepieciešama motora demontāža)
• Ekscentriskums > 10% no vidējās atstarpes norāda uz problēmu
• Dokumentējiet minimālās un maksimālās atstarpes vērtības

Pašreizējā analīze

• Fāzes strāvu mērīšana līdzsvara nodrošināšanai
• UMP var būt saistīta ar nelīdzsvarotību
• Spektrs parāda 2× līnijas frekvences komponenti

Bezslodzes tests

• Darbiniet motoru bez slodzes, atvienojot to
• Ja 2×f vibrācija saglabājas augsta, tas norāda uz elektromagnētisko avotu (UMP vai statora kļūmi).
• Ja 2×f ievērojami samazinās, tas norāda uz mehāniskas nobīdes avotu.

Magnētiskā vilkšanas spēka kvantitatīva noteikšana

Aptuvenā formula

UMP spēku var novērtēt:

• F ∝ (ekscentricitāte / atstarpe) × motora jauda
• Spēks palielinās lineāri ar ekscentricitāti
• Spēks ievērojami palielinās ar mazākām spraugām
• Lielāki motori rada proporcionāli lielākus spēkus

Tipiski lielumi

• 10 ZS motors, 10% ekscentricitāte: ~50–100 mārciņu spēks
• 100 ZS motors, 20% ekscentricitāte: ~500–1000 mārciņu spēks
• 1000 ZS motors, 30% ekscentricitāte: ~5000–10 000 mārciņu spēks
• Ietekme: Šie spēki ievērojami noslogo gultņus un var novirzīt vārpstas

Korekcijas metodes

Gultņu izraisītas ekscentricitātes gadījumā

• Nomainiet nolietotos gultņus, lai atjaunotu pareizu rotora centrēšanu
• Ja ekscentricitāte atkārtojas, izmantojiet gultņus ar stingrākām pielaidēm.
• Pārbaudiet, vai gultņu izvēle ir piemērota motora slodzēm, tostarp UMP.
• Pārbaudiet gultņa piemērotību uz vārpstas un gala zvanos

Ražošanas ekscentriskumam

• Nelieli gadījumi (< 10%): Pieņemt un uzraudzīt, vai vibrācija ir pieņemama
• Vidēji spēcīgs (10-25%): Apsveriet statora atkārtotu urbšanu vai rotora apstrādi
• Smaga (> 25%): Nepieciešama motora nomaiņa vai nopietns remonts
• Garantija: Ražošanas ekscentriskums var būt garantijas prasība jauniem motoriem

Montāžas/uzstādīšanas problēmu gadījumā

• Pārbaudiet gala zvana izlīdzinājumu un skrūvju griezes momentu
• Pareizi mīksta pēda apstākļi
• Pārliecinieties, ka rāmis nav deformēts montāžas spriegumu dēļ
• Pārbaudiet, vai cauruļu deformācija vai savienojuma spēki neizvelk motoru no savas pozīcijas

Profilakses stratēģijas

Dizains un atlase

• Kritiskām lietojumprogrammām norādiet motorus ar nelielām gaisa spraugas pielaidēm
• Izvēlieties kvalitatīvus motorus no cienījamiem ražotājiem
• Lielākas gaisa spraugas samazina UMP lielumu (bet samazina efektivitāti)
• Apsveriet magnētisko gultņu konstrukcijas ekstremāliem pielietojumiem

Uzstādīšana

• Rūpīga izlīdzināšana uzstādīšanas laikā
• Pirms galīgās pieskrūvēšanas pārliecinieties, vai ir novērsta mīkstā pēda
• Pārbaudiet rotora aksiālo pozīciju un peldspēju
• Pārliecinieties, vai gala zvani ir pareizi izlīdzināti un pievilkti

Apkope

• Nomainiet gultņus, pirms rodas pārmērīgs nodilums
• 2× līnijas frekvences vibrācijas tendenču uzraudzība
• Periodiski līdzsvars un izlīdzināšanas pārbaude
• Uzturiet motoru tīru, lai novērstu dzesēšanas sistēmas aizsprostojumus, kas izraisa termiskus defektus.

Īpaši apsvērumi

Lieli motori

• UMP spēki var būt milzīgi (tonnām spēka)
• Gultņu izvēlē jāņem vērā UMP slodzes
• Vārpstas novirzes aprēķinos jāiekļauj UMP
• Lielos kritiski svarīgos motoros var iekļaut gaisa spraugas uzraudzību

Ātrgaitas motori

• Centrbēdzes spēki apvienojas ar UMP
• Nestabilitātes iespējamība, ja UMP ir pārāk liels
• Šauras gaisa spraugas pielaides ir kritiski svarīgas

Vertikālie motori

• Gravitācija necentrē rotoru kā horizontālajos motoros
• UMP var pavilkt rotoru uz jebkuru pusi
• Aksiālā gultņa svaram jābūt atbilstošam rotora svaram plus jebkurai UMP aksiālajai detaļai.

Saistība ar citām motoriskām problēmām

UMP un rotora ekscentricitāte

• Ekscentriskums izraisa UMP
• UMP var pasliktināt ekscentricitāti (pozitīva atgriezeniskā saite)
• Abi rada vibrāciju, bet dažādās frekvencēs (1× pret 2×f)

UMP un statora kļūmes

• Abi rada 2× līnijas frekvences vibrāciju
• Statora defekti parādīt arī pašreizējo nelīdzsvarotību
• UMP no ekscentricitātes bez strāvas nelīdzsvarotības
• Var pastāvēt līdzās: statora defekts GAN ekscentricitāte

UMP un gultņu kalpošanas laiks

• UMP palielina gultņu radiālās slodzes
• Samazina gultņa kalpošanas laiku (kalpošanas laiks ∝ 1/slodze³)
• Rada asimetrisku gultņu nodilumu
• Viens gultnis var priekšlaicīgi sabojāties, kamēr cits ir pieņemams

Magnētiskā vilkme ir svarīga saikne starp mehāniskajām un elektromagnētiskajām parādībām elektromotoros. Izpratne par magnētisko vilkmi kā 2× līnijas frekvences vibrācijas avotu, tās saistību ar gaisa spraugas ekscentricitāti un tās potenciālu radīt progresējošus bojājumus gultņu pārslodzes dēļ ļauj pareizi diagnosticēt un koriģēt šo motoram raksturīgo stāvokli.

---

← Atpakaļ uz galveno indeksu