Wat is magnetische trekkracht? Ongebalanceerde magnetische kracht in motoren • Draagbare balancer, trillingsanalysator "Balanset" voor het dynamisch balanceren van brekers, ventilatoren, mulchers, vijzels op maaidorsers, assen, centrifuges, turbines en vele andere rotoren. Wat is magnetische trekkracht? Ongebalanceerde magnetische kracht in motoren • Draagbare balancer, trillingsanalysator "Balanset" voor het dynamisch balanceren van brekers, ventilatoren, mulchers, vijzels op maaidorsers, assen, centrifuges, turbines en vele andere rotoren.

Wat is magnetische trekkracht? Ongebalanceerde magnetische kracht in motoren

Gepubliceerd door admin op

Magnetische trekkracht in elektromotoren begrijpen

Definitie: Wat is magnetische aantrekkingskracht?

Magnetische trekkracht (ook wel ongebalanceerde magnetische trekkracht of UMP genoemd) is een netto radiale elektromagnetische kracht die ontstaat in elektromotoren en generatoren wanneer de luchtspleet tussen de rotor en de stator niet gelijkmatig is. Wanneer de rotor excentrisch (excentrisch) in de statorboring zit, wordt de luchtspleet aan de ene kant kleiner en aan de andere kant groter. Omdat magnetische kracht omgekeerd evenredig is met de afstand in het kwadraat van de spleet, is de magnetische aantrekkingskracht veel sterker aan de kant met de kleinere spleet, waardoor een netto kracht ontstaat die de rotor naar die kant trekt.

Magnetische aantrekkingskracht creëert trillingen Bij een frequentie die twee keer zo hoog is als de netfrequentie (120 Hz voor 60 Hz-motoren, 100 Hz voor 50 Hz-motoren) kan de rotor aanzienlijk uitwijken, de lagerslijtage versnellen en in ernstige gevallen leiden tot catastrofaal contact tussen rotor en stator. Het vormt een koppeling tussen mechanische excentriciteit en elektromagnetische krachten die positieve terugkoppeling kan creëren die leidt tot progressief falen.

Fysisch mechanisme

Uniforme luchtspleet (normale toestand)

  • Rotor gecentreerd in statorboring
  • Luchtspleet gelijk over de gehele omtrek (meestal 0,3-1,5 mm)
  • Magnetische krachten aan alle kanten balanceren en heffen elkaar op
  • Netto radiale kracht ≈ nul
  • Minimale elektromagnetische trillingen

Excentrische luchtspleet (UMP-conditie)

Wanneer de rotor niet in het midden staat:

  1. Gap-asymmetrie: De ene kant heeft een kleinere opening (bijv. 0,5 mm), de andere kant heeft een grotere opening (bijv. 1,0 mm)
  2. Omgekeerde kwadratenwet: Magnetische kracht ∝ 1/spleet², dus kracht aan de kant met de kleine spleet veel sterker
  3. Netto kracht: Onevenwichtige krachten heffen elkaar niet op, waardoor er een netto trekkracht ontstaat naar de kant met de kleine opening
  4. Grootte: Kan honderden tot duizenden kilo's wegen, zelfs bij matige motoren
  5. Richting: Altijd naar de kant met de kleinste opening

Waarom 2× lijnfrequentie?

Magnetische trek pulseert met een elektrische frequentie van 2×:

  • Driefasenwisselstroom creëert een roterend magnetisch veld
  • De magnetische veldsterkte pulseert op 2× lijnfrequentie (inherent aan 3-fasesystemen)
  • Bij een excentrische rotor veroorzaakt deze pulsatie trillingen bij 2×f
  • 60 Hz motor → 120 Hz trillingen
  • 50 Hz motor → 100 Hz trillingen

Oorzaken van onevenwichtige magnetische aantrekkingskracht

Lagerslijtage

  • Meest voorkomende oorzaak van het ontwikkelen van UMP
  • Lagerspeling zorgt ervoor dat de rotor excentrisch kan draaien
  • De zwaartekracht trekt de rotor naar beneden, waardoor de luchtspleet aan de onderkant kleiner wordt
  • UMP trekt rotor verder uit het midden
  • Positieve feedback: UMP versnelt lagerslijtage

Productietoleranties

  • Rotor-excentriciteit: Rotor niet perfect rond of niet gecentreerd op de as
  • Excentriciteit van de statorboring: Statorboring niet concentrisch met montageoppervlakken
  • Montagefouten: Eindbellen niet uitgelijnd, rotor gespannen tijdens montage
  • Toleranties stapelen: Opeenhoping van kleine fouten die meetbare excentriciteit creëren

Operationele oorzaken

  • Thermische groei: Differentiële uitzetting beïnvloedt de uniformiteit van de luchtspleet
  • Framevervorming: Zachte voet of montagespanning kromtrekkend frame
  • Asafbuiging: Belasting- of koppelingskrachten die de as buigen
  • Stichtingsproblemen: Verzakking of verslechtering van de verschuiving van de motorpositie

Effecten en gevolgen

Directe effecten

  • Radiale kracht op rotor: Continue trek naar één kant
  • Lageroverbelasting: Eén lager draagt extra belasting door magnetische trekkracht
  • Trillingen bij 2×f: Elektromagnetische trillingscomponent verhoogd
  • Asafbuiging: Magnetische kracht buigt de as, waardoor de excentriciteit verergert

Progressief falingsmechanisme

UMP kan een zichzelf versterkende faalcyclus creëren:

  1. Initiële excentriciteit (door lagerslijtage of productie)
  2. Magnetische aantrekkingskracht ontwikkelt zich naar de zijde met de kleine opening
  3. Kracht zorgt ervoor dat de rotor verder afwijkt, waardoor de speling kleiner wordt.
  4. Sterkere magnetische aantrekkingskracht door kleinere opening
  5. Versnelde lagerslijtage aan de belaste zijde
  6. Toenemende excentriciteit en magnetische aantrekkingskracht
  7. Eventueel rotor-statorcontact en catastrofale storing

Secundaire schade

  • Versnelde lagerschade door asymmetrische belasting
  • Mogelijke wrijving tussen rotor en stator, waardoor beide componenten beschadigd raken
  • Schachtbuiging of permanente boog
  • Schade aan statorwikkeling door rotorstoten
  • Efficiëntieverlies door niet-optimale luchtspleet

Detectie en diagnose

Trillingssignatuur

  • Primaire indicator: Verhoogde 2× lijnfrequentie (120 Hz of 100 Hz)
  • Typisch patroon: 2×f amplitude > 30-50% van 1× loopsnelheidsvibratie
  • Bevestiging: Trilling bij 2×f niet evenredig met mechanische onbalans
  • Laad onafhankelijkheid: 2×f amplitude relatief constant met belasting (in tegenstelling tot mechanische bronnen)

Differentiatie van andere 2×f-bronnen

Bron Kenmerken
Verkeerde uitlijning 2× loopsnelheid (niet 2× lijnfrequentie); hoge axiale trillingen
Magnetische trekkracht 2× lijnfrequentie (120/100 Hz); elektromagnetische oorsprong
Statorfouten 2× lijnfrequentie; huidige onbalans aanwezig
Frame-resonantie 2× lijnfrequentie; frametrilling >> lagertrilling

Aanvullende diagnostische tests

Luchtspleetmeting

  • Meet de luchtspleet op meerdere plaatsen rond de omtrek (hiervoor is demontage van de motor vereist)
  • Excentriciteit > 10% van de gemiddelde spleet duidt op een probleem
  • Minimale en maximale waarden van de spleet documenteren

Huidige analyse

  • Meet fasestromen voor evenwicht
  • Onevenwichtigheid kan gepaard gaan met UMP
  • Spectrum toont 2× lijnfrequentiecomponent

Test zonder belasting

  • Motor ontkoppeld laten draaien zonder belasting
  • Als de trilling van 2×f hoog blijft, duidt dit op een elektromagnetische bron (UMP- of statorfout)
  • Als 2×f aanzienlijk daalt, duidt dit op een oorzaak van mechanische verkeerde uitlijning

Kwantificeren van magnetische trekkracht

Benaderende formule

De UMP-kracht kan worden geschat:

  • F ∝ (excentriciteit / spleet) × motorvermogen
  • Kracht neemt lineair toe met excentriciteit
  • De kracht neemt dramatisch toe bij kleinere openingen
  • Grotere motoren produceren proportioneel grotere krachten

Typische magnitudes

  • 10 pk motor, 10% excentriciteit: ~50-100 lbs kracht
  • 100 pk motor, 20% excentriciteit: ~500-1000 lbs kracht
  • 1000 pk motor, 30% excentriciteit: ~5000-10.000 pond kracht
  • Invloed: Deze krachten belasten de lagers aanzienlijk en kunnen assen doen afbuigen

Correctiemethoden

Voor door lagers veroorzaakte excentriciteit

  • Vervang versleten lagers om de juiste rotorcentrering te herstellen
  • Gebruik lagers met nauwere toleranties als excentriciteit terugkeert
  • Controleer of de lagerselectie geschikt is voor motorbelastingen, inclusief UMP
  • Controleer de pasvorm van het lager op de as en in de eindbellen

Voor productie-excentriciteit

  • Kleine gevallen (< 10%): Accepteer en controleer of de trillingen acceptabel zijn
  • Matig (10-25%): Overweeg het opnieuw boren van de stator of het bewerken van de rotor
  • Ernstig (> 25%): Motorvervanging of grote revisie nodig
  • Garantie: Excentriciteit bij de productie kan een garantieclaim zijn op nieuwe motoren

Voor problemen met montage/installatie

  • Controleer de uitlijning van de eindbel en het aanhaalmoment van de bouten
  • Juist zachte voet voorwaarden
  • Zorg ervoor dat het frame niet vervormd raakt door montagespanningen
  • Controleer op pijpspanning of koppelingskrachten die de motor uit positie trekken

Preventiestrategieën

Ontwerp en selectie

  • Specificeer motoren met nauwe luchtspleettoleranties voor kritische toepassingen
  • Selecteer kwaliteitsmotoren van gerenommeerde fabrikanten
  • Grotere luchtspleten verminderen de omvang van UMP (maar verminderen de efficiëntie)
  • Overweeg magnetische lagerontwerpen voor extreme toepassingen

Installatie

  • Zorgvuldige uitlijning tijdens de installatie
  • Controleer of de zachte voet is verwijderd voordat u de definitieve bouten bevestigt
  • Controleer de axiale positie en de vlotter van de rotor
  • Zorg ervoor dat de eindbellen goed uitgelijnd en vastgedraaid zijn

Onderhoud

  • Vervang lagers voordat er overmatige slijtage ontstaat
  • Monitor 2× lijnfrequentie trillingstrends
  • Periodiek evenwicht en uitlijningsverificatie
  • Houd de motor schoon om te voorkomen dat de koeling verstopt raakt en thermische vervorming veroorzaakt.

Speciale overwegingen

Grote motoren

  • UMP-krachten kunnen enorm zijn (veel kracht)
  • Bij de lagerselectie moet rekening worden gehouden met UMP-belastingen
  • Bij de berekening van de asdoorbuiging moet UMP worden meegenomen
  • Luchtspleetbewaking kan worden opgenomen in grote kritische motoren

Hogesnelheidsmotoren

  • Centrifugale krachten combineren met UMP
  • Potentieel voor instabiliteit als UMP te groot is
  • Toleranties voor nauwe luchtspleten zijn cruciaal

Verticale motoren

  • De zwaartekracht centreert de rotor niet zoals bij horizontale motoren
  • UMP kan de rotor naar elke kant trekken
  • Het axiaallager moet voldoende zijn voor het rotorgewicht plus eventuele UMP-axiale componenten

Relatie met andere motorische problemen

UMP en rotor-excentriciteit

  • Excentriciteit veroorzaakt UMP
  • UMP kan de excentriciteit verergeren (positieve feedback)
  • Beide creëren trillingen, maar op verschillende frequenties (1× vs. 2×f)

UMP- en statorfouten

  • Beide produceren trillingen van 2× lijnfrequentie
  • Statorfouten tonen ook huidige onevenwichtigheid
  • UMP van excentriciteit zonder stroomonevenwicht
  • Kan naast elkaar bestaan: statorfout EN excentriciteit

UMP en lagerlevensduur

  • UMP verhoogt de radiale lagerbelasting
  • Vermindert de levensduur van het lager (Levensduur ∝ 1/Belasting³)
  • Creëert asymmetrische lagerslijtage
  • Eén lager kan voortijdig falen, terwijl andere acceptabel zijn

Magnetische trekkracht vormt een belangrijke koppeling tussen mechanische en elektromagnetische verschijnselen in elektromotoren. Inzicht in UMP als bron van trillingen met een netfrequentie van 2×, de relatie ervan met excentriciteit van de luchtspleet en het potentieel ervan voor progressieve uitval door overbelasting van lagers, maakt een goede diagnose en correctie van deze motorspecifieke aandoening mogelijk.

← Terug naar hoofdindex

Categorieën: GlossariumRotorbalancering
WhatsApp