Czym jest przyciąganie magnetyczne? Niezrównoważona siła magnetyczna w silnikach • Przenośna wyważarka, analizator drgań "Balanset" do dynamicznego wyważania kruszarek, wentylatorów, mulczerów, ślimaków w kombajnach, wałów, wirówek, turbin i wielu innych wirników Czym jest przyciąganie magnetyczne? Niezrównoważona siła magnetyczna w silnikach • Przenośna wyważarka, analizator drgań "Balanset" do dynamicznego wyważania kruszarek, wentylatorów, mulczerów, ślimaków w kombajnach, wałów, wirówek, turbin i wielu innych wirników

Czym jest przyciąganie magnetyczne? Niezrównoważona siła magnetyczna w silnikach

Opublikowane przez admin w dniu

Zrozumienie przyciągania magnetycznego w silnikach elektrycznych

Definicja: Czym jest przyciąganie magnetyczne?

Przyciąganie magnetyczne (nazywane również niezrównoważonym przyciąganiem magnetycznym lub UMP) to wypadkowa radialna siła elektromagnetyczna, która powstaje w silnikach elektrycznych i generatorach, gdy szczelina powietrzna między wirnikiem a stojanem nie jest równomierna. Gdy wirnik znajduje się poza środkiem (mimośrodowo) otworu stojana, szczelina powietrzna zmniejsza się po jednej stronie i zwiększa po stronie przeciwnej. Ponieważ siła magnetyczna jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między szczelinami, przyciąganie magnetyczne jest znacznie silniejsze po stronie z mniejszą szczeliną, co powoduje wypadkową siłę przyciągającą wirnik w tym kierunku.

Przyciąganie magnetyczne tworzy wibracja Przy częstotliwości dwukrotnie wyższej od częstotliwości sieci elektrycznej (120 Hz dla silników 60 Hz, 100 Hz dla silników 50 Hz) może znacząco odchylić wirnik, przyspieszyć zużycie łożysk, a w skrajnych przypadkach doprowadzić do katastrofalnego kontaktu wirnika ze stojanem. Stanowi to sprzężenie między mimośrodowością mechaniczną a siłami elektromagnetycznymi, które może powodować dodatnie sprzężenie zwrotne prowadzące do postępującej awarii.

Mechanizm fizyczny

Jednolita szczelina powietrzna (warunki normalne)

  • Wirnik wyśrodkowany w otworze stojana
  • Szczelina powietrzna równa na całym obwodzie (zwykle 0,3–1,5 mm)
  • Siły magnetyczne po obu stronach równoważą się i znoszą
  • Siła promieniowa netto ≈ zero
  • Minimalne wibracje elektromagnetyczne

Mimośrodowa szczelina powietrzna (stan UMP)

Gdy wirnik nie jest wyśrodkowany:

  1. Asymetria luk: Jedna strona ma mniejszą szczelinę (np. 0,5 mm), druga strona ma większą szczelinę (np. 1,0 mm)
  2. Prawo odwrotnych kwadratów: Siła magnetyczna ∝ 1/szczelinę², więc siła po stronie małej szczeliny jest znacznie silniejsza
  3. Siła netto: Niezrównoważone siły nie znoszą się, tworząc siłę przyciągania w kierunku strony małej szczeliny
  4. Ogrom: Może to być od setek do tysięcy funtów nawet w przypadku silników o średniej mocy
  5. Kierunek: Zawsze w stronę z najmniejszą przerwą

Dlaczego podwójna częstotliwość linii?

Siła przyciągania magnetycznego pulsuje z częstotliwością dwukrotnie większą od częstotliwości elektrycznej:

  • Prąd trójfazowy wytwarza wirujące pole magnetyczne
  • Siła pola magnetycznego pulsuje z częstotliwością 2× częstotliwości linii (charakterystyczną dla układów trójfazowych)
  • W przypadku wirnika mimośrodowego pulsacja ta powoduje drgania o częstotliwości 2×f
  • Silnik 60 Hz → Wibracje 120 Hz
  • Silnik 50 Hz → Wibracje 100 Hz

Przyczyny niezrównoważonego przyciągania magnetycznego

Zużycie łożysk

  • Najczęstsza przyczyna rozwoju UMP
  • Luz łożyska powoduje, że wirnik może pracować poza środkiem
  • Siła grawitacji ciągnie wirnik w dół, zmniejszając dolną szczelinę powietrzną
  • UMP odsuwa wirnik jeszcze bardziej od środka
  • Pozytywne sprzężenie zwrotne: UMP przyspiesza zużycie łożysk

Tolerancje produkcyjne

  • Mimośrodowość wirnika: Wirnik nie jest idealnie okrągły lub nie jest wyśrodkowany na wale
  • Mimośrodowość otworu stojana: Otwór stojana nie jest współśrodkowy z powierzchniami montażowymi
  • Błędy montażu: Dzwony końcowe nie są wyrównane, wirnik jest naciągnięty podczas montażu
  • Zestawienie tolerancji: Nagromadzenie małych błędów tworzących mierzalną mimośrodowość

Przyczyny operacyjne

  • Wzrost termiczny: Różnicowe rozszerzanie wpływające na jednorodność szczeliny powietrznej
  • Zniekształcenie klatki: Miękka stopa lub rama wyginająca się pod wpływem naprężeń montażowych
  • Ugięcie wału: Siły obciążenia lub sprzężenia zginające wał
  • Kwestie fundacyjne: Ustabilizowanie się lub pogorszenie położenia silnika zmiany biegów

Skutki i konsekwencje

Efekty bezpośrednie

  • Siła promieniowa działająca na wirnik: Ciągłe ciągnięcie w jedną stronę
  • Przeciążenie łożyska: Jedno łożysko przenosi dodatkowe obciążenie wynikające z przyciągania magnetycznego
  • Wibracje przy 2×f: Podwyższona składowa drgań elektromagnetycznych
  • Ugięcie wału: Siła magnetyczna wygina wał, pogarszając mimośrodowość

Mechanizm postępującej awarii

UMP może stworzyć samonapędzający się cykl awarii:

  1. Początkowa mimośrodowość (spowodowana zużyciem łożyska lub produkcją)
  2. Przyciąganie magnetyczne rozwija się w kierunku strony z małą szczeliną
  3. Siła odchyla wirnik jeszcze bardziej, zmniejszając szczelinę
  4. Silniejsze przyciąganie magnetyczne z mniejszej szczeliny
  5. Przyspieszone zużycie łożyska po stronie obciążonej
  6. Rosnąca ekscentryczność i przyciąganie magnetyczne
  7. Ewentualny kontakt wirnika ze stojanem i katastrofalna awaria

Uszkodzenia wtórne

  • Przyspieszona awaria łożyska spowodowana asymetrycznym obciążeniem
  • Możliwe otarcia wirnika i stojana, które mogą uszkodzić oba elementy
  • Zgięcie wału lub trwały łuk
  • Uszkodzenie uzwojenia stojana w wyniku uderzeń wirnika
  • Utrata wydajności spowodowana nieoptymalną szczeliną powietrzną

Wykrywanie i diagnostyka

Sygnatura wibracji

  • Wskaźnik podstawowy: Podwyższona częstotliwość linii 2x (120 Hz lub 100 Hz)
  • Typowy wzór: Amplituda 2×f > 30-50% drgań 1× prędkości biegu
  • Potwierdzenie: Wibracje przy 2×f nie są proporcjonalne do niewyważenia mechanicznego
  • Niezależność od obciążenia: Amplituda 2×f jest względnie stała przy obciążeniu (w przeciwieństwie do źródeł mechanicznych)

Różnicowanie od innych źródeł 2×f

Źródło Charakterystyka
Niewspółosiowość 2x prędkość biegu (nie 2x częstotliwość linii); wysokie drgania osiowe
Magnetyczne przyciąganie 2× częstotliwość linii (120/100 Hz); pochodzenie elektromagnetyczne
Usterki stojana 2× częstotliwość linii; obecna nierównowaga prądu
Rezonans ramy 2× częstotliwość linii; drgania ramy >> drgania łożyska

Dodatkowe testy diagnostyczne

Pomiar szczeliny powietrznej

  • Pomiar szczeliny powietrznej w wielu miejscach na obwodzie (wymaga demontażu silnika)
  • Mimośrodowość > 10% średniej szczeliny wskazuje na problem
  • Udokumentuj minimalne i maksymalne wartości odstępu

Aktualna analiza

  • Pomiar prądów fazowych w celu zapewnienia równowagi
  • Nierównowaga może towarzyszyć UMP
  • Widmo pokazuje składową częstotliwości linii 2×

Test bez obciążenia

  • Uruchomić silnik odłączony od obciążenia
  • Jeżeli drgania 2×f utrzymują się na wysokim poziomie, wskazuje to na źródło elektromagnetyczne (usterka UMP lub stojana)
  • Jeżeli 2×f znacząco spada, wskazuje to na mechaniczne źródło rozbieżności

Kwantyfikacja siły przyciągania magnetycznego

Przybliżony wzór

Siłę UMP można oszacować:

  • F ∝ (mimośrodowość / szczelina) × moc silnika
  • Siła rośnie liniowo wraz z mimośrodem
  • Siła wzrasta dramatycznie przy mniejszych odstępach
  • Większe silniki wytwarzają proporcjonalnie większe siły

Typowe wielkości

  • Silnik 10 KM, mimośród 10%: ~50-100 funtów siły
  • Silnik 100 KM, mimośród 20%: ~500-1000 funtów siły
  • Silnik 1000 KM, mimośród 30%: ~5000-10 000 funtów siły
  • Uderzenie: Siły te znacznie obciążają łożyska i mogą powodować odchylenie wałów

Metody korekcji

W przypadku mimośrodowości spowodowanej przez łożysko

  • Wymień zużyte łożyska, aby przywrócić prawidłowe centrowanie wirnika
  • W przypadku powtarzającej się mimośrodowości należy stosować łożyska o mniejszych tolerancjach
  • Sprawdź, czy dobór łożysk jest odpowiedni dla obciążeń silnika, w tym UMP
  • Sprawdź dopasowanie łożysk na wale i w dzwonach końcowych

Do ekscentryczności produkcyjnej

  • Sprawy drobne (< 10%): Akceptuj i monitoruj, czy drgania są akceptowalne
  • Umiarkowany (10-25%): Rozważ rozwiercanie stojana lub obróbkę wirnika
  • Ciężkie (> 25%): Wymagana wymiana silnika lub gruntowne przeróbki
  • Gwarancja: Ekscentryczność produkcyjna może być podstawą roszczeń gwarancyjnych w przypadku nowych silników

W przypadku problemów z montażem/instalacją

  • Sprawdź wyrównanie dzwonu końcowego i moment dokręcania śrub
  • Prawidłowy miękka stopa warunki
  • Upewnij się, że rama nie uległa odkształceniu pod wpływem naprężeń montażowych
  • Sprawdź, czy naprężenie rury lub siły sprzęgające nie powodują wysuwania silnika z pozycji

Strategie zapobiegania

Projekt i wybór

  • Określ silniki o wąskich tolerancjach szczeliny powietrznej do zastosowań krytycznych
  • Wybieraj silniki wysokiej jakości od renomowanych producentów
  • Większe szczeliny powietrzne zmniejszają wielkość UMP (ale zmniejszają wydajność)
  • Rozważ konstrukcję łożysk magnetycznych do ekstremalnych zastosowań

Instalacja

  • Staranne wyrównanie podczas instalacji
  • Sprawdź, czy miękka stopa została usunięta przed ostatecznym przykręceniem
  • Sprawdź położenie osiowe wirnika i pływak
  • Upewnij się, że dzwonki końcowe są prawidłowo wyrównane i dokręcone

Konserwacja

  • Wymień łożyska zanim dojdzie do nadmiernego zużycia
  • Monitoruj trendy drgań częstotliwości linii 2×
  • Okresowy balansować i weryfikacja wyrównania
  • Utrzymuj silnik w czystości, aby zapobiec blokowaniu się układu chłodzenia i odkształceniom termicznym

Specjalne uwagi

Duże silniki

  • Siły UMP mogą być ogromne (tony siły)
  • Dobór łożysk musi uwzględniać obciążenia UMP
  • Obliczenia ugięcia wału powinny uwzględniać UMP
  • Monitorowanie szczeliny powietrznej może być stosowane w dużych silnikach krytycznych

Silniki szybkoobrotowe

  • Siły odśrodkowe łączą się z UMP
  • Możliwość niestabilności, jeśli UMP jest zbyt duży
  • Tolerancja ciasnych szczelin powietrznych jest krytyczna

Silniki pionowe

  • Siła grawitacji nie centruje wirnika, jak w silnikach poziomych
  • UMP może pociągnąć wirnik w dowolną stronę
  • Łożysko oporowe musi być odpowiednie do ciężaru wirnika i wszelkich składowych osiowych UMP

Związek z innymi problemami motorycznymi

UMP i mimośrodowość wirnika

  • Ekscentryczność powoduje UMP
  • UMP może pogorszyć ekscentryczność (sprzężenie zwrotne dodatnie)
  • Oba wytwarzają wibracje, ale o różnych częstotliwościach (1× vs. 2×f)

Usterki UMP i stojana

  • Oba wytwarzają drgania o częstotliwości 2× liniowej
  • Usterki stojana pokazują również aktualną nierównowagę
  • UMP z ekscentryczności bez nierównowagi prądowej
  • Może współistnieć: usterka stojana ORAZ mimośrodowość

UMP i żywotność łożyska

  • UMP zwiększa obciążenia promieniowe łożysk
  • Zmniejsza żywotność łożyska (Żywotność ∝ 1/Obciążenie³)
  • Powoduje asymetryczne zużycie łożysk
  • Jedno łożysko może ulec przedwczesnej awarii, podczas gdy inne mogą ulec akceptowalnemu uszkodzeniu.

Przyciąganie magnetyczne stanowi istotne sprzężenie między zjawiskami mechanicznymi i elektromagnetycznymi w silnikach elektrycznych. Zrozumienie UMP jako źródła drgań o częstotliwości dwukrotnie większej od częstotliwości linii, jego związku z mimośrodowością szczeliny powietrznej oraz jego potencjału do powodowania postępującej awarii poprzez przeciążenie łożysk umożliwia prawidłową diagnozę i korekcję tego specyficznego dla silnika stanu.

← Powrót do indeksu głównego

Kategorie:
WhatsApp