Entendendo o entreferro em motores elétricos
Definição: O que é um espaço de ar?
Espaço de ar A folga radial é a distância entre a superfície externa do rotor e a superfície interna do estator em motores e geradores elétricos. Este espaço estreito (tipicamente de 0,3 a 2,0 mm ou 0,012 a 0,080 polegadas) é preenchido com ar e representa o caminho magnético através do qual as forças eletromagnéticas são transferidas entre os enrolamentos estacionários do estator e o rotor em rotação. A folga radial é uma das dimensões mais críticas no projeto de motores, pois afeta diretamente o desempenho eletromagnético, a eficiência, o fator de potência, o torque de partida e a suscetibilidade a interferências. atração magnética e vibração.
Embora pequenas e aparentemente insignificantes, a uniformidade e a magnitude do entreferro têm efeitos profundos no funcionamento do motor. Entreferros não uniformes criam forças magnéticas desequilibradas, levando à vibração e ao desgaste acelerado dos rolamentos, enquanto entreferros excessivos reduzem a eficiência e aumentam a necessidade de corrente de magnetização.
Dimensões típicas do espaço de ar
Por tamanho do motor
- Motores pequenos (< 10 HP): 0,3-0,6 mm (0,012-0,024 polegadas)
- Motores de potência média (10-200 HP): 0,5-1,2 mm (0,020-0,047 polegadas)
- Motores de grande porte (200-1000 HP): 1,0-2,0 mm (0,040-0,080 polegadas)
- Motores de grande porte (> 1000 HP): 1,5-3,0 mm (0,060-0,120 polegadas)
- Tendência geral: Motores maiores têm folgas absolutas maiores, mas folgas menores em relação ao diâmetro.
Por tipo de motor
- Motores de indução: Lacunas maiores (típicas de 0,5 a 2,0 mm)
- Motores síncronos: Semelhante aos motores de indução
- Motores CC: Folgas muito pequenas na armadura (0,3-1,0 mm)
- Projetos de Alta Eficiência: Prefira espaçamentos menores para um melhor desempenho.
Importância do espaço de ar
Desempenho eletromagnético
- Relutância do circuito magnético: O entreferro é o elemento de maior relutância no caminho magnético.
- Corrente de magnetização: Espaçamentos menores requerem menos corrente de magnetização (melhor fator de potência).
- Eficiência: Espaçamentos menores geralmente são mais eficientes (menores perdas por magnetização).
- Produção de torque: Lacunas menores permitem um acoplamento magnético mais forte.
Considerações mecânicas
- Liberação: Deve acomodar a deflexão do eixo, as tolerâncias dos rolamentos e a expansão térmica.
- Margem de segurança: Impede o contato entre rotor e estator durante vibrações ou condições anormais.
- Tolerâncias de fabricação: Deve ser possível atingir esse objetivo dentro das tolerâncias de produção.
Excentricidade do entreferro
Definição
A excentricidade do entreferro é a não uniformidade do entreferro ao longo da circunferência:
- Intervalo uniforme: Mesma dimensão em todas as posições angulares.
- Lacuna excêntrica: Varia ao longo da circunferência (pequeno de um lado, grande do lado oposto)
- Quantificação: Excentricidade = (gmáx – gmín) / gaverage, expressa em porcentagem
- Aceitável: Tipicamente < 10% excentricidade para bom funcionamento
Causas da Excentricidade
- Desgaste do rolamento: Permite que o rotor gire fora do centro.
- Tolerâncias de fabricação: O furo do estator ou o rotor não são perfeitamente concêntricos.
- Erros de montagem: Tampas traseiras desalinhadas, rotor armado
- Distorção térmica: Aquecimento irregular afetando a forma circular
- Distorção do quadro: Pé mole ou estrutura de deformação por tensão de montagem
Efeitos da excentricidade
- Atração magnética desequilibrada: Força radial resultante em direção ao lado com pequena folga
- Vibração a 2×f: Forças eletromagnéticas pulsantes
- Frequência de passagem de pólo Bandas laterais: Assinatura diagnóstica no espectro de vibração
- Sobrecarga do rolamento: Carga assimétrica acelerando o desgaste
- Perda de eficiência: Circuito magnético não otimizado
Medição do espaço de ar
Medição direta (motor desmontado)
- Calibradores de folga: Insira os medidores entre o rotor e o estator em vários locais.
- Procedimento: Meça em 8 a 12 posições ao redor da circunferência.
- Calcular: Percentagem média, mínima, máxima e de excentricidade
- Quando: Durante a revisão do motor ou a substituição dos rolamentos
Avaliação indireta (motor em funcionamento)
- Vibração a 2×f: A amplitude elevada indica uma lacuna não uniforme.
- Bandas laterais PPF: Presença e amplitude correlacionam-se com a excentricidade.
- Análise atual: Efeitos do campo magnético visíveis no espectro de corrente
- Barulho: intensidade do zumbido eletromagnético
Problemas e soluções relacionados ao espaço de ar
Muito pequeno (< Especificação mínima)
Consequências:
- Risco de contato rotor-estator devido a vibração ou deflexão
- Força magnética muito alta se excêntrica
- Danos durante a partida ou em situações transitórias
Causas e soluções:
- Erro de fabricação → Recondicionar o rotor ou o estator.
- Rotor incorreto instalado → Substitua pelo rotor correto
- Desgaste dos rolamentos causando deslocamento do rotor → Substitua os rolamentos e verifique se a folga foi restaurada.
Muito grande (> Especificação máxima)
Consequências:
- Eficiência reduzida (corrente de magnetização mais alta)
- Fator de potência mais baixo
- Torque de partida reduzido
- Corrente sem carga mais alta
Geralmente menos crítico: Funciona, mas com desempenho comprometido.
Não uniforme (excêntrico)
Mais comuns e problemáticos:
- Cria uma atração magnética desequilibrada.
- Provoca vibração 2×f
- Acelera o desgaste do rolamento por meio de feedback positivo
- Solução: Substituir rolamentos desgastados, corrigir distorção da estrutura, verificar a concentricidade do rotor.
Espaço de ar no diagnóstico do motor
Indicadores de Diagnóstico
| Sintoma | Possível problema de espaço de ar |
|---|---|
| Vibração de alta frequência 2× a frequência da linha | Folga excêntrica, atração magnética |
| bandas laterais de frequência de passagem do polo | Lacuna não uniforme |
| Corrente de vazio elevada | Lacuna excessiva |
| Baixo torque de partida | Lacuna excessiva |
| Evidências de fricção | Folga insuficiente |
| Desgaste assimétrico do rolamento | Lacuna excêntrica que cria UMP |
Tendências e monitoramento
- Monitore a vibração com frequência de linha duas vezes maior durante a vida útil do motor.
- O aumento de 2×f indica o desenvolvimento de excentricidade (geralmente devido ao desgaste do rolamento).
- Documentar as medições do espaço de ar durante as revisões.
- Comparar com as especificações e medições anteriores.
- Utilizar como informação para decisões de substituição de rolamentos
Design e Fabricação
Trocas na seleção de lacunas
- Menor intervalo: Melhor eficiência, fator de potência e torque, MAS maior atração magnética se excêntrico, menor folga mecânica.
- Maior diferença: Maior folga mecânica, menor força magnética, MAS menor eficiência e maior corrente de magnetização.
- Otimização: Menor folga compatível com os requisitos mecânicos e as capacidades de fabricação.
Especificação de tolerância
- Folga nominal especificada nos desenhos
- As tolerâncias são tipicamente de ±10-20% do valor nominal.
- Limites de excentricidade especificados (frequentemente) < 10%)
- Verificação de controle de qualidade durante a fabricação
A folga de ar é um parâmetro fundamental no projeto e operação de motores elétricos. Compreender seus efeitos no desempenho eletromagnético, reconhecer os sintomas de problemas na folga de ar por meio da análise de vibração e manter uma folga uniforme através da manutenção adequada dos rolamentos são essenciais para a operação confiável e eficiente do motor e para a prevenção de falhas catastróficas no contato rotor-estator.
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