Ce este Forța Magnetică? Forța magnetică dezechilibrată în motoare • Echilibrator portabil, analizor de vibrații "Balanset" pentru echilibrarea dinamică a concasoarelor, ventilatoarelor, tocătoarelor, spiralelor pe combine, arborilor, centrifugelor, turbinelor și multor alte rotoare Ce este Forța Magnetică? Forța magnetică dezechilibrată în motoare • Echilibrator portabil, analizor de vibrații "Balanset" pentru echilibrarea dinamică a concasoarelor, ventilatoarelor, tocătoarelor, spiralelor pe combine, arborilor, centrifugelor, turbinelor și multor alte rotoare

Ce este atracția magnetică? Forța magnetică dezechilibrată în motoare

Publicat de admin pe

Înțelegerea atracției magnetice în motoarele electrice

Definiție: Ce este atracția magnetică?

Atracție magnetică (numită și forță magnetică dezechilibrată sau UMP) este o forță electromagnetică radială netă care se dezvoltă în motoarele și generatoarele electrice atunci când spațiul dintre rotor și stator nu este uniform. Când rotorul este descentrat (excentric) în alezajul statorului, spațiul dintre rotor devine mai mic pe o parte și mai mare pe partea opusă. Deoarece forța magnetică este invers proporțională cu pătratul distanței dintre spațiu, atracția magnetică este mult mai puternică pe partea cu spațiul mai mic, creând o forță netă care trage rotorul spre acea parte.

Atracția magnetică creează vibrații la o frecvență dublă față de frecvența rețelei electrice (120 Hz pentru motoare de 60 Hz, 100 Hz pentru motoare de 50 Hz), poate deforma semnificativ rotorul, poate accelera uzura rulmenților și, în cazuri grave, poate duce la un contact catastrofal dintre rotor și stator. Aceasta reprezintă o cuplare între excentricitatea mecanică și forțele electromagnetice care poate crea un feedback pozitiv, ducând la defecțiuni progresive.

Mecanism fizic

Distanță uniformă de aer (condiție normală)

  • Rotor centrat în alezajul statorului
  • Spațiu de aer egal pe întreaga circumferință (de obicei 0,3-1,5 mm)
  • Forțele magnetice de pe toate părțile se echilibrează și se anulează
  • Forța radială netă ≈ zero
  • Vibrații electromagnetice minime

Interval de aer excentric (condiție UMP)

Când rotorul este descentrat:

  1. Asimetria decalajului: O parte are un spațiu mai mic (de exemplu, 0,5 mm), partea opusă mai mare (de exemplu, 1,0 mm)
  2. Legea inversului pătratului: Forța magnetică ∝ 1/interstițiu², deci forța pe partea cu interstițiu mic este mult mai puternică
  3. Forță netă: Forțele dezechilibrate nu se anulează, creând o atracție netă spre partea cu gol mic
  4. Magnitudine: Poate ajunge la sute sau mii de livre chiar și în motoare moderate
  5. Direcţie: Întotdeauna spre partea cu cel mai mic spațiu liber

De ce 2× frecvența liniei?

Tracțiunea magnetică pulsează la o frecvență electrică de 2×:

  • Curentul alternativ trifazat creează un câmp magnetic rotativ
  • Intensitatea câmpului magnetic pulsează la o frecvență de 2× linie (inerentă sistemelor trifazate)
  • Cu un rotor excentric, această pulsație creează vibrații la 2×f
  • Motor 60 Hz → vibrații 120 Hz
  • Motor de 50 Hz → vibrații de 100 Hz

Cauzele atracției magnetice dezechilibrate

Uzura rulmenților

  • Cea mai frecventă cauză a dezvoltării UMP
  • Jocul rulmentului permite rotorului să funcționeze descentrat
  • Gravitatea trage rotorul în jos, reducând spațiul de aer inferior
  • UMP trage rotorul și mai departe de centru
  • Feedback pozitiv: UMP accelerează uzura rulmenților

Toleranțe de fabricație

  • Excentricitatea rotorului: Rotorul nu este perfect rotund sau nu este centrat pe ax
  • Excentricitatea alezajului statorului: Alezajul statorului nu este concentric cu suprafețele de montare
  • Erori de asamblare: Clopoței de capăt nealiniați, rotor armat în timpul asamblării
  • Cumularea toleranțelor: Acumularea de mici erori creează o excentricitate măsurabilă

Cauze operaționale

  • Creștere termică: Expansiunea diferențială care afectează uniformitatea spațiului de aer
  • Distorsiune cadru: Picior moale sau cadru deformat prin stres de montare
  • Deformarea arborelui: Forțe de sarcină sau cuplare care îndoaie arborele
  • Probleme legate de fundație: Deplasarea poziției motorului prin așezare sau deteriorare

Efecte și consecințe

Efecte directe

  • Forța radială asupra rotorului: Tragere continuă spre o parte
  • Suprasarcina rulmentului: Un rulment suportă o sarcină suplimentară din cauza tracțiunii magnetice
  • Vibrații la 2×f: Componentă de vibrații electromagnetice crescută
  • Deformarea arborelui: Forța magnetică îndoaie arborele, agravând excentricitatea

Mecanismul de defecțiune progresivă

UMP poate crea un ciclu de eșec auto-întăritor:

  1. Excentricitate inițială (din cauza uzurii rulmentului sau a procesului de fabricație)
  2. Atracția magnetică se dezvoltă spre partea cu spațiu mic
  3. Forța deviază rotorul și mai mult, reducând și mai mult spațiul dintre obiecte
  4. Atracție magnetică mai puternică din cauza unui spațiu mai mic
  5. Uzură accelerată a rulmenților pe partea încărcată
  6. Creșterea excentricității și a atracției magnetice
  7. Contact eventual rotor-stator și defecțiune catastrofală

Daune secundare

  • Rupere accelerată a rulmentului din cauza încărcării asimetrice
  • Posibile frecări rotor-stator care deteriorează ambele componente
  • Îndoirea arborelui sau curbura permanentă
  • Deteriorarea înfășurării statorului din cauza loviturilor rotorului
  • Pierderea de eficiență din cauza spațiului de aer neoptim

Detectare și diagnosticare

Semnătura vibrațiilor

  • Indicator principal: Frecvență de linie crescută de 2× (120 Hz sau 100 Hz)
  • Model tipic: Amplitudine 2×f > 30-50% pentru vibrații de 1× viteză de funcționare
  • Confirmare: Vibrații la 2×f neproporționale cu dezechilibrul mecanic
  • Independența de sarcină: Amplitudine 2×f relativ constantă cu sarcină (spre deosebire de sursele mecanice)

Diferențiere față de alte surse 2×f

Sursă Caracteristici
Nealiniere Viteză de funcționare 2× (nu 2× frecvență de linie); vibrații axiale ridicate
Tracțiune magnetică 2× frecvența liniei (120/100 Hz); origine electromagnetică
Defecțiuni ale statorului 2× frecvența liniei; dezechilibru de curent prezent
Rezonanță de cadru 2× frecvența liniei; vibrația cadrului >> vibrația rulmentului

Teste diagnostice suplimentare

Măsurarea spațiului de aer

  • Măsurați spațiul liber în mai multe locații de-a lungul circumferinței (necesită dezasamblarea motorului)
  • Excentricitatea > 10% a jocului mediu indică o problemă
  • Valorile minime și maxime ale decalajelor din documente

Analiza actuală

  • Măsurați curenții de fază pentru echilibru
  • Dezechilibrul poate însoți UMP
  • Spectrul prezintă o componentă de frecvență de linie de 2×

Test fără sarcină

  • Porniți motorul decuplat la gol
  • Dacă vibrația 2×f rămâne ridicată, indică o sursă electromagnetică (Defect UMP sau stator)
  • Dacă 2×f scade semnificativ, indică o sursă de nealiniere mecanică

Cuantificarea forței de atracție magnetică

Formulă aproximativă

Forța UMP poate fi estimată:

  • F ∝ (excentricitate / joc) × puterea motorului
  • Forța crește liniar cu excentricitatea
  • Forța crește dramatic cu goluri mai mici
  • Motoarele mai mari produc forțe proporțional mai mari

Magnitudini tipice

  • Motor de 10 CP, excentricitate 10%: Forță de ~50-100 lbs
  • Motor de 100 CP, excentricitate 20%: Forță de ~500-1000 lbs
  • Motor de 1000 CP, excentricitate 30%: Forță de ~5000-10.000 lbs
  • Impact: Aceste forțe încarcă semnificativ rulmenții și pot deforma arborii

Metode de corecție

Pentru excentricitatea cauzată de rulment

  • Înlocuiți rulmenții uzați pentru a restabili centrarea corectă a rotorului
  • Folosiți rulmenți cu toleranțe mai stricte dacă excentricitatea apare în mod repetat
  • Verificați alegerea adecvată a rulmentului pentru sarcinile motorului, inclusiv UMP
  • Verificați potrivirea rulmentului pe arbore și pe clopoțelul de capăt

Pentru excentricitatea de fabricație

  • Cazuri minore (< 10%): Acceptați și monitorizați dacă vibrațiile sunt acceptabile
  • Moderat (10-25%): Luați în considerare regăurirea statorului sau prelucrarea rotorului
  • Severă (> 25%): Înlocuirea motorului sau lucrări majore de reparare necesare
  • Garanție: Excentricitatea de fabricație poate face obiectul unei cereri de garanție pentru motoarele noi

Pentru probleme de asamblare/instalare

  • Verificați alinierea clopotului de capăt și cuplul șuruburilor
  • Corecta picior moale condiții
  • Asigurați-vă că cadrul nu este deformat de solicitările de montare
  • Verificați dacă există tensionare în țeavă sau forțe de cuplare care trag motorul din poziție

Strategii de prevenire

Design și selecție

  • Specificați motoare cu toleranțe strânse la întrefier pentru aplicații critice
  • Selectați motoare de calitate de la producători de renume
  • Spațiile de aer mai mari reduc magnitudinea UMP (dar reduc eficiența)
  • Luați în considerare modelele de rulmenți magnetici pentru aplicații extreme

Instalare

  • Aliniere atentă în timpul instalării
  • Verificați dacă talpa moale a fost eliminată înainte de fixarea finală cu șuruburi
  • Verificați poziția axială a rotorului și flotarea
  • Asigurați-vă că clopotele de capăt sunt aliniate și strânse corect

Întreţinere

  • Înlocuiți rulmenții înainte de apariția uzurii excesive
  • Monitorizați tendințele vibrațiilor la frecvența de linie 2×
  • Periodic echilibru și verificarea alinierii
  • Mențineți motorul curat pentru a preveni blocajele de răcire care pot duce la distorsiuni termice

Considerații speciale

Motoare mari

  • Forțele UMP pot fi enorme (tone de forță)
  • Alegerea rulmenților trebuie să țină cont de încărcările UMP
  • Calculele de deformare a arborelui ar trebui să includă UMP
  • Monitorizarea spațiului de aer poate fi încorporată în motoarele critice mari

Motoare de mare viteză

  • Forțele centrifuge se combină cu UMP
  • Potențial de instabilitate dacă UMP este prea mare
  • Toleranțe stricte pentru interstiții de aer, critice

Motoare verticale

  • Gravitația nu centrează rotorul ca în cazul motoarelor orizontale
  • UMP poate trage rotorul în orice parte
  • Rulmentul axial trebuie să fie adecvat pentru greutatea rotorului plus orice componentă axială UMP

Relația cu alte probleme motorii

UMP și excentricitatea rotorului

  • Excentricitate cauzează UMP
  • UMP poate agrava excentricitatea (feedback pozitiv)
  • Ambele creează vibrații, dar la frecvențe diferite (1× vs. 2×f)

Defecțiuni UMP și stator

  • Ambele produc vibrații cu frecvență liniară de 2×
  • Defecțiuni ale statorului arată, de asemenea, dezechilibrul actual
  • UMP din excentricitate fără dezechilibru de curent
  • Pot coexista: defect statoric ȘI excentricitate

UMP și durata de viață a rulmentului

  • UMP adaugă sarcini radiale la rulmenți
  • Reduce durata de viață a rulmentului (Durata de viață ∝ 1/Sarcină³)
  • Creează uzură asimetrică a rulmenților
  • Un rulment se poate defecta prematur, în timp ce altul este acceptabil

Tracțiunea magnetică reprezintă o cuplare importantă între fenomenele mecanice și electromagnetice din motoarele electrice. Înțelegerea UMP ca sursă a vibrațiilor cu frecvență de linie de 2×, relația sa cu excentricitatea întrefierului și potențialul său de a crea defecțiuni progresive prin supraîncărcarea rulmentului permite diagnosticarea și corectarea corectă a acestei condiții specifice motorului.

← Înapoi la indexul principal

Categorii:
WhatsApp