Čo je magnetická sila? Nevyvážená magnetická sila v motoroch • Prenosný vyvažovač, analyzátor vibrácií "Balanset" pre dynamické vyvažovanie drvičov, ventilátorov, mulčovačov, závitoviek na kombajnoch, hriadeľov, odstrediviek, turbín a mnohých ďalších rotorov Čo je magnetická sila? Nevyvážená magnetická sila v motoroch • Prenosný vyvažovač, analyzátor vibrácií "Balanset" pre dynamické vyvažovanie drvičov, ventilátorov, mulčovačov, závitoviek na kombajnoch, hriadeľov, odstrediviek, turbín a mnohých ďalších rotorov

Čo je magnetická sila? Nevyvážená magnetická sila v motoroch

Publikované používateľom admin dňa

Pochopenie magnetického ťahu v elektromotoroch

Definícia: Čo je magnetická sila?

Magnetický ťah (tiež nazývaná nevyvážená magnetická príťažlivosť alebo UMP) je čistá radiálna elektromagnetická sila, ktorá sa vyvíja v elektromotoroch a generátoroch, keď vzduchová medzera medzi rotorom a statorom nie je rovnomerná. Keď je rotor v statorovom otvore mimo stredu (excentrický), vzduchová medzera sa na jednej strane zmenší a na opačnej strane zväčší. Keďže magnetická sila je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzery, magnetická príťažlivosť je oveľa silnejšia na strane s menšou medzerou, čo vytvára čistú silu ťahajúcu rotor smerom k tejto strane.

Magnetická príťažlivosť vytvára vibrácie pri dvojnásobnej frekvencii elektrickej siete (120 Hz pre motory s frekvenciou 60 Hz, 100 Hz pre motory s frekvenciou 50 Hz) môže výrazne vychýliť rotor, urýchliť opotrebovanie ložísk a v závažných prípadoch viesť ku katastrofickému kontaktu rotora a statora. Predstavuje väzbu medzi mechanickou excentricitou a elektromagnetickými silami, ktorá môže vytvoriť pozitívnu spätnú väzbu vedúcu k postupnému zlyhaniu.

Fyzikálny mechanizmus

Rovnomerná vzduchová medzera (normálny stav)

  • Rotor vycentrovaný v otvore statora
  • Vzduchová medzera rovnaká po celom obvode (typicky 0,3 – 1,5 mm)
  • Magnetické sily na všetkých stranách sa vyrovnávajú a rušia
  • Čistá radiálna sila ≈ nula
  • Minimálne elektromagnetické vibrácie

Excentrická vzduchová medzera (podmienka UMP)

Keď je rotor mimo stredu:

  1. Asymetria medzier: Jedna strana má menšiu medzeru (napr. 0,5 mm), opačná strana väčšiu (napr. 1,0 mm)
  2. Zákon inverznej štvorcovej rovnice: Magnetická sila ∝ 1/medzera², takže sila na strane s malou medzerou je oveľa silnejšia
  3. Čistá sila: Nevyvážené sily sa nerušia, čím vytvárajú sieťovú príťažlivosť smerom k strane s malou medzerou.
  4. Veľkosť: Môže mať stovky až tisíce libier aj v stredne silných motoroch
  5. Smer: Vždy smerom k strane s najmenšou medzerou

Prečo 2× frekvencia siete?

Magnetická sila pulzuje s 2× elektrickou frekvenciou:

  • Trojfázový striedavý prúd vytvára rotujúce magnetické pole
  • Sila magnetického poľa pulzuje s 2× frekvenciou siete (vlastné pre 3-fázové systémy)
  • Pri excentrickom rotore táto pulzácia vytvára vibrácie s frekvenciou 2×f
  • 60 Hz motor → 120 Hz vibrácie
  • 50 Hz motor → 100 Hz vibrácie

Príčiny nevyváženého magnetického ťahu

Opotrebovanie ložiska

  • Najčastejšia príčina vzniku UMP
  • Vôľa ložiska umožňuje rotoru bežať mimo stredu
  • Gravitácia ťahá rotor nadol, čím sa zmenšuje spodná vzduchová medzera
  • UMP vychyľuje rotor ďalej mimo stredu
  • Pozitívna spätná väzba: UMP urýchľuje opotrebovanie ložísk

Výrobné tolerancie

  • Excentricita rotora: Rotor nie je dokonale okrúhly alebo nie je vycentrovaný na hriadeli
  • Excentricita otvoru statora: Vŕtanie statora nie je súosové s montážnymi plochami
  • Chyby pri montáži: Koncové zvony nie sú zarovnané, rotor je počas montáže natiahnutý
  • Tolerancie v vrstvách: Hromadenie malých chýb vytvárajúcich merateľnú excentricitu

Prevádzkové príčiny

  • Tepelný rast: Diferenciálna rozťažnosť ovplyvňujúca rovnomernosť vzduchovej medzery
  • Skreslenie rámu: Mäkká noha alebo rám s deformáciou pri montáži
  • Priehyb hriadeľa: Zaťaženie alebo spojovacie sily ohýbajúci sa hriadeľ
  • Problémy s nadáciou: Usadenie alebo zhoršenie stavu, posúvanie polohy motora

Účinky a následky

Priame účinky

  • Radiálna sila na rotor: Nepretržité ťahanie smerom k jednej strane
  • Preťaženie ložiska: Jedno ložisko nesie dodatočnú záťaž z magnetického ťahu
  • Vibrácie pri 2×f: Zvýšená elektromagnetická vibračná zložka
  • Priehyb hriadeľa: Magnetická sila ohýba hriadeľ, čím zhoršuje excentricitu

Mechanizmus progresívneho zlyhania

UMP môže vytvoriť samovoľne sa posilňujúci cyklus zlyhania:

  1. Počiatočná excentricita (z opotrebenia ložiska alebo výroby)
  2. Magnetická príťažlivosť sa vyvíja smerom k strane s malou medzerou
  3. Sila ďalej vychyľuje rotor, čím sa medzera ešte viac zmenšuje
  4. Silnejšia magnetická príťažlivosť z menšej medzery
  5. Zrýchlené opotrebovanie ložiska na zaťaženej strane
  6. Zvyšujúca sa excentricita a magnetická príťažlivosť
  7. Prípadný kontakt rotora a statora a katastrofická porucha

Sekundárne poškodenie

  • Zrýchlené zlyhanie ložiska v dôsledku asymetrického zaťaženia
  • Možné trenie rotora a statora, ktoré poškodzuje obe komponenty
  • Ohýbanie hriadeľa alebo trvalé prehnutie
  • Poškodenie vinutia statora nárazmi rotora
  • Strata účinnosti z dôvodu neoptimálnej vzduchovej medzery

Detekcia a diagnostika

Vibračný podpis

  • Primárny ukazovateľ: Zvýšená 2× frekvencia siete (120 Hz alebo 100 Hz)
  • Typický vzor: amplitúda 2×f > 30 – 501 TP3T vibrácií pri 1× rýchlosti jazdy
  • Potvrdenie: Vibrácie pri 2×f nie sú úmerné mechanickej nevyváženosti
  • Nezávislosť od záťaže: 2×f amplitúda relatívne konštantná so zaťažením (na rozdiel od mechanických zdrojov)

Odlišnosť od iných zdrojov 2×f

Zdroj Charakteristiky
Nesprávne zarovnanie 2× rýchlosť chodu (nie 2× frekvencia siete); vysoké axiálne vibrácie
Magnetický ťah 2× frekvencia siete (120/100 Hz); elektromagnetický pôvod
Poruchy statora 2× frekvencia siete; prítomná nerovnováha prúdu
Rezonancia rámu 2× frekvencia siete; vibrácie rámu >> vibrácie ložiska

Ďalšie diagnostické testy

Meranie vzduchovej medzery

  • Zmerajte vzduchovú medzeru na viacerých miestach po obvode (vyžaduje sa demontáž motora)
  • Excentricita > 10% priemernej medzery naznačuje problém
  • Zdokumentujte minimálne a maximálne hodnoty medzier

Aktuálna analýza

  • Meranie fázových prúdov pre vyváženie
  • Nerovnováha môže sprevádzať UMP
  • Spektrum ukazuje 2× frekvenčnú zložku linky

Test bez zaťaženia

  • Nechajte motor bežať odpojený bez zaťaženia
  • Ak vibrácie 2×f zostávajú vysoké, signalizuje to elektromagnetický zdroj (porucha UMP alebo statora).
  • Ak 2×f výrazne klesne, indikuje to mechanický zdroj nesprávneho zarovnania.

Kvantifikácia magnetickej ťažnej sily

Približný vzorec

Sila UMP sa dá odhadnúť:

  • F ∝ (excentricita / medzera) × výkon motora
  • Sila sa lineárne zvyšuje s excentricitou
  • Sila sa dramaticky zvyšuje s menšími medzerami
  • Väčšie motory produkujú proporcionálne väčšie sily

Typické magnitúdy

  • 10 HP motor, excentricita 10%: Sila ~50-100 libier
  • Motor s výkonom 100 HP, excentricita 20%: Sila ~500-1000 libier
  • Motor s výkonom 1000 HP, excentricita 30%: Sila ~5 000 – 10 000 libier
  • Dopad: Tieto sily výrazne zaťažujú ložiská a môžu vychýliť hriadele

Metódy korekcie

Pre excentricitu spôsobenú ložiskom

  • Vymeňte opotrebované ložiská, aby ste obnovili správne centrovanie rotora
  • Ak sa excentricita opakuje, použite ložiská s užšími toleranciami
  • Overte, či je výber ložiska vhodný pre zaťaženie motora vrátane UMP
  • Skontrolujte uloženie ložiska na hriadeli a v koncových zvonoch

Pre excentricitu výroby

  • Menej závažné prípady (< 10%): Prijmite a monitorujte, či sú vibrácie prijateľné
  • Stredná (10-25%): Zvážte prevŕtanie statora alebo obrábanie rotora
  • Závažné (> 25%): Vyžaduje sa výmena motora alebo jeho rozsiahla prepracovanie
  • Záruka: Výstrednosť výroby môže byť predmetom záručnej reklamácie na nové motory

Pre problémy s montážou/inštaláciou

  • Skontrolujte zarovnanie koncového zvona a uťahovací moment skrutiek
  • Správne mäkká noha podmienky
  • Uistite sa, že rám nie je zdeformovaný montážnym napätím
  • Skontrolujte napätie potrubia alebo sily spojky, ktoré vyťahujú motor z jeho polohy.

Preventívne stratégie

Dizajn a výber

  • Pre kritické aplikácie špecifikujte motory s malými toleranciami vzduchovej medzery
  • Vyberte si kvalitné motory od renomovaných výrobcov
  • Väčšie vzduchové medzery znižujú magnitúdu UMP (ale znižujú účinnosť)
  • Zvážte konštrukcie magnetických ložísk pre extrémne aplikácie

Inštalácia

  • Starostlivé zarovnanie počas inštalácie
  • Pred konečnou montážou skontrolujte odstránenie mäkkej pätky
  • Skontrolujte axiálnu polohu rotora a jeho plávanie
  • Uistite sa, že koncové zvony sú správne zarovnané a utiahnuté

Údržba

  • Vymeňte ložiská skôr, ako dôjde k nadmernému opotrebovaniu
  • Monitorovanie trendov vibrácií frekvencie siete 2×
  • Periodické zostatok a overenie zarovnania
  • Udržujte motor čistý, aby ste predišli upchatiu chladiaceho systému, ktoré by viedlo k tepelnej deformácii.

Osobitné úvahy

Veľké motory

  • Sily UMP môžu byť obrovské (tony sily)
  • Výber ložiska musí zohľadniť zaťaženie UMP
  • Výpočty priehybu hriadeľa by mali zahŕňať UMP
  • Monitorovanie vzduchovej medzery môže byť súčasťou veľkých kritických motorov

Vysokorýchlostné motory

  • Odstredivé sily sa kombinujú s UMP
  • Potenciál nestability, ak je UMP príliš veľký
  • Tolerancie tesnej vzduchovej medzery sú kritické

Vertikálne motory

  • Gravitácia necentruje rotor ako pri horizontálnych motoroch
  • UMP môže ťahať rotor na ľubovoľnú stranu
  • Axiálne ložisko musí byť primerané pre hmotnosť rotora a všetky axiálne komponenty UMP.

Vzťah k iným motorickým problémom

UMP a excentricita rotora

  • Excentricita spôsobuje UMP
  • UMP môže zhoršiť excentricitu (pozitívna spätná väzba)
  • Obidva vytvárajú vibrácie, ale na rôznych frekvenciách (1× vs. 2×f)

Poruchy UMP a statora

  • Obe produkujú vibrácie s 2× frekvenciou linky
  • Poruchy statora tiež ukazujú aktuálnu nerovnováhu
  • UMP z excentricity bez prúdovej nerovnováhy
  • Môže koexistovať: porucha statora A excentricita

UMP a životnosť ložísk

  • UMP zvyšuje radiálne zaťaženie ložiska
  • Znižuje životnosť ložiska (Životnosť ∝ 1/Zaťaženie³)
  • Vytvára asymetrické opotrebovanie ložísk
  • Jedno ložisko môže predčasne zlyhať, zatiaľ čo iné je prijateľné

Magnetické ťahanie predstavuje dôležité prepojenie medzi mechanickými a elektromagnetickými javmi v elektromotoroch. Pochopenie UMP ako zdroja vibrácií s 2× sieťovou frekvenciou, jeho vzťahu k excentricite vzduchovej medzery a jeho potenciálu pre vznik progresívneho zlyhania v dôsledku preťaženia ložiska umožňuje správnu diagnostiku a nápravu tohto stavu špecifického pre motor.

← Späť na hlavný index

Kategórie:
WhatsApp