ทำความเข้าใจเกี่ยวกับช่องว่างอากาศในมอเตอร์ไฟฟ้า

อุปกรณ์

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

อะไหล่

Vibration sensor

$107.47

อะไหล่

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

อุปกรณ์

Balanset-4

$8,123.32

อะไหล่

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

อะไหล่

Reflective tape

$11.94

อุปกรณ์

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

คำจำกัดความ: Air Gap คืออะไร?

ช่องว่างอากาศ คือระยะห่างในแนวรัศมีระหว่างพื้นผิวด้านนอกของโรเตอร์และพื้นผิวด้านในของสเตเตอร์ในมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ช่องว่างแคบๆ นี้ (โดยทั่วไป 0.3-2.0 มม. หรือ 0.012-0.080 นิ้ว) จะถูกเติมด้วยอากาศ และแสดงถึงเส้นทางแม่เหล็กที่แรงแม่เหล็กไฟฟ้าถ่ายโอนระหว่างขดลวดสเตเตอร์คงที่และโรเตอร์ที่กำลังหมุน ช่องว่างอากาศเป็นหนึ่งในมิติที่สำคัญที่สุดในการออกแบบมอเตอร์ เนื่องจากมีผลโดยตรงต่อสมรรถนะทางแม่เหล็กไฟฟ้า ประสิทธิภาพ ค่าตัวประกอบกำลัง แรงบิดเริ่มต้น และความไวต่อ แรงดึงดูดแม่เหล็ก and การสั่นสะเทือน.

แม้จะดูเล็กน้อยและดูเหมือนไม่มีนัยสำคัญ แต่ความสม่ำเสมอและขนาดของช่องว่างอากาศก็ส่งผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานของมอเตอร์ ช่องว่างอากาศที่ไม่สม่ำเสมอจะสร้างแรงแม่เหล็กที่ไม่สมดุล นำไปสู่การสั่นสะเทือนและการสึกหรอของตลับลูกปืนที่เร็วขึ้น ขณะที่ช่องว่างอากาศที่มากเกินไปจะลดประสิทธิภาพและเพิ่มความต้องการกระแสไฟฟ้าแม่เหล็ก.

ขนาดช่องว่างอากาศโดยทั่วไป

ตามขนาดมอเตอร์

• มอเตอร์ขนาดเล็ก (< 10 แรงม้า): 0.3-0.6 มม. (0.012-0.024 นิ้ว)
• มอเตอร์ขนาดกลาง (10-200 แรงม้า): 0.5-1.2 มม. (0.020-0.047 นิ้ว)
• มอเตอร์ขนาดใหญ่ (200-1000 แรงม้า): 1.0-2.0 มม. (0.040-0.080 นิ้ว)
• มอเตอร์ขนาดใหญ่พิเศษ (> 1000 แรงม้า): 1.5-3.0 มม. (0.060-0.120 นิ้ว)
• แนวโน้มทั่วไป: มอเตอร์ขนาดใหญ่จะมีช่องว่างสัมบูรณ์ที่ใหญ่กว่าแต่ช่องว่างเป็นเปอร์เซ็นต์ของเส้นผ่านศูนย์กลางจะเล็กกว่า

ตามประเภทมอเตอร์

• มอเตอร์เหนี่ยวนำ: ช่องว่างขนาดใหญ่ (โดยทั่วไป 0.5-2.0 มม.)
• มอเตอร์ซิงโครนัส: คล้ายกับมอเตอร์เหนี่ยวนำ
• มอเตอร์ DC: ช่องว่างในอาร์เมเจอร์มีขนาดเล็กมาก (0.3-1.0 มม.)
• การออกแบบที่มีประสิทธิภาพสูง: มุ่งไปที่ช่องว่างที่เล็กลงเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

ความสำคัญของช่องว่างอากาศ

ประสิทธิภาพทางแม่เหล็กไฟฟ้า

• ความต้านทานต่อวงจรแม่เหล็ก: ช่องว่างอากาศเป็นองค์ประกอบความฝืนสูงสุดในเส้นทางแม่เหล็ก
• กระแสแม่เหล็ก: ช่องว่างที่เล็กกว่าต้องใช้กระแสแม่เหล็กน้อยลง (ตัวประกอบกำลังที่ดีกว่า)
• ประสิทธิภาพ: ช่องว่างขนาดเล็กโดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพมากกว่า (การสูญเสียแม่เหล็กน้อยกว่า)
• การผลิตแรงบิด: ช่องว่างที่เล็กลงทำให้มีการเชื่อมต่อแม่เหล็กที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น

ข้อควรพิจารณาทางกลศาสตร์

• ระยะห่าง: ต้องรองรับการโก่งตัวของเพลา ความคลาดเคลื่อนของตลับลูกปืน การเจริญเติบโตเนื่องจากความร้อน
• ระยะขอบความปลอดภัย: ป้องกันการสัมผัสระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ระหว่างการสั่นสะเทือนหรือสภาวะที่ผิดปกติ
• ความคลาดเคลื่อนในการผลิต: จะต้องบรรลุผลได้ด้วยความคลาดเคลื่อนในการผลิต

ความเยื้องศูนย์ของช่องว่างอากาศ

คำนิยาม

ความเยื้องศูนย์กลางของช่องว่างอากาศ คือ ความไม่สม่ำเสมอของช่องว่างรอบเส้นรอบวง:

• ช่องว่างสม่ำเสมอ: มิติเดียวกันที่ตำแหน่งเชิงมุมทั้งหมด
• ช่องว่างนอกรีต: แตกต่างกันไปตามเส้นรอบวง (เล็กด้านหนึ่ง ใหญ่ด้านตรงข้าม)
• การวัดปริมาณ: ความเยื้องศูนย์กลาง = (gmax – gmin) / gaverage แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์
• ยอมรับได้: โดยทั่วไป < 10% ความเยื้องศูนย์เพื่อการทำงานที่ดี

สาเหตุของความแปลกประหลาด

• การสึกหรอของตลับลูกปืน: ช่วยให้โรเตอร์ทำงานนอกจุดศูนย์กลางได้
• ความคลาดเคลื่อนในการผลิต: รูสเตเตอร์หรือโรเตอร์ไม่เข้ากันอย่างสมบูรณ์แบบ
• ข้อผิดพลาดในการประกอบ: ปลายกระดิ่งไม่ตรงแนว โรเตอร์ง้าง
• การบิดเบือนความร้อน: ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอส่งผลต่อความกลม
• การบิดเบือนของเฟรม: โครงยึดแบบนิ่มหรือแบบยึดแน่น

ผลกระทบของความแปลกประหลาด

• แรงดึงดูดแม่เหล็กที่ไม่สมดุล: แรงรัศมีสุทธิไปทางด้านช่องว่างเล็ก
• การสั่นสะเทือนที่ 2×f: แรงแม่เหล็กไฟฟ้าแบบสั่น
• ความถี่ผ่านเสา แถบข้าง: ลายเซ็นการวินิจฉัยในสเปกตรัมการสั่นสะเทือน
• การรับน้ำหนักเกินของตลับลูกปืน: การสึกหรอเร่งการโหลดแบบไม่สมมาตร
• การสูญเสียประสิทธิภาพ: วงจรแม่เหล็กที่ไม่เหมาะสม

การวัดช่องว่างอากาศ

การวัดโดยตรง (มอเตอร์ถอดประกอบ)

• เกจวัดความรู้สึก: ใส่เกจวัดระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ที่หลายตำแหน่ง
• ขั้นตอน: วัดที่ตำแหน่ง 8-12 รอบเส้นรอบวง
• คำนวณ: เปอร์เซ็นต์ค่าเฉลี่ย ค่าต่ำสุด ค่าสูงสุด และความเยื้องศูนย์กลาง
• เมื่อไร: ระหว่างการยกเครื่องมอเตอร์หรือเปลี่ยนลูกปืน

การประเมินทางอ้อม (มอเตอร์ใช้งาน)

• การสั่นสะเทือนที่ 2×f: แอมพลิจูดที่สูงขึ้นบ่งชี้ช่องว่างที่ไม่สม่ำเสมอ
• แถบข้าง PPF: การมีอยู่และแอมพลิจูดสัมพันธ์กับความเยื้องศูนย์กลาง
• การวิเคราะห์ปัจจุบัน: ผลกระทบของสนามแม่เหล็กที่มองเห็นได้ในสเปกตรัมปัจจุบัน
• เสียงรบกวน: ความเข้มของเสียงฮัมแม่เหล็กไฟฟ้า

ปัญหาช่องว่างอากาศและวิธีแก้ไข

เล็กเกินไป (< ข้อกำหนดขั้นต่ำ)

ผลที่ตามมา:

• ความเสี่ยงของการสัมผัสโรเตอร์กับสเตเตอร์จากการสั่นสะเทือนหรือการเบี่ยงเบน
• แรงดึงดูดแม่เหล็กสูงมากถ้าอยู่นอกรีต
• ความเสียหายระหว่างการสตาร์ทหรือช่วงเปลี่ยนผ่าน

สาเหตุและวิธีแก้ไข:

• ข้อผิดพลาดในการผลิต → กลึงโรเตอร์หรือสเตเตอร์รูใหม่
• ติดตั้งโรเตอร์ผิด → เปลี่ยนด้วยโรเตอร์ที่ถูกต้อง
• การสึกหรอของตลับลูกปืนทำให้โรเตอร์เคลื่อนที่ → เปลี่ยนตลับลูกปืน ตรวจสอบช่องว่างที่คืนสภาพ

ใหญ่เกินไป (> ข้อกำหนดสูงสุด)

ผลที่ตามมา:

• ประสิทธิภาพลดลง (กระแสแม่เหล็กสูงขึ้น)
• ค่ากำลังไฟฟ้าต่ำกว่า
• ลดแรงบิดเริ่มต้น
• กระแสไฟฟ้าขณะไม่มีโหลดสูงกว่า

โดยปกติจะมีความสำคัญน้อยกว่า: สามารถใช้งานได้แต่ประสิทธิภาพลดลง

ไม่สม่ำเสมอ (Eccentric)

ที่พบบ่อยที่สุดและมีปัญหา:

• สร้างแรงดึงดูดแม่เหล็กที่ไม่สมดุล
• ทำให้เกิดการสั่นสะเทือน 2×f
• เร่งการสึกหรอของตลับลูกปืนผ่านการตอบสนองเชิงบวก
• วิธีแก้ไข: เปลี่ยนตลับลูกปืนที่สึกหรอ แก้ไขการบิดตัวของเฟรม ตรวจสอบความเป็นศูนย์กลางของโรเตอร์

ช่องว่างอากาศในการวินิจฉัยมอเตอร์

ตัวบ่งชี้การวินิจฉัย

อาการ	ปัญหาช่องว่างอากาศที่อาจเกิดขึ้น
การสั่นสะเทือนความถี่เส้นสูง 2×	ช่องว่างนอกรีต แรงดึงดูดแม่เหล็ก
แถบความถี่ข้างผ่านเสา	ช่องว่างที่ไม่สม่ำเสมอ
กระแสไฟฟ้าขณะไม่มีโหลดสูง	ช่องว่างที่มากเกินไป
แรงบิดเริ่มต้นต่ำ	ช่องว่างที่มากเกินไป
หลักฐานการขัดถู	ช่องว่างระหว่างล้อไม่เพียงพอ
การสึกหรอของตลับลูกปืนที่ไม่สมมาตร	ช่องว่างนอกรีตทำให้เกิด UMP

แนวโน้มและการติดตาม

• ตรวจสอบการสั่นสะเทือนความถี่สาย 2 เท่าตลอดอายุการใช้งานมอเตอร์
• การเพิ่มขึ้นของ 2×f บ่งชี้ถึงการพัฒนาความเยื้องศูนย์ (โดยปกติจากการสึกหรอของตลับลูกปืน)
• บันทึกการวัดช่องว่างอากาศระหว่างการยกเครื่อง
• เปรียบเทียบกับข้อมูลจำเพาะและการวัดครั้งก่อน
• ใช้เป็นข้อมูลสำหรับการตัดสินใจเปลี่ยนตลับลูกปืน

การออกแบบและการผลิต

การแลกเปลี่ยนการเลือกช่องว่าง

• ช่องว่างเล็กลง: ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ปัจจัยกำลัง แรงบิด แต่แรงดึงดูดแม่เหล็กที่สูงขึ้นหากอยู่ในสภาวะนอกรีต ระยะห่างทางกลน้อยลง
• ช่องว่างที่ใหญ่ขึ้น: ระยะห่างทางกลที่มากขึ้น แรงดึงแม่เหล็กที่น้อยลง แต่ประสิทธิภาพที่ลดลง กระแสแม่เหล็กที่สูงขึ้น
• การเพิ่มประสิทธิภาพ: ช่องว่างที่เล็กที่สุดสอดคล้องกับข้อกำหนดทางกลและความสามารถในการผลิต

ข้อกำหนดความคลาดเคลื่อน

• ช่องว่างที่กำหนดบนภาพวาด
• ความคลาดเคลื่อนโดยทั่วไปคือ ±10-20% ของค่าปกติ
• ขีดจำกัดความเยื้องศูนย์กลางที่กำหนด (มักจะ < 10%)
• การตรวจสอบคุณภาพระหว่างการผลิต

ช่องว่างอากาศเป็นพารามิเตอร์พื้นฐานในการออกแบบและการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า การทำความเข้าใจถึงผลกระทบต่อสมรรถนะทางแม่เหล็กไฟฟ้า การรับรู้อาการของปัญหาช่องว่างอากาศผ่านการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน และการรักษาช่องว่างอากาศให้สม่ำเสมอผ่านการบำรุงรักษาตลับลูกปืนอย่างเหมาะสม ล้วนเป็นสิ่งจำเป็นต่อการทำงานของมอเตอร์ที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ รวมถึงการป้องกันความล้มเหลวของหน้าสัมผัสโรเตอร์-สเตเตอร์ที่อาจเกิดขึ้นได้.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก