Lực kéo từ là gì? Lực từ không cân bằng trong động cơ • Máy cân bằng di động, máy phân tích độ rung "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều loại rôto khác Lực kéo từ là gì? Lực từ không cân bằng trong động cơ • Máy cân bằng di động, máy phân tích độ rung "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều loại rôto khác

Lực kéo từ là gì? Lực từ không cân bằng trong động cơ

Được xuất bản bởi admin trên

Hiểu về lực kéo từ trong động cơ điện

Định nghĩa: Lực kéo từ tính là gì?

Lực kéo từ tính (còn gọi là lực kéo từ không cân bằng hoặc UMP) là lực điện từ hướng tâm thuần phát sinh trong động cơ điện và máy phát điện khi khe hở không khí giữa rotor và stato không đồng đều. Khi rotor lệch tâm (lệch tâm) trong lỗ stato, khe hở không khí sẽ nhỏ hơn ở một bên và lớn hơn ở phía đối diện. Vì lực từ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách khe hở, nên lực hút từ mạnh hơn nhiều ở phía có khe hở nhỏ hơn, tạo ra lực tổng hợp kéo rotor về phía đó.

Lực kéo từ tính tạo ra rung động ở tần số gấp đôi tần số dòng điện (120 Hz đối với động cơ 60 Hz, 100 Hz đối với động cơ 50 Hz), có thể làm lệch rotor đáng kể, tăng tốc độ mòn ổ trục, và trong trường hợp nghiêm trọng, dẫn đến tiếp xúc rotor-stator thảm khốc. Nó thể hiện sự kết hợp giữa độ lệch tâm cơ học và lực điện từ, có thể tạo ra phản hồi tích cực dẫn đến hư hỏng dần dần.

Cơ chế vật lý

Khoảng cách không khí đồng đều (Điều kiện bình thường)

  • Rotor được đặt ở giữa lỗ stato
  • Khoảng cách không khí bằng nhau xung quanh toàn bộ chu vi (thường là 0,3-1,5 mm)
  • Lực từ ở mọi phía cân bằng và triệt tiêu
  • Lực hướng tâm ròng ≈ không
  • Độ rung điện từ tối thiểu

Khe hở không khí lệch tâm (Điều kiện UMP)

Khi rôto lệch tâm:

  1. Khoảng cách không đối xứng: Một bên có khoảng cách nhỏ hơn (ví dụ: 0,5 mm), bên kia có khoảng cách lớn hơn (ví dụ: 1,0 mm)
  2. Luật nghịch đảo bình phương: Lực từ ∝ 1/khoảng cách², do đó lực ở phía có khoảng cách nhỏ mạnh hơn nhiều
  3. Lực ròng: Các lực không cân bằng không triệt tiêu nhau, tạo ra lực kéo ròng về phía khe hở nhỏ
  4. Kích cỡ: Có thể lên tới hàng trăm đến hàng nghìn pound ngay cả với những động cơ vừa phải
  5. Phương hướng: Luôn hướng về phía có khoảng cách nhỏ nhất

Tại sao lại là 2× Tần số đường truyền?

Lực kéo từ tính dao động ở tần số điện gấp 2 lần:

  • Dòng điện xoay chiều ba pha tạo ra từ trường quay
  • Cường độ từ trường dao động ở tần số dòng gấp 2 lần (có trong hệ thống 3 pha)
  • Với rôto lệch tâm, xung động này tạo ra rung động ở mức 2×f
  • Động cơ 60 Hz → rung động 120 Hz
  • Động cơ 50 Hz → rung động 100 Hz

Nguyên nhân gây ra lực kéo từ không cân bằng

Độ mòn ổ trục

  • Nguyên nhân phổ biến nhất gây ra UMP
  • Khoảng hở ổ trục cho phép rôto chạy lệch tâm
  • Trọng lực kéo rôto xuống, làm giảm khe hở không khí ở đáy
  • UMP kéo rotor lệch tâm hơn nữa
  • Phản hồi tích cực: UMP làm tăng tốc độ mài mòn ổ trục

Dung sai sản xuất

  • Độ lệch tâm của rotor: Rotor không tròn hoàn hảo hoặc không nằm chính giữa trục
  • Độ lệch tâm lỗ khoan stato: Lỗ khoan stato không đồng tâm với bề mặt lắp
  • Lỗi lắp ráp: Chuông cuối không thẳng hàng, rôto bị lên dây trong quá trình lắp ráp
  • Dung sai xếp chồng: Sự tích tụ các lỗi nhỏ tạo ra độ lệch tâm có thể đo được

Nguyên nhân hoạt động

  • Tăng trưởng nhiệt: Sự giãn nở khác biệt ảnh hưởng đến tính đồng đều của khe hở không khí
  • Biến dạng khung hình: Chân mềm hoặc khung cong vênh ứng suất lắp đặt
  • Độ lệch trục: Tải trọng hoặc lực liên kết uốn trục
  • Các vấn đề về nền tảng: Vị trí động cơ chuyển dịch ổn định hoặc xấu đi

Tác động và Hậu quả

Tác động trực tiếp

  • Lực hướng tâm tác dụng lên rotor: Kéo liên tục về một phía
  • Quá tải ổ trục: Một ổ trục chịu thêm tải trọng từ lực kéo từ tính
  • Độ rung ở 2×f: Thành phần rung động điện từ được nâng cao
  • Độ lệch trục: Lực từ làm cong trục, làm độ lệch tâm ngày càng tệ hơn

Cơ chế thất bại tiến triển

UMP có thể tạo ra chu kỳ lỗi tự củng cố:

  1. Độ lệch tâm ban đầu (do mài mòn ổ trục hoặc do sản xuất)
  2. Lực kéo từ trường phát triển về phía khe hở nhỏ
  3. Lực làm lệch rotor xa hơn, giảm khe hở nhiều hơn
  4. Lực kéo từ tính mạnh hơn từ khoảng cách nhỏ hơn
  5. Tăng tốc độ mài mòn ổ trục ở phía có tải
  6. Tăng độ lệch tâm và lực hút từ tính
  7. Tiếp xúc rotor-stator cuối cùng và sự cố thảm khốc

Thiệt hại thứ cấp

  • Sự phá hủy ổ trục tăng tốc do tải không đối xứng
  • Có thể xảy ra hiện tượng cọ xát giữa rotor và stato làm hỏng cả hai bộ phận
  • Uốn trục hoặc uốn cong vĩnh viễn
  • Dây quấn stato bị hư hỏng do va chạm với rôto
  • Mất hiệu quả do khe hở không khí không tối ưu

Phát hiện và chẩn đoán

Chữ ký rung động

  • Chỉ số chính: Tần số dòng tăng gấp 2 lần (120 Hz hoặc 100 Hz)
  • Mẫu điển hình: Biên độ 2×f > 30-50% của rung động tốc độ chạy 1×
  • Xác nhận: Độ rung ở 2×f không tỷ lệ thuận với sự mất cân bằng cơ học
  • Độc lập tải: Biên độ 2×f tương đối không đổi với tải (không giống như các nguồn cơ học)

Phân biệt với các nguồn 2×f khác

Nguồn Đặc trưng
Sự không thẳng hàng Tốc độ chạy gấp 2 lần (không phải tần số đường truyền gấp 2 lần); độ rung trục cao
Lực kéo từ tính 2× tần số đường truyền (120/100 Hz); nguồn gốc điện từ
Lỗi stato Tần số dòng 2×; hiện tại mất cân bằng dòng điện
Cộng hưởng khung 2× tần số đường truyền; rung động khung >> rung động ổ trục

Các xét nghiệm chẩn đoán bổ sung

Đo khe hở không khí

  • Đo khe hở không khí tại nhiều vị trí xung quanh chu vi (yêu cầu tháo rời động cơ)
  • Độ lệch tâm > 10% của khoảng cách trung bình cho thấy có vấn đề
  • Tài liệu giá trị khoảng cách tối thiểu và tối đa

Phân tích hiện tại

  • Đo dòng điện pha để cân bằng
  • Sự mất cân bằng có thể đi kèm với UMP
  • Phổ cho thấy thành phần tần số dòng 2×

Kiểm tra không tải

  • Chạy động cơ không ghép nối ở chế độ không tải
  • Nếu độ rung 2×f vẫn cao, biểu thị nguồn điện từ (lỗi UMP hoặc stato)
  • Nếu 2×f giảm đáng kể, biểu thị nguồn sai lệch cơ học

Định lượng lực kéo từ

Công thức gần đúng

Lực UMP có thể được ước tính:

  • F ∝ (độ lệch tâm / khe hở) × công suất động cơ
  • Lực tăng tuyến tính theo độ lệch tâm
  • Lực tăng đáng kể với khoảng cách nhỏ hơn
  • Động cơ lớn hơn tạo ra lực lớn hơn theo tỷ lệ

Độ lớn điển hình

  • Động cơ 10 HP, độ lệch tâm 10%: ~50-100 lbs lực
  • Động cơ 100 HP, độ lệch tâm 20%: ~500-1000 lbs lực
  • Động cơ 1000 HP, độ lệch tâm 30%: ~5000-10.000 lbs lực
  • Sự va chạm: Những lực này gây tải đáng kể cho ổ trục và có thể làm lệch trục

Phương pháp hiệu chỉnh

Đối với độ lệch tâm do ổ trục gây ra

  • Thay thế vòng bi bị mòn để khôi phục lại vị trí tâm rôto thích hợp
  • Sử dụng vòng bi có dung sai chặt chẽ hơn nếu độ lệch tâm tái diễn
  • Xác minh lựa chọn ổ trục phù hợp với tải trọng động cơ bao gồm UMP
  • Kiểm tra độ vừa vặn của ổ trục trên trục và ở các đầu chuông

Đối với sự lệch tâm trong sản xuất

  • Các trường hợp nhỏ (< 10%): Chấp nhận và theo dõi nếu độ rung có thể chấp nhận được
  • Trung bình (10-25%): Hãy xem xét việc khoan lại stato hoặc gia công rôto
  • Nặng (> 25%): Cần thay thế động cơ hoặc sửa chữa lớn
  • Bảo hành: Độ lệch tâm sản xuất có thể là yêu cầu bảo hành đối với động cơ mới

Đối với các vấn đề lắp ráp/cài đặt

  • Kiểm tra sự căn chỉnh chuông cuối và mô-men xoắn bu lông
  • Chính xác chân mềm điều kiện
  • Đảm bảo khung không bị biến dạng do ứng suất lắp đặt
  • Kiểm tra độ căng của đường ống hoặc lực ghép nối kéo động cơ ra khỏi vị trí

Chiến lược phòng ngừa

Thiết kế và Lựa chọn

  • Chỉ định động cơ có dung sai khe hở không khí chặt chẽ cho các ứng dụng quan trọng
  • Chọn động cơ chất lượng từ các nhà sản xuất có uy tín
  • Khoảng cách không khí lớn hơn làm giảm cường độ UMP (nhưng làm giảm hiệu quả)
  • Xem xét thiết kế ổ trục từ tính cho các ứng dụng khắc nghiệt

Cài đặt

  • Căn chỉnh cẩn thận trong quá trình lắp đặt
  • Xác minh chân mềm đã được loại bỏ trước khi bu lông cuối cùng
  • Kiểm tra vị trí trục rotor và phao
  • Đảm bảo các chuông cuối được căn chỉnh và siết chặt đúng cách

BẢO TRÌ

  • Thay thế vòng bi trước khi bị mài mòn quá mức
  • Theo dõi xu hướng rung động tần số dòng 2×
  • Định kỳ THĂNG BẰNG và xác minh sự liên kết
  • Giữ động cơ sạch sẽ để tránh tắc nghẽn làm mát dẫn đến biến dạng nhiệt

Những cân nhắc đặc biệt

Động cơ lớn

  • Lực UMP có thể rất lớn (hàng tấn lực)
  • Lựa chọn ổ trục phải tính đến tải trọng UMP
  • Tính toán độ lệch trục phải bao gồm UMP
  • Giám sát khe hở không khí có thể được tích hợp trong các động cơ quan trọng lớn

Động cơ tốc độ cao

  • Lực ly tâm kết hợp với UMP
  • Khả năng mất ổn định nếu UMP quá lớn
  • Dung sai khe hở không khí chặt chẽ là rất quan trọng

Động cơ dọc

  • Trọng lực không giữ rotor ở vị trí trung tâm như trong động cơ nằm ngang
  • UMP có thể kéo rotor về bất kỳ phía nào
  • Vòng bi đẩy phải đủ sức chịu được trọng lượng của rôto cộng với bất kỳ thành phần trục UMP nào

Mối quan hệ với các vấn đề vận động khác

UMP và Độ lệch tâm của rotor

  • Độ lệch tâm gây ra UMP
  • UMP có thể làm tăng độ lệch tâm (phản hồi tích cực)
  • Cả hai đều tạo ra rung động nhưng ở tần số khác nhau (1× so với 2×f)

Lỗi UMP và Stator

  • Cả hai đều tạo ra rung động tần số đường truyền 2×
  • Lỗi stato cũng cho thấy sự mất cân bằng hiện tại
  • UMP từ độ lệch tâm không có mất cân bằng dòng điện
  • Có thể cùng tồn tại: lỗi stato VÀ độ lệch tâm

UMP và Tuổi thọ vòng bi

  • UMP bổ sung thêm tải trọng hướng tâm cho ổ trục
  • Giảm tuổi thọ vòng bi (Tuổi thọ ∝ 1/Tải trọng³)
  • Tạo ra sự mài mòn ổ trục không đối xứng
  • Một ổ trục có thể hỏng sớm trong khi ổ trục khác có thể chấp nhận được

Lực hút từ là một sự kết hợp quan trọng giữa hiện tượng cơ học và điện từ trong động cơ điện. Việc hiểu được UMP là nguồn gốc của rung động tần số đường dây 2x, mối quan hệ của nó với độ lệch tâm khe hở không khí và khả năng gây ra hư hỏng dần dần do quá tải ổ trục giúp chẩn đoán và khắc phục đúng tình trạng cụ thể của động cơ này.

← Quay lại Mục lục chính

Categories:
WhatsApp