Содержание
Нагрев, режимы работы, характеристики | Основные сведения об асинхронных электродвигателях
- Подробности
- Категория: Электрические машины
- электродвигатель
Содержание материала
- Основные сведения об асинхронных электродвигателях
- Нагрев, режимы работы, характеристики
Страница 2 из 2
НАГРЕВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Преобразование двигателем электрической энергии в механическую неизбежно сопровождается ее потерями. Потери мощности происходят на активном сопротивлении обмоток статора и ротора, при трении, в сердечнике статора и т. д. Основная доля потерь обусловлена все же потерями в обмотках статора и ротора ( закон Джоуля—Ленца: Q = PRt).
Энергия, теряемая двигателем, преобразуется в теплоту и идет на его нагревание. В момент включения двигателя в работу температура его равна температуре окружающей среды Тос. Вся теплота, выделяющаяся в электродвигателе, идет на его нагрев.
В дальнейшем, с повышением температуры, теплота от двигателя начинает поступать в окружающую среду, а затем наступает момент, когда вся выделившаяся теплота рассеивается в ней. Нагрев электродвигателя заканчивается, и его температура равна установившемуся значению Тдв.
После отключения двигатель начинает охлаждаться. Однако время охлаждения больше времени нагрева, поскольку в этом случае вентилятор электродвигателя не работает.
Допустимая температура нагрева двигателя определяется классом изоляции обмотки статора. Как известно, обмотка статора выполняется из медного обмоточного провода с изоляцией в виде тонкой пленки из полимерного лака. Эта изоляция в зависимости от марки провода выдерживает нагрев не более 130 °С, после чего начинает трескаться и осыпаться. Неизолированные витки обмотки замыкаются между собой, т. е. происходит короткое замыкание питающей цепи. В этом случае говорят, что обмотка «сгорает».
Температура двигателя зависит от многих факторов: температуры окружающей среды, условий охлаждения, режимов работы двигателя и т.
д. Поэтому основной критерий при выборе конкретного двигателя для электропривода — его тепловой режим (нагрев).
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Номинальным режимом работы электродвигателя называют такой режим, при котором он может работать неограниченное время. При этом температура его основных частей не должна выходить за пределы допустимых значений. Номинальный режим указывают в паспорте электродвигателя условным обозначением S1, S2, S3 и т. д. В сельском хозяйстве используют электродвигатели с тремя основными номинальными режимами работы: продолжительным S1, кратковременным S2 и повторно-кратковременным S3.
Продолжительный режим характеризуется тем, что температура двигателя при работе с постоянной нагрузкой достигает установившегося значения. Температура считается установившейся, если в течение 1 ч она увеличивается не более чем на 1 °С. В продолжительном режиме работают двигатели вентиляторов, зерноочистительных машин, молотковых дробилок и др.
При кратковременном режиме работы температура не успевает достигнуть установившегося значения, а пауза между включениями столь продолжительна, что температура двигателя снижается до температуры окружающей среды.
В паспорте такого электродвигателя укавши максимально допустимое время работы, при превышении которою он выйдет из строя. В кратковременном режиме работают двигатели привода задвижек, установленных на ороси тельных трубах.
При повторно-кратковременном режиме кратковременные периоды нагрузки чередуются с непродолжительными периодами отключения двигателя. Номинальной длительностью цикла считают 10 мин. Относительную продолжительность включенного состояния выражают в процентах, называют ПВ % и указывают в паспорте. Такие двигатели не предназначены для продолжительного режима работы.
ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Зависимость механического вращающего момента (произведение силы на радиус вращения), который создает электродвигатель, от частоты вращения ротора называется механической характеристикой (рис. 4).
В начале пуска при неподвижном роторе (п2 — 0) двигатель имеет некоторый момент, который называется пусковым (Мп). Под действием этого момента ротор раскручивается, скорость его вращения увеличивается и соответственно увеличивается момент на валу, достигая максимального (критического) значения Ммах.
После этого при дальнейшем увеличении частоты вращения двигатель переходит в номинальный режим работы, в котором момент вращения двигателя Мн уравновешивает момент сопротивления нагрузки.
С увеличением момента нагрузки, как видно из рисунка 4, уменьшается частота вращения двигателя. Если момент нагрузки превысит критическое Ммах, то двигатель остановится и будет стоять до тех пор, пока момент нагрузки не уменьшится до значения пускового момента.
Рис. 4. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Зависимость основных параметров двигателя: КПД (η), cos φ, потребляемых тока и мощности, а также частоты вращения ротора от механической мощности нагрузки принято называть рабочей характеристикой (рис. 5).
Ток, протекающий по обмотке статора во время пуска, и момент, когда ротор еще неподвижен, принято называть пусковым током. Характерная особенность асинхронного двигателя — большое значение пускового тока, который в 5…10 раз больше номинального.
На рисунке 5 показаны изменения во времени тока статора и частоты вращения ротора в процессе пуска асинхронного двигателя. По мере увеличения частоты вращения ротора ток уменьшается и при номинальной частоте вращения пн становится равным номинальному.
Рис. 5. Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя
Рис. 6. Пуск асинхронного двигателя
Теплота, выделяемая в обмотках, пропорциональна квадрату тока, но поскольку процесс пуска быстротечен, обмотка двигателя не успевает нагреваться. Если же по какой- либо причине остановить (заклинить) ротор работающего двигателя, то ток в его обмотке станет равным пусковому (5…10) и, следовательно, количество теплоты, выделяющееся на обмотке, увеличится в 25… 100 раз. Температура обмотки увеличится и быстро достигнет критической, обмотка «сгорит», и двигатель выйдет из строя. Поэтому тормозить работающий двигатель более чем на 1…2 мин не рекомендуется.
- Назад
- Вперёд
org/BreadcrumbList»>Еще по теме:
- Испытания по определению электрических величин электрических машин
- Основные повреждения электродвигателей
- Двигатели типа ДАБ
- Методы сушки электрических машин
- Автоматизация испытаний электрических машин
| « Назад Во время работы электродвигателей происходит их нагрев. На табличке электродвигателя со всеми данными указан и параметр, называемый класс изоляции. Нагревостойкость — одно из самых важных качеств электроизоляционных материалов, так как она определяет допустимую нагрузку электрических машин и аппаратов. Способность электроизоляционных материалов выдержать без вреда для них воздействие повышенной температуры, а также резкие смены температуры называется нагревостойкостью. Необходимо знать, что с повышением температуры обмоток электродвигателей сверх допустимых значений, резко сокращается срок службы изоляции. По этому, нагревостойкость изоляции является основным требованием, определяющим надежность работы и срок службы электрической машины, который нормально должен составлять 15—20 лет.
При неизменной нагрузке на валу в двигателе выделяется определенное количество теплоты в единицу времени. Предельные допустимые превышения температуры активных частей электродвигателей t0 (при температуре окружающей среды 40ºС):
Подробнее о классах нагревостойкости изоляции см Статью Класс нагревостойкости изоляции В таблице приведены в качестве примера предельно допускаемые превышения температуры для отдельных частей электрических машин общего применения (О) и тяговых (Т) при продолжительном режиме работы при измерении температуры обмоток по методу сопротивления (т. е. по измерению сопротивления соответствующей обмотки в результате нагрева), а температуры коллектора и контактных колец с помощью термометров. Эти данные соответствуют температуре окружающей среды +40 °С для машин О и +25 °С для машин Т.
Если температура окружающей среды больше или меньше +40 для общепромышленного исполнения электродвигателя, то стандарт разрешает определенные изменения допустимых превышений температур.
Независимо от снижения температуры окружающего воздуха,увеличивать токовые нагрузки более чем на 10% номинального не допускается. У асинхронных двигателей на это может влиять изменение напряжения питающей сети, вместе с уменьшением напряжения питающей сети, в квадрате уменьшается мощность на валу двигателя и кроме того, уменьшение напряжения ниже 95% от номинального приводит к значительному росту тока двигателя и нагреву обмоток. При повышении температуры многие из материалов начинают обугливаться и становятся проводниками. Все материалы от длительного воздействия повышенных температур задолго до обугливания приобретают хрупкость, легко разрушаются и теряют свои изолирующие свойства. Этот процесс называется тепловым старением. Опыт показывает, что повышение температуры изоляции на 10 °С сокращает срок ее службы примерно в два раза. Так, для изоляции класса А повышение температуры с 95 до 105 °С сокращает срок ее службы с 15 до 8 лет, а нагрев до 120 °С — до двух лет. В основе этого явления лежит общий закон зависимости скорости химических реакций от температуры, описываемый уравнением Ван-Гоффа-Аре-ниуса. То есть технологические перегрузки рабочих машин или колебания напряжения в питающей сети ведут за собой увеличение тока в обмотках машин и превышение температуры обмоток выше допустимых для данного класса, в результате срок службы машин быстро уменьшается. Приведенные предельные температуры нагрева для отдельных классов изоляции не могут быть полностью использованы в практике, так как в условиях эксплуатации электрических машин и аппаратов не представляется возможным установить точный контроль за температурой изоляции наиболее нагретых деталей.
Контроль температуры нагрева электродвигателей мощностью выше 100 кВт проводят с помощью встроенных дистанционных термометров. Методом сопротивления измеряют среднюю температуру. Он основан на изменении сопротивления проводника с изменением его температуры. Замеряя сопротивление проводника в холодном и горячем состоянии, рассчитывают температуру проводника. Повышение температуры двигателя происходит неравномерно. Температура двигателя прекращает возрастать, когда вся вновь выделяемая теплота будет полностью рассеиваться в окружающую среду. Такая температура двигателя называется установившейся. Величина установившейся температуры двигателя зависит от нагрузки на его валу. При большой нагрузке выделяется большое количество теплоты в единицу времени, значит, выше установившаяся температура двигателя. После отключения двигатель охлаждается. Температура его вначале понижается быстро, так как перепад ее большой, а затем по мере уменьшения перепада — медленно. Величина допустимой установившейся температуры двигателя обусловливается свойствами изоляции обмоток. В отдельных точках частей машины температура может быть выше средней. Так, например, в открытых машинах с воздушным охлаждением, у которых хорошо охлаждаются лобовые части обмоток, пазовые части нагреваются больше, чем лобовые. Превышения температуры в отдельных наиболее нагретых точках должны быть не более: 65 ° — для изоляции класса А, 90 °С — для изоляции класса В, ПО и 135 °С — соответственно для изоляции классов F и Н. Чувствительными к нагреву являются и некоторые механические узлы и детали электродвигателей. Для них в паспортах электродвигателей задаются допустимые превышения температур над температурой окружающей среды 35 °С. Допустимые превышения температуры для подшипников качения составляют 60°С, для подшипников скольжения — 45°С, для стальных деталей коллекторов и контактных колец — 70°С. Температуру подшипников скольжения можно измерить, погружая термометр непосредственно в масло подшипника. При достаточном навыке ориентировочное представление о степени нагрева можно получить, притрагиваясь ладонью к нагретому элементу конструкции (ладонь без болевых ощущений обычно выдерживает температуру около 60°С), но важно помнить прежде всего безопасность. Предельные допустимые превышения температуры частей электрических машин при температуре газообразной охлаждающей среды 40 °С и высоте над уровнем моря не более 1000 м должны быть не более значений, указанных в таблице. При температурах больше 40 С и высоте более 1000 м эти значения должны быть уменьшены в соответствии с ГОСТ (Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования). Непосредственные измерения температуры при помощи термометров или термощупов дают надежные результаты, но не позволяют определять температуру внутренних наиболее нагретых частей обмотки. На основе измерения омического сопротивления обмотки можно определить только некоторое среднее значение ее температуры. Поэтому нормы предельно допустимой температуры обмоток указываются с учетом метода ее измерения. Перейти в раздел Электродвигатели
Перейти в раздел Электрические двигатели 220В
Купить электродвигатель можно
Обращайтесь
У Вас есть вопрос , не нашли нужное оборудование, что-то ещё
Интернет-магазин
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Температура нагрева может быть разной, т.е. одни двигатели нагреваются меньше, другие — больше. Величина установившейся температуры двигателя зависит от нагрузки на его валу. При большой нагрузке выделяется большое количество теплоты в единицу времени, значит, выше установившаяся температура двигателя. Допустимый нагрев электрических двигателей зависит от класса изоляции обмоток.
Рост напряжения выше 110% от номинального также ведет к росту тока в обмотках двигателя, увеличивается нагрев статора за счет вихревых токов. 
Для измерения температуры электродвигателей меньшей мощности, а также для измерения температуры в точках электродвигателей, где установка дистанционных термометров невозможна, пользуются переносными спиртовыми или ртутными термометрами. При измерениях ртутными термометрами следует иметь в виду, что в области переменных магнитных полей возникает положительная погрешность, т. е. термометр покажет завышенное значение температуры. Для более точного измерения температуры нижнюю часть термометра обвертывают тонкой алюминиевой фольгой, обминая ее так, чтобы прилегание к месту измерения было плотным. Сверху оболочку из фольги накрывают для теплоизоляции ватой. В труднодоступных местах измерения проводят сразу после остановки электродвигателя.
Вначале она возрастает быстро: почти вся теплота идет на повышение температуры, и лишь малое количество ее уходит в окружающую среду. Перепад температур (разница между температурой двигателя и температурой окружающего воздуха) пока еще невелик. Однако по мере увеличения температуры двигателя перепад возрастает и теплоотдача в окружающую среду увеличивается. Рост температуры двигателя замедляется.
Подробнее Статья Класс нагревостойкости изоляции смотреть
comПовышение температуры и срок службы двигателя переменного тока
Загрузить PDF
1.
Повышение температуры и класс термостойкости двигателя переменного тока
Преобразование и потери электрической энергии мощность для вращения и выдает ее. Электрическая энергия не на 100 % преобразуется в мощность, и часть энергии теряется (тепло).
Повышение температуры двигателя влияет на ограничение времени работы и срок службы двигателя.
Класс теплостойкости двигателя и выгорание
Класс жаростойкости — это классификация, основанная на классе термостойкости изоляционного материала. Он определяется стандартом JIS. Наши двигатели переменного тока относятся к классу E (120°C) или классу B (130°C). Классификация варьируется от серии к серии.
Если внутренняя температура двигателя на некоторое время превышает значение теплового класса, пленка обмотки плавится и происходит короткое замыкание. Это явление называется выгоранием. Сгоревший двигатель перестанет работать. Также, если не сгореть, повышение температуры влияет на срок службы мотора.
Во время работы следите за тем, чтобы не превысить допустимую температуру обмотки.
Поскольку температура обмотки внутри двигателя не может быть измерена напрямую, измерьте температуру поверхности корпуса двигателя в качестве эталона.
Для нашего двигателя переменного тока разница температур между обмотками и корпусом двигателя составляет до 30 °C. Рекомендации для каждого класса термостойкости приведены в таблице ниже.
Наши двигатели переменного тока не сгорят, если температура корпуса двигателя ниже 90°C.
2. Номинальное время работы двигателя переменного тока
Мы представим повышение температуры обмотки двигателя при фактическом вращении двигателя.
Изменение температуры обмотки двигателя по истечении времени работы
Мы определили превышение температуры и расчетное время работы двигателя переменного тока в самых тяжелых условиях для двигателя.
• Условия измерения:
・ Температура окружающей среды: 50° C (Верхний предел спецификации двигателя.
Он зависит от продукта). Без нагрузки для однофазного двигателя, номинальная нагрузка для трехфазного двигателя
・ Условия нагрузки: без внешнего принудительного охлаждения (отсутствие воздушного потока или охлаждение внешним вентилятором). Только двигатель (без редуктора и радиатора)
120° C (130° C) на вертикальной оси графика соответствует линии класса термостойкости класса E (класс B). Указывает допустимую температуру обмотки двигателя.
• Асинхронный двигатель: «непрерывная мощность» В случае асинхронного двигателя, независимо от времени, он насыщается ниже допустимой температуры обмотки. Даже если он работает непрерывно, нет беспокойства о выгорании. Следовательно, асинхронные двигатели имеют «непрерывный номинал».
• Реверсивный двигатель: «30-минутный номинал» В случае реверсивного двигателя допустимая температура обмотки достигается примерно через 30 минут. Следовательно, реверсивные двигатели рассчитаны на «30 минут». Однако номинальное время является лишь ориентиром.
Степень повышения температуры изменяется в зависимости от окружающей среды. Это условие измерения задано при условии, что тепловыделение является максимальным в условиях эксплуатации двигателя. При использовании двигателя судите по температуре поверхности корпуса двигателя.°С или меньше.
Причины перегрева двигателя
Если вас беспокоит повышение температуры двигателя, проверьте окружающую среду. Ниже приведены примеры причин высокой температуры двигателя:
・ Высокая температура окружающей среды
・ Вал двигателя заблокирован
・ Высокое напряжение
・ Большое падение напряжения
・ Емкость конденсатора выше номинальной
・ Часто старт и стоп (включая торможение тормозным пакетом)
Изменение условий, например снижение температуры окружающей среды, может уменьшить рост температуры.
3. Функция защиты двигателя переменного тока от перегорания
Если повышение температуры двигателя переменного тока превышает допустимую температуру обмотки, он может сгореть или сократить срок службы.
Поэтому некоторые двигатели переменного тока имеют встроенные устройства защиты от перегрева для защиты от перегорания. Наличие или отсутствие функции можно проверить по таблице технических характеристик двигателя или на заводской табличке.
Термозащита (TP)
Термозащита — это функция, отключающая вход двигателя до достижения им допустимой температуры обмотки. Он определяет температуру обмотки внутри двигателя и размыкает точку контакта линии питания и останавливает двигатель, если он превышает определенную температуру.
Когда температура обмотки внутри двигателя падает ниже определенной температуры, он автоматически восстанавливается и возобновляет работу.
Наши двигатели переменного тока, имеющие маркировку «ТЕРМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА» или «TP» в таблице спецификаций или на заводской табличке, оснащены термозащитой с автоматическим сбросом. Он встроен в некоторые двигатели с размером монтажного уголка от 70 мм до 104 мм.
Изображение работы термозащиты с автоматическим сбросом
Термозащита с автоматическим сбросом автоматически включает/выключает контакт в зависимости от температуры.
На рисунке ниже показан пример работы термозащиты.
Открытый: 130 °C ± 5 °C
Закрытый: 82 °C ± 5 °C
Спецификация рабочей температуры отличается в зависимости от установленного продукта. Кроме того, температура обмотки двигателя при срабатывании термозащиты немного выше указанной выше рабочей температуры. Когда термозащита открыта, может показаться, что двигатель остановился, но он может автоматически вернуться и внезапно начать движение. В целях безопасности выключите двигатель, прежде чем прикасаться к устройству персоналом для осмотра.
Защита по полному сопротивлению (ZP)
Защита по полному сопротивлению — это функция, которая увеличивает полное сопротивление (сопротивление) обмотки двигателя и может уменьшить увеличение входного сигнала, даже если двигатель ограничен. Защита двигателя от импеданса разработана таким образом, чтобы повышение температуры не достигало допустимой температуры обмотки.
В наших двигателях переменного тока двигатели с маркировкой «IMPEDANCE PROTECTED» или «ZP» в таблице спецификаций или на паспортной табличке являются двигателями с защитой от полного сопротивления.
Это относится к некоторым двигателям с монтажным углом 60 мм или менее.
4. Рабочий цикл и повышение температуры
Повышение температуры двигателя зависит от условий эксплуатации. Мы объясним повышение температуры и ограничение условий работы при прерывистой работе реверсивного двигателя и прерывистой работе с использованием тормозного пакета.
Прерывистая работа и повышение температуры реверсивного двигателя
Когда реверсивный двигатель используется с перерывами в течение короткого времени, при пуске или реверсе двигателя протекает большой ток, и увеличивается тепловыделение. С другой стороны, когда время остановки двигателя велико, эффект естественного охлаждения велик, поэтому повышение температуры можно подавить.
• Рабочий цикл реверсивного двигателя и повышение температуры
Повышение температуры нашего реверсивного двигателя сравнивается в условиях нескольких ездовых циклов. Измерение предполагает наиболее тяжелые условия в спецификации двигателя.
Также к двигателю крепится радиатор. (Размер: 165 х 165 мм, толщина: 5 мм, материал: алюминий).
Как и в условиях A и B, установка времени остановки, равного времени работы, может подавить повышение температуры двигателя. Как и в условиях от С до условий F, чем короче время остановки, тем больше повышение температуры.
• Тип радиатора и повышение температуры
Повышение температуры можно предотвратить, проверив порядок установки двигателя. В частности, размер и материал прикрепляемого радиатора влияет на повышение температуры двигателя, как показано ниже.
Если размер радиатора увеличен, как L · O или N · P, повышение температуры может быть подавлено. Отвод тепла улучшается за счет использования алюминия, который имеет более высокую теплопроводность, чем железо, например, M, N, O и P, и температура двигателя может быть снижена.
Если алюминий окрашен в черный цвет, как в случае P и Q, повышение температуры можно подавить.
Прерывистая работа и повышение температуры тормозного блока
Принцип работы тормозного блока объясняется тем, что при кратковременной остановке тормозного блока протекает большой ток торможения. Если работа/торможение двигателя повторяется в течение короткого промежутка времени, повышение температуры двигателя и тормозного блока будет значительным, а время непрерывного использования будет ограничено. Повторный цикл работы/торможения с тормозным пакетом должен быть следующим.
В зависимости от условий привода повышение температуры двигателя будет значительным. Используйте его так, чтобы температура поверхности корпуса двигателя была 90°C или меньше.
5. Срок службы двигателя переменного тока
Срок службы двигателя переменного тока зависит от срока службы смазки подшипника. Если смазка разлагается из-за нагревания, вал двигателя будет трудно вращаться.
Средний срок службы смазки подшипников асинхронного двигателя
В следующей таблице показан средний срок службы смазки подшипников при использовании асинхронного двигателя в определенных условиях эксплуатации.
Срок службы смазки зависит от повышения температуры из-за температуры окружающей среды и рабочего цикла. При условиях, указанных в приведенной выше таблице, срок службы смазки подшипников сокращается вдвое при повышении температуры подшипников на 15 °C. Напротив, чем ниже температура, тем дольше срок службы.
Срок службы двигателя с электромагнитным тормозом
В случае двигателя с электромагнитным тормозом помимо срока службы смазки подшипника также учитывается срок службы электромагнитного тормоза. Если электромагнитный тормоз поврежден, вы не можете заменить только электромагнитный тормоз. Каждый двигатель нуждается в замене. При повторном торможении с допустимым моментом инерции нагрузки двигателем с электромагнитным тормозом срок службы электромагнитного тормоза составляет 2 миллиона раз. Комбинированное использование тормозного пакета может продлить срок службы электромагнитного тормоза.
6. Срок службы редуктора
Срок службы редуктора зависит от механической долговечности подшипника.
Механический срок службы определяется нагрузкой, приложенной к подшипнику, и частотой вращения.
Номинальный срок службы редуктора
Мы определяем номинальный срок службы после определения определенных условий эксплуатации. Следующая таблица является примером.
*Условия эксплуатации одинаковы для всех серий и типов редукторов.
Оценка срока службы головки редуктора
Срок службы при фактическом использовании рассчитывается по следующему уравнению с учетом рабочей скорости, величины нагрузки и типа нагрузки. Чем меньше нагрузка, используемая для допустимого крутящего момента, тем дольше срок службы.
L1 : номинальный срок службы редуктора
K1 : коэффициент скорости вращения. Рассчитывается на основе входной скорости вращения и фактически используемой входной скорости вращения.
K2 : коэффициент нагрузки. Он получается из допустимого крутящего момента каждого редуктора и фактически используемого крутящего момента.
При приложении большой нагрузки только при пуске и останове, как в случае приведения в движение инерционного тела, за рабочий момент принимается средний крутящий момент.
f : Коэффициент Ia (эксплуатационный коэффициент), который изменяется в зависимости от типа нагрузки. Подробнее см. в таблице ниже.
* ・В этой оценке срока службы значения радиальной нагрузки и осевой нагрузки также рассчитываются пропорционально коэффициенту нагрузки. Следовательно, когда коэффициент нагрузки составляет 50 %, радиальные и осевые нагрузки также имеют срок службы 50 %.・Если коэффициент нагрузки низкий, а радиальная или осевая нагрузка велика, срок службы будет меньше, чем рассчитанный по этой формуле.
Горячая тема моторной температуры
Что сделают обеспокоенные родители, когда их ребенок скажет: «Мама и папа, кажется, я заболел»? Пощупайте лобик малыша, конечно. Это логичный первый шаг, за которым, надеюсь, последуют методы измерения, более точные, чем человеческое прикосновение, прежде чем поставить окончательный диагноз.
Возможно, именно этот обычный человеческий сценарий заставляет людей, даже тех, кто, вероятно, знает лучше, пытаться судить о состоянии асинхронного двигателя переменного тока, ощупывая его «лоб». Вот история из наших архивов в Лисоне, которая иллюстрирует опасность постановки двигательных диагнозов на основе ощущений:
Пользователь двигателя, столкнувшийся с влажной средой в части своего завода, обратился за советом, какой тип двигателя он может использовать для обеспечения максимальной долговечности. Мы порекомендовали ему попробовать моющий мотор, который выдерживает не только влажность, но и частые прямые струи из шланга, как в пищевой промышленности. Он согласился, что, хотя это не пищевой завод и он не будет мыть моторы из шланга, дополнительная влагостойкость мотора для мытья посуды имеет смысл. Поэтому он установил один из наших моющихся двигателей, который, помимо прочего, имеет внешнее покрытие из белой эпоксидной смолы.
Некоторое время спустя тот же самый клиент позвонил и сказал, что, хотя двигатель омывателя работает хорошо и не имеет явных проблем с производительностью, он, похоже, «нагревается».
Причина его беспокойства заключалась в том, что белая поверхность мотора обесцвечивалась. В ходе расследования мы обнаружили, что обслуживающий персонал ощупывал поверхность двигателя, оставляя на белой поверхности грязь, масло и смазку, оставшиеся после их дневной работы. Проблема с «горячим мотором» была решена с помощью аэрозольного очистителя и тряпки. И проверка потребляемого двигателем тока, гораздо лучший способ оценить производительность, показала, что он работает правильно.
Нельзя сказать, прикоснувшись
Дело в том, что нельзя точно судить о двигателе, ощупывая его поверхность. Номинальные расчетные температуры относятся к самой горячей точке внутри обмоток двигателя, а не к тому, какая часть этого тепла передается на поверхность двигателя. Теплопередача будет сильно различаться от двигателя к двигателю в зависимости от размера и массы рамы, от того, является ли рама гладкой или ребристой, открытой или полностью закрытой, а также других факторов охлаждения. Даже КПД двигателя может иметь незначительное влияние на температуру поверхности.
Например, двигатель с высокой эффективностью, хотя его внутренняя температура будет ниже из-за меньших потерь, может не иметь более низкой температуры поверхности, потому что вентиляционный вентилятор, вероятно, будет меньше, чтобы уменьшить потери на ветер. Кроме того, поверхность рамы любого двигателя представляет собой стеганое одеяло из горячих и холодных точек, связанных с внутренней циркуляцией воздуха.
Если у вас нет эталонных лабораторных данных о тепловых пробегах, которые показывают «нормальную» температуру поверхности для этой конкретной модели в точных местах на раме, температура кожи двигателя практически не дает никаких доказательств того, что происходит внутри.
Еще одно замечание: в целях безопасности , в первую очередь никто не должен прикасаться к большинству электродвигателей, если они специально не предназначены для обеспечения безопасной температуры поверхности. К таким двигателям относятся двигатели, используемые на настольных шлифовальных станках, электропилах и т.
п. Для этих применений Underwriters Laboratories устанавливает максимально допустимую температуру поверхности для металлической «поверхности, подверженной случайному контакту» на уровне 70 C (158 F) после 30 минут работы в помещении с температурой 25 C (77 F). Однако даже при такой температуре вам не захочется долго прикасаться к поверхности.
Температура поверхности непрерывно (и правильно) работающего промышленного электродвигателя общего назначения легко достигает 80 C (176 F) и, возможно, достигает 100 C (212 F). Вы не можете держать руку на горячей поверхности достаточно долго, чтобы различить различия, и если вы попытаетесь, вы можете получить неприятный ожог.
Нет опубликованных стандартов относительно температуры поверхности двигателей общего назначения, хотя UL устанавливает такие стандарты для взрывозащищенных двигателей. Кроме того, производители оборудования иногда указывают необычно низкие максимальные температуры поверхности для определенных применений. Производитель вашего двигателя может помочь вам разобраться со спецификой.
Нагрев, серьезная проблема
Даже если ощупывание поверхности двигателя не является способом определения рабочей температуры, важна температура обмотки двигателя. Беспокойство, конечно же, вызывает целостность системы изоляции статора двигателя. Его функция состоит в том, чтобы отделять электрические компоненты друг от друга, предотвращая короткие замыкания и, таким образом, перегорание и выход из строя обмотки. В большинстве двигателей с рамой NEMA ключевые компоненты системы изоляции включают покрытие магнитных проводов, которое изолирует провода внутри катушки друг от друга; пазовая ячейка и изоляция фаз, как правило, листы из высокопрочного полиэстера, которые устанавливаются в пазы статора для обеспечения защиты между фазой и землей; и изоляционный лак, в который погружают обмотку статора для обеспечения влагостойкости и улучшения общих изоляционных характеристик.
Большинство людей, работающих с двигателями, слышали об общем практическом правиле, согласно которому повышение температуры на 10°С сокращает срок службы изоляции вдвое, а снижение на 10°С удваивает срок службы изоляции.
Это эмпирическое правило не означает, что если вы можете поддерживать двигатель в достаточно прохладном состоянии, он будет работать вечно, потому что в двигателе есть нечто большее, чем просто его обмотки. Кроме того, у изоляции могут быть другие враги, такие как влага, вибрация, химикаты и абразивы. воздух, который может сократить его жизнь.
Более важным вопросом является температура, при которой обмотки двигателя рассчитаны на работу, поэтому они обеспечивают длительный и предсказуемый срок службы изоляции в 20 000 часов или более. Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) устанавливает специальные температурные стандарты для двигателей с различными корпусами и с различными эксплуатационными факторами. Эти стандарты основаны на классах теплоизоляции, наиболее распространенными из которых являются A, B, F и H. В таблице эти стандарты сведены к максимальным температурам обмоток, которые могут быть достигнуты двигателем при длительном сроке службы изоляции.
Это общие температуры, основанные на максимальной температуре окружающей среды 40 C (104 F) плюс дополнительное тепло (повышение температуры), выделяемое при работе двигателя. Температура окружающей среды выше 40 °C может потребовать особых условий применения или специальной конструкции двигателя.
Указанные температуры относятся к двигателям с сервис-фактором 1,0. Многие промышленные двигатели имеют эксплуатационный фактор 1,15 или выше, что указывает на более высокую устойчивость к перегрузке и означает, что они могут безопасно работать при более высоких температурах. Но зачем давить? Используйте эти максимумы, и вы не ошибетесь.
Системы изоляции класса B или F наиболее распространены в современных двигателях промышленного назначения. Меньшие размеры, скажем, до 5 л.с., обычно относятся к классу B. От 5 до 10 л.с. многие номинальные характеристики приближаются к классу F. Это также относится к двигателям с повышенной эффективностью и инверторным режимом работы. Более 10 л.
с. класс F становится наиболее распространенным. Кроме того, многие производители проектируют свои двигатели так, чтобы они работали при более низких температурах, чем позволяет их температурный класс. Например, двигатель может иметь изоляцию класса F, но повышение температуры класса B. Это дает дополнительный тепловой запас. Системы изоляции класса H редко встречаются в двигателях общего назначения, а скорее в специальных конструкциях для очень тяжелых условий эксплуатации, высокой температуры окружающей среды или высокогорных условий.
Изоляция класса А не используется в современных двигателях промышленного назначения, хотя ее можно найти в двигателях некоторых небольших бытовых приборов. Однако изоляция класса A была стандартной для промышленных двигателей, построенных в 1960-х годах и ранее — так называемые двигатели с рамой NEMAU, в отличие от сегодняшних конструкций с рамой NEMA-T. Поскольку изоляция класса А имеет такой низкий температурный диапазон, эти старые двигатели должны были иметь гораздо более низкие максимальные температуры, чем современные изолированные двигатели классов B и F.
Это объясняет мнение многих давних пользователей автомобилей о том, что современные двигатели «горячие». На самом деле, они сравнимы со старыми двигателями, но их системы изоляции настолько лучше, что надежность и долговечность новых двигателей равны или лучше, чем у двигателей старой конструкции. Кроме того, более старые двигатели работали с меньшим нагревом за счет большей рамы и большего количества материала. Улучшенные системы изоляции позволили производителям двигателей вложить больше лошадиных сил в меньший корпус для максимальной экономической эффективности.
Определение правильной работы
При условии, что вы приобрели двигатель от надежного производителя, правильно подобрали его, применили и установили и эксплуатируете его в условиях, для которых он был изготовлен, у вас мало причин для беспокойства по поводу его перегрева. Однако непредвиденные изменения окружающей среды, старение оборудования, неправильное использование и другие факторы могут подвергнуть двигатель нагрузкам, для которых он не предназначен.
Выбор двигателей с встроенными устройствами защиты от перегрузки, такими как термостаты, термопары или резистивные датчики температуры (RTD), или установка устройств защиты двигателя в средствах управления двигателем может помочь обеспечить отключение двигателя от сети до того, как произойдет повреждение обмотки. Поскольку предохранители и термостаты, как правило, являются очень надежными устройствами, если двигатель постоянно «отключается», это обычно означает его перегрев. Защита двигателя того или иного типа рекомендуется практически для любого применения. Ваш поставщик двигателя может помочь разобраться в деталях.
Хорошим полевым испытанием является проверка потребляемого двигателем тока с помощью клещевого амперметра. Если потребляемый ток меньше или равен номиналу, указанному на паспортной табличке, вы можете быть уверены, что с обмотками все в порядке, включая их температуру, если двигатель работает в приложении, для которого он разработан.
Метод сопротивления.
Более точным методом определения температуры обмотки является метод сопротивления. Для этого теста требуется омметр, способный измерять очень низкое сопротивление. Для двигателей мощностью примерно до 2 л.с. показания счетчика должны быть точными до 0,1 Ом; от 2 до 20 л.с., 0,01 Ом; а для более крупных двигателей от 0,001 или еще лучше до 0,000001 Ом.
При отключенном двигателе от линий электропередач сначала с помощью омметра определите сопротивление между выводами двигателя на холодном двигателе. Затем подключите двигатель и дайте ему поработать в условиях нормальной нагрузки, пока рабочая температура не стабилизируется. Обычно это занимает 3 или 4 часа, возможно, больше, в зависимости от размера двигателя. Отключите двигатель от источника питания и как можно быстрее выполните еще одну проверку сопротивления.
Затем введите эти показания сопротивления в холодном и горячем состоянии в следующую формулу, чтобы определить температуру обмотки
Где:
T t = общая температура обмотки, C T c = температура холодного двигателя (окружающей среды), C (Двигатель должен находиться в окружающей среде достаточно долго, чтобы достичь этой температуры.
) R h = сопротивление двигателя в горячем состоянии, Ом R c = сопротивление двигателя в холодном состоянии, Ом 234,5 = константа для медных обмоток
в сочетании с корреляционными испытаниями с использованием термопар, помещенных в обмотки и в определенных местах на поверхности двигателя. Это испытание позволяет получить профиль теплового пробега для конкретной модели двигателя. Только обращаясь к таким данным, относящимся к конкретной конструкции, можно установить какую-либо корреляцию между температурами поверхности и обмотки.
Защита от перегрева
Производители двигателей несовершенны. Иногда двигатель перегревается из-за производственного или конструктивного дефекта. Но гораздо чаще проблемы с перегревом мотора связаны с неправильным применением. Перегрузка является основной причиной. Это связано с использованием двигателя меньшего размера, ситуация, которая может стать более распространенной, поскольку забота об энергоэффективности делает акцент на отказе от двигателей увеличенного размера.
Используйте загрузку 80% в качестве ориентира. Большинство электродвигателей достигают максимальной эффективности при такой нагрузке, и остается комфортный запас по перегрузке. К другим распространенным причинам перегрузки относятся заклинивание нагрузки, вызывающее блокировку ротора двигателя, несоосность звеньев силовой передачи и повышенные требования к крутящему моменту ведомой нагрузки.
Условия окружающей среды, которые могут привести к перегреву двигателя, включают высокие температуры окружающей среды (особенно обратите внимание на окружение двигателя; находится ли двигатель рядом с нагревательным устройством?) и большие высоты над уровнем моря. Выше 3300 футов разреженный воздух имеет меньшую охлаждающую способность. Возможно, вам придется снизить мощность двигателя в этих условиях, возможно, выбрав следующий размер. Еще одной проблемой для окружающей среды являются грязь и волокна, которые могут забивать вентиляционные отверстия, покрывать теплорассеивающие поверхности и вызывать различные механические проблемы.
Если он грязный, используйте полностью закрытый двигатель, а не открытый.
Еще одной причиной перегрева являются проблемы с питанием. Низкое напряжение заставит двигатель потреблять более высокий ток для обеспечения той же мощности, а более высокий ток означает более высокую температуру обмотки. Подумайте, что падение напряжения на 10% может вызвать почти такое же повышение температуры.
Чрезмерное или продолжительное высокое напряжение насыщает сердечник двигателя, а также приводит к перегреву. В трехфазных двигателях дисбаланс фаз может вызвать высокие токи и чрезмерный нагрев, крайним случаем является полная потеря напряжения в одной фазе (так называемая однофазность), что, если не будет надлежащей защиты, приведет к сгоранию двигателя.
В качестве причины перегрева часто упускают из виду количество циклов пуска-останова в час. При запуске типичный двигатель потребляет в пять-шесть раз больше номинального рабочего тока. Этот пусковой ток значительно ускоряет нагрев.
Большинство конструкций двигателей с непрерывным режимом работы предназначены именно для этого — работают непрерывно. Несмотря на то, что в отношении нагрузки и времени простоя предусмотрены различные положения, NEMA по существу ограничивает трехфазный двигатель с длительным режимом работы двумя пусками подряд, прежде чем дать двигателю достаточно времени для стабилизации до его максимальной продолжительной рабочей температуры. Это сильно зависит от приложения, поэтому лучше проконсультироваться с производителем вашего двигателя, если вы сталкиваетесь с высокоциклическим приложением. Может потребоваться индивидуальный дизайн.
Наконец, обратите особое внимание при использовании преобразователей частоты с регулируемой скоростью, особенно если вы подключаете преобразователь к более старому двигателю. «Синтезированная» форма волны переменного тока инвертора увеличивает нагрев двигателя. Тем не менее, технологические достижения продолжают улучшать форму волны, чтобы она больше приближалась к асинусоидальной волне.