افزایش دما؛ قاتل الکتروموتورها!
بررسی کلاس عایقی، افزایش دما، Hot Spot، طول عمر عایق، سرویس فکتور و پایش حرارتی الکتروموتورها
اهمیت دما و کلاس عایقی
بهترین شرایط برای یک الکتروموتور زمانی است که شاخصه دمایی ایزولاسیون یا همان کلاس عایقی بالا باشد و دمای واقعی کارکرد موتور پایین نگه داشته شود.
این موضوع هم برای سیستم ایزولاسیون سیمپیچ و هم برای بیرینگها اهمیت دارد. موتور در هنگام کار به دلیل تلفات الکتریکی و مکانیکی گرما تولید میکند و شرایطی مانند کاربری سخت، اضافهبار، اتصال به درایو و سایر عوامل میتوانند دمای موتور را افزایش دهند.
الکتروموتورهای «داغ» امروزی
در موتورهای قدیمی با کلاس عایقی A، معمولاً دمای بدنه آنقدر پایین بود که امکان لمس موتور برای مدت نسبتاً طولانی وجود داشت. بنابراین داغ بودن بیش از حد بدنه میتوانست نشانهای از وجود مشکل باشد.
اما با پیشرفت فناوری عایقها، استفاده از کلاسهای دمایی بالاتر و طراحی فشردهتر موتورهای جدید، دمای بدنه افزایش یافته است. بنابراین امروزه لمس کردن بدنه موتور معیار مناسبی برای تشخیص بیشدمایی نیست.
استاندارد دمایی موتور
کلاسهای عایقی با حروف انگلیسی مشخص میشوند. مقادیر زیر دمای حداکثر مجاز سیستم عایقی را نشان میدهند.
| کلاس | دمای عایقی | دمای محیط | Hot Spot | افزایش دما SF 1 | افزایش دما SF 1.15 |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 105°C | 40°C | 5°C | 60°C | 70°C |
| B | 130°C | 40°C | 10°C | 80°C | 90°C |
| F | 155°C | 40°C | 10°C | 105°C | 115°C |
| H | 180°C | 40°C | 15°C | 125°C | تعریف نشده |
مثال کلاس B
در کلاس B و با ضریب سرویس 1، حداکثر افزایش دما ۸۰ درجه و دمای محیط مبنا ۴۰ درجه سانتیگراد در نظر گرفته میشود؛ بنابراین دمای حاصل ۱۲۰ درجه سانتیگراد خواهد بود.
توجه کنید که ۱۳۰°C حداکثر دمای سیستم عایقی کلاس B است و با حداکثر دمای مجاز کارکرد موتور یکسان نیست.
کلاس F و مفهوم Hot Spot
در کلاس F، حداکثر دمای عایقی ۱۵۵ درجه سانتیگراد است. با فرض دمای محیط ۴۰ درجه و افزایش دمای مجاز ۱۰۵ درجه در SF=1، حداکثر دمای محاسبهشده برابر است با:
اختلاف میان دمای ۱۵۵ درجه کلاس F و دمای ۱۴۵ درجه محاسبهشده، یعنی ۱۰ درجه سانتیگراد، منطقه داغ یا Hot Spot را تشکیل میدهد.
Hot Spot به اختلاف دمای سیمپیچ در قسمت داخلی شیارهای هسته و دمای سیمپیچ در بخش بیرونی هسته اشاره دارد.
موتور F/B چیست؟
در صنعت ممکن است با عبارتی مانند F/B مواجه شوید. این عبارت به موتوری اشاره دارد که سیستم عایقی آن کلاس F است، اما افزایش دمای مجاز آن در محدوده کلاس B در نظر گرفته شده است.
در موتور F/B، به دلیل پایینتر نگه داشتن دمای واقعی سیمپیچ نسبت به سقف کلاس F، یک حاشیه حرارتی قابل توجه ایجاد میشود.
طول عمر عایق؛ زوال ناشی از گرما
افزایش دمای بیش از محدوده طراحی، موجب تسریع فرسودگی سیستم عایقی میشود. به صورت تجربی، هر ۱۰ درجه افزایش دما نسبت به دمای مرجع میتواند عمر عایق را تقریباً نصف کند.
این به معنی از بین رفتن کامل عایق در پایان زمان محاسبهشده نیست، بلکه بیانگر کاهش قابل توجه خواص مکانیکی و الکتریکی ساختار عایق است.
در دمای بالاتر
- 155°C → حدود ۲۰٬۰۰۰ ساعت
- 165°C → حدود ۱۰٬۰۰۰ ساعت
- 175°C → حدود ۵٬۰۰۰ ساعت
در دمای پایینتر
- 145°C → حدود ۴۰٬۰۰۰ ساعت
- 135°C → حدود ۸۰٬۰۰۰ ساعت
تخریب عایقی ناشی از دمای بیش از حد، برگشتپذیر نیست. کاهش دما پس از وقوع آسیب میتواند از ادامه تخریب جلوگیری کند، اما نمیتواند آسیب ایجادشده را به حالت اولیه برگرداند.
پایش افزایش دمای موتور
با استفاده از سنسورهای دما مانند RTD میتوان دمای موتور را به صورت مستمر پایش کرد.
افزایش دمای ثبتشده میتواند ناشی از افزایش دمای محیط، افزایش بار موتور، کاهش تهویه یا کثیف شدن سطوح خنککننده باشد.
بهترین زمان تنظیم سنسور
- هنگام نصب اولیه موتور
- ترجیحاً در بار کامل
- ترجیحاً در بالاترین دمای محیط
اگر دمای محیط در زمان تنظیم بالا نبود
میتوان مقدار افزایش مورد انتظار دمای محیط را در تنظیم آلارم لحاظ کرد تا نقطه هشدار با شرایط واقعی بهرهبرداری هماهنگ باشد.
تنظیم آلارم RTD
برای تنظیم سنسور دما، نقطه آلارم باید با توجه به حداکثر دمای کارکرد مورد انتظار تعیین شود.
در متن حاضر پیشنهاد شده است که نقطه آلارم RTD بین ۵ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد بالاتر از حداکثر دمای کارکرد مورد انتظار تنظیم شود؛ مقدار دقیق باید بر اساس طراحی موتور و دستورالعمل سازنده تعیین گردد.
مثال تنظیم برای کلاس F
جمعبندی
- دمای بالا یکی از مهمترین عوامل کاهش عمر عایق موتور است.
- دمای بدنه بهتنهایی معیار مناسبی برای تشخیص خرابی موتور نیست.
- کلاس F دارای حداکثر دمای عایقی ۱۵۵°C است.
- دمای محیط مبنا در این محاسبات ۴۰°C است.
- دمای واقعی سیمپیچ با دمای سطح بدنه تفاوت دارد.
- پایش مستمر دما با RTD میتواند به تشخیص زودهنگام مشکلات کمک کند.
- افزایش دما میتواند عمر سیستم عایقی را به شکل قابل توجهی کاهش دهد.
- تمیز بودن مسیرهای خنککاری و کنترل بار موتور برای مدیریت حرارتی ضروری است.