Co určuje životnost elektromotorů?

Elektromotory pohonů pracují v jízdním a brzdném režimu, přeměňují elektrickou energii na mechanickou nebo naopak mechanickou energii na elektrickou. Přeměna energie z jednoho druhu na druhý je doprovázena nevyhnutelnými ztrátami, které se nakonec přemění v teplo.

Část tepla se odvádí do okolí a zbytek způsobí, že teplota samotného motoru překročí okolní teplotu (podrobněji viz zde – Vytápění a chlazení elektromotorů).

Materiály používané k výrobě elektromotorů (ocel, měď, hliník, izolační materiály) mají různé fyzikální vlastnosti, které se mění s teplotou.

Sponzor článku: NVP NKEMZ LLC – https://nkmehz.com.ua/ – závod specializující se na výrobu nevýbušných a obecně průmyslových třífázových asynchronních elektromotorů a asynchronních generátorů.

Produkty závodu nacházejí uplatnění v různém strojírenství, bytových a komunálních službách, energetice (včetně jaderných a větrných elektráren), uhelném, ropném a plynárenském, chemickém, hutním a lodním průmyslu.

Izolační materiály jsou nejcitlivější na teplo a mají nejnižší tepelnou odolnost ve srovnání s jinými materiály použitými v motoru.

Proto jsou spolehlivost motoru, jeho technické a ekonomické vlastnosti a jmenovitý výkon určeny ohřevem materiálů použitých k izolaci vinutí.

Životnost izolace elektromotoru závisí na kvalitě izolačního materiálu a teplotě, při které pracuje. Praxe prokázala, že například izolace z bavlněných vláken ponořená do minerálního oleje o teplotě cca 90 °C může spolehlivě fungovat 15 – 20 let.

V tomto období dochází k postupnému opotřebení izolace, to znamená, že se zhoršuje její mechanická pevnost, pružnost a další vlastnosti nutné pro běžný provoz.

Zvýšení provozní teploty pouze o 8 – 10 °C zkracuje dobu opotřebení tohoto typu izolace na 8 – 10 let (asi 2x) a při provozní teplotě 150 °C dochází k opotřebení po 1,5 měsíci. Provoz při teplotách kolem 200 °C činí tuto izolaci po několika hodinách nepoužitelnou.

Ztráty, které způsobují zahřívání izolace motoru, závisí na zatížení. Mírné zatížení prodlužuje dobu opotřebení izolace, ale vede k nedostatečnému využití materiálů a zvýšení nákladů na motor.

Naopak provoz motoru při velkém zatížení prudce snižuje jeho spolehlivost a životnost a také nemusí být ekonomicky proveditelný.

Proto se provozní teplota izolace a zatížení motoru, tedy jeho jmenovitý výkon, volí z technických a ekonomických hledisek tak, aby doba opotřebení izolace a životnost motoru při normálním provozu podmínky je přibližně 15 – 20 let.

Použití izolačních materiálů z anorganických látek (azbest, slída, sklo atd.), které mají vyšší tepelnou odolnost, umožňuje snížit hmotnost a rozměry motorů a zvýšit výkon.

Tepelná odolnost izolačních materiálů je však dána především vlastnostmi laků, kterými je izolace impregnována. Impregnační kompozice vyrobené dokonce z organokřemičitých sloučenin (silikonů) mají relativně nízkou tepelnou odolnost.

Správně zvolený motor pro pohon pracovního stroje musí odpovídat mechanickým vlastnostem, provoznímu režimu stroje a požadovanému výkonu. Při volbě výkonu motoru se vychází především z jeho ohřevu, přesněji z ohřevu jeho izolace.

Výkon motoru bude správně určen, pokud se během provozu teplota ohřevu jeho izolace blíží maximální dovolené.

Nadhodnocení výkonu motoru vede ke snížení provozní teploty izolace, nedostatečnému využití drahých materiálů, zvýšení investičních nákladů a zhoršení energetické náročnosti.

Výkon motoru bude nedostatečný vzhledem k požadovanému výkonu, pokud provozní teplota jeho izolace překročí maximální přípustnou hodnotu, což může vést k neoprávněným investičním nákladům na výměnu motoru v důsledku předčasného opotřebení izolace.

V současné době jsou střídavé motory velmi žádané ve většině moderních výrobních závodů.

V praxi asynchronní motory (IM) vykazují svou odolnost a jednoduchost při relativně nízké ceně. Během provozu však může dojít k poškození prvků motoru, což následně vede k předčasnému selhání.

Hlavní zdroje poškození asynchronního motoru jsou:

• přetížení nebo přehřátí statoru elektromotoru 31 %;
• mezizávitový zkrat – 15 %;
• poškození ložisek – 12 %;
• poškození vinutí statoru nebo izolace – 11 %;
• nerovnoměrná vzduchová mezera mezi statorem a rotorem – 9 %;
• dvoufázový provoz elektromotoru – 8 %;
• zlomení nebo uvolnění tyčí v kleci pro veverky – 5 %;
• uvolnění statorových vinutí – 4 %;
• nevyváženost rotoru elektromotoru – 3 %;
• nesouosost hřídele – 2 %.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Zjednodušte si výpočty elektrických obvodů, parametrů zařízení a dalších elektrotechnických úkolů s touto praktickou aplikací: Online kalkulačka elektrotechniky

Rozvíjejte své profesní dovednosti:

Vyberte si vhodný formát a témata!