Co určuje životnost elektromotorů
Hnací motory pracují v motorovém a brzdovém 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 mění v teplo.
Část tepla se rozptýlí do okolí a zbytek způsobí zvýšení teploty samotného motoru nad 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.
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 asi 90 °C může spolehlivě fungovat 15 – 20 let. V tomto období dochází k postupnému zhoršování 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 (přibližně 2x) a při provozní teplotě 150°C začíná opotřebení již po 1,5 měsíci. Provoz při teplotách kolem 200 °C způsobí, že tato izolace bude po několika hodinách nepoužitelná.
Ztráta, která způsobí zahřívání izolace motoru, závisí na zatížení. Mírné zatížení zvyšuje dobu opotřebení izolace, ale vede k nedostatečnému použití materiálů a zvyšuje cenu motoru. Naopak provoz motoru při vysokém zatížení drasticky sníží jeho spolehlivost a životnost a může být také ekonomicky nepraktický.Proto se provozní teplota izolace a zatížení motoru, tedy jeho jmenovitý výkon, volí z technických a ekonomických důvodů tak, aby doba opotřebení izolace a životnost motoru při normálním provozu podmínky jsou cca 15-20 let.
Použití izolačních materiálů z anorganických látek (azbest, slída, sklo atd.), které mají vyšší tepelnou odolnost, může snížit hmotnost a velikost motorů a zvýšit výkon. Tepelnou odolnost izolačních materiálů však určují především vlastnosti laků, kterými je izolace impregnována. Impregnační kompozice, dokonce i ze sloučenin křemíku a křemíku (silikony), mají relativně nízkou tepelnou odolnost.
Správný motor pro pohon poháněného stroje musí odpovídat mechanickým vlastnostem, provoznímu režimu stroje a požadovanému výkonu. Při volbě výkonu motoru vycházejí především z jeho ohřevu, respektive ohřevu jeho izolace.
Výkon motoru bude správně určen, pokud se za provozu teplota ohřevu jeho izolace blíží maximální přípustné.Přecenění výkonu motoru vede ke snížení pracovní teploty izolace, nedostatečnému použití drahých materiálů, k poklesu pracovní teploty izolace. zvýšení kapitálových nákladů a zhoršení energetických vlastností.
Výkon motoru nebude dostatečný, 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 mezi nejmodernějšími výrobními závody. 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 jeho předčasnému selhání.
Hlavními zdroji rozvoje selhání asynchronního motoru jsou:
- přetížení nebo přehřátí statoru elektromotoru 31%;
- otočné zavírání-15%;
- porucha ložiska — 12 %;
- poškození vinutí statoru nebo izolace — 11 %;
- nerovnoměrná vzduchová mezera mezi statorem a rotorem — 9 %;
- provoz elektromotoru ve dvou fázích — 8 %;
- zlomení nebo uvolnění upevnění tyčí v kleci pro veverky — 5 %;
- uvolnění upevnění vinutí statoru — 4 %;
- nevyváženost rotoru elektromotoru — 3 %;
- nesouosost hřídele — 2 %.