Охлаждение электродвигателей

Теплообмен – неотъемлемая часть работы электрического двигателя. Температура в его корпусе всегда повышена, что нестрашно металлическим элементам сборки, но может серьезно навредить (вплоть до полного разрушения) изоляции обмоток. Во избежание перегрева, способного привести к серьезной аварии, и применяется система охлаждения, которая обеспечивает быстрый отвод тепла и нормализует температуру электродвигателя. Чем эффективнее она работает, тем дольше прослужит оборудование без сбоев и ремонтов.

Перегрев электродвигателя и его последствия

Почему перегрев – это серьезный фактор риска? Повышенная температура внутри корпуса двигателя приводит:

• к повреждению керамических компонентов, которые используются для изоляции обмоток;
• высыханию пропиток;
• растрескиванию изоляционных материалов;
• потере диэлектрических свойств.

Как показывает практика, в некоторых случаях повышение температуры на 10 градусов на протяжении длительного периода сократит срок службы двигателя в 2 раза. Если это превышение на 3–5–8 градусов, скорость потери ресурса снизится, но постоянный перегрев сократит срок его работы.

Самовентиляция

Устройство системы охлаждения электродвигателя может отличаться. Самый простой способ охлаждения электродвигателя – естественный, за счет отвода тепла вовне через отверстие в корпусе устройства. Такая система оправдывает себя в маломощных моделях, но недостаточна для профилактики перегрева.

Более эффективный вариант – самовентиляция. Такая система охлаждения электродвигателя реализована через нагнетание воздушного потока с помощью крыльчатки. Она увеличивает скорость отвода тепла, вырабатываемого подвижными деталями, чем предупреждает перегрев и обеспечивает нормальную работу оборудования. Устанавливается крыльчатка электродвигателя на его вал с нерабочей стороны.

Действует она по принципу ветряка, в некоторых моделях вентилятор охлаждения электродвигателя уже встроен в конструкцию ротора. Самовентиляция бывает наружной и внутренней.

• Наружная система охлаждения электродвигателя реализована за счет наличия на корпусе устройства с внутренней стороны специальных ребер, благодаря которым охлаждающий воздушный поток проходит вдоль всей поверхности стенок. В такой системе площадь соприкосновения увеличена, что обеспечивает эффективность профилактики перегрева.
• При использовании внутренней самовентиляции поток перемещается по специальным каналам между всеми подвижными элементами, обеспечивая непрерывную циркуляцию воздуха (температура «отбирается» сразу по мере выработки, нормальный температурный режим поддерживается постоянно, изоляция обмотки не страдает). Такая система охлаждения электродвигателя позволяет эксплуатировать его на протяжении всего жизненного цикла даже при высоких мощностях работы.

Самовентиляция – простой способ профилактики перегрева и сохранения нужной температуры в корпусе устройства – оправдана в моделях, чья частота вращения ротора постоянна. Если двигателю средней или высокой мощности нужна регулировка скорости, самовентиляция нему не подойдет, только принудительное охлаждение.

Принудительное охлаждение

Принудительное охлаждение двигателя тоже использует крыльчатки вентилятора, но работает последний уже не под действием потока воздуха, а от собственного мотора. Такое исполнение отменяет зависимость интенсивности прокрутки лопастей от электрического двигателя – вентилятор обеспечивает качественный отвод тепла при любом режиме его работы (в том числе на малой частоте оборотов ротора).

Самой эффективной считается схема замкнутого типа с жидкостными охладителями воздуха. В ней поток циркулирует между элементами электродвигателя и воздухоохладителем, нагнетаемый мотором вентилятора, в закрытой системе. Охладитель, кроме отвода тепла, еще и чистит воздух, что тоже положительно сказывается на работке оборудования.

Электрический двигатель синхронного типа

Контроль нагрева и охлаждения электродвигателя отличается для моделей разного типа. В синхронных устройствах, например, преимущественно используют проточный или продуваемый вариант. Как он работает:

• воздух, который будет охлаждать механизмы, берется из внешней среды (рядом с местом установки электрического двигателя);
• он направленно подается в корпус устройства;
• нагретый поток отводится вовне.

Иногда применяется схема охлаждения электродвигателя, при которой отвод тепла производится через вентиляцию здания. В целях экономии средств воздух, нагреваемый установками высокой мощности, может применяться и для отопления других производственных или функциональных помещений (технология рекуперации).

Асинхронный электродвигатель

Хладагенты

В некоторых случаях для повышения эффективности и ускорения отвода тепла в системе охлаждения электродвигателя воздух заменяют хладагентом. В роли последнего чаще всего выступает водород, который имеет теплоемкость в 7,1 раза выше, чем у воздушной массы.

Его использование более чем оправдано в замкнутых системах охлаждения электродвигателя большой мощности. Но такие системы не могут использоваться в механизмах общепромышленного применения из-за высокой стоимости их обслуживания. Потому для последних чаще применяют принудительное охлаждение с жидкостными теплообменниками («воздух-вода»).