Co decyduje o żywotności silników elektrycznych

Silniki napędowe działają w trybie silnika i hamulca, przekształcając energię elektryczną w energię mechaniczną lub odwrotnie, energię mechaniczną w energię elektryczną. Przemianie energii z jednego rodzaju na inny towarzyszą nieuchronne straty, które ostatecznie zamieniają się w ciepło.

Część ciepła rozprasza się do otoczenia, a reszta powoduje wzrost temperatury samego silnika powyżej temperatury otoczenia (więcej informacji można znaleźć tutaj — Ogrzewanie i chłodzenie silników elektrycznych).

Materiały użyte do budowy silników elektrycznych (stal, miedź, aluminium, materiały izolacyjne) mają różne właściwości fizyczne, które zmieniają się wraz z temperaturą.

Materiały izolacyjne są najbardziej wrażliwe na ciepło i mają najniższą odporność na ciepło w porównaniu z innymi materiałami stosowanymi w silniku.Dlatego o niezawodności silnika, jego parametrach technicznych i ekonomicznych oraz mocy znamionowej decyduje nagrzewanie się materiałów użytych do izolacji uzwojeń.

Żywotność izolacji silnika elektrycznego zależy od jakości materiału izolacyjnego oraz temperatury, w której pracuje. Praktyka ustaliła, że ​​na przykład izolacja z włókna bawełnianego zanurzona w oleju mineralnym w temperaturze około 90 ° C może działać niezawodnie przez 15 — 20 lat. W tym okresie następuje stopniowa degradacja izolacji, czyli jej wytrzymałość mechaniczna, elastyczność i inne właściwości niezbędne do normalnej eksploatacji.

Podwyższenie temperatury pracy zaledwie o 8-10°C skraca czas użytkowania tego typu izolacji do 8-10 lat (około 2-krotnie), a przy temperaturze pracy 150°C zużycie zaczyna się już po 1,5 miesiąca. Eksploatacja w temperaturach około 200°C sprawi, że izolacja ta stanie się bezużyteczna po kilku godzinach.

Strata, która powoduje nagrzewanie się izolacji silnika, zależy od obciążenia. Niewielkie obciążenie wydłuża czas zużycia izolacji, ale prowadzi do niewystarczającego zużycia materiałów i zwiększa koszt silnika. I odwrotnie, eksploatacja silnika przy dużym obciążeniu drastycznie zmniejszy jego niezawodność i żywotność, a także może być niepraktyczna ekonomicznie.Dlatego temperaturę pracy izolacji oraz obciążenie silnika, czyli jego moc znamionową, dobiera się ze względów technicznych i ekonomicznych w taki sposób, aby czas zużycia izolacji oraz żywotność silnika w warunkach normalnej eksploatacji warunki to około 15-20 lat.

Zastosowanie materiałów izolujących od substancji nieorganicznych (azbest, mika, szkło itp.), które mają wyższą odporność na ciepło, może zmniejszyć wagę i rozmiary silników oraz zwiększyć moc. Jednak o odporności cieplnej materiałów izolacyjnych decydują przede wszystkim właściwości lakierów, którymi impregnuje się izolację. Impregnaty, nawet ze związków krzemu (silikonów), mają stosunkowo niską żaroodporność.

Właściwy silnik do napędzania napędzanej maszyny musi odpowiadać właściwościom mechanicznym, trybowi pracy maszyny oraz wymaganej mocy. Przy doborze mocy silnika kierują się przede wszystkim jego nagrzaniem, a raczej nagrzaniem jego izolacji.

Moc silnika zostanie określona prawidłowo, jeżeli podczas pracy temperatura nagrzewania jego izolacji będzie zbliżona do maksymalnej dopuszczalnej.Przeszacowanie mocy silnika prowadzi do obniżenia temperatury pracy izolacji, niedostatecznego użycia drogich materiałów, wzrost kosztów kapitałowych i pogorszenie charakterystyki energetycznej.

Moc silnika będzie niewystarczająca do wymaganej, jeśli temperatura pracy jego izolacji przekroczy maksymalną dopuszczalną, co może prowadzić do nieuzasadnionych kosztów kapitałowych wymiany silnika, w wyniku przedwczesnego zużycia izolacji.

Obecnie silniki prądu przemiennego cieszą się dużym zainteresowaniem w większości nowoczesnych zakładów produkcyjnych. W praktyce silniki asynchroniczne (IM) wykazują swoją trwałość i prostotę przy relatywnie niskich kosztach. Jednak podczas eksploatacji może dojść do uszkodzenia elementów silnika, co z kolei prowadzi do jego przedwczesnej awarii.

Głównymi źródłami rozwoju awarii silników asynchronicznych są:

• przeciążenie lub przegrzanie stojana silnika elektrycznego 31%;
• zamknięcie zakrętowe -15%;
• awaria łożyska — 12%;
• uszkodzenie uzwojeń stojana lub izolacji — 11%;
• nierówna szczelina powietrzna między stojanem a wirnikiem — 9%;
• praca silnika elektrycznego w dwóch fazach — 8%;
• zerwanie lub poluzowanie mocowania prętów w klatce dla wiewiórek — 5%;
• poluzowanie mocowania uzwojenia stojana — 4%;
• niewyważenie wirnika silnika elektrycznego — 3%;
• niewspółosiowość wału — 2%.