کلاس عایقی و افزایش دما در موتور الکتریکی چیست؟

در این مقاله به بررسی موضوع کلاس عایقی و افزایش دما در موتور الکتریکی می‌پردازیم.

پس با ما همراه باشید.

کلاس عایقی و افزایش دما در ماشین الکتریکی(موتور یا ژنراتور)

استانداردهای قدیمی که از دست برای تشخیص درجه حرارت یک موتور استفاده‌می‌شد منسوخ‌شده و

کلاس عایقی مطابق با استاندارد  NEMA از هر گونه حدس و گمان به دور‌است و به‌سازنده موتور چارچوبی مشخص برای دمای کار ارائه می‌دهد.

دمای سطح موتور معمولاً 30 درجه سانتیگراد کمتر از دمای سیم‌پیچی آن‌است.

بنابراین اگر یک موتور با کلاس عایقیF  نگاه کنیم که دمای 155 درجه سانتیگراد طبق استاندارد کلاس F  برای سیم پیچ های آن مورد تایید‌است و سپس 30 درجه سانتیگراد را از آن تفریق کنیم، دمای 125 درجه سانتیگراد بدست می‌آید.

این نکته لزوماً بدان معنی نیست که این موتور بیش از حد گرم‌است یا به صورت نادرست کار می کند (به هر حال، اکیداً توصیه می‌گردد از تماس با هر چیزی که دارای دمای 125 درجه سانتیگراد باشد اجتناب نمایید).

به بیان ساده‌تر، موتورهای امروزی می‌توانند به سادگی گرم باشند، و به درستی تمام وظایف خود را انجام دهند.

حداکثر درجه حرارت عایق‌بندی سیم پیچ موتور بر اساس نامگذاری NEMA است.

این رتبه‌بندی‌ها به شرح زیر‌است:

NEMA  افزایش مجاز دما [2]را برای موتورهایی که تحت بار کامل کار می کنند، تعیین می‌کند.

افزایش دمای مجاز بر اساس دمای محیط [3]مرجع (40 درجه سانتیگراد) است و با استفاده‌از روش مقاومت [4]تعیین‌می‌شود،

هنگامی که موتور تعادل حرارتی را تحت بار به دست آورد، مقاومت سیم‌پیچ‌ها اندازه‌گیری می‌شود.

مقاومت سیم‌پیچ تابعی از دمای سیم‌پیچ‌است.

میزان افزایش مجاز دما (در بار کامل) یک موتور 1.0 S.F. به صورت زیر‌است:

میزان افزایش مجاز دما (در بار کامل) یک موتور 1.15 S.F. به صورت زیر‌است:

برای کلاس عایقی F، موتور 1.0 S.F، اگر میزان افزایش مجاز مطابق با NEMA  یعنی 105 درجه سانتیگراد را به دمای محیط مرجع (40 درجه سانتیگراد) اضافه کنیم،

باعث می شود موتور دارای دمای کار (105+40) = 145 درجه سانتیگراد باشد، که این مقدار منجر به ایجاد اختلاف دمای 10 درجه سانتیگراد بین ماکسیمم درجه حرارت کلاس عایقی F  (155 درجه سانتیگراد) و ماکسیمم دمای مجاز (145 درجه سانتیگراد) می‌گردد؛

که می تواند درجه حرارتی موسوم به  “نقطه داغ[5]” در فضای داخلی سیم‌پیچ را فراهم نماید.

مقاومت کلی سیم پیچ‌ها مجموع مقاومت دور انتهایی خنک‌ کننده و سیم‌پیچ‌های گرمتر در شکاف استاتور‌است.

ماشین‌های الکتریکی معمولا برای دمایی پایین تر از نقطه داغ طراحی می‌شوند تا یک عمر مطلوب داشته‌باشند.

در صورت رسیدن به دمای داغ سیم‌پیچ(هات اسپات یا همان نقطه داغ) عایق سریعا از بین نمی رود ولی عمر عایق کم میشود .

دما

هرچند توسط NEMA مشخص نشده، اما امروزه در صنعت معمول‌است که میزان افزایش درجه حرارت برای یک کلاس خاص عایقی به افزایش درجه حرارت مجاز اشاره دارد.

به عنوان مثال، افزایش 80 درجه سانتیگراد اغلب به عنوان “کلاس ” B شناخته‌می‌شود، زیرا 80 درجه سانتیگراد حداکثر افزایش درجه حرارت مجاز برای یک موتور 1.0 S.F   با کلاس عایقی B  و دمای 40 درجه سانتیگراد‌است.

این اقدام به این معنی‌است که یک موتور با کلاس عایقی F و افزایش 80 درجه سانتیگراد به عنوان یک موتور F / B شناخته‌می‌شود.

مواد عایقی مدرن بدان معناست که کلاس عایقی F معمولا برای سیم‌پیچ‌های موتور استفاده‌می‌شود.

با طراحی‌های مدرن، افزایش درجه حرارت “کلاس ” Bبه راحتی قابل دستیابی‌است.

بنابراین کلاس عایقی F با افزایش درجه حرارت کلاس B، حاشیه حرارتی 25 درجه سانتیگراد ارائه می‌دهد که به طور بالقوه منجر به افزایش عمر موتور تا 5 برابر می‌گردد.

اثرات کاهش دما بر طول عمر عایق

هنگامی که از حد آستانه درجه حرارت تجاوز‌شد، کیفیت عایق با یک سرعت افزایشی بدتر‌می‌شود که تقریبا به ازای هر 10 درجه سانتیگراد دو برابر عمر عایق کمتر می‌شود.

به عنوان مثال، کلاس عایق F در اثر قرارگیری بمدت 20000 ساعت  در دمای مجاز، ½ استحکام مکانیکی خود را از دست می‌دهد.

و همچنین بدیهی‌است که عایق در این مرحله به سادگی از بین نمی‌رود، اما به طور قابل توجهی تضعیف شده‌است.

20000 ساعت (2.5 سال) که در دمای 155 درجه سانتیگراد

10000 ساعت (1.25 سال) که در دمای 165 درجه سانتیگراد و یا 40000 ساعت (5 سال) در دمای 145 درجه سانتیگراد

5000 ساعت (کمتر از یکسال) که در دمای 175 درجه سانتیگراد و یا 8000 ساعت (10 سال) در دمای 135 درجه سانتیگراد

در دنیای واقعی، موتورها به طور مداوم با یک درجه حرارت کار نمی کنند زیرا که هم بار و هم دمای محیط متفاوت‌است.

با این حال، هنگامی که شرایط بدی رخ دهد، قابل برگشت نیست. همچنین پایین آمدن دمای کار می‌تواند از خراب شدن بیشتر جلوگیری کند.

در نهایت نباید فراموش نمود که بین  دمای اندازه‌گیری‌شده توسط مقاومت در مقابل ردیاب‌های جاسازی‌شده (عناصر مقاومت یا ترموکوپل ها) 10 درجه سانتیگراد اختلاف وجود دارد.

همچنین افزایش درجه حرارت کلاس F به میزان 105 درجه سانتیگراد توسط مقاومت، توسط سنسور حرارتی تعبیه‌شده برابر با 115 درجه سانتی‌گراد‌است. بنابراین به یاد داشته‌باشید که سطح حفاظتی حرارتی صحیحی را در درایو تنظیم نمایید.

[1] Insulation class

[2] temperature rises

[3] ambient temperature

[4] resistance method

[5] hotspot

سوال و جواب‌های مرتبط با این مقاله