Při provozu elektromotorů se pravidelně objevuje otázka: proč se pohon tolik zahřívá? Uvažujme tento problém ve vztahu k třífázovým asynchronním motorům.
Nejprve určíme, při jaké teplotě můžeme mluvit o přehřátí elektromotoru.
Kdy by měl být motor považován za horký?
Samozřejmě, že při teplotě skříně +25°C bude životnost motoru delší než při +100°C. Pro většinu elektromotorů je však normální provozní teplota +100°C. Tepelnou přetížitelnost pohonu lze posuzovat podle dvou charakteristik – třídy izolace a třídy nárůstu teploty.
Teploty pouzdra nebo vinutí pod +60°C nevyžadují žádná opatření. Hodnota nad +70°C také není kritická, ale v tomto případě je třeba věnovat pozornost motoru – může vyžadovat další diagnostiku nebo údržbu.
Při teplotách nad +100°C je nutné zavést stálé sledování stavu motoru a přijmout opatření k odhalení příčin zahřívání. Pokud teplota stále stoupá, musí být motor odpojen od napájení, aby se předešlo nehodám a požáru.
Jak měřit teplotu motoru
Existuje několik způsobů, jak určit teplotu motoru.
- Ručně. Nejjednodušší způsob, jak rychle určit přehřátí. Pokud při dotyku těla motoru není patrná bolest, můžeme s jistotou říci, že teplota nepřesahuje +60 °C.
- Teploměr s externím čidlem (kontaktní teploměr). Tato metoda vyžaduje čas a dovednosti. Nejteplejší místa v motoru jsou uprostřed skříně, kde se ohřívá vinutí, stejně jako přední a zadní část skříně, v oblasti ložisek hřídele.
- Termokamera. Jedná se o nejrychlejší a nejinformativnější způsob měření. Umožňuje vám vidět celý topný obrázek najednou.
- Pomocí vestavěných senzorů. Některé modely elektromotorů mají zabudovaná teplotní čidla (obvykle pozistory), které poskytují informace o ohřevu různých sekcí (vinutí, ložiska). Pokud takové senzory nejsou k dispozici, můžete je nainstalovat sami. Metoda je výhodná v tom, že řízení a odezva na ohřev může být automatizována. K tomu je signál ze snímačů vyveden na speciální vstup frekvenčního měniče, do specializovaného teplotního relé nebo na analogový vstup regulátoru. V případě regulátoru můžete napsat program s následujícím algoritmem: při prvním prahu teploty se operátorovi zobrazí varování, při druhém se vypne motor.
Důvody přehřívání elektromotorů
Příčiny přehřátí motoru mohou být mechanické nebo elektrické.
Mechanické důvody:
- Zvýšené mechanické zatížení hřídele. Mechanické přetížení může být způsobeno zaseknutím mechanismů, vniknutím cizích předmětů atd.
- Opotřebení ložisek. Dříve nebo později to povede k zaseknutí nebo zničení. Je důležité diagnostikovat tento problém v rané fázi, protože selhání ložisek může vést k poškození rotoru, vinutí a skříně motoru.
- Mechanické poškození elektromotoru, například nesouosost ložisek, která způsobí jejich přehřátí a tření rotoru o stator.
- Nedostatečné chlazení skříně. Chlazení se zpravidla provádí pomocí oběžného kola dmychadla umístěného v zadní části motoru. Pokud je oběžné kolo rozbité nebo zachycené v mřížce a roztočí se na hřídeli, motor se přehřeje. Dalším důvodem sníženého průtoku vzduchu jsou nižší otáčky motoru, když je poháněn přes frekvenční měnič. V tomto případě musíte použít nezávislé nucené proudění vzduchu.
Elektrické důvody:
- Fázová nesymetrie a odchylka napájecího napětí. Asynchronní motory jsou citlivé na úroveň napájecího napětí. Odchylka 5 % výrazně zvyšuje zahřívání, při odchylce 10 % je zpochybňován chod motoru.
- Ztráta fáze. Jedná se o extrémní případ fázové nevyváženosti, ke kterému dochází v důsledku přerušení napájecího vedení, spouštěcího zařízení nebo uvnitř motoru. Důsledkem je výrazný pokles mechanického točivého momentu na hřídeli až do úplného zastavení motoru.
- Porušení spínacího obvodu. To platí především pro schéma „Hvězda“ – „Trojúhelník“. Příčinou problému může být porucha spouštěcího obvodu nebo chyba elektrikáře.
- Zkrat ve vinutí motoru. Může být přepínací nebo mezi fázemi. Určuje se měřením proudu ve fázích při zapnutí motoru nebo pomocí ohmmetru při vypnutém motoru. Při malém počtu uzavřených závitů je obtížné určit zkrat.
Co dělat, když je zjištěno přehřátí motoru
Pokud se motor během provozu zahřívá, je nutné provést diagnostiku. Chcete-li to provést, můžete použít níže uvedený algoritmus krok za krokem.
- Hodnotíme teplotu. Pokud je teplota kritická, musíte okamžitě vypnout napájení motoru.
- Hodnotíme přítomnost cizích zvuků během provozu (praskání, chrastění, skřípání). Pokud je zdroj zvuku v mechanice pohonu (v zátěži), je nutné zastavit motor a opravit vadný agregát. Pokud zvuk vychází z motoru, bude s největší pravděpodobností nutné vyměnit ložiska.
- Proud ve fázích kontrolujeme pomocí proudových kleští. Při překročení proudu můžeme hovořit o přetížení, při nesymetrii fází můžeme hovořit o fázové nesymetrii, výpadku fáze nebo mezifázovém zkratu.
- Pokud ložiska vyžadují pravidelné mazání, zkontrolujte a v případě potřeby vyměňte mazivo.
- Odpojíme zátěž od hřídele motoru a zkontrolujeme chod motoru v klidovém režimu.
- Kontrola provozu vzduchového chlazení. V případě potřeby vyčistíme oběžné kolo a povrch motoru.
- Zkontrolujeme, zda ochrana motoru odpovídá jmenovitému proudu uvedenému na typovém štítku.
Ochrana proti přehřátí
Pokud je přehřátí motoru zjištěno včas, lze jeho následky snadno odstranit a předejít ještě větším potížím. Je však lepší pokusit se tomuto problému zcela vyhnout.
Ve většině případů vede přehřátí ke zvýšení provozního proudu motoru. Řízení proudu se obvykle provádí pomocí jističů a tepelných relé. Víceúrovňová ochrana je také zabudována do frekvenčních měničů. Při použití ochranného relé motoru můžete dodatečně ovládat úroveň napětí a rotaci fází.
Výše uvedené způsoby ochrany se nejlépe používají ve spojení s teplotními senzory. To zajistí 100% ochranu před přehřátím.
Technická diagnostika a seřízení zařízení je velkou zodpovědností. A představte si, že po opravě agregátu a provedení vyvážení o dva dny později shoří elektromotor. jaké jsou vaše pocity? Myslím, že je to přinejmenším nepříjemné. A když vám elektrikáři řeknou, že příčinou jsou zaseknutá ložiska, je to jako kámen na vaší zahradě. Můžete se dohodnout a obvinit ze všeho nečekaně selhávající ložiska (stane se to?), nebo můžete provést vlastní vyšetřování a přijít na dno hlavní příčiny.
Jak chápete, sám jsem se v této situaci ocitl. Budeme mluvit o přívodním ventilátoru, jehož vyvážení je popsáno v tomto článku. Vzhledem k tomu, že jsem po vyvážení provedl vibrační diagnostiku ložisek a žádné závady jsem tam neviděl, nevěřím v jejich nečekané selhání. Nastal čas hledat informace a analyzovat je.
Historii ventilační jednotky se dozvídám od majitele zařízení. Kdysi to mělo vadu ložiska. Po výměně nějakou dobu fungoval ventilátor a shořel elektromotor. Důvodem je zaseknutí ložisek. Elektromotor poslali na převinutí, vyměnili ložiska a v podstatě mě zavolali na měření vibrací. Zvýšené vibrace, vyvážení a je to tady znovu. To znamená, že se problém opakoval.
Pravděpodobnost mechanické závady je extrémně nízká a je třeba hledat elektromagnetické problémy. Ve spektrech vibrací není nic zajímavého – pouze zpětná složka a žádné zkraty vinutí, spálené tyče atp. žádná řeč. Při vyvažování se mi ale něco nelíbilo – frekvence otáčení byla 45,1 Hz. Frekvenční měnič? Majitel obchodu ujišťuje, že tam není. Zvýšený prokluz v důsledku vysokého zatížení? Je odpor ve ventilační síti vysoký (možná nebyl otevřen ventil)? Odpověď je ne. Nesprávné schéma zapojení motoru? Nejsem odborník v elektrotechnických věcech a nemá smysl se radit s elektrikáři, ti už problém vyřešili – ložiska.
Hledání informací na internetu na téma důsledků nesprávného schématu zapojení elektromotoru konkrétní odpovědi nepřineslo. Kromě toho se na elektrikářských fórech o tomto problému vedou divoké diskuse. Většina elektrikářů ale reaguje stejně jako u nás – podívejte se na typový štítek a nestarejte se o to. To nejdůležitější, co se nám podařilo vyčíst: při zapojení do „trojúhelníku“ vyvine elektromotor maximální činný výkon, při zapojení do „hvězdy“ při stejném napájecím napětí je činný výkon 3x menší. To znamená, že můžeme předpokládat, že elektromotor je přetížen kvůli nízkému výkonu na hřídeli. Nedobrovolně jsem si vzpomněl na zkušenost se zřizováním aspiračních provozů (průmyslové větrání pro odstraňování prachu z míst přetížení sypkých látek s jeho následnou separací ve filtrech nebo cyklonech). Kdysi na jednom ze zařízení v regionu Belgorod byl úkol provést bezdrátovou úpravu stávající sítě. Projekt byl natolik neúspěšný, že bylo nutné zablokovat sací potrubí o 70 % membránou. Současně se odpor sítě, a tedy i zatížení motoru ventilátoru, vážně zvýšil, což během několika minut vedlo k silnému zahřátí elektromotoru – jeho kryt se stal prostě ohnivým. Tento vliv přetížení elektromotoru se mi pevně vryl do paměti.
Proto se podíváme na pas pro elektromotor: 5,5 kW, 2860 ot./min, schéma zapojení „trojúhelník“. Kabel je odstraněn, s kolegou se jdeme podívat na schéma zapojení do Borna. A je tu “hvězda”. A na typovém štítku elektromotoru je schéma zapojení do hvězdy. Zajímavý. Čemu byste měli věřit, údajům z pasu nebo ze jmenovky? Myslím, že je lepší věřit logice. Motor s tímto zapojením má minimální výkon na hřídeli. Při přetížení by rychlost měla klesnout. Elektromotor musí udržovat otáčky a odpovídajícím způsobem zvyšovat točivý moment na hřídeli. Čím silnější je zatížení, tím vyšší by měl být skluz (a zde je to téměř 5 Hz!). To vše má za následek zvýšení proudů ve vinutí, a tím i tepelné ztráty v něm. V článku o vyvážení jsem psal o silné tepelné deformaci oběžného kola dmychadla elektromotoru po předchozí poruše. Pravděpodobnou příčinou poruchy je tedy přehřátí vinutí v důsledku zapojení do hvězdy. To znamená, že bych věřil pasu.
To jsou myšlenky, které jsem sdílel se zaměstnanci dílny, která ventilátor vlastní. A v reakci na to jsem slyšel, že to nebylo poprvé, co jim shořely motory WEG. Chladicí stroje měly stejný problém – kvůli nesprávnému schématu zapojení uvedenému na typových štítcích shořelo několik elektromotorů. Závod plně uznal svou chybu, omluvil se a vyměnil motory. Podle závodu došlo k závadě při výrobě stejných jmenovek.
V tuto chvíli elektrikáři hlásí vedení, že elektromotor byl rozebrán a příčinou poruchy jsou ložiska. Já zase jdu do tří stejných větracích jednotek, které jsou v provozu.
Nazvěme ventilátor s vyhořelým elektromotorem ventilátor č. 1. Ostatní jsou č. 2, č. 3 a č. 4. Měřím vibrace a teplotu statoru.
Vibrace ventilátoru č. 2 (rychlost vibrací, mm/s):
| Směr | 1 | 2 |
|---|---|---|
| В | 1,4 | 1,2 |
| П | 1,7 | 1,9 |
| О | – | 2,3 |
Teplota statoru 65 °C.
Vibrace ventilátoru č. 3 (rychlost vibrací, mm/s):
| Směr | 1 | 2 |
|---|---|---|
| В | 2,9 | 2,5 |
| П | 2,2 | 1,8 |
| О | – | 1,7 |
Teplota statoru 66 °C.
Vibrace ventilátoru č. 4 (rychlost vibrací, mm/s):
| Směr | 1 | 2 |
|---|---|---|
| В | 2,0 | 1,6 |
| П | 1,8 | 1,5 |
| О | – | 1,8 |
Teplota statoru 57 °C.
Pomocí spekter určíme rychlosti otáčení (u ventilátoru č. 1 bylo spektrum pořízeno před vyvážením):
Převést na otáčky:
| Fan | Frekvence otáčení, ot./min |
|---|---|
| № 1 | 2706 |
| № 2 | 2917 |
| № 3 | 2887 |
| № 4 | 2918 |
Jak je vidět, spálený ventilátor č. 1 měl o 200 otáček méně.
Dále vypněte ventilátor č. 2, rozeberte elektrický obvod a otevřete bor. Schéma zapojení je „trojúhelník“.
Problém byl identifikován – typový štítek, podle kterého byl motor č. 1 připojen, obsahuje nesprávné informace. Veškeré informace zpracuji do reference a zašlu ji vedení zainteresovaných workshopů.
Nyní je třeba jít do příbytku elektrikářů a podívat se na rozebraný elektromotor. Verze elektrikářů: separátor ložiska č. 2 byl zničen, separátor samotný vybil ochrannou podložku ložiska a poškodil vinutí statoru.
Zde je ložisko č. 2 s chybějící ochrannou podložkou (je jasné, že ložisko je černé od přehřátí):
Zde je část separátoru, která vyskočila z ložiska (vidíme známky přehřátí):
Vyražený ložiskový štít:
A tady je to, co oddělovač udělal:
A mám otázku. Ochranná podložka chybí pouze na straně ložiskového štítu. Jak se separátor dostal do vinutí? Na navíjecí straně je podložka na svém místě:
Odpověď elektrikářů byla trochu překvapivá – vyletěla tam i podložka, dali jsme ji zpět. V mé hlavě je tichá otázka – proč?
Přejděme k ložisku č. 1 (foto se štítem a bez štítu):
Jsou patrné stopy vysokých teplot. Ložisko je zaseknuté. Paměť mi ale připomíná, že když jsme se šli s kolegou podívat na schéma zapojení, ukázal jsem mu při otáčení zdeformované oběžné kolo dmychadla.
No, to je třešnička na dortu. Ze strany ložiska č. 1 mezi vinutím statoru a skříní jsem vyškrábal části zborceného separátoru. Na otázku, jak se tam dostal, elektrikáři nedokázali odpovědět.
Buď mě klamou nebo co.
Potěšilo mě něco jiného. Při komunikaci už nebyli elektrikáři tak kategoričtí ohledně schématu zapojení. Samozřejmě jsem neotevřel všechny mapy, ale pouze jim doporučil, aby se šli podívat, jak jsou připojeny stejné elektromotory.
Jak to můžeme shrnout? Jsou dvě možnosti – přehřátí vinutí vedlo ke zkratu, nebo k přehřátí ložisek s dalším příběhem o poškození vinutí statoru separátorem (to je extrémně těžko uvěřitelné). Samozřejmě, v první řadě si musíte přiznat svou vinu. Měl jsem hned hledat důvod rychlosti otáčení 45,1 Hz, a ne vyvážený. Zmatení jsou i elektrikáři – když se dvakrát spálí stejný motor, není dobré pokračovat v převíjení vinutí a výměně ložisek. No, na vině je bezesporu výrobce elektromotorů WEG. Pro mě to byla zajímavá zkušenost při hledání důvodu takového odmítnutí a rád se o ni s vámi podělím.
