מה קובע את חיי השירות של מנועים חשמליים

מנועי הנעה פועלים במצבי מנוע ובלמים, וממירים אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית או להיפך, אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. הפיכת האנרגיה מסוג אחד לאחר מלווה בהפסדים בלתי נמנעים, שבסופו של דבר הופכים לחום.

חלק מהחום מתפזר לסביבה והשאר גורם למנוע עצמו לעלות בטמפרטורה מעל לטמפרטורת הסביבה (לפרטים נוספים ראו כאן - חימום וקירור מנועים חשמליים).

לחומרים המשמשים לייצור מנועים חשמליים (פלדה, נחושת, אלומיניום, חומרי בידוד) יש תכונות פיזיקליות שונות המשתנות עם הטמפרטורה.

חומרי בידוד הם הרגישים ביותר לחום ובעלי עמידות החום הנמוכה ביותר בהשוואה לחומרים אחרים המשמשים במנוע.לכן, אמינות המנוע, מאפייניו הטכניים והכלכליים וההספק המדורג נקבעים על ידי חימום החומרים המשמשים לבידוד הפיתולים.

חיי השירות של הבידוד של המנוע החשמלי תלויים באיכות חומר הבידוד ובטמפרטורה שבה הוא פועל. התרגול קבע כי, למשל, בידוד סיבי כותנה שקוע בשמן מינרלי בטמפרטורה של כ-90 מעלות צלזיוס יכול לעבוד בצורה מהימנה במשך 15 - 20 שנים. במהלך תקופה זו, יש הידרדרות הדרגתית של הבידוד, כלומר, החוזק המכני, האלסטיות שלו ותכונות אחרות הנחוצות לפעולה רגילה מתדרדרים.

הגדלת טמפרטורת ההפעלה ב-8-10 מעלות צלזיוס בלבד מפחיתה את זמן הבלאי של סוג בידוד זה ל-8-10 שנים (כפי 2), ובטמפרטורת הפעלה של 150 מעלות צלזיוס, הבלאי מתחיל לאחר 1.5 חודשים. הפעלה בטמפרטורות סביב 200 מעלות צלזיוס תהפוך את הבידוד הזה לבלתי שמיש לאחר מספר שעות.

האובדן שגורם לחימום בידוד המנוע תלוי בעומס. העמסה קלה מגדילה את זמן הבלאי של הבידוד, אך מובילה לשימוש לא מספק בחומרים ומעלה את עלות המנוע. לעומת זאת, הפעלת מנוע בעומס גבוה תקטין באופן דרסטי את אמינותו וחיי השירות שלו, ועשויה להיות גם לא מעשית מבחינה כלכלית.לכן, טמפרטורת הפעולה של הבידוד ועומס המנוע, כלומר ההספק הנקוב שלו, נבחרים מסיבות טכניות וכלכליות בצורה כזו שזמן השחיקה של הבידוד וחיי השירות של המנוע בהפעלה רגילה התנאים הם כ 15-20 שנים.

שימוש בחומרי בידוד מחומרים אנאורגניים (אסבסט, נציץ, זכוכית ועוד), בעלי עמידות גבוהה יותר לחום, יכול להפחית את משקלם וגודלם של המנועים ולהגדיל את ההספק. עם זאת, עמידות החום של חומרי בידוד נקבעת בעיקר על ידי תכונות הלכות שבהן הבידוד ספוג. קומפוזיציות הספגה, אפילו מתרכובות סיליקון סיליקון (סיליקונים), הן בעלות עמידות בחום נמוכה יחסית.

המנוע המתאים להנעת המכונה המונעת חייב להתאים למאפיינים המכניים, למצב הפעולה של המכונה ולהספק הנדרש. כאשר בוחרים את כוח המנוע, הם יוצאים בעיקר מהחימום שלו, או ליתר דיוק מחימום הבידוד שלו.

כוח המנוע ייקבע בצורה נכונה אם במהלך הפעולה טמפרטורת החימום של הבידוד שלו קרובה למקסימום המותר. הערכת יתר של כוח המנוע מובילה לירידה בטמפרטורת העבודה של הבידוד, שימוש לא מספק בחומרים יקרים, עלייה בעלויות ההון והרעה במאפייני האנרגיה.

הספק המנוע לא יספיק לנדרש אם טמפרטורת הפעולה של הבידוד שלו עולה על המקסימום המותר, מה שעלול להוביל לעלויות הון לא מוצדקות להחלפת המנוע, כתוצאה משחיקה מוקדמת של הבידוד.

כיום, מנועי AC זוכים לביקוש גבוה בקרב רוב מפעלי הייצור המודרניים. בפועל, מנועים אסינכרוניים (IM) מראים את העמידות והפשטות שלהם בעלות נמוכה יחסית. עם זאת, במהלך הפעולה, נזק לרכיבי המנוע עלול להתרחש, אשר בתורו מוביל לכישלון בטרם עת.

המקורות העיקריים להתפתחות של כשל מוטורי אסינכרוני הם:

• עומס יתר או התחממות יתר של הסטטור של המנוע החשמלי 31%;
• סגירת פנייה-לפנייה-15%;
• כשל מיסבים - 12%;
• נזק לפיתולי הסטטור או בידוד - 11%;
• פער אוויר לא אחיד בין הסטטור לרוטור - 9%;
• פעולת המנוע החשמלי בשני שלבים - 8%;
• שבירה או התרופפות של הידוק הסורגים בכלוב הסנאי - 5%;
• התרופפות ההידוק של סלילה הסטטור - 4%;
• חוסר איזון רוטור מנוע חשמלי - 3%;
• אי יישור פיר - 2%.