Russian 
English 
French 
German 
Spanish 
Portuguese 
Dutch 
Italian 
Chinese 
Japanese 
Korean 
Indonesian 
Thai 
Vietnamese 
Arabic 
Turkish 
Hebrew 
Hindi 
Перегрев двигателей переменного тока, являющихся «энергетическим ядром» промышленного производства, является частой проблемой при эксплуатации. Незначительный перегрев может привести к снижению КПД двигателя и сокращению срока службы, в то время как серьёзные случаи могут привести к перегоранию обмоток и остановке оборудования, что приводит к огромным производственным потерям. Суть перегрева двигателей переменного тока заключается в «дисбалансе между тепловыделением и теплоотводом», то есть тепло, выделяемое в результате потерь в меди, стали и т.д. во время работы двигателя, не может быть своевременно отведено, что приводит к превышению допустимого предела температуры изоляционного материала. Для решения этой проблемы необходимо сначала выяснить основные причины перегрева, а затем разработать точные меры защиты, основанные на характеристиках промышленных условий, для достижения двойной гарантии: «контроль источника тепла + эффективное теплоотвод».
1. Основные причины перегрева двигателя переменного тока
Основные причины перегрева электродвигателей переменного тока можно разделить на две категории: «аномальные внутренние потери» и «внешние проблемы с рассеиванием тепла», среди которых аномальные внутренние потери являются основной причиной. Во-первых, чрезмерные потери в меди, связанные с чрезмерным сопротивлением обмоток статора и ротора, чаще всего вызваны межвитковыми замыканиями в обмотках и ослабленными клеммными соединениями. Старение и повреждение изоляционного слоя обмоток приводят к межвитковым замыканиям, концентрируя ток по локальным проводникам и выделяя большое количество тепла; ослабленные клеммные соединения увеличивают контактное сопротивление, образуя «горячую точку», которая постоянно нагревается. Во-вторых, чрезмерные потери в стали, обусловленные аномальными потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи в сердечнике двигателя, часто встречаются в условиях колебаний напряжения питания. При слишком высоком напряжении магнитная индукция сердечника достигает насыщения, и потери на гистерезис резко возрастают. Особенно в асинхронных двигателях переменного тока увеличение скорости скольжения еще больше увеличивает потери в стали ротора. В-третьих, чрезмерные механические потери, основными причинами которых являются износ подшипников и дисбаланс ротора. Изношенные подшипники увеличивают сопротивление трения, а несбалансированные роторы создают дополнительную центробежную силу при вращении. Оба фактора преобразуют механическую энергию в тепло, что приводит к повышению температуры торцевой крышки двигателя.
Нарушение внешнего теплоотвода является важным фактором, способствующим перегреву, который тесно связан с рабочей средой промышленных сценариев. Во-первых, заблокированные структуры теплоотвода. В запыленных сценариях, таких как текстильные фабрики и мукомольные заводы, радиаторы двигателей и кожухи вентиляторов легко покрываются волокнами и пылью, блокируя каналы теплоотвода; во влажной среде водяной пар имеет тенденцию конденсироваться на поверхности радиаторов, ускоряя прилипание пыли и вдвойне затрудняя теплоотвод. Во-вторых, чрезмерная температура окружающей среды. В высокотемпературных сценариях, таких как сталелитейные заводы и металлургические цеха, температура окружающей среды может достигать более 40 °C, превышая расчетную максимальную температуру окружающей среды двигателя (обычно 35 °C), уменьшая разницу температур для теплоотвода и значительно снижая эффективность теплоотвода. В-третьих, отказы системы охлаждения. В системах принудительного воздушного и водяного охлаждения, обычно используемых в крупных двигателях переменного тока, повреждение вентилятора, отказ водяного насоса или засорение охлаждающих трубопроводов напрямую приводят к потере теплоотводящей способности и быстрому повышению температуры. Кроме того, перегрузка двигателя является распространённым человеческим фактором, приводящим к перегреву в промышленных условиях. Когда нагрузка двигателя превышает номинальную более чем на 15%, ток в обмотках значительно увеличивается, а потери в меди увеличиваются пропорционально квадрату тока, что может привести к кратковременному перегреву.
2. Целевая защита и решения в промышленных сценариях
2.1 Профилактика: заложите основу для безопасной эксплуатации
В ответ на вышеперечисленные причины, промышленные сценарии требуют создания системы защиты, включающей три измерения: «профилактика – мониторинг – аварийное реагирование». На уровне профилактики, во-первых, оптимизируйте выбор двигателя. Выберите двигатель соответствующей мощности в соответствии с нагрузочными характеристиками, чтобы избежать ситуации «маленькая лошадка тянет большую телегу». Кроме того, для конкретных условий эксплуатации выбирайте специальные двигатели — полностью закрытые двигатели с самоохлаждением (с классом защиты IP55 или выше) для запыленных сред и двигатели с высокотемпературной изоляцией (например, класс F и класс H, с допустимой температурой 155 °C и 180 °C соответственно) для высокотемпературных сред. Во-вторых, улучшите монтаж и техническое обслуживание. Убедитесь, что двигатель закреплен горизонтально во время установки, чтобы избежать дисбаланса ротора; регулярно очищайте радиаторы и кожухи вентиляторов от пыли и мусора, ежегодно проводите смазку и техническое обслуживание подшипников, а также своевременно заменяйте стареющую изоляцию обмоток и изношенные подшипники. Для клеммных соединений используйте динамометрический ключ, чтобы закрепить их в соответствии со стандартами, чтобы предотвратить чрезмерное контактное сопротивление.
2.2 Мониторинг: выявление скрытых опасностей заранее
На уровне мониторинга необходимо создать систему мониторинга температуры в реальном времени для раннего обнаружения опасностей перегрева. Для двигателей малой и средней мощности в обмотки статора могут быть встроены платиновые термометры сопротивления PT100 для непосредственного контроля температуры обмотки; для больших двигателей можно использовать инфракрасные термометры для регулярных проверок ключевых деталей, таких как подшипники и торцевые крышки, или можно установить онлайн-устройства измерения температуры для передачи данных о температуре в центральную систему управления в режиме реального времени. Когда температура превышает пороговое значение (например, 140 °C для двигателей класса F), автоматически срабатывает звуковая и визуальная сигнализация. Одновременно с этим контролируйте параметры тока и напряжения с помощью интеллектуального контроллера двигателя. Когда ток превышает номинальное значение на 10 %, нагрузка автоматически уменьшается или двигатель отключается, чтобы избежать выделения тепла из-за перегрузки в источнике. Кроме того, оптимизируйте конструкцию системы отвода тепла: установите независимые вентиляторы охлаждения или рубашки с водяным охлаждением для двигателей в условиях высоких температур; в условиях запыленности использовать метод «принудительной вентиляции», при котором в двигатель подается чистый сжатый воздух, предотвращая попадание пыли в структуру рассеивания тепла.
2.3 Действия в чрезвычайных ситуациях и долгосрочная оптимизация: обеспечение непрерывной работы
На уровне аварийного управления и долгосрочной оптимизации, когда двигатель выдает сигнал о перегреве, необходимо немедленно остановить машину для проверки. Используйте мультиметр для проверки сопротивления изоляции обмотки, чтобы определить, есть ли короткое замыкание; используйте вибродетектор для проверки износа подшипников и балансировки ротора, чтобы избежать расширения неисправности. В долгосрочной перспективе, создайте файл управления полным жизненным циклом двигателя, регистрируйте данные каждого технического обслуживания и измерения температуры, анализируйте схему перегрева и заранее сформулируйте план замены для деталей с частыми отказами. Одновременно совмещайте энергосберегающие преобразования, заменяя старые двигатели на высокоэффективные энергосберегающие двигатели переменного тока. Эти двигатели используют оптимизированную конструкцию обмотки и сердечника, что может снизить потери меди и железа на 20%-30%, что существенно снижает тепловыделение. Подводя итог, можно сказать, что защита от перегрева двигателей переменного тока должна сочетать в себе характеристики сценария и посредством систематических мер, таких как «точный выбор, улучшенный мониторинг, оптимизированный отвод тепла, а также стандартизированная эксплуатация и техническое обслуживание», достигать двойной цели: предотвращения неисправностей и эффективной эксплуатации, а также обеспечивать непрерывность и стабильность промышленного производства.
