کلاس حرارتی الکتروموتور

در دهه‌های اخیر، با پیشرفت فناوری و نیاز روزافزون به سیستم‌های الکتریکی پویا، کلاس حرارتی الکتروموتورها به یکی از مسائل حیاتی در زمینه مهندسی برق تبدیل شده است. الکتروموتورها به عنوان مهم‌ترین عناصر در انتقال و تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این سیاق، کلاس حرارتی الکتروموتور به عنوان یک پارامتر اساسی برای بهینه‌سازی عملکرد و افزایش عمر مفید الکتروموتورها اهمیت بسیاری پیدا کرده است. این مقاله به بررسی اصول، اندازه‌گیری و مدیریت کلاس حرارتی الکتروموتورها می‌پردازد، با هدف افزایش کارایی و پایداری این سیستم‌های حیاتی در محیط‌های مختلف صنعتی.

معرفی کلاس حرارتی الکتروموتور

کلاس حرارتی الکتروموتور، حداکثر دمای مجاز عایق سیم پیچ موتور (تحت کار مداوم) را مشخص می کند. این کلاس ها با فرض اینکه دمای محیط کار موتور 40 درجه سانتی گراد باشد، میزان افزایش دمای مجاز از این دما را مشخص می کنند.

برای تعیین کلاس حرارتی موتور، علاوه بر حداکثر دمای محیط که 40 درجه سانتی گراد در نظر گرفته می شود، میزان سرویس فاکتور موتور را 1.0 و ارتفاع آن را از سطح دریا 1000 متر در نظر می گیرند (زیرا در ارتفاع بالاتر هوا رقیق تر بوده و ظرفیت خنک کنندگی کمتری دارد).

انواع کلاس‌های حرارتی الکتروموتورها

قبل از اقدام به بررسی کلاس‌های عایقی و تعریف مقادیر مختلف در آن‌ها ضرورت دارد اطلاعاتی را در مورد مقادیر پیشفرض مورد استفاده برای موتورهای القایی سه فاز در نظر گرفت. این اطلاعات، هرچند به عنوان مقادیر پیشفرض ذکر شده‌اند، در عمل دماهای مطرح شده در ادامه نیز به طور تقریبی برای الکتروموتورهای سایر نوع نیز قابل استفاده هستند.

کلاس A

این کلاس موتور با عایق بندی خاص خود، حداکثر قادر به تحمل دمای 105 درجه است و در شرایط بار کامل، حداکثر مقدار تحمل دمایی آن 60 درجه می‌باشد. همچنین، با افزایش میزان بار تا مقدار SF=1.15، حداکثر مقدار مجاز افزایش دما به 70 درجه افزایش خواهد یافت.

کلاس B

الکتروموتورها با قابلیت تحمل حرارت تا 30 درجه سانتیگراد، در شرایط بار کامل و زمانی که SF برابر با 1 است، تا حدود 80 درجه سانتیگراد افزایش دما دارند. همچنین، با افزایش دمای آنها در شرایط SF برابر با 1.15، تا حدود 90 درجه سانتیگراد افزایش دما خواهد یافت.

کلاس F

دمای تعیین‌شده برای عایق‌های الکتروموتورهای این کلاس، به مقدار 155 درجه سانتیگراد می‌رسد. در شرایط بار کامل یا زمانی که SF برابر با 1 است، این موتورها قابلیت افزایش دما تا حداکثر 105 درجه را دارا هستند. همچنین، در مواقع اضافه بار که مقدار SF برابر با 1.15 می‌شود، حداکثر مقدار مجاز افزایش دما برای این موتورها به 115 درجه سانتیگراد خواهد بود.

کلاس H

الکتروموتورهای مورد نظر، تا حداکثر 180 درجه سانتیگراد تحمل دما دارند و در شرایط بار کامل، افزایش دما تا حداکثر 125 درجه سانتیگراد امکان‌پذیر است. هرچند که مقدار دمای تعریف‌شده برای زمان اضافه بار مشخص نشده است.

نکته مهم درباره کلاس‌های حرارتی الکتروموتور

در این بخش، نکات حائز اهمیتی برای مدیریت دمای الکتروموتورها وجود دارد. بر اساس اطلاعات ارائه شده، دمای عملکرد الکتروموتور با افزودن 40 درجه سانتیگراد به دمای محیط مشخص می‌شود. مهمترین نکته دیگر آنکه حداکثر دمای تحمل الکتروموتورها باید در محدوده 5 تا 15 درجه سانتیگراد از بالاترین دمای اعلام‌شده باشد، که به آن “نقطه داغ” یا Hot Spot نیز گفته می‌شود. اگرچه افزایش دما به این میزان موجب سوختن موتور نمی‌شود، اما می‌تواند به عایق‌های الکتروموتور آسیب جدی بزند و منجر به کاهش محسوس عمر مفید موتور گردد.

تعیین کلاس الکتروموتور در حد زیادی به نوع عایق استفاده شده در آن وابسته است. در صورت نیاز به تعمیر یا تعویض سیم پیچی الکتروموتور، حائز اهمیت است که در موتورهای القایی سه فاز، دمای سیم پیچ‌ها در شیارهای استاتور به طور قابل توجهی بالاتر از سر و ته سیم‌ها در قسمت بیرونی قرار دارد. این به دلیل فشردگی سیم پیچ‌ها در این قسمت است و تمرکز حرارت موجب آسیب بیشتر به عایق‌ها می‌شود.

تاثیر درجه حرارت کاری بر روی عملکرد الکتروموتور

در این بخش، نکته‌ای که حائز اهمیت است این است که دمای عملکرد الکتروموتور بر تاثیر مستقیم بر طول عمر آن دارد. از دیدگاه معکوس نیز این موضوع قابل تأیید است. به عنوان مثال، فرض کنید یک موتور کلاس F به مدت 20000 ساعت در دمای مجاز خود فعالیت کند، در چنین شرایطی این موتور نصفی از استحکام مکانیکی خود را از دست خواهد داد. از طرف دیگر، اثرات تغییرات دما بر طول عمر الکتروموتورها به شرح زیر خواهد بود:

• طول عمر 80000 ساعت یا 10 سال، در دمای 135 درجه سانتیگراد
• طول عمر 40000 ساعت یا 5 سال، در دمای 145 درجه سانتیگراد
• طول عمر 20000 ساعت یا 5 سال، در دمای 165 درجه سانتیگراد
• طول عمر 5000 ساعت یا کمتر از 1 سال، در دمای 175 درجه سانتیگراد

عوامل موثر بر کلاس حرارتی الکتروموتور

کلاس حرارتی الکتروموتور، حداکثر دمای مجاز عایق سیم پیچ موتور (تحت کار مداوم) را مشخص می کند. این کلاس ها با فرض اینکه دمای محیط کار موتور 40 درجه سانتی گراد باشد، میزان افزایش دمای مجاز از این دما را مشخص می کنند. عوامل مختلفی بر کلاس حرارتی الکتروموتور موثر هستند. این عوامل عبارت‌اند از:

• دمای محیط: دمای محیط یکی از مهمترین عوامل موثر بر کلاس حرارتی الکتروموتور است. هر چه دمای محیط بالاتر باشد، دمای سیم پیچ موتور نیز بالاتر خواهد رفت. بنابراین، برای موتورهایی که در محیط های گرم کار می کنند، باید از کلاس حرارتی بالاتری استفاده شود.
• سرویس فاکتور موتور: سرویس فاکتور موتور، نسبت توان واقعی موتور به توان نامی آن است. هر چه سرویس فاکتور موتور بالاتر باشد، جریان بیشتری از سیم پیچ موتور عبور می کند و دمای سیم پیچ نیز بالاتر می رود. بنابراین، برای موتورهایی که سرویس فاکتور بالایی دارند، باید از کلاس حرارتی بالاتری استفاده شود.
• ارتفاع از سطح دریا: ارتفاع از سطح دریا نیز بر کلاس حرارتی الکتروموتور موثر است. در ارتفاع بالاتر، هوا رقیق تر بوده و ظرفیت خنک کنندگی آن کمتر است. بنابراین، برای موتورهایی که در ارتفاعات بالاتر کار می کنند، باید از کلاس حرارتی بالاتری استفاده شود.
• نوع و کیفیت عایق سیم پیچ: نوع و کیفیت عایق سیم پیچ نیز بر کلاس حرارتی الکتروموتور موثر است. عایق های با کیفیت بالاتر می توانند در دماهای بالاتر بدون آسیب دیدن کار کنند. بنابراین، برای موتورهایی که در دماهای بالاتر کار می کنند، باید از عایق های با کیفیت بالاتر استفاده شود.
• نوع و مقدار بار اعمال شده به موتور: نوع و مقدار بار اعمال شده به موتور نیز بر کلاس حرارتی الکتروموتور موثر است. بارهای سنگین تر باعث افزایش جریان موتور و در نتیجه افزایش دمای سیم پیچ می شوند. بنابراین، برای موتورهایی که بارهای سنگینی را تحمل می کنند، باید از کلاس حرارتی بالاتری استفاده شود.
• افزایش دمای سیم پیچ موتور: با افزایش دمای سیم پیچ موتور، مقاومت آن نیز افزایش می یابد. این امر باعث کاهش جریان موتور و در نتیجه کاهش دمای سیم پیچ می شود. بنابراین، موتورها دارای مکانیسم های خنک کننده مختلفی هستند که از افزایش دمای سیم پیچ موتور جلوگیری می کنند.

جمع بندی

کلاس حرارتی الکتروموتور یکی از مهم‌ترین عواملی است که باید هنگام انتخاب الکتروموتور به آن توجه شود. کلاس حرارتی باید با شرایط کاری موتور مطابقت داشته باشد. اگر دمای سیم پیچ موتور از حد مجاز بیشتر شود، عایق سیم پیچ آسیب می بیند و عمر موتور کاهش می یابد.

سوالات متداول

•  کلاس حرارتی الکتروموتور چیست؟

کلاس حرارتی الکتروموتور، حداکثر دمای مجاز عایق سیم پیچ موتور (تحت کار مداوم) را مشخص می کند. این کلاس ها با فرض اینکه دمای محیط کار موتور 40 درجه سانتی گراد باشد، میزان افزایش دمای مجاز از این دما را مشخص می کنند.

• عوامل موثر بر کلاس حرارتی الکتروموتور چیست؟

عوامل مختلفی بر کلاس حرارتی الکتروموتور موثر هستند. این عوامل دمای محیط، سرویس فاکتور موتور و ارتفاع از سطح دریا خواهند بود.

• کلاس حرارتی مناسب برای یک الکتروموتور را چگونه انتخاب کنیم؟

برای انتخاب کلاس حرارتی مناسب برای یک الکتروموتور، باید به عوامل مختلفی توجه کرد، مانند دمای محیطی که الکتروموتور در آن کار می کند، سرویس فاکتور الکتروموتور و ارتفاع از سطح دریا.