هر زمان که جریان الکتریکی از یک سیم (مانند سیم‌پیچ‌های موتور) عبور می‌کند، مقاومت سیم و سایر تلفات آن منجر به تولید حرارت می‌شود. این حرارت به سایر قسمت‌های الکتروموتور نیز منتقل شده و به‌مرور زمان باعث تخریب آن‌ها می‌شود. یکی از اجزای کلیدی موتورها که برای محافظت از سیم‌پیچ‌ها در برابر گرما استفاده می‌شود، عایق حرارتی است.
کلاس عایقی موتور طبق استاندارد NEMA به چهار دسته تقسیم می‌شود:
- کلاس حرارتی A
- کلاس حرارتی B
- کلاس حرارتی F
- کلاس حرارتی H
این کلاس ها مشخص‌کننده تحمل دمایی و طول عمر عملیاتی عایق‌ها هستند.
راحت‌ترین راه تشخیص کلاس عایقی، پلاک خوانی الکتروموتور است. اما مفهوم هر کلاس و تعیین محدوده دمایی آن را در این مقاله مطالعه خواهید کرد.
تعیین کلاس حرارتی موتور
کلاس حرارتی موتور حداکثر دمای مجاز عایق‌ها را تحت کارکرد مداوم و شرایط ایدئال بیان می‌کند. براین‌اساس:
- کلاس حرارتی A: حداکثر دما 105 درجه سانتی‌گراد و عمر کاری 20000 ساعت در شرایط ایدئال
- کلاس حرارتی B: حداکثر دما 130 درجه سانتی‌گراد و عمر کاری 20000 ساعت
- کلاس حرارتی F: حداکثر دما 155 درجه سانتی‌گراد و عمر کاری 20000 ساعت
- کلاس حرارتی H: حداکثر دما 180 درجه سانتی‌گراد و عمر کاری 20000 ساعت
شرایط ایدئال برای تعیین کلاس حرارتی موتور
تعیین کلاس عایقی موتورها در شرایط ایدئال، یعنی دمای محیطی 40 درجه سانتی‌گراد، سرویس فاکتور 1.0 و ارتفاع 1000 متر از سطح دریا انجام می‌شود. درصورتی‌که موتور در شرایطی غیر از موارد گفته شده استفاده شود، کلاس عایقی آن تغییر می‌کند.
- دمای محیطی: اگر دمای محیط بالاتر از 40 درجه باشد، دمای کلاس عایقی موتور به میزان اختلاف دمای محیط با 40 درجه، کاهش می‌یابد.
- سرویس فاکتور: سرویس فاکتور بالاتر از 1.0 به معنی بارگذاری بیشتر از حد موتور است و دمای سیم‌پیچ‌ها را افزایش می‌دهد؛ بنابراین باید با نسبت خاصی میزان افزایش دمای موتور کاهش می‌یابد.
- ارتفاع: در ارتفاعات بیشتر از 1005 متر از سطح دریا، به علت رقیق‌شدن هوا میزان خنک‌کنندگی آن کاهش می‌یابد؛ در نتیجه عمر مفید عایق‌ها نیز کمتر می‌شود.
باتوجه‌به تصویر بالا، حداکثر دمای هر کلاس عایقی با فرض حداکثر دمای محیطی 40 درجه سانتی‌گراد، از دو بخش تشکیل شده است:
- افزایش دمای مجاز (رنگ قرمز): میزان افزایش دمای سیم‌پیچ‌ها نسبت به دمای محیط را در حین کارکرد نرمال نمایش می‌دهد. لازم‌به‌ذکر است که شروع افزایش دما، از 40 درجه (دمای محیط) در نظر گرفته می‌شود.
- حاشیه نقطه داغ (رنگ زرد): برخی از نقاط داخلی سیم‌پیچ‌ها به دلایل مختلفی از جمله توزین نامنظم جریان، دمای بالاتری دارند؛ این دما، آستانه تحمل عایق‌ها را نمایش می‌دهد.
جدول کلاس عایقی
کلاس های عایقی موتور بر اساس استاندارد NEMA که در حال استفاده می شوند، A،B،F و H هستند. اگرچه موتورهای جدید به ندرت با کلاس عایقی A تولید می شوند. همانطور که در شکل زیر نمایش داده شده است، حداکثر دمای سیم پیچ با هر مرحله افزایش در کلاس عایقی، 25 درجه سانتی گراد افزایش می یابد.
اخیراً در صنایع از حروف کلاس های عایق، به عنوان حروف نشان دهنده افزایش دما استفاده می کنند؛ به عنوان مثال، افزایش 80 درجه سانتی گراد به عنوان «کلاس B» شناخته می شود، زیرا حداکثر افزایش دمای مجاز برای موتوری در کلاس B با سرویس فاکتور 1.0 و دمای محیطی 40 درجه است.
بر اساس همین اگر موتوری دارای کلاس عایقی F باشد ولی میزان افزایش دمای مجاز آن 80 درجه باشد، با رتبه بندی «F/B» مشخص می شود؛ اگرچه این شیوه بین برخی از تولید کنندگان موتور مرسوم شده است ولی مورد تأیید NEMA نیست و اشاره ای به آن نشده است.
مثلاً در موتورهای F/B، حداکثر دمای سیم پیچ 155 درجه سانتی گراد (بر اساس کلاس F) و میزان افزایش دمای مجاز 80 درجه سانتی گراد (بر اساس کلاس B) است. با افزودن 80 درجه به 40 درجه سانتی گراد (دمای محیط) به اضافه حاشیه ایمنی 10 درجه در کلاس F به حداکثر دمای 135 درجه سانتی گراد می رسیم؛ در حالیکه حداکثر دمای مجاز برای کلاس عایقی F برابر 155 درجه است. بنابراین موتورهای F/B حاشیه ایمنی اضافی (25 درجه سانتی گراد) دارند که عمر عایق ها و موتور را تا حد قابل توجهی افزایش می دهد.
عمر عایق حرارتی
اگر حرارت موتور از آستانه دمایی خاصی فراتر رود، عایق ها با سرعت بسیار زیادی خراب می شوند؛ تقریباً به ازای هر 10 درجه سانتی گراد افزایش دما، میزان خرابی عایق دو برابر می شود. به عنوان مثال کلاس عایقی F، پس از 20000 ساعت کار در دمای نامی خود، نیمی از استحکام مکانیکی خود را از دست می دهد؛ البته عایق در مرحله از بین نرفته ولی به طور قابل توجهی ضعیف شده است.
به صورت کلی، عمر عایق یک موتور کلاس F را می توان این گونه تخمین زد:
- 80000 ساعت (10 سال) در 135 درجه سانتی گراد
- 40000 ساعت (5 سال) در 145 درجه سانتی گراد
- 20000 ساعت (2.5 سال) در 155 درجه سانتی گراد
- 10000 ساعت (1.25 سال) در 165 درجه سانتی گراد
- 5000 ساعت (کمتر از 1 سال) در دمای 175 درجه سانتی گراد
در واقعیت، موتورها به طور مداوم در یک دمای یکسان کار نمی کنند، زیرا بار و دمای محیط آن ها تغییر می کند؛ اما به هر حال کاهش دمای کار می تواند از خرابی موتور و عایق ها جلوگیری کند.
روش‌های اندازه‌گیری دمای سیم‌پیچ موتور
دو روش اصلی برای اندازه‌گیری دمای سیم‌پیچ الکتروموتورها وجود دارد:
- اندازه‌گیری بر اساس تغییر مقاومت
- اندازه‌گیری مستقیم با سنسور
اندازه‌گیری دمای سیم‌پیچ با تغییر مقاومت
در این روش بر اساس تغییر مقاومت سیم‌پیچ‌ها در حین کارکرد، افزایش دما را محاسبه می‌کنند. برای این کار از فرمول زیر استفاده می‌شود:
در این فرمول:
- Δt = افزایش دما (°C)
- R2 = مقاومت سیم‌پیچ داغ (اهم)
- R1 = مقاومت سیم‌پیچ سرد (اهم)
- t1 = دمای محیط در ابتدای تست (°C)
- t2 = دمای محیط در انتهای تست (°C)
مراحل اندازه‌گیری:
- اندازه‌گیری مقاومت سیم‌پیچ در حالت سرد (موتور خاموش)
- راه‌اندازی موتور و ثبت دمای محیط (t1)
- پس از گذشت زمان مشخص، خاموش‌کردن موتور و اندازه‌گیری مقاومت سیم‌پیچ در حالت داغ (R2)
- ثبت دمای محیط در انتهای تست (t2)
- محاسبه افزایش دما (Δt) با استفاده از فرمول بالا
اندازه‌گیری دمای سیم‌پیچ با سنسور
در این روش با استفاده از سنسورهای مخصوصی که درون موتور تعبیه شده‌اند، دمای واقعی سیم‌پیچ‌ها اندازه‌گیری می‌شود.
نتیجه گیری
هنگام خریداری یا تعویض الکتروموتور باید مشخصات فنی دستگاه را با نیازهای خود تطبیق دهید؛ یکی از این مشخصات، کلاس حرارتی الکتروموتور است. ترجیحاً هنگام تعویض الکتروموتور، آن را با موتوری که عایق حرارتی مشابه یا بالاتری دارد جایگزین کنید. تعویض موتور با کلاس حرارتی پایین تر می تواند منجر به خرابی زودرس آن شود.
اگر در زمینه انتخاب و خرید الکتروموتور نیاز به راهنمایی بیشتری دارید، با کارشناسان وبسایت کالا صنعتی در تماس باشید تا علاوه بر مشاوره تخصصی رایگان، بهترین محصولات موجود در بازار را در کمترین زمان در هر نقطه ای از ایران تحویل بگیرید.همچنین در مقاله نگهداری دوره ای از الکتروموتور نکات مهمی برای افزایش عمر این دستگاه ها گفته شده است.
دمای سطح موتور به‌طورمعمول 30 درجه سانتی‌گراد از دمای سیم‌پیچ‌ها کمتر است. بنابراین اگر یک موتور عایق‌بندی شده (ایزوله) نوع F را در نظر بگیریم که در دمای 155 درجه سانتی‌گراد شروع به کار می کند و سپس دمای آن به 30 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد، دمای سطح را 125 درجه به دست می‌آوریم.
افزایش دمای مجاز بر اساس دمای محیط مرجع (40 درجه سانتی‌گراد) است و به یک روش مقاومتی تعیین می‌شود، هنگامی‌که موتور تحت بار به تعادل گرمایی می‌رسد، مقاومت سیم‌پیچ اندازه‌گیری می‌شود، لازم به ذکر است که مقاومت تابعی از دمای سیم‌پیچ است. جدول استاندارد مجاز افزایش دما برای یک موتور 1.0 S.F. در مقاله فوق آمده است.