Электродвигатели бывают переменного и постоянного тока. Первые делятся на синхронные и асинхронные, их конструкция надежнее, эксплуатация проще, что допускает использование в производстве бытовой техники для дома, лебедок, компрессоров, насосов, станков, вентиляторов для промышленности. О сроке службы необходимо думать на этапе выбора модели. Если параметры двигателя соответствуют регулярности применения и условиям эксплуатации, он служит долго при условии, что соблюдаются правила эксплуатации.
Сравнение синхронных и асинхронных электродвигателей
Оба вида этого оборудования работают от переменного тока. Скорость синхронных двигателей постоянная, частота вращения магнитного поля равна частоте вращения ротора.
- коэффициент мощности до 0,9;
- КПД на 1-3% выше, чем у асинхронного оборудования;
- высокая прочность благодаря сравнительно большому воздушному зазору;
- низкая чувствительность к скачкам напряжения с электросети;
- возможно использование для повышения коэффициента мощности на производстве.
Важно! К недостаткам можно отнести сравнительно высокую стоимость и сложность аппаратуры, используемой для пуска.
- графитные щетки и подшипники (быстро снашиваются);
- относительно слабая пружина для прижимания щеток к коллектору;
- тонкосъемное кольцо, склонное к скоплению налета из грязи.
Повышенного внимания требуют щетки. Если графит полностью стирается, повреждается токосъемное кольцо. При его выходе из строя двигатель перестает функционировать.
В асинхронных двигателях частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Конструкция простая, эксплуатация более надежная. При отсутствии перегрузок это оборудование служит долго.
Преимущества асинхронной конструкции:
- простота производства;
- сравнительно низкая стоимость;
- минимум затрат на эксплуатацию;
- подключение к сети без преобразователей (если отсутствует необходимость регулировать скорость).
При выборе необходимо учесть минусы:
- низкий коэффициент мощности и КПД (по сравнению с синхронными моделями);
- повышенная зависимость от напряжения в электросети;
- большая величина пускового тока и незначительный пусковой момент;
- невозможность регулировать скорость, если подключать прямо к сети.
Внимание! Самое уязвимое место – подшипники, но их замена проблем не создает.
Как продлить срок службы двигателей переменного тока
Чтобы этот вид оборудования служил долго, необходимо:
- верно выбрать модель;
- правильно установить;
- соблюдать советы производителя по эксплуатации;
- своевременно проводить техническое обслуживание;
- контролировать температуру во время работы;
- следить за состоянием обмотки;
- мгновенно реагировать на посторонний шум и повышенную вибрацию.
При выборе электродвигателя следует учесть:
- требуемые обороты и мощность;
- способ монтажа и напряжение;
- величину КПД и коэффициента мощности;
- дополнительные требования, связанные с условиями эксплуатации.
При монтаже используется лебедка, таль или кран. Перед началом работы следует проверить допустимую нагрузку подъемного устройства. При установке можно использовать только инструменты, не имеющие дефектов. При центровке, замене смазки, проверке зазоров, регулировке щеток обязательно отключение рубильника.
Предотвратить сбои помогает регулярный осмотр во время работы. Необходимо периодически затягивать крепления и болты, очищать поверхность. Не менее важен контроль за соответствием показателей тока заводским параметрам.
Срок службы электродвигателя напрямую зависит от срока службы изоляции. Для каждого класса установлен допустимый уровень температуры. Его превышение способствует разрушению изоляционного материала.
Внимание! Если оборвалась обмотка, единственное верное решение – перемотать. Скручивать или спаивать ее нельзя. В процессе перемотки важно соблюдать параметры сечения и количество витков.
Важно правильно выбрать оборудование, обеспечивающее аварийное отключение. Самыми эффективными считаются приборы максимальной токовой защиты (МТЗ).
Во время работы следите, чтобы вибрации и шум не превышали допустимый уровень. Отклонения свидетельствуют о неисправности механизма, которую необходимо найти и устранить немедленно.
Выбор электродвигателя осуществляется с учетом конструкции, режима работы, мощности, условиям пуска. Если самостоятельно рассчитать параметры не получается, желательно посоветоваться с опытным механиком или консультантом магазина. Любая ошибка при покупке может обернуться выходом из строя машины, для которой электродвигатель предназначен, и дополнительными финансовыми затратами.
Электродвигатели приводов работают в двигательном и тормозном режимах, преобразуя электрическую энергию в механическую или, наоборот, механическую энергию в электрическую. Преобразование энергии из одного вида в другой сопровождается неизбежными потерями, которые в конечном итоге превращаются в тепло.
Часть тепла рассеивается в окружающую среду, а остальная часть вызывает превышение температуры самого двигателя над температурой окружающей среды (подробнее смотрите здесь — Нагрев и охлаждение электродвигателей).
Материалы, применяемые для изготовления электродвигателей (сталь, медь, алюминий, изоляционные материалы), обладают различными физическими свойствами, которые изменяются от температуры.
Изоляционные материалы наиболее чувствительны к нагреву и обладают наименьшей нагревостойкостью по сравнению с другими материалами, используемыми в двигателе. Поэтому надежность работы двигателя, его технико-экономические характеристики и номинальная мощность определяются нагревом материалов, применяемых для изоляции обмоток.
Срок службы изоляции электродвигателей зависит от качества изолирующего материала и от температуры, при которой она работает. Практикой установлено, что, например, хлопчатобумажная волокнистая изоляция, погруженная в минеральное масло при температуре около 90 °С, может надежно работать в течение 15 — 20 лет. В течение этого срока происходит постепенный износ изоляции, то есть ухудшаются ее механическая прочность, эластичность и другие свойства, необходимые для нормальной работы.
Повышение рабочей температуры всего на 8 — 10 °С сокращает время износа этого вида изоляции до 8 — 10 лет (примерно в 2 раза), а при рабочей температуре 150 °С износ наступает через 1,5 месяца. Работа при температуре около 200 °С приводит эту изоляцию в негодность через несколько часов.
Потери, вызывающие нагрев изоляции двигателя, зависят от нагрузки. Малая нагрузка увеличивает время износа изоляции, но приводит к недоиспользованию материалов и повышению стоимости двигателя. Наоборот, работа двигателя с большой нагрузкой резко сокращает его надежность и срок службы, и также может оказаться экономически нецелесообразной. Поэтому рабочую температуру изоляции и нагрузку двигателя, то есть его номинальную мощность, выбирают из технико-экономических соображений с таким расчетом, чтобы время износа изоляции и срок службы двигателя в условиях нормальной эксплуатации был примерно 15 — 20 лет.
Применение изоляционных материалов из неорганических веществ (асбеста, слюды, стекла и др.), обладающих более высокой нагревостойкостью, позволяет снизить вес и габариты двигателей и увеличить мощность. Однако нагревостойкость изоляционных материалов определяется в первую очередь свойствами лаков, которыми пропитывают изоляцию. Пропиточные составы даже из кремнийорганических соединений (силиконов) обладают сравнительно невысокой нагревостойкостью.
Правильно выбранный двигатель для привода рабочей машины, должен соответствовать механическим характеристикам, режиму работы машины и требуемой мощности. При выборе мощности двигателя исходят прежде всего из его нагрева, а точнее нагрева его изоляции.
Мощность двигателя будет определена правильно, если при работе температура нагрева его изоляции близка к предельно допустимой. Завышение мощности двигателя приводит к снижению рабочей температуры изоляции, недоиспользованию дорогостоящих материалов, к увеличению капитальных затрат и ухудшению энергетических показателей.
Мощность двигателя будет недостаточной по отношению к требуемой, если рабочая температура его изоляции превышает предельно допустимую, что может привести к неоправданным капитальным затратам на замену двигателя, в результате преждевременного износа изоляции.
В настоящее время двигатели переменного тока пользуются большим спросом среди большинства современных производственных предприятий. Асинхронные двигатели (АД) на практике показывают свою выносливость и простоту по относительно низкой стоимости. Однако в процессе эксплуатации могут возникать повреждения элементов двигателя, что в свою очередь приводит к преждевременному выходу его из строя.
Основными источниками развития повреждений асинхронного двигателя являются:
- перегрузка или перегрев статора электродвигателя 31%;
- межвитковое замыкание – 15%;
- повреждения подшипников – 12%;
- повреждение обмоток статора или изоляции – 11%;
- неравномерный воздушный зазор между статором и ротором – 9%;
- работа электродвигателя на двух фазах – 8%;
- обрыв или ослабление крепления стержней в беличьей клетке – 5%;
- ослабление крепления обмоток статора – 4%;
- дисбаланс ротора электродвигателя – 3%;
- несоосность валов – 2%.
Электродвигатели как переменного, так и постоянного тока, рассчитаны на срок службы 15-20 лет (как правило). При соблюдении правил эксплуатации и своевременном техническом обслуживании электрические машины служат дольше этого срока. В статье мы расскажем читателям сайта Сам Электрик, что влияет на срок службы электродвигателя и как его можно продлить.
Правила выбора электродвигателя
Для того чтобы нормативный срок службы не уменьшался в процессе работы двигателя необходимо первоначально правильно подойти к выбору электрической машины. Несколько простых правил:
- Температура окружающего воздуха и влажность места, где будет установлен электродвигатель, должны соответствовать климатическому исполнению двигателя. При этом необходимо принимать в расчет, что электрическая машина при работе под нагрузкой будет нагреваться, соответственно температура воздуха будет увеличиваться.
- Мощность электродвигателя должна быть выше на 10% мощности потребителей (речь идёт о нагрузочной способности, мощности и моменте необходимых для привода в движения исполнительных механизмов). В соответствии с ГОСТ, при проектировании электроэнергетической системы мощность электродвигателя берется с запасом в 10% от номинальной.
- Выбор взрыво- влаго- пылезащищенности (по стандарту IP) двигателя должен соответствовать условиям эксплуатации машины. Степени защиты, виды исполнения и категории размещения электрооборудования регламентируются ГОСТ Р МЭК 60034-5-2007.
- Выбор типа электродвигателя, синхронный или асинхронный, должен соответствовать характеру нагрузки и режиму использования (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и прочие). При неверном выборе двигателя к механизму значительно снижается его срок службы. Так не стоит использовать двигатель с лебедки, подъёмного крана или привода задвижки для привода вентиляторов или насосов.
- Напряжение и ток электродвигателя должны быть выбраны с учетом возможности энергоснабжения предприятия. Для снижения пусковых токов (особенно у мощных ЭД) стоит выбрать электрическую машину с пуском путем переключения со «звезды» на «треугольник». Для этого номинальное напряжение «треугольника» должно быть равно линейному напряжению снабжающей сети, в большинстве случаев это двигатели с номинальным напряжением 380/660 В.
Выбор электродвигателя необходимо доверить профессионалу. Потому как особенностей, которые возникают в процессе работы и влияют на срок службы еще много. Это и момент нагрузки на валу и энергоэффективность и многие другие.
Советы по эксплуатации
Завод изготовитель к каждому изделию прилагает инструкцию. На протяжении всего срока службы электродвигателя необходимо строго придерживаться описанных в ней требований и рекомендаций. При необходимости или для разъяснения каких-либо спорных вопросов можно сделать запрос заводу-изготовителю.
В работе, на протяжении всего срока службы, электродвигатель нуждается в ежедневном, еженедельном или с другой периодичностью контроле и осмотре:
- замер сопротивления изоляции обмоток ротора и статора (также проводится перед каждым пуском);
- замер температуры обмоток (при номинальной нагрузке);
- контроль температуры подшипников (допускается органолептический метод);
- контроль вибрации двигателя и приводимого механизма.
Недопустимо использовать электродвигатель в помещениях без вентиляции, это приводит к повышенному нагреву его обмоток, как следствие, значительно сокращается срок службы. Необходимо контролировать и влажность в помещении, влага из воздуха может конденсироваться в электродвигателе из-за разницы температур, что приведет к снижению сопротивления изоляции и повышенному нагреву обмоток. Подшипники электродвигателя тоже могут пострадать из-за конденсата, особенно после длительного простоя.
Одной из наиболее распространенных причин выхода из строя электродвигателя является качество электроэнергии. Качество электроэнергии определяется ГОСТ 32144-2013. При снижении напряжения питающей сети увеличивается ток статора и, соответственно, происходит нагрев обмоток. Нагрев обмоток значительно сокращает срок службы изоляции.
Из-за повышенного напряжения происходит увеличение магнитного потока статора, тока намагничивания, что приводит к нагреву сердечника. Температуры достигают критических отметок, вплоть до пожара стали. К тому же из-за повышенного питающего напряжения происходит отбор реактивной мощности из сети, что отрицательно сказывается на потребителях.
Техническое обслуживание
Техническое обслуживание должно проводиться в сроки и в объемах, указанных в инструкции по эксплуатации. Техобслуживание также регламентируется документами: Правила технической эксплуатации электроустановок потребителя (ПТЭЭП) и Правила устройства электроустановок. При соблюдении всех требований, изложенных в инструкции на устройство и нормативных документах, срок службы двигателя превысит указанный в техпаспорте.
При мощности электроустановок до 100 кВт, как правило, выбирают трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Это обусловлено простотой конструкции, легкостью обслуживания и использования в работе, высокой надежностью и дешевизной. Техническое обслуживание таких двигателей проводится не реже раз в полгода.
При эксплуатации коллекторных и синхронных двигателей особое внимание стоит уделить коллекторно-щеточному аппарату, отслеживать состояние щеток и убирать угольно-графитовую пыль с коллекторов и колец. К слову, двигатели серии СДБМ оснащены бесщеточной системой возбуждения.
Влияние условий эксплуатации на срок службы электродвигателя доказано многими методами оценки отказов и поломок. Правильный выбор двигателя — это первичный способ сохранения и продления срока эксплуатации. Условия работы никак не повлияют, если изначально двигатель будет работать, например, с перегрузом или в помещении с высокой температурой, а исполнение будет для северных стран, вместо тропического и так далее.