Hvad rolle spiller harmoniske forvrængninger i varmeproduktion i motorer?

Indflydelse af harmoniske forvridninger på motorvarme

1. Øget kobbertab

• Princip: I en motor genererer vindingsmodstanden kobbertab (resistive tab) ved grundfrekvensen. Når harmoniske strømme passerer gennem vindingerne, bliver hudeeffekten mere udtalt pga. de højere harmoniske frekvenser. Hudeeffekten fokuserer strømmen nær ledningens overflade, hvilket reducerer den effektive tværsnitsareal og øger modstanden, og dermed øger kobbertab.

• Resultat: Øgelsen i kobbertab fører direkte til højere temperaturer i motorens vindinger, hvilket accelererer aldringen af isoleringsmaterialer og forkorter motorens levetid.

2. Øget jernstab

• Princip: I en motors jernkerne forekommer hysteresetab og kredsløbsforladte tab, som kollektivt kaldes jernstab, ved grundfrekvensen. Når harmoniske strømme passerer gennem motoren, øges frekvensen af magnetfeltets ændringer, hvilket fører til højere hysteresetab og kredsløbsforladte tab. Især øger højfrekvente harmonier betydeligt kredsløbsforladte tab, da disse tab er proportionale med frekvensens kvadrat.

• Resultat: Øgelsen i jernstab følger med en stigning i jernkernen, hvilket yderligere forværrer den samlede motorvarme, reducerer effektiviteten og pålideligheden.

3. Øget yderligere tab

• Princip: Ud over kobber- og jernstab kan harmonier give anledning til andre former for yderligere tab. For eksempel kan harmoniske strømme generere ekstra elektromagnetiske kræfter mellem stator og rotor, hvilket fører til mekaniske vibrationer og friktionstab. Desuden kan harmonier give anledning til ekstra mekaniske tab i komponenter som lejer og fluer.

• Resultat: Disse yderligere tab øger endnu mere motorens varmegenerering, hvilket potentielt kan føre til overophedede lejer, smørelsesfejl og endda mekaniske nedbrud.

4. Ujævn temperaturstigning

• Princip: Når harmoniske strømme findes, kan det føre til en ujævn magnetfeltfordeling i motoren, hvilket giver anledning til lokal overophedning. For eksempel kan visse områder af vindingerne have højere harmoniske strømdensiteter, hvilket resulterer i at disse regioner når langt højere temperaturer end andre. Denne ujævne temperaturstigning accelererer aldringen af lokale isoleringsmaterialer og øger risikoen for motorfejl.

• Resultat: Lokal overophedning påvirker ikke kun motorens levetid, men kan også føre til isoleringsnedbrydning, hvilket forårsager alvorlige elektriske fejl.

5. Reduceret kølesystemeffektivitet

• Princip: Et motors kølesystem (såsom fluer og varmekilder) er typisk designet til at håndtere termisk belastning ved grundfrekvensen. Når harmoniske strømme øger motorens varmegenerering, kan kølesystemets evne til at dissipere denne ekstra varme være utilstrækkelig, hvilket fører til en konstant stigning i motorens temperatur.

• Resultat: Reduktionen i kølesystemets effektivitet forværret yderligere motorens opvarmningsproblem, hvilket skaber en ond cirkel, der kan ende med at udløse overophedningsbeskyttelsesmekanismer eller endda brænde ud motoren.

6. Reduceret effektfaktor

• Princip: Når harmoniske strømme findes, reduceres motorens effektfaktor, da harmonier ikke bidrager til nyttigt arbejde, men i stedet øger reaktiv effekt og harmonisk effekt. En lavere effektfaktor betyder, at motoren må trække mere strøm fra nettet for at opretholde samme udgangseffekt, hvilket øger linjetab og transformator-tab, og yderligere øger motorens varmegenerering.

• Resultat: Reduktionen i effektfaktor øger ikke kun motorens varmegenerering, men reducerer også den samlede effektivitet af strømsystemet, hvilket fører til højere elomkostninger.

Foranstaltninger til reduktion af harmoniers indflydelse på motorvarme

For at mildne effekten af harmonier på motorvarme kan følgende foranstaltninger træffes:

• Installér harmonifiltre: Brug passive eller aktive harmonifiltre til at absorbere eller dæmpe harmoniske strømme i systemet, hvilket gendanner netspændingens sinusform og reducerer harmoniers indflydelse på motoren.

• Vælg harmonimodstandsdygtige motorer: Nogle motorer er specielt designet til bedre at klare harmonier, som dem med specielle vindingsstrukturer eller kerne-materialer, der minimere yderligere tab og opvarmning, der skyldes harmonier.

• Optimer lasthåndtering: Planlæg produktionstider for at undgå at køre for mange ikkelinære laster samtidig, hvilket reducerer genereringen af harmonier.

• Brug lav-harmonisk tilstand i frekvenskonvertere (VFD): Hvis motoren drives af en VFD, vælg VFD'er med lav-harmoniske egenskaber eller juster VFD-parametre for at reducere harmonisk output.

• Forbedr kølesystemer: For motorer, der allerede er påvirket af harmonier, forbedr kølesystemet (f.eks. ved at øge flueeffekten eller forbedre varmekilde-designet) for at forbedre varmeafgivelse og forhindre overophedning.

• Regelmæssig vedligeholdelse og overvågning: Inspecter regelmæssigt motorens driftstillstand, overvåg parametre som temperatur, strøm og effektfaktor, og løs potentielle problemer hurtigt for at sikre optimal motorprestation.

Sammenfatning

Harmoniske forvridninger har en betydelig indflydelse på motorvarme, primært ved øget kobbertab, jernstab, yderligere tab, ujævn temperaturstigning, reduceret kølesystemeffektivitet og reduceret effektfaktor. Disse faktorer bidrager tilsammen til højere motortemperaturer, accelererer aldringen af isoleringsmaterialer, forkorter motorens levetid, og kan forårsage alvorlige elektriske og mekaniske fejl. For at reducere harmoniers indflydelse på motorvarme er det afgørende at implementere effektive harmonie-mildnende foranstaltninger, optimere motorvalg og -vedligeholdelse, og sikre stabil drift af strømsystemet.