Kakšno vlogo igrajo harmonične napake pri segrevanju motorjev?

Vpliv harmonskih odbojkov na segrevanje motorja

1. Povečane izgube v bakru

• Načelo: V motorju generirajo ovitja upornosti izgube v bakru (uporne izgube) pri osnovni frekvenci. Ko pa skozi ovitja tečejo harmonski tokovi, postane efekt površine bolj izrazit zaradi višjih harmonskih frekvenc. Efekt površine povzroča, da se tok koncentira blizu površine vodilnika, kar zmanjša učinkovito prečno sekcijsko ploščino in poveča upornost, s tem pa tudi izgube v bakru.

• Posledica: Povečane izgube v bakru neposredno vodijo do višjih temperatur v motorjem ovitju, pospešujejo starenje izolacijskih materialov in skrajšujejo življenjsko dobo motorja.

2. Povečane izgube v železu

• Načelo: V železnem jezgru motorja se pri osnovni frekvenci pojavljata izgube zaradi histereze in cirkulacijskega toka, skupaj znani kot izgube v železu. Ko harmonski tokovi pretečejo skozi motor, se frekvenca sprememb magnetnega polja poveča, kar vodi v višje izgube zaradi histereze in cirkulacijskega toka. Zlasti visokofrekvenčni harmonski značilno povečajo izgube zaradi cirkulacijskega toka, ker so te izgube sorazmerne s kvadratom frekvence.

• Posledica: Povečane izgube v železu povzročajo, da se temperatura železnega jezgra poveča, kar še dodatno poslabša celotno segrevanje motorja, zmanjšuje učinkovitost in zanesljivost.

3. Povečane dodatne izgube

• Načelo: Poleg izgub v bakru in železu lahko harmonski povzročijo tudi druge oblike dodatnih izgub. Na primer, harmonski tokovi lahko generirajo dodatne elektromagnetne sile med statorjem in rotorjem, kar vodi v mehanske vibracije in izgube zaradi trenja. Dodatno lahko harmonski povzročijo večje mehanske izgube v komponentah, kot so ležaji in ventilatori.

• Posledica: Te dodatne izgube še dodatno povečajo toplotno generiranje motorja, kar lahko vodi v presegrevane ležaje, odpadek smečenja in celo mehanske razpade.

4. Neenakomerna porast temperature

• Načelo: Prisotnost harmonskih tokov lahko vodi v neenakomerno porazdelitev magnetnega polja znotraj motorja, kar povzroča lokalno presegrevanje. Na primer, določeni deli ovitij lahko nosijo višje gostote harmonskih tokov, kar vodi do tega, da dosežejo mnogo višje temperature kot drugi. Ta neenakomerni porast temperature pospešuje starenje lokalnih izolacijskih materialov in poveča tveganje za odpoved motorja.

• Posledica: Lokalno presegrevanje vpliva ne le na življenjsko dobo motorja, ampak lahko tudi vodi do odpovedi izolacije, kar povzroči resne električne napake.

5. Zmanjšana učinkovitost hladilnega sistema

• Načelo: Hladilni sistem motorja (na primer ventilatori in ohladišča) je običajno oblikovan za obvladovanje toplotnega bremena pri osnovni frekvenci. Ko harmonski tokovi povečajo toplotno generiranje motorja, moč hladilnega sistema za disperzijo dodatne toplote morda ni zadostna, kar vodi v stalno rastečo temperaturo motorja.

• Posledica: Zmanjšana učinkovitost hladilnega sistema še dodatno poslabša problem segrevanja motorja, ustvarja krog zla, ki lahko končno sproži mehanizme za zaščito pred presegrevanjem ali celo izgori motor.

6. Zmanjšan faktor moči

• Načelo: Prisotnost harmonskih tokov zmanjša faktor moči motorja, ker harmonski ne prispevajo k uporabni delovni moči, temveč povečujejo reaktivno moč in harmonske moči. Nižji faktor moči pomeni, da mora motor iz omrežja pridobiti več toka, da bi ohranil isto izhodno moč, kar poveča izgube v črtovju in transformatorjih, ter še dodatno poveča toplotno generiranje motorja.

• Posledica: Zmanjšan faktor moči ne le poveča toplotno generiranje motorja, ampak tudi zmanjša splošno učinkovitost sistema za zagotavljanje energije, kar vodi do višjih stroškov električne energije.

Merila za zmanjšanje vpliva harmonskih odbojkov na segrevanje motorja

Za zmanjšanje učinka harmonskih odbojkov na segrevanje motorja je mogoče sprejeti naslednja merila:

• Namestite harmonske filtre: Uporabite pasivne ali aktivne harmonske filtre, da absorbirate ali znižate harmonske tokove v sistemu, obnovite sinusni obliko naponov v omrežju in zmanjšate vpliv harmonskih odbojkov na motor.

• Izberite motorje, odporne na harmonske odbojke: Nekateri motorji so posebej oblikovani, da bolje prenašajo harmonske odbojke, na primer tisti z posebnimi strukturami ovitij ali jezgrnim materialom, ki zmanjšujejo dodatne izgube in segrevanje, povzročeno harmonskimi odbojkami.

• Optimizirajte upravljanje bremena: Organizirajte proizvodni tabor, da izognete hkratnemu delovanju prevelikih nelinearnih bremen, s tem pa zmanjšate nastajanje harmonskih odbojkov.

• Uporabite način z nizkimi harmonskimi odbojki v pogonskih enotah s spremenljivo frekvenco (IEE-Business): Če motor pogonja pogonska enota s spremenljivo frekvenco, izberite pogonske enote s funkcijo nizkih harmonskih odbojkov ali prilagodite parametre pogonske enote, da zmanjšate izhod harmonskih odbojkov.

• Poboljšajte hladilne sisteme: Za motorje, ki so že vplivani harmonskimi odbojkami, izboljšajte hladilni sistem (na primer z povečanjem moči ventilatorjev ali izboljšanjem dizajna ohladišč), da izboljšate disperzijo toplote in preprečite presegrevanje.

• Redna vzdrževanje in nadzor: Redno pregledujte stanje delovanja motorja, nadzirajte parametre, kot so temperatura, tok in faktor moči, ter hitro rešujte morebitne težave, da zagotovite optimalno delovanje motorja.

Povzetek

Harmonski odbojki imajo pomemben vpliv na segrevanje motorja, predvsem se ta manifestira v povečanih izgubah v bakru, izgubah v železu, dodatnih izgubah, neenakomernem porastu temperature, zmanjšani učinkovitosti hladilnega sistema in zmanjšanem faktorju moči. Ti dejavniki skupaj vodijo do višjih temperatur motorja, pospešujejo starenje izolacijskih materialov, skrajšujejo življenjsko dobo motorja in lahko povzročijo resne električne in mehanske odpovedi. Za zmanjšanje vpliva harmonskih odbojkov na segrevanje motorja je ključno uvesti učinkova merila za zmanjšanje harmonskih odbojkov, optimizirati izbiro in vzdrževanje motorjev ter zagotoviti stabilno delovanje sistema za zagotavljanje energije.