Чому гріється електродвигун?

Перевантаження є однією з найпоширеніших причин перегріву.

Коли механізм вимагає від двигуна більший момент, ніж передбачено його номінальними характеристиками, струм зростає. У результаті збільшуються електричні втрати в обмотках і температура двигуна.

Причиною перевантаження можуть бути:

• заклинювання або важкий хід механізму;
• засмічення насоса;
• надмірний тиск;
• перевищення продуктивності;
• переповнення конвеєра;
• надмірний натяг ременів;
• несправність редуктора;
• загусання робочого середовища;
• неправильний підбір двигуна за потужністю;
• збільшення навантаження після модернізації обладнання.

Характерна ознака — двигун нормально працює без навантаження, але швидко нагрівається після підключення механізму.

Підвищений струм може бути як наслідком перевантаження, так і ознакою електричної несправності.

Він виникає через:

• механічне перевантаження;
• знижену напругу;
• перекіс фаз;
• дефект обмотки;
• проблеми ротора;
• затяжний пуск;
• неправильне з’єднання обмотки;
• невідповідні налаштування частотного перетворювача;
• роботу з підвищеним ковзанням.

Важливо вимірювати струм не лише в одній фазі, а по всіх фазах і в різних режимах роботи.

При зниженій напрузі двигун може намагатися зберегти необхідний момент за рахунок збільшення струму.

Це особливо небезпечно під навантаженням, оскільки:

• зростає струм обмоток;
• двигун повільніше розганяється;
• збільшується ковзання;
• підвищується теплове навантаження статора і ротора;
• можливе спрацювання захисту.

Причиною зниження напруги можуть бути:

• перевантажена мережа;
• недостатній переріз кабелю;
• велика довжина лінії;
• погані контакти;
• несправність пускової апаратури;
• слабкий трансформатор;
• одночасний запуск потужного обладнання.

Підвищена напруга також може призводити до перегріву.

При надмірній напрузі зростає магнітний потік, збільшуються втрати у сталі, струм холостого ходу та нагрівання магнітопроводу.

Можливі ознаки:

• двигун гріється навіть при невеликому навантаженні;
• підвищений струм холостого ходу;
• посилений електромагнітний шум;
• нагрів статора без очевидного механічного перевантаження.

Навіть відносно невелика несиметрія напруги може викликати значну несиметрію струмів.

У результаті:

• окремі фази обмотки нагріваються сильніше;
• виникають додаткові втрати;
• знижується момент;
• збільшується вібрація;
• погіршується тепловий режим ротора.

Тому недостатньо виміряти лише одну міжфазну напругу. Необхідно перевіряти всі три значення та порівнювати струми по фазах.

При обриві фази трифазний двигун може не запуститися або, якщо вже працював, продовжити обертання на двох фазах.

У цьому режимі струми в інших фазах різко зростають, а температура швидко підвищується.

Причинами можуть бути:

• перегорання запобіжника;
• несправність контактора;
• обрив кабелю;
• ослаблення клеми;
• підгорілий контакт;
• пошкодження з’єднання всередині двигуна.

Робота при втраті фази є аварійним режимом і потребує негайної зупинки.

Під час кожного пуску двигун споживає значний струм, а статор і ротор зазнають підвищеного теплового навантаження.

Якщо пуски відбуваються надто часто, двигун не встигає охолонути.

Особливо небезпечними є:

• багаторазові невдалі запуски;
• часті реверси;
• повторне ввімкнення одразу після спрацювання захисту;
• робота з частими зупинками та пусками;
• запуск механізму під навантаженням;
• пуск уже гарячого двигуна.

Допустима кількість пусків залежить від конструкції двигуна та теплового стану машини.

Якщо двигун довго набирає оберти, він тривалий час працює у режимі підвищеного струму.

Причинами затяжного пуску можуть бути:

• надмірне навантаження;
• знижена напруга;
• заклинювання механізму;
• дефект ротора;
• несправність підшипників;
• неправильні налаштування пускової апаратури;
• неправильно підібраний двигун;
• неправильне перемикання схеми зірка-трикутник;
• недостатній пусковий момент.

Затяжний пуск особливо небезпечний для ротора, оскільки у цей момент у ньому виникають значні струми та теплові втрати.

Пил, мастило, волокна, виробничі відкладення та інші забруднення можуть перекривати:

• зовнішні ребра корпусу;
• вентиляційні канали;
• захисну решітку;
• внутрішні повітряні проходи;
• фільтри;
• теплообмінники.

Навіть справний двигун буде перегріватися, якщо тепло не відводиться належним чином.

Особливо характерна ця проблема для:

• цементних підприємств;
• металургії;
• гірничорудної промисловості;
• деревообробки;
• хімічного виробництва;
• текстильної промисловості;
• приміщень із масляним аерозолем.

Вентилятор може:

• бути зламаним;
• мати пошкоджені лопатки;
• обертатися у неправильному напрямку;
• бути забрудненим;
• послабитися на валу;
• мати недостатню продуктивність;
• не працювати при зниженій швидкості двигуна.

У двигунах із примусовою вентиляцією також перевіряють окремий вентилятор, його електроживлення, фільтри та напрямок повітряного потоку.

Навіть справна система охолодження має обмежені можливості.

Якщо двигун працює:

• біля печі;
• у котельному приміщенні;
• у закритому кожусі;
• під прямим сонячним промінням;
• у приміщенні без вентиляції;
• при високій температурі технологічного повітря,

запас за температурою зменшується.

Особливо важливо враховувати, чи розрахований двигун на фактичні умови встановлення.

До перегріву можуть призводити:

• міжвиткове замикання;
• замикання між фазами;
• замикання на корпус;
• ослаблення з’єднань;
• дефект пайки;
• локальне пошкодження ізоляції;
• зволоження;
• забруднення;
• старіння лакового покриття;
• механічне переміщення секцій.

Міжвиткове замикання часто починається локально. Загальний опір ізоляції при цьому ще може залишатися прийнятним, тому одного вимірювання мегомметром недостатньо.

Характерні ознаки:

• локальний нагрів;
• несиметрія струмів;
• запах ізоляції;
• повторне спрацювання захисту;
• підвищений шум;
• погіршення роботи під навантаженням.

У короткозамкнених асинхронних двигунах можливі:

• тріщини стрижнів;
• обриви стрижнів;
• дефекти короткозамкнених кілець;
• порушення контакту між стрижнем і кільцем;
• локальні перегріви;
• деформація;
• зачіпання ротора об статор.

При пошкодженні ротора двигун може:

• повільно розганятися;
• втрачати момент;
• працювати з пульсаціями;
• перегріватися під навантаженням;
• створювати характерний шум;
• мати підвищену вібрацію.

Несправний підшипник збільшує механічний опір обертанню та навантаження на двигун.

Причинами можуть бути:

• нестача мастила;
• надлишок мастила;
• неправильне мастило;
• забруднення;
• неправильний внутрішній зазор;
• надмірний натяг посадки;
• перекіс;
• дефекти доріжок і тіл кочення;
• підшипникові струми;
• надмірне осьове або радіальне навантаження.

Перегрів підшипника часто супроводжується шумом, вібрацією та локальним нагріванням підшипникового щита.

Неправильне центрування двигуна та механізму створює додаткові навантаження на:

• підшипники;
• вал;
• муфту;
• корпус;
• фундамент.

У результаті зростають тертя, вібрація і температура.

Після заміни двигуна, ремонту фундаменту, демонтажу муфти або заміни підшипників центрування повинно бути перевірене повторно.

Дисбаланс створює циклічні відцентрові сили, які навантажують підшипники і конструкцію двигуна.

Причинами можуть бути:

• втрата балансувального вантажу;
• пошкодження вентилятора;
• забруднення ротора;
• деформація;
• неякісний ремонт;
• нерівномірне нанесення покриття;
• пошкодження обмотки ротора;
• помилки складання.

Заміна підшипників без усунення дисбалансу не вирішує проблему.

Ротор повинен бути правильно розташований відносно статора.

Нерівномірний повітряний проміжок може виникати через:

• зношення підшипників;
• перекіс щитів;
• прогин вала;
• деформацію корпусу;
• неправильне складання;
• зношення посадкових місць;
• ослаблення кріплень.

Це призводить до несиметричного магнітного поля, додаткових сил, вібрації та локального нагрівання.

Ослаблена клема або підгорілий контакт створює підвищений перехідний опір.

У зоні контакту виникає локальне нагрівання, яке може:

• пошкодити кабель;
• оплавити клему;
• викликати перекіс напруг;
• призвести до втрати фази;
• пошкодити обмотку.

Під час огляду потрібно перевіряти:

• затягування клем;
• стан перемичок;
• сліди потемніння;
• оплавлення;
• відповідність перерізу кабелю;
• стан наконечників;
• якість обтискання.

Помилки у схемі «зірка» або «трикутник» можуть призводити до:

• недостатнього моменту;
• підвищеного струму;
• затяжного пуску;
• перегріву;
• спрацювання захисту.

Схема повинна відповідати паспортним даним двигуна та напрузі мережі.

Частотний перетворювач дозволяє регулювати швидкість, але неправильні налаштування можуть спричинити перегрів.

Можливі причини:

• робота на низькій швидкості без примусової вентиляції;
• завеликий момент на малих обертах;
• неправильна характеристика керування;
• невідповідна частота комутації;
• гармонічні складові;
• надмірна довжина кабелю;
• підшипникові струми;
• неправильне налаштування розгону і гальмування;
• невідповідність двигуна роботі від перетворювача.

За низької швидкості вентилятор на валу обертається повільніше і може не забезпечувати необхідного охолодження.

На шильдику двигуна може бути зазначений режим роботи, наприклад тривалий, короткочасний або повторно-короткочасний.

Якщо двигун, призначений для одного режиму, використовується в іншому, його теплове навантаження може перевищити допустиме.

Приклади:

• короткочасний двигун працює безперервно;
• кількість пусків перевищує допустиму;
• тривалість циклу збільшена;
• паузи між включеннями скорочені;
• двигун довго працює на малих обертах;
• двигун використовується у режимі гальмування або частого реверсу.

Іноді двигун справний, але неправильно підібраний до механізму.

Помилки можуть стосуватися:

• потужності;
• пускового моменту;
• швидкості;
• режиму роботи;
• ступеня захисту;
• способу охолодження;
• температури середовища;
• висоти встановлення;
• вибухозахисту;
• роботи від частотного перетворювача.

У такому випадку повторний ремонт двигуна не усуне проблему — необхідно переглянути параметри приводу.

Необхідно з’ясувати:

• коли з’явилася проблема;
• чи гріється двигун без навантаження;
• чи змінюється температура залежно від навантаження;
• чи проводився ремонт;
• чи змінювали підшипники;
• чи змінювали мастило;
• чи встановлювали частотний перетворювач;
• чи змінився технологічний режим;
• чи були аварійні зупинки;
• чи виконувався повторний запуск після спрацювання захисту.

Історія несправності часто дозволяє швидше знайти причину, ніж окреме вимірювання.

Перевіряють:

• чистоту корпусу;
• стан вентилятора;
• вентиляційні отвори;
• фільтри;
• клемну коробку;
• кабелі;
• кріплення;
• фундамент;
• муфту;
• ремені;
• сліди мастила;
• запах;
• потемніння;
• сліди зачіпання або перегріву.

Температуру бажано вимірювати:

• на корпусі статора;
• біля приводного підшипника;
• біля неприводного підшипника;
• у клемній коробці;
• на сусідньому механізмі;
• на вході та виході системи охолодження.

Важливо фіксувати не лише значення, а й час вимірювання та навантаження.

Потрібно перевірити:

• струм холостого ходу;
• струм під навантаженням;
• струм кожної фази;
• пусковий струм;
• динаміку струму під час розгону.

Порівняння струмів часто дозволяє відрізнити механічне перевантаження від електричної несиметрії.

Вимірюють усі міжфазні напруги:

• до запуску;
• під час пуску;
• у сталому режимі;
• при максимальному навантаженні.

Особливо важливо контролювати просадку напруги під час пуску.

Необхідно встановити, чи вільно обертається:

• насос;
• вентилятор;
• редуктор;
• компресор;
• конвеєр;
• барабан;
• інший агрегат.

За можливості двигун перевіряють окремо від механізму.

Оцінюють:

• температуру;
• шум;
• вібрацію;
• мастило;
• люфт;
• стан ущільнень;
• центрування;
• осьове і радіальне навантаження.

Вібрація може вказувати на:

• дисбаланс;
• перекіс;
• дефекти підшипників;
• ослаблення фундаменту;
• дефект муфти;
• нерівномірний повітряний проміжок;
• дефекти ротора;
• механічне зачіпання.

Залежно від типу та потужності машини можуть виконуватися:

• вимірювання опору ізоляції;
• визначення коефіцієнта абсорбції;
• вимірювання активного опору фаз;
• порівняння фаз;
• випробування підвищеною напругою;
• перевірка міжвиткової ізоляції;
• оцінка стану обмоток;
• візуальний огляд;
• контроль часткових розрядів для відповідного обладнання.

Обсяг випробувань визначається конструкцією машини та її технічним станом.

Для оцінки ротора можуть застосовуватися:

• аналіз пуску;
• вимірювання ковзання;
• спектральний аналіз струму;
• вібраційний аналіз;
• огляд після розбирання;
• перевірка стрижнів і короткозамкнених кілець;
• контроль обмотки фазного ротора;
• перевірка контактних кілець і щіток.

Потрібно перевірити:

• номінальний струм;
• клас теплового захисту;
• час пуску;
• захист від перекосу фаз;
• захист від втрати фази;
• датчики температури;
• налаштування частотного перетворювача;
• час розгону і гальмування;
• допустиму кількість пусків.

Захист не повинен компенсувати несправність. Збільшення уставки без встановлення причини може призвести до серйозного пошкодження двигуна.

Перегрів може бути спричинений механічним навантаженням, підшипниками, вентиляцією, живленням або дефектом ротора.

Температура корпусу не завжди точно показує температуру обмотки, ротора або підшипника.

Одне значення струму або напруги не дозволяє виявити несиметрію.

Несправність часто знаходиться не в двигуні, а в насосі, редукторі, компресорі або конвеєрі.

Без комплексної діагностики можна виконати дорогий ремонт, який не усуне справжню причину перегріву.

Частина дефектів найкраще проявляється саме під час розгону.

Якщо нагрів з’явився одразу після заміни підшипників, складання або підключення, це важлива діагностична ознака.

Надлишок мастила також викликає перегрів.

Захист може спрацьовувати через реальну несправність. Підвищення уставки лише приховує проблему.

Тенденція зміни температури, струму і вібрації часто цінніша за одиничне вимірювання.