Защо електрическият двигател се нагрява и до каква температура може да достигне?

Мощността на един електрически мотор първоначално е ограничена от неговата температура. Един мотор може да издържи на голям ток за няколко секунди, след което трябва да намали натоварването, за да не се повреди. Разбирането откъде идва топлината и какви са потенциалните рискове, помага за правилното конфигуриране на устройството, за избора на подходящ мотор и за интерпретирането на загуба на мощност по време на работа.

Загубите в медта

Намотките имат малко електрическо съпротивление. Токът, който преминава през тях, генерира топлина, пропорционална на квадрата на тока: удвояването на тока увеличава тази топлина четири пъти. Това са медното съпротивление, и то става доминиращо, когато се изисква голям въртящ момент: потегляне, изкачване на наклони, ускорение.

Явлението се самоподдържа: съпротивлението на медта се увеличава с около 0,4% на градус. Следователно, един загрял двигател се нагрява още по-бързо, при еднакъв ток.

Ето защо изборът на намотката е от значение: един високоскоростен двигател, който произвежда по-малко въртящ момент на ампер, изисква повече ток за същото усилие. Вижте нашето ръководство за Kv, Kt и полюсите.

Загубите във желязото

Статорът е изработен от тънки ламели от магнитен стомана. При всеки електрически цикъл, магнитното поле се обръща, което води до два вида загуби:

• хистерезисът: малка загуба на енергия, която се появява при всяка промяна на магнитното поле в метала;
• Фарадеевите токове (вихровите токове): Това са индуцирани токове, които се въртят в листовете метал и ги нагряват. За да се ограничат тези токове, желязото се разделя на изолирани листове.

Тези загуби се увеличават с електрическата честота, следователно със скоростта и броя на полюсите. Те са особено значими при висока скорост и се увеличават допълнително при намаляване на магнитното поле.

Какво представлява заплахата от прегряване?

Изолацията на намотките

Медната жица е покрита с изолационно покритие, проектирано да издържа на определена максимална температура, определена от неговия клас изолация. Над тази температура, покритието бързо старее и се напуква: намотките започват да се допират, двигателят губи ефективност, загрява още повече и в крайна сметка може да изгори.

Магнити

Неодимовите магнити губят малко от силата си, когато се нагряват: двигателят произвежда по-малко въртящ момент на ампер, което може да бъде отстранено чрез охлаждане. Но над определена температура, която зависи от класа на магнита, част от магнитната сила се губи необратимо: това е демагнетизацията. В този случай, двигателят става трайно по-слаб. Класовете на магнити са обозначени с букви (например H, SH, UH), които показват тяхната устойчивост на температура.

Рискът е най-висок, когато висока температура се комбинира със силен обратен ток към магнитите, например при максимално ускорение.

Как един мотор, интегриран в главината на колелото, отразява топлината?

Един мотор за електрически тротинетки е затворен корпус. Топлината, генерирана от намотките, които се намират в центъра, трябва да премине през вътрешния въздух, преди да достигне ръба на колелото, а след това и външния въздух; част от топлината преминава и през оста към рамата на тротинетката. Този път е дълъг, което обяснява защо моторът за тротинетки бързо се нагрява при повтарящи се натоварвания.

Няколко решения могат да подобрят този процес:

• отвори и циркулация на въздуха, като например нашата вентилация за мотори;
• специална течност (ферофлуид), поставена в пространството между ротора и статора, която отвежда топлината по-ефективно от въздуха;
• по-голям двигател, който генерира същото въртящо усилие с по-малко ток и предлага по-голяма площ за топлообмен.

Наблюдавайте температурата

Много от двигателите за електрически тротинетки имат вграден температурен сензор в намотките. Свързан с контролера, той позволява постепенно намаляване на тока преди достигане на опасен праг. Това е което създава усещането за загуба на мощност след дълго изкачване: това е защитна функция, а не повреда.