Γιατί ζεσταίνεται ένας ηλεκτροκινητήρας και μέχρι πού μπορεί να φτάσει
Η ισχύς ενός ηλεκτροκινητήρα περιορίζεται αρχικά από τη θερμοκρασία του. Ένας κινητήρας μπορεί να αντέξει τεράστιο ρεύμα για λίγα δευτερόλεπτα και στη συνέχεια πρέπει να κρυώσει για να μην καταστραφεί. Η κατανόηση του πού προέρχεται η θερμότητα και τι απειλεί βοηθά στη ρύθμιση ενός μηχανήματος, στην επιλογή κινητήρα και στην ερμηνεία της πτώσης ισχύος κατά την οδήγηση.
Τα βασικά
- Το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας προέρχεται από το ρεύμα στις περιελίξεις: αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του ρεύματος.
- Σε υψηλές ταχύτητες προστίθενται οι απώλειες στον σίδηρο, οι οποίες αυξάνονται ανάλογα με τη συχνότητα.
- Δύο στοιχεία είναι ευαίσθητα στη θερμότητα: η μόνωση των καλωδίων και οι μαγνήτες.
- Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας στον κινητήρα επιτρέπει στον ελεγκτή να μειώσει την ισχύ πριν προκληθεί ζημιά.
Απώλειες στον χαλκό
Οι περιελίξεις έχουν μια μικρή ηλεκτρική αντίσταση. Το ρεύμα που τις διαπερνά διασκορπίζει θερμότητα, η οποία είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ρεύματος: ο διπλασιασμός του ρεύματος πολλαπλασιάζει αυτή τη θερμότητα επί τέσσερα. Αυτές είναι οι απώλειες χαλκού και κυριαρχούν μόλις απαιτείται πολλή ροπή: εκκινησεις, ανήφοροι, επανεκκινησεις.
Το φαινόμενο είναι αυτοσυντηρούμενο: η αντίσταση του χαλκού αυξάνεται κατά περίπου 0,4% ανά βαθμό. Ένας ζεστός κινητήρας επομένως ζεσταίνεται ακόμη πιο γρήγορα, με το ίδιο ρεύμα.
Αυτός είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο η επιλογή της περιέλιξης έχει σημασία: ένα μοτέρ High Speed, το οποίο παράγει λιγότερη ροπή ανά αμπέρ, απαιτεί περισσότερο ρεύμα για την ίδια προσπάθεια. Δείτε τον οδηγό μας για το Kv, το Kt και τους πόλους.
Απώλειες στον σίδηρο
Ο στάτης αποτελείται από λεπτές λαμαρίνες μα Aγνητικού χάλυβα. Σε κάθε ηλεκτρικό κύκλο, το πεδίο αντιστρέφεται, γεγονός που παράγει δύο τύπους απωλειών:
- υστέρηση: μια μικρή ενέργεια που χάνεται σε κάθε αντιστροφή του πεδίου στο μέταλλο·
- ρεύματα Foucault (δίνης): επαγόμενα ρεύματα που κινούνται μέσα στις λαμαρίνες και τις ζεσταίνουν. Για να περιοριστούν αυτά, ο σίδηρος είναι πολυστρωματικός σε μονωμένες λαμαρίνες.
Αυτές οι απώλειες αυξάνονται με την ηλεκτρική συχνότητα, άρα και με την ταχύτητα και τον αριθμό των πόλων. Μετρούν κυρίως σε υψηλή ταχύτητα και αυξάνονται ακόμη περισσότερο στο defluxing (αποδυνάμωση πεδίου).
Τι απειλεί η θερμότητα
Η μόνωση των περιελίξεων
Το σύρμα χαλκού είναι καλυμμένο με μονωτικό βερνίκι, σχεδιασμένο για μέγιστη θερμοκρασία που δίνεται από την κλάση μόνωσής του. Πέρα από αυτό, το βερνίκι γηράσκει γρήγορα και στη συνέχεια ραγίζει: οι σπείρες έρχονται σε επαφή, ο κινητήρας χάνει σε απόδοση, ζεσταίνεται ακόμη περισσότερο και τελικά καίγεται.
Οι μαγνήτες
Οι μαγνήτες νεοδυμίου χάνουν λίγη από τη δύναμή τους όταν ζεσταίνονται: ο κινητήρας παράγει λιγότερη ροπή ανά αμπέρ, κάτι που είναι αναστρέψιμο όταν κρυώσει. Αλλά πέρα από μια θερμοκρασία που εξαρτάται από την ποιότητά τους (grade), μέρος της μαγνήτισης χάνεται οριστικά: αυτή είναι η απομαγνήτιση. Ο κινητήρας γίνεται τότε μόνιμα πιο αδύναμος. Οι ποιότητες των μαγνητών υποδεικνύονται με γράμματα (για παράδειγμα H, SH, UH) που δείχνουν την αντοχή τους στη θερμοκρασία.
Ο κίνδυνος είναι μέγιστος όταν η υψηλή θερμοκρασία συνδυάζεται με υψηλό ρεύμα αντίθετο προς τους μαγνήτες, όπως σε έντονο defluxing.
Πώς ένας κινητήρας πλήμνης αποβάλλει τη θερμότητά του
Ένας κινητήρας πλήμνης πατινιού είναι ένα κλειστό περίβλημα. Η θερμότητα από τις περιελίξεις, που βρίσκονται στο κέντρο, πρέπει να περάσει μέσα από τον εσωτερικό αέρα πριν φτάσει στη ζάντα και στη συνέχεια στον εξωτερικό αέρα· ένα μέρος περνά επίσης μέσω του άξονα προς το ψαλίδι του πατινιού. Αυτή η διαδρομή είναι μακρά, γεγονός που εξηγεί γιατί ένας κινητήρας πλήμνης ανεβάζει γρήγορα θερμοκρασία κατά τις επαναλαμβανόμενες προσπάθειες.
Διάφορες λύσεις βελτιώνουν αυτή τη διαδρομή:
- ανοίγματα και κυκλοφορία αέρα, όπως ο εξαερισμός για κινητήρες μας·
- ένα ειδικό υγρό (ferrofluid) που τοποθετείται στο διάκενο αέρα, το οποίο άγει τη θερμότητα καλύτερα από τον αέρα·
- ένας μεγαλύτερος κινητήρας, ο οποίος παράγει την ίδια ροπή με λιγότερο ρεύμα και προσφέρει μεγαλύτερη επιφάνεια εναλλαγής.
Παρακολούθηση της θερμοκρασίας
Πολλοί κινητήρες πατινιών ενσωματώνουν έναν αισθητήρα θερμοκρασίας στην περιέλιξη. Συνδεδεμένος με τον ελεγκτή, του επιτρέπει να μειώνει σταδιακά το ρεύμα πριν από το επικίνδυνο όριο. Αυτό είναι που δίνει την αίσθηση απώλειας ισχύος μετά από μια μακρά ανηφόρα: μια προστασία, όχι μια βλάβη.
Η συμβουλή του συνεργείου
Εάν ο κινητήρας σας διαθέτει αισθητήρα θερμοκρασίας, συνδέστε τον και ρυθμίστε τα όρια στον ελεγκτή. Αυτή είναι η καλύτερη ασφάλεια έναντι μιας καμένης περιέλιξης ή εξασθενημένων μαγνητών, ειδικά στην πίστα.
Συχνές ερωτήσεις
Σε ποια θερμοκρασία ένας κινητήρας πατινιού γίνεται επικίνδυνος;
Αυτό εξαρτάται από την κλάση μόνωσης του σύρματος και την ποιότητα των μαγνητών, οι οποίες είναι μοναδικές για κάθε κινητήρα. Η αξιόπιστη τιμή είναι αυτή του κατασκευαστή· ελλείψει αυτής, ρυθμίζονται συντηρητικά όρια στον ελεγκτή και η θερμοκρασία παρακολουθείται στις πρώτες διαδρομές.
Ο κινητήρας μου είναι λιγότερο ισχυρός μετά από υπερθέρμανση, γιατί;
Οι μαγνήτες μπορεί να έχουν απομαγνητιστεί εν μέρει ή η μόνωση των περιελίξεων να έχει υποστεί ζημιά. Μια νέα ανίχνευση του κινητήρα σε ρυθμιζόμενο ελεγκτή δείχνει εάν η ροή των μαγνητών έχει μειωθεί.
Γιατί ο κινητήρας ζεσταίνεται περισσότερο σε ανηφόρα παρά σε σταθερή ταχύτητα;
Σε ανηφόρα, ο κινητήρας παρέχει πολλή ροπή, επομένως απαιτεί πολύ ρεύμα, και οι απώλειες χαλκού αυξάνονται με το τετράγωνο του ρεύματος. Σε σταθερή ταχύτητα σε ευθεία, το ρεύμα είναι πολύ μικρότερο.