Охлаждение промышленных электродвигателей

Нагрев любой электрической машины обусловлен преобразованием части электроэнергии в тепловую, трением отдельных конструктивных элементов, величиной нагрузки на валу. Учитывая то, что обмотки большинства промышленных электродвигателей могут работать при температуре, не превышающей 90-95 градусов, становится актуальным вопрос выбора эффективных систем охлаждения.

На практике применяют несколько конструктивных решений, способных обеспечить снижение температуры ЭД различных типов до нормируемых значений. Наибольшее распространение в промышленных электродвигателях средней и большой мощности получили следующие варианты.

Принципы самовентиляции электродвигателей

Самый простейший способ — естественное охлаждение двигателя, обеспеченное за счет передачи накопленного тепла в окружающий воздух через корпус электродвигателя. Но такой вариант приемлем только для маломощных модификаций, в промышленных установок подобного отвода тепла уже недостаточно.

В большинстве электродвигателей реализована схема охлаждения за счет самовентиляции. Благодаря созданию воздушных потоков скорость отвода тепла от нагретых деталей повышается на порядок. Для этой цели на вал двигателя с нерабочей стороны устанавливается крыльчатка, действующая по принципу обычного вентилятора. В отдельных случаях создание устойчивых воздушных потоков обеспечено конструкцией самого ротора. Различают два основных типа системы охлаждения:

• Наружная самовентиляция — поток охлаждающего воздуха проходит вдоль поверхности корпуса электродвигателя, который для увеличения теплоотдачи имеет специальное оребрение. Увеличение площади соприкосновения позволяет обеспечить более эффективный отвод тепловой энергии.

• Внутренняя самовентиляция — воздушный поток циркулирует между основными конструктивными элементами по специальным каналам. Благодаря такому решению тепловая энергия отбирается непосредственно с нагретых обмоток и деталей двигателя, что позволяет поддерживать требуемую температуру даже при работе с максимально допустимой мощностью.

Для большинства электродвигателей, работающих с постоянной частотой вращения ротора, этот вариант считается наиболее простым. Но, при в системах для которых требуется регулировка скорости, такой вариант уже неэффективен, и требуется применение принудительного охлаждения.

Принудительное охлаждение

Принцип системы заключается в том, что частота вращения крыльчатки вентилятора не зависит от режима работы самого двигателя. Вентилятор обеспечен отдельным двигателем. Поэтому, при работе в режимах с небольшим количеством оборотов ротора производительность системы охлаждения не снижается.

Особенно актуален такой тип охлаждения для электродвигателей с частотными преобразователями и другими регуляторами частоты вращения ротора. Практически все ЭД постоянного тока комплектуются охлаждающими устройствами такого же типа. При этом наиболее эффективным считают замкнутые системы охлаждения, в том числе и с жидкостными воздухоохладителями. Воздух при этом циркулирует по замкнутой системе между электродвигателем и воздухоохладителями, благодаря чему отпадает необходимость в его постоянной очистке.

Особенности систем охлаждения синхронных электродвигателей

В синхронных электродвигателях различной мощности чаще всего реализована проточного (продуваемого) типа. Воздух, необходимый для отвода тепла, забирается из машинного зала, проходит через ЭД, нагревается и удаляется за пределы рабочей зоны. В отдельных случаях применяют схемы, при которых охлаждающий воздух забирается непосредственно у места установки электродвигателя и отводится из рабочей зоны по вентиляционной сети. В отдельных случаях тепловую энергию воздуха используют в системах рекуперации, позволяющих организовать обогрев других производственных и бытовых помещений.

Системы охлаждения асинхронных двигателей

При небольшой мощности двигателей (обычно до 15 кВт) используется схема с наружным охлаждением, причем могут применяться системы как с самовентиляцией, так и с принудительным охлаждением. Для более мощных электродвигателей характерна схема с внутренним охлаждением.

Для асинхронных двигателей большой мощности чаще всего реализованы системы охлаждения с замкнутым циклом. При этом воздухоохладители могут монтироваться как в опорном фундаменте электрической машины, так и на ее корпусе.

Альтернативные способы охлаждения электродвигателей

Повысить эффективность работы систем можно за счет применения хладагентов с большей теплопроводностью. Так, в электрических машинах большой мощности реализованы системы замкнутого цикла с применением водорода, теплоемкость которого по сравнению с воздухом больше в 7,1 раз. Благодаря такому решению эффективность отвода тепла поднимается практически на порядок. Но, к сожалению, для промышленных электродвигателей средней и малой мощности такой поход нецелесообразен из-за больших эксплуатационных расходов. Большего внимания может заслуживать схема с принудительным охлаждением отведенного воздуха в теплообменниках типа «воздух – вода».