วิธีการระบายความร้อนมอเตอร์ที่ใช้กันทั่วไป

กระบวนการทำงานของมอเตอร์นั้นแท้จริงแล้วคือกระบวนการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล และย่อมมีการสูญเสียเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างกระบวนการนี้ การสูญเสียส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นความร้อน ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิในการทำงานของขดลวดมอเตอร์ แกนเหล็ก และส่วนประกอบอื่นๆ สูงขึ้น

ปัญหาเรื่องมอเตอร์ร้อนเกินไปเป็นเรื่องปกติในกระบวนการวิจัยและพัฒนาและการผลิตผลิตภัณฑ์ใหม่ คุณเชินเองก็เคยพบเจอกับกรณีที่อุณหภูมิของมอเตอร์สูงขึ้นเป็นขั้นๆ และยากที่จะควบคุมอุณหภูมิให้คงที่ระหว่างการทดสอบ ด้วยเหตุนี้ คุณเชินจึงได้เข้าร่วมการบรรยายสั้นๆ ในวันนี้เพื่อพูดคุยเกี่ยวกับวิธีการระบายความร้อน การระบายอากาศ และการกระจายความร้อนของมอเตอร์ วิเคราะห์โครงสร้างการระบายอากาศและการระบายความร้อนของมอเตอร์ชนิดต่างๆ และพยายามค้นหาวิธีการออกแบบบางอย่างเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้มอเตอร์ร้อนเกินไป
เนื่องจากวัสดุฉนวนที่ใช้ในมอเตอร์มีขีดจำกัดอุณหภูมิ หน้าที่ของการระบายความร้อนมอเตอร์จึงเป็นการระบายความร้อนที่เกิดจากการสูญเสียภายในของมอเตอร์ เพื่อรักษาอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของแต่ละส่วนของมอเตอร์ให้อยู่ภายในช่วงที่กำหนดโดยมาตรฐาน และอุณหภูมิภายในควรมีความสม่ำเสมอ

โดยทั่วไปมอเตอร์จะใช้ก๊าซหรือของเหลวเป็นตัวกลางในการระบายความร้อน และที่นิยมใช้กันคืออากาศและน้ำ ซึ่งเราเรียกว่าการระบายความร้อนด้วยอากาศหรือการระบายความร้อนด้วยน้ำ การระบายความร้อนด้วยอากาศมักใช้สำหรับการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบปิดสนิทและการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเปิด ในขณะที่การระบายความร้อนด้วยน้ำมักใช้กับการระบายความร้อนด้วยเสื้อสูบน้ำและการระบายความร้อนด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

มาตรฐานมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ IEC60034-6 ระบุและอธิบายวิธีการระบายความร้อนของมอเตอร์ ซึ่งแสดงด้วยรหัส IC ดังนี้:

รหัสวิธีการระบายความร้อน = IC + รหัสการจัดเรียงวงจร + รหัสสารหล่อเย็น + รหัสวิธีการผลัก

1. วิธีการระบายความร้อนทั่วไป

1. IC01 การระบายความร้อนแบบธรรมชาติ (การระบายความร้อนที่พื้นผิว)

ตัวอย่างเช่น มอเตอร์เซอร์โวขนาดกะทัดรัด Siemens 1FK7/1FT7 หมายเหตุ: อุณหภูมิพื้นผิวของมอเตอร์ประเภทนี้สูง ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์และวัสดุโดยรอบ ดังนั้น ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมบางประเภท ควรพิจารณาหลีกเลี่ยงผลกระทบด้านลบจากอุณหภูมิของมอเตอร์โดยการติดตั้งมอเตอร์และลดกำลังมอเตอร์อย่างเหมาะสม

2. IC411 ระบายความร้อนด้วยพัดลมในตัว (self-cooling)
IC411 ระบายความร้อนโดยการเคลื่อนที่ของอากาศผ่านการหมุนของมอเตอร์ และความเร็วในการเคลื่อนที่ของอากาศจะสัมพันธ์กับความเร็วของมอเตอร์

3. ระบบระบายความร้อนด้วยพัดลมแบบบังคับ (ระบายความร้อนด้วยพัดลมแบบบังคับ หรือระบายความร้อนด้วยพัดลมแบบอิสระ) สำหรับ IC416
IC416 มีพัดลมที่ขับเคลื่อนแยกอิสระ ซึ่งช่วยให้ปริมาณลมคงที่โดยไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วของมอเตอร์
IC411 และ IC416 เป็นวิธีการระบายความร้อนที่นิยมใช้กับมอเตอร์อะซิงโครนัสกระแสสลับแรงดันต่ำ โดยการระบายความร้อนจะทำได้โดยการเป่าลมไปที่ครีบระบายความร้อนบนพื้นผิวของมอเตอร์ด้วยพัดลม

4. การระบายความร้อนด้วยน้ำ
ความร้อนที่เกิดจากการสูญเสียพลังงานจำนวนมากในมอเตอร์จะถูกระบายออกทางพื้นผิวของมอเตอร์สู่อากาศโดยรอบ เมื่อมอเตอร์ทำงานภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง เพื่อป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนต่างๆ ของมอเตอร์มีอุณหภูมิสูงเกินไป บางครั้งจึงมีการติดตั้งช่องหรือท่อพิเศษที่บรรจุน้ำไว้ในส่วนที่ร้อนที่สุดของมอเตอร์ และอากาศที่ไหลเวียนอยู่ภายในมอเตอร์จะช่วยระบายความร้อนภายในไปยังพื้นผิวที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ

5. การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจน
ในเครื่องจักรไฟฟ้าความเร็วสูง เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบ จะใช้การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจน ในระบบปิด ก๊าซไฮโดรเจนที่มีความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศหลายเปอร์เซ็นต์จะถูกหมุนเวียนภายในโดยพัดลมในตัว จากนั้นจะไหลผ่านส่วนที่สร้างความร้อนของมอเตอร์และท่อระบายความร้อนด้วยน้ำตามลำดับ

6. การระบายความร้อนด้วยน้ำมัน
ในมอเตอร์บางประเภท ชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ และแม้แต่ชิ้นส่วนที่หมุนได้ จะได้รับการระบายความร้อนด้วยน้ำมัน ซึ่งไหลเวียนอยู่ภายในมอเตอร์และผ่านตัวระบายความร้อนที่ติดตั้งอยู่ภายนอกมอเตอร์

2. การจำแนกประเภทมอเตอร์ตามวิธีการระบายความร้อน

(1) มอเตอร์ระบายความร้อนตามธรรมชาติไม่ได้ใช้วิธีการพิเศษใดๆ ในการระบายความร้อนให้กับชิ้นส่วนต่างๆ ของมอเตอร์ และอาศัยเพียงการหมุนของโรเตอร์เองในการขับเคลื่อนอากาศ

(2) ส่วนทำความร้อนของมอเตอร์แบบระบายอากาศเองจะถูกระบายความร้อนด้วยพัดลมในตัวหรืออุปกรณ์พิเศษที่ติดอยู่กับส่วนที่หมุนของมอเตอร์

(3) มอเตอร์ระบายความร้อนภายนอก (มอเตอร์ระบายความร้อนด้วยลม) พื้นผิวด้านนอกของมอเตอร์จะถูกระบายความร้อนด้วยลมที่เกิดจากพัดลมที่ติดตั้งอยู่บนเพลามอเตอร์ และอากาศภายนอกไม่สามารถเข้าไปในส่วนที่ร้อนภายในมอเตอร์ได้

(4) การหมุนเวียนของสารหล่อเย็นมอเตอร์พร้อมอุปกรณ์หล่อเย็นเพิ่มเติมเกิดขึ้นจากอุปกรณ์พิเศษภายนอกมอเตอร์ เช่น ตู้ระบายความร้อนด้วยน้ำ ตู้ระบายความร้อนด้วยอากาศ และพัดลมกระแสไหลวนแบบแรงเหวี่ยง