Was bestimmt die Lebensdauer von Elektromotoren?

Antriebsmotoren arbeiten im Motor- und Bremsmodus und wandeln elektrische Energie in mechanische Energie oder umgekehrt mechanische Energie in elektrische Energie um. Die Umwandlung von Energie von einer Art in eine andere geht zwangsläufig mit Verlusten einher, die letztlich in Wärme umgewandelt werden.

Ein Teil der Wärme wird an die Umgebung abgegeben und der Rest führt dazu, dass die Temperatur des Motors selbst über die Umgebungstemperatur ansteigt (weitere Einzelheiten finden Sie hier – Heizung und Kühlung von Elektromotoren).

Die zur Herstellung von Elektromotoren verwendeten Materialien (Stahl, Kupfer, Aluminium, Isoliermaterialien) haben unterschiedliche physikalische Eigenschaften, die sich mit der Temperatur ändern.

Isoliermaterialien sind im Vergleich zu anderen im Motor verwendeten Materialien am hitzeempfindlichsten und weisen die geringste Hitzebeständigkeit auf.Daher werden die Zuverlässigkeit des Motors, seine technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften sowie die Nennleistung durch die Erwärmung der zur Isolierung der Wicklungen verwendeten Materialien bestimmt.

Die Lebensdauer der Isolierung des Elektromotors hängt von der Qualität des Isoliermaterials und der Betriebstemperatur ab. Die Praxis hat gezeigt, dass beispielsweise Baumwollfaserisolierungen, die in Mineralöl bei einer Temperatur von etwa 90 ° C getaucht werden, 15 bis 20 Jahre lang zuverlässig funktionieren können. Während dieser Zeit kommt es zu einer allmählichen Verschlechterung der Isolierung, d. h. ihre mechanische Festigkeit, Elastizität und andere für den normalen Betrieb notwendige Eigenschaften verschlechtern sich.

Eine Erhöhung der Betriebstemperatur um nur 8-10 °C verkürzt die Verschleißzeit dieser Art von Isolierung auf 8-10 Jahre (ca. 2-fach), bei einer Betriebstemperatur von 150 °C beginnt der Verschleiß nach 1,5 Monaten. Der Betrieb bei Temperaturen um 200 °C macht diese Isolierung nach einigen Stunden unbrauchbar.

Der Verlust, der zur Erwärmung der Motorisolation führt, hängt von der Belastung ab. Eine leichte Belastung erhöht die Verschleißzeit der Isolierung, führt jedoch zu einem unzureichenden Materialeinsatz und erhöht die Kosten des Motors. Umgekehrt verringert der Betrieb eines Motors unter hoher Last seine Zuverlässigkeit und Lebensdauer drastisch und kann auch wirtschaftlich unpraktisch sein.Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen werden daher die Betriebstemperatur der Isolierung und die Belastung des Motors, also seine Nennleistung, so gewählt, dass die Verschleißzeit der Isolierung und die Lebensdauer des Motors im Normalbetrieb gewährleistet sind Die Bedingungen betragen etwa 15–20 Jahre.

Durch den Einsatz von Isoliermaterialien aus anorganischen Stoffen (Asbest, Glimmer, Glas etc.), die eine höhere Hitzebeständigkeit aufweisen, können Gewicht und Größe von Motoren reduziert und die Leistung gesteigert werden. Die Hitzebeständigkeit von Dämmstoffen wird jedoch in erster Linie von den Eigenschaften der Lacke bestimmt, mit denen die Dämmung imprägniert wird. Imprägnierungszusammensetzungen, selbst aus Siliziumverbindungen (Silikonen), weisen eine relativ geringe Hitzebeständigkeit auf.

Der richtige Motor zum Antrieb der Arbeitsmaschine muss zu den mechanischen Eigenschaften, der Betriebsart der Maschine und der erforderlichen Leistung passen. Bei der Wahl der Leistung des Motors orientieren sie sich in erster Linie an seiner Erwärmung bzw. der Erwärmung seiner Isolierung.

Die Leistung des Motors wird korrekt bestimmt, wenn während des Betriebs die Erwärmungstemperatur seiner Isolierung nahe dem maximal zulässigen Wert liegt. Eine Überschätzung der Leistung des Motors führt zu einer Senkung der Arbeitstemperatur der Isolierung, unzureichender Verwendung teurer Materialien, ein Anstieg der Kapitalkosten und eine Verschlechterung der Energieeigenschaften.

Die Leistung des Motors reicht nicht aus, um die erforderliche Leistung zu erbringen, wenn die Betriebstemperatur seiner Isolierung den maximal zulässigen Wert überschreitet, was zu ungerechtfertigten Kapitalkosten für den Austausch des Motors aufgrund eines vorzeitigen Verschleißes der Isolierung führen kann.

Heutzutage sind Wechselstrommotoren in den meisten modernen Produktionsanlagen sehr gefragt. In der Praxis zeigen Asynchronmotoren (IM) ihre Langlebigkeit und Einfachheit bei relativ geringen Kosten. Während des Betriebs kann es jedoch zu Schäden an Motorelementen kommen, die wiederum zu einem vorzeitigen Ausfall führen.

Die Hauptursachen für den Ausfall von Asynchronmotoren sind:

• Überlastung oder Überhitzung des Stators des Elektromotors 31 %;
• Turn-to-Turn-Schließung – 15 %;
• Lagerausfall – 12 %;
• Schäden an den Statorwicklungen oder der Isolierung – 11 %;
• ungleichmäßiger Luftspalt zwischen Stator und Rotor – 9 %;
• Betrieb des Elektromotors in zwei Phasen – 8 %;
• Bruch oder Lockerung der Befestigung der Stäbe im Käfigläufer – 5 %;
• Lockerung der Befestigung der Statorwicklung – 4 %;
• Unwucht des Rotors des Elektromotors – 3 %;
• Wellenversatz – 2 %.