Elektrik motoru çalışırken ısınır, çünkü şebekeden aldığı enerjinin bir kısmı sargıda, sac paketinde ve rulmanlarda ısıya dönüşür. Sorun ısınmanın kendisi değil, sargı sıcaklığının izolasyonun ısıl sınıfının izin verdiği sınırı aşmasıdır. Aşırı ısınmanın başlıca nedenleri aşırı yük, gerilim sorunları (düşük, yüksek ya da dengesiz gerilim), tıkalı havalandırma, yüksek ortam sıcaklığı, rulman sorunları ve sürücüyle düşük devirde çalışmadır.
Motor neden hiç ısınmadan çalışamaz?
Hiçbir motor aldığı enerjinin tamamını mile aktaramaz; aradaki fark ısı olarak açığa çıkar. Bu kayıpların dört ana kaynağı vardır:
- Bakır kayıpları: Stator ve rotor sargısından geçen akımın direnç üzerinde ürettiği ısı. Akımın karesiyle arttığı için yük arttıkça hızla büyür.
- Demir kayıpları: Sac paketinde değişken manyetik alanın yarattığı histerezis ve girdap akımı kayıpları. Gerilim ve frekansla ilgilidir, yükten büyük ölçüde bağımsızdır.
- Sürtünme ve fan kayıpları: Rulmanlardaki sürtünme ve soğutma fanının harcadığı güç.
- Ek kayıplar: Manyetik alandaki düzensizliklerden doğan, ölçülmesi zor küçük kayıplar.
Verim sınıfı yüksek motorlar aynı işi daha az kayıpla, dolayısıyla daha az ısı üreterek yapar. Sınıflar arasındaki fark için IE2, IE3, IE4 verimlilik sınıfları yazısına bakabilirsiniz.
Normal çalışma sıcaklığı ne kadardır?
Motorun sıcaklığı iki parçadan oluşur: ortam sıcaklığı ve motorun kendi kayıplarıyla bunun üstüne çıkan kısım, yani sıcaklık yükselmesi. Motor etiketlerinde çoğunlukla 40 °C ortam sıcaklığı yazar; motor bu ortamda etiket gücünde sürekli çalışacak şekilde tasarlanmıştır.
Sınırı belirleyen, sargı izolasyonunun ısıl sınıfıdır. IEC 60085'e göre yaygın sınıflar şunlardır:
- B sınıfı: 130 °C
- F sınıfı: 155 °C
- H sınıfı: 180 °C
Bu değerler gövdenin değil, sargının en sıcak noktasının uzun süre çıkabileceği en yüksek sıcaklıktır. Etiketteki "Ins. Cl. F" ya da "Th. Cl. 155 (F)" gibi ibareler bunu anlatır. Bu sınıf, sargıda kullanılan emaye telin kendi ısıl sınıfıyla aynı şey değildir; motorun izolasyon sistemi bir bütün olarak sınıflandırılır.
F sınıfı yalıtımlı ve 40 °C ortam için tasarlanmış bir motorda, sargının en sıcak noktası için ortamın üstünde en fazla 115 °C'lik bir pay kalır (155 − 40). Standartlar bu payın bir bölümünü sargının ortalama sıcaklığı ile en sıcak noktası arasındaki fark için ayırır. Standart alçak gerilim motorlarında yaygın tasarım, F sınıfı yalıtımı B sınıfı sıcaklık yükselmesiyle kullanmaktır; kataloglarda "F sınıfı yalıtım, B sınıfı sıcaklık artışı" diye geçer. Aradaki fark sıcak yaz günleri, gerilim sapmaları ve kısa süreli fazla yük için bırakılmış bir rezervdir.
Bu yüzden normal çalışan bir motorun gövdesi eli yakacak kadar sıcak olabilir; bu tek başına arıza değildir.
Elle dokunarak motorun sıcaklığı anlaşılır mı?
Hayır. Elle dokunma testi iki yönde de yanıltır.
- İnsan eli, sargı sınırlarının çok altındaki sıcaklıklarda bile metal yüzeye uzun süre dayanamaz. "Elimi tutamıyorum" demek motorun aşırı ısındığını göstermez.
- Gövde sargıdan soğuktur ve aradaki fark motorun büyüklüğüne, soğutmasına ve yüküne göre değişir. Gövdeye dokunarak sargı sıcaklığı tahmin edilemez.
- Algı kişiden kişiye değişir, kaydedilemez, geçen ayın değeriyle karşılaştırılamaz.
- Çalışan motora dokunmak yanık riski taşır; gövde kaçağı varsa elektrik çarpması da söz konusudur. Fan kapağı, kaplin ve kasnağın yakınında el bulundurmak ayrıca tehlikelidir.
Doğru yöntemler şunlardır:
- Kızılötesi termometre ya da termal kamerayla gövdenin hep aynı noktasını ölçüp kaydetmek. Boyalı yüzeyde doğru sonuç verir, parlak metal yüzeyde gerçekte olduğundan düşük okur.
- Pens ampermetreyle (kıskaçlı ampermetre) üç fazın akımını ölçüp etiket akımıyla karşılaştırmak.
- Sargıya gömülü PTC termistör ya da PT100 sensörü olan motorlarda sargı sıcaklığını doğrudan izlemek.
- Atölyede direnç yöntemi: sargının soğuk ve sıcak direnci arasındaki farktan ortalama sargı sıcaklığını hesaplamak.
Elektrik motoru neden aşırı ısınır?
Aşırı yük
Akım etiket akımını aştığında bakır kayıpları akımın karesiyle büyür: akımın 1,1 katına çıkması, bakır kayıplarının yaklaşık 1,21 katına çıkması demektir. Çoğu santrifüj pompada basma yüksekliği tasarım değerinden düşükse debi ve çekilen güç artar; boşa akan bir hat ya da patlak bir boru motoru fark edilmeden aşırı yükler.
Gerilim sorunları
Yük altındaki motor düşük gerilimde aynı torku verebilmek için daha fazla akım çeker. Yüksek gerilimde ise mıknatıslanma akımı ve demir kayıpları artar. En çok gözden kaçan, fazlar arası dengesizliktir: Nidec'in NEMA MG1'e dayanan teknik notuna göre yaklaşık %3,5 gerilim dengesizliği, sargının sıcaklık yükselmesini yaklaşık %25 artırır. Ölçüm ve hesap yöntemi elektrik motoru neden yanar yazısında.
Havalandırma
Kırık ya da yerinden çıkmış fan, tıkanmış fan kapağı ızgarası, dar bir kabine kapatılmış motor, duvara dayanmış fan tarafı ya da motorun kendi attığı sıcak havayı tekrar emmesi soğutmayı düşürür.
Ortam sıcaklığı
40 °C'yi aşan ortamda motorun ısınma payı azalır. Yazın güneş alan kapalı pompa odaları, kazan daireleri, fırın ve kurutma hatlarının yanı bu gruba girer. Böyle yerlerde motordan etiket gücünü sürekli istememek, yani gücü düşürerek kullanmak gerekir; üretici katalogları ortam sıcaklığına ve rakıma göre düzeltme katsayıları verir.
Kirli kanatçıklar
Gövde kanatçıklarını kaplayan toz, yağ, un, yem ya da pamuk tozu bir battaniye gibi ısıyı içeride tutar. Tarım, gıda ve tekstil tesislerinde sık görülür; temizlik, en ucuz soğutma iyileştirmesidir.
Rulman sorunları
Gresi azalmış ya da bozulmuş rulman sürtünmeyle ısınır. Fazla gres de ısıtır, çünkü rulman içinde çalkalanan gres sıcaklığı yükseltir. Kaplin hizasızlığı ve fazla gerilmiş kayış da rulman yükünü artırır. Bir rulman kapağının ötekinden belirgin sıcak olması tipik işarettir; ayrıntı rulman sesi ve rulman değişimi yazısında.
Sürücü ve frekans
Frekans dönüştürücüyle (sürücüyle) beslenen motorda düşük devirde mil üzerindeki fan da yavaş döner ve soğutma azalır. Konveyör, karıştırıcı ya da vidalı besleyici gibi sabit torklu yüklerde motor tam akım çekerken soğutması zayıflar. Sürücü çıkışındaki yüksek frekanslı bileşenler sargıda ve sac pakette ek kayıp yaratır. Sürücüye motor etiket değerlerinin yanlış girilmesi de motoru gereksiz yere fazla mıknatıslayabilir. Düşük devirde uzun süre çalışan motorlarda çözüm, ayrı beslemeli harici fandır (cebri soğutma).
Başlayan sargı arızası
Sipir (telin bobin içindeki tek turu) arası kısa devre başladığında kısa devre halkası yerel olarak ısınır. Motor dışarıdan normal görünürken sargının bir bölgesi aşırı sıcak çalışır; bu durum faz akımlarındaki dengesizlik ve sargı ölçümüyle anlaşılır.
Sıcaklık izolasyon ömrünü nasıl kısaltır?
İzolasyon malzemeleri ısıyla kimyasal olarak yaşlanır; sertleşir, kırılganlaşır ve sonunda çatlar. Genel kabul gören mühendislik kuralına göre her 10 °C fazla sıcaklık, izolasyon ömrünü yaklaşık yarıya indirir. Kural tersine de işler: sıcaklığı 10 °C düşürmek ömrü kabaca iki katına çıkarır.
Bu kural, küçük görünen sorunların bedelini gösterir. Örneğin sıcaklık yükselmesi 80 °C olan bir motorda gerilim dengesizliği bu yükselmeyi %25 artırırsa sargı 20 °C daha sıcak çalışır; genel kurala göre bu, izolasyon ömrünün kabaca dörtte birine inmesi demektir. Tıkalı bir fan kapağı ya da kirli kanatçıklar da aynı hesapla, ses çıkarmadan motor ömründen yer.
Isınan motor için ne yapmalı?
- Enerjiyi kesip kilitledikten sonra kanatçıkları, fan kapağını ve fanı temizleyin; fanın sağlam ve yerinde olduğunu kontrol edin.
- Motorun çevresinde hava dolaşımı için boşluk bırakın ve sıcak havanın geri emilmesini önleyin.
- Üç fazın akımını ve gerilimini yetkin bir elektrikçiye ölçtürün. Akım yüksekse yükü, akım dengesizse gerilimi ve sargıyı, akım normal olduğu hâlde motor sıcaksa soğutmayı ve ortamı inceleyin.
- Sıcaklığı aynı noktadan, benzer yükte düzenli ölçüp kaydedin; artış eğilimi tek ölçümden daha anlamlıdır.
- Termik atıyorsa ayarı büyütmeyin; termik, motoru ısınmaya karşı koruyan son halkadır.
Akım ve gerilim normal olduğu hâlde ısınan, ses ya da koku yapan motorun içini görmeden karar vermek zordur. Rulman, sargı ve izolasyon kontrolü elektrik motoru bakım ve revizyon kapsamındadır; sargı ısıdan zarar gördüyse elektrik motoru sarımı gerekir. Motorunuzu Bornova'daki atölyemize getirebilirsiniz.
Kaynaklar
- IEC 60085, Elektriksel yalıtım: ısıl değerlendirme ve tanımlama (ısıl sınıflar)
- Nidec Motor Corporation, "Unbalanced Voltage" teknik notu (NEMA MG1-14.35)