Der Betrieb des Motors beruht auf der Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie, wobei zwangsläufig Verluste auftreten. Der Großteil dieser Verluste wird in Wärme umgewandelt, was die Betriebstemperatur der Motorwicklungen, des Eisenkerns und anderer Bauteile erhöht.
Probleme mit der Motorerhitzung treten häufig bei der Entwicklung und Produktion neuer Produkte auf. Auch Frau Shen hat viele Fälle erlebt, in denen die Motortemperatur sprunghaft anstieg und sich der Temperaturanstieg während der Typprüfung nur schwer stabilisieren ließ. Vor diesem Hintergrund sprach Frau Shen heute kurz über Kühlmethoden, Belüftung und Wärmeableitung von Motoren, analysierte die Belüftungs- und Kühlkonstruktion verschiedener Motoren und suchte nach Konstruktionstechniken zur Vermeidung von Motorüberhitzung.
Da das im Motor verwendete Isoliermaterial eine Temperaturgrenze aufweist, besteht die Aufgabe der Motorkühlung darin, die durch die internen Verluste des Motors entstehende Wärme abzuführen, sodass der Temperaturanstieg jedes Motorteils innerhalb des in der Norm festgelegten Bereichs gehalten wird und die Innentemperatur gleichmäßig verteilt ist.
Der Motor nutzt üblicherweise Gas oder Flüssigkeit als Kühlmedium, am häufigsten Luft und Wasser, die man als Luftkühlung bzw. Wasserkühlung bezeichnet. Luftkühlung wird häufig für vollständig geschlossene und offene Luftkühlung eingesetzt; Wasserkühlung findet Anwendung bei Wassermantelkühlung und Wärmetauscherkühlung.
Die Norm IEC60034-6 für Wechselstrommotoren spezifiziert und erläutert die Kühlmethode des Motors, die durch den IC-Code dargestellt wird:
Kühlmethodencode = IC + Schaltungsanordnungscode + Kühlmediumcode + Push-Methodencode
1. Gängige Kühlmethoden
1. IC01 natürliche Kühlung (Oberflächenkühlung)
Beispielsweise Siemens Kompakt-Servomotoren 1FK7/1FT7. Hinweis: Die Oberflächentemperatur dieser Motoren ist hoch und kann umliegende Geräte und Materialien beeinträchtigen. Daher sollte in manchen industriellen Anwendungen darauf geachtet werden, die negativen Auswirkungen der Motortemperatur durch eine sachgemäße Installation und eine moderate Leistungsreduzierung zu minimieren.
2. IC411 Eigenlüfterkühlung (Selbstkühlung)
Die Kühlung des IC411 erfolgt durch die Bewegung der Luft mittels der Rotation des Motors selbst, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Luft mit der Drehzahl des Motors zusammenhängt.
3. IC416 Zwangskühlung mit Lüfter (Zwangskühlung oder unabhängige Lüfterkühlung)
Der IC416 verfügt über einen unabhängig angetriebenen Lüfter, der unabhängig von der Motordrehzahl für ein konstantes Luftvolumen sorgt.
Bei den Kühlmethoden IC411 und IC416 handelt es sich um häufig verwendete Kühlmethoden für Niederspannungs-Wechselstrom-Asynchronmotoren. Die Wärmeabfuhr erfolgt durch Anblasen der Kühlrippen auf der Motoroberfläche mittels eines Lüfters.
4. Wasserkühlung
Die durch die hohen Verluste im Motor entstehende Wärme wird über die Motoroberfläche an die Umgebungsluft abgegeben. Um bei bestimmten Betriebsbedingungen einen zu starken Temperaturanstieg an verschiedenen Motorteilen zu verhindern, befinden sich im heißesten Bereich des Motors mitunter spezielle, mit Wasser gefüllte Kanäle oder Rohre. Die zirkulierende Luft im Motor führt die Wärme an die wassergekühlte Oberfläche ab.
5. Wasserstoffkühlung
In schnelllaufenden elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Turbogeneratoren, wird Wasserstoffkühlung eingesetzt. In einem geschlossenen System wird das Wasserstoffgas, dessen Druck einige Prozent über dem Atmosphärendruck liegt, durch den eingebauten Lüfter intern zirkuliert und durchströmt anschließend nacheinander den wärmeerzeugenden Teil des Motors und den wassergekühlten Rohrkühler.
6. Ölkühlung
Bei manchen Motoren werden die stationären Teile und sogar die rotierenden Teile durch Öl gekühlt, das im Inneren des Motors und durch außerhalb des Motors angebrachte Kühler zirkuliert.
2. Motorklassifizierung basierend auf der Kühlmethode
(1) Der Motor mit natürlicher Kühlung verwendet keine speziellen Methoden zur Kühlung der verschiedenen Teile des Motors, sondern ist ausschließlich auf die Rotation des Rotors selbst angewiesen, um die Luft anzutreiben.
(2) Der Heizteil des selbstbelüfteten Motors wird durch einen eingebauten Lüfter oder eine spezielle Vorrichtung gekühlt, die am rotierenden Teil des Motors angebracht ist.
(3) Motor mit externer Belüftung (luftgekühlter Motor): Die Außenfläche des Motors wird durch den vom Lüfter auf der Motorwelle erzeugten Luftstrom gekühlt, sodass keine Außenluft in den Heizbereich im Inneren des Motors eindringen kann.
(4) Die Zirkulation des Motorkühlmittels mit zusätzlicher Kühlausrüstung wird durch spezielle, außerhalb des Motors befindliche Vorrichtungen erzeugt, wie z. B. Wasserkühlschränke, Luftkühlschränke und Kreisel-Wirbelstromventilatoren.
Veröffentlichungsdatum: 24. Oktober 2023