เพิ่มอายุการใช้งานของมอเตอร์ ด้วยการวิเคราะห์อุณหภูมิ (THERMAL ANALYSIS)

เพิ่มอายุการใช้งานของมอเตอร์ ด้วยการวิเคราะห์อุณหภูมิ (THERMAL ANALYSIS)

การวิเคราะห์อุณหภูมิ (THERMAL ANALYSIS)

การใช้งานมอเตอร์ที่มีความร้อนสูงเป็นเวลานาน ทำให้อายุการใช้งานของมอเตอร์ลดลง ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเพิ่ม(Temperature rise) ที่ยอมรับได้ของฉนวนขดลวดและอุณหภูมิของแบริ่ง เนื่องจากค่าอุณหภูมิเพิ่มทุก10องศา จะทำให้อายุการใช้งานของฉนวนลดลงครึ่งหนึ่ง และความร้อนสูงยังส่งผลกับความหนืด(Viscosity) ของสารหล่อลื่นในแบริ่ง อาจทำให้แบริ่งเสียหายจากการขาดสารหล่อลื่นได้เร็วขึ้น ดังนั้นการวัดอุณหภูมิเพื่อป้องกันการใช้งานมอเตอร์ขณะเกิดความร้อนสูงเป็นเวลานานเป็นสิ่งที่ควรกระทำ
ค่าเผื่อทางอุณหภูมิ เป็นค่าที่เผื่อไว้ระหว่างอุณหภูมิเฉลี่ยของขดลวดและอุณหภูมิ ณ จุดร้อนที่สุด (Hottest point) โดย อุณหภูมิเพิ่มสูงสุดที่ยอมรับได้ = อุณหภูมิสุงสุด – อุณหภูมิห้องสูงสุด – ค่าเผื่อ

อุณหภูมิเพิ่มทุก10องศา คิดจากอุณหภูมิห้องสูงสุด40องศา ทำให้อายุของฉนวนลดลงประมาณครึ่งหนึ่ง โดยอายุการใช้งานของฉนวนสัมพันธ์กับอุณหภูมิเพิ่มดังรูปที่4 

การวัดอุณหภูมิแบบเปรียบเทียบแนวโน้ม(Trending) เป็นวิธีที่สะดวก รวดเร็วในการประเมินสภาพความร้อนสูงเกิน (Over heat) ในมอเตอร์ สาเหตุหลักของความร้อนสูงเกิน เกิดจากการใช้งานเกินพิกัด แบริ่งยึดติดและการเยื้องศูนย์ (Misalignment) นอกจากนี้ความผิดปกติอื่นๆที่อาจก่อให้เกิดความร้อนสูงเกินได้คือการระบายความร้อนที่จำกัด อุณหภูมิบรรยากาศโดยรอบสูง อัตราการใช้งาน (Duty cycle) ที่มากเกินไป และแหล่งจ่ายไฟผิดปกติ เช่น แรงดันตก เกินหรือไม่สมดุล

การวัดอุณหภูมิควรทำในขณะมอเตอร์อยุ่ในภาวะคงตัว(Steady state) โดยตำแหน่งวัดอุณหภูมิต่างๆที่แนะนำ 4 มีอยู่ 7ตำแหน่งด้วยกันคือ 3 จุดบริเวณผิวด้านข้างของมอเตอร์ บริเวณแบริ่งทั้งสองด้าน บริเวณกล่องต่อสายและบริเวณประกับโหลด (Coupling)

ตำแหน่งต่างๆในการวัดอุณหภูมิของมอเตอร์

การวัดอุณหภูมิยังมีปัจจัยต่างๆที่มีผลกับการวิเคราะห์ เช่นโหลด อุณหภูมิห้อง ความร้อนจากรังสีจากดวงอาทิตย์ และตำแหน่งที่วัด อุณหภูมิเพิ่มเป็นผลของกำลังสูญเสียต่างๆเช่น แรงเสียดทาน (Bearing friction) แรงลมต้านการหมุน (Windage) ความสูญเสียในแกนเหล็ก (Core loss) การสูญเสียในขดลวด (Copper loss หรือ I²R loss) และ Stray load loss ซึ่ง Stray load loss และ Copper loss จะขึ้นอยู่กับโหลด โดยการสูญเสียในขดลวดถือว่ามีมากที่สุดและอยู่ในรูปของความร้อน ดังนั้นในการวิเคราะห์ปัญหาความร้อนแบริ่งและที่ผิวของมอเตอร์แบบแนวโน้มจึงจำเป็นต้องนำสภาวะโหลดมาพิจารณาด้วย

สิ่งที่ต้องตระหนักคืออุณหภูมิห้องยิ่งสูง ทำให้ผิวของมอเตอร์มีอุณหภูมิสูงขึ้นตาม นอกจากนี้ความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์ขณะใช้งานภายใต้แสงแดด สี ความหนาและคุณสมบัติของโลหะก็ส่งผลกับอุณหภูมิผิวที่วัดได้ เพื่อหลีกเลี่ยงหรือลดผลกระทบดังกล่าว การวัดอุณหภูมิผิว ควรวัดในตำแหน่งที่ไม่ได้รับแสง และอยู่ต่ำกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางในแนวนอน4

อีกปัจจัยที่สำคัญ ที่มีผลต่ออุณหภูมิผิวคือตำแหน่งวัด โดยทั่วไปตำแหน่งที่มีอุณภูมิสูงสุดคือตำแหน่งที่มีมวลมากสุดและการระบายความร้อนทำได้น้อยสุด4 ดังนั้นในมอเตอร์แบบเปิด (Open enclosure) ตำแหน่งที่อุณหภูมิสูงที่สุดจะอยู่ที่กลางมอเตอร์ ในขณะที่มอเตอร์แบบปิด (Totally enclose) ตำแหน่งที่อุณหภูมิสูงที่สุดคือตำแหน่งใดก็ตามที่อยู่ระหว่างกึ่งกลางถึงตำแหน่งที่ได้รับลมระบายความร้อนจากพัดลมน้อยที่สุด อุณหภูมิมอเตอร์รอบแนวรัศมีจะแตกต่างกันออกไปตามลักษณะการระบายความร้อน รวมถึงระยะห่างของสเตเตอร์กับตัวเรือนมอเตอร์จะมีค่าไม่เท่ากันตลอดแนวรัศมีมอเตอร์ ยิ่งสเตเตอร์อยู่ห่างจากโครงมอเตอร์น้อยเท่าใด ค่าที่วัดได้ก็จะคงที่และถูกต้องมากขึ้น ในการวัดอุณหภูมิผิวแบบเปรียบเทียบแนวโน้ว ควรทำการวัดในตำแหน่งเดิมหรือใกล้เคียงกับตำแหน่งเดิมทุกครั้ง และควรเลือกวัดในตำแหน่งที่สเตเตอร์อยู่ใกล้กับโครงมอเตอร์มากที่สุด

ในการพิจารณาอุณหภูมิเพิ่มของมอเตอร์สำหรับการวิเคราะห์แบบเปรียบเทียบแนวโน้ม เพื่อชดชยผลของอุณหภูมิห้องและสภาวะโหลด ค่าอุณหภูมิเพิ่มหลังชดเชยผลของโหลด (Normalized temperature rise) จะเป็นดังนี้
Tpt คือ อุณหภูมิที่วัดได้
Tamb คือ อุณหภูมิบรรยากาศ
%load คือ ร้อยละของโหลดขณะทำการวัดเทียบกับโหลดสูงสุดของมอเตอร์