Zonder correcte motorkoeling loopt productie vast

"Het draait, dus het is toch ok?" ... We zouden de productiechefs niet te eten willen geven die met dergelijke uitspraken geconfronteerd worden. Bij motoren gaat die kruik evenwel niet lang te water. Motoren die voortdurend oververhitten leven niet alleen minder lang, ze vormen ook een gevaar voor de veiligheid en laten de productie in de soep draaien. Een adequate koeling is dus zeker geen overbodige luxe.

Waar komt de warmte vandaan?

Er zijn meerdere reden te vinden waarom een motor te warm krijgt.

Een eerste reden vinden we terug in de interne constructie. Hoewel de efficiëntie van motoren er de afgelopen jaren ferm op vooruitgegaan is onder invloed van de IEx-efficiëntieklassen, blijven er altijd interne verliezen optreden. De gecombineerde rotor- en statorverliezen uiten zich in warmte-opbouw die intern afgevoerd moet worden.

Een verkeerd gedimensioneerde motor is een volgende oorzaak. Motoren die te groot gedimensioneerd zijn, verbruiken te veel energie, maar motoren die te laag gedimensioneerd zijn, zullen de belasting niet aankunnen en dus opwarmen. De oorzaak van een slechte dimensionering ligt overigens niet altijd aan de machineleverancier. Veranderingen in de installatie van de gebruiker (snelheid, belasting) kunnen hier eveneens aan de basis liggen.

Een derde reden vinden we bij de spanningstoevoer. Zeker in bedrijven waar zware installaties draaien, kunnen spanningsvallen optreden die een zekere impact hebben op de warmte-huishouding. Een motor die buiten zijn spanningsgebied valt, zal harder belast worden en dus meer warmte creëren.

Ook omgevingsfactoren kunnen een negatieve invloed uitoefenen op de efficiënte koeling. Een slechte inplanting naast warmtebronnen, het afdekken van ventilatiegaten en het ontbreken van degelijk onderhoud zal de warmte-opbouw alleen maar versterken.

Wat zijn de gevolgen?

Het gebrek aan efficiënte koeling heeft een aanzienlijke negatieve invloed op de levensduur van uw motor. Dit is vooral het geval voor de lagers en het isolatiesysteem, de onderdelen die het gevoeligst zijn voor oververhitting.

De lagers en het isolatiesysteem zijn het gevoeligst voor oververhitting

Een goede vuistregel is de volgende:

• De levensduur van het isolatiesysteem van de motor wordt gedeeld door twee voor elke 10 °C boven de nominale temperatuur en vermenigvuldigd met twee voor elke 10 °C lager.
• De levensduur van het lagervet van uw motor wordt gedeeld door twee voor elke 15 °C boven de nominale temperatuur en vermenigvuldigd met twee voor elke 15 °C lager.

Kortom, een goed warmtebeheer resulteert in een betrouwbare en robuuste motor met een langere levensduur. Maar er is meer: bij een efficiënt koelsysteem is het soms zelfs mogelijk om bij retrofitprojecten een kleinere motor te gebruiken, wat nog eens bijkomende besparingen met zich meebrengt in termen van gewicht, ruimte en kosten.

Welke koelmethodes?

Dat koeling belangrijk is, wordt ook geïllustreerd door het IEC, dat er een specifieke norm aan wijdde. In de IEC 60034-6 worden diverse methoden voor efficiënte koeling van elektromotoren gedefinieerd. Elke methode wordt aangeduid met een zogenaamde IC-code die de afzonderlijke elementen van de koelmethode aanduidt.

Er worden 5 onderscheidende factoren benoemd: Type schakeling, primaire koeling, de wijze van beweging van de primaire koeling, de secundaire koeling en tot slot de wijze van beweging van de secundaire koeling (zie tabel). Door van de koeling de eigenschappen in te vullen, krijg je de betreffende code. Meestal worden enkel de cijfers ingezet, en verdwijnen de 2 letters uit de code.

Naast deze methode zien we vaak - afhankelijk van de fabrikant - dat ook de NEMA-code frequent gebruikt wordt. Zij werken met een afkorting van het type motor.

Tussen haakjes de overeenkomstige IC-code:

• TEFC Totally Enclosed Fan Cooled (IC 411)
• TENV Totally Enclosed Non-Ventilated (IC 410)
• TEFV Totally Enclosed Force Ventilated (IC 416)
• TEAO Totally Enclosed Air Over (IC 418)

Het valt op dat al deze codes starten met ‘4’ en dus warmte afvoeren via het materiaal van de behuizing.

IC 411

Deze koelmethode is zeer breed aanwezig. De motor wordt gekoeld via een externe ventilator die op de motoras is gemonteerd. De ventilator varieert gelijklopend met de snelheid van de motor. Door deze eenvoudige opzet wordt deze opstelling toegepast in onder meer pompen, ventilatoren en hydraulische systemen. Een nadeel van deze methode is dat er, zeker bij een grote massatraagheid van de applicatie, extra warmteontwikkeling in de elektromotor kan optreden door de hoge en langer durende aanloopstroom. Daarbij komt nog, dat tijdens stilstand een elektromotor uiteraard niet kan worden gekoeld door de ventilator die direct op dezelfde motoras is gemonteerd.

IC 410

Deze methode is nog eenvoudiger. De koeling verloopt niet via de ventilator, maar enkel en alleen via de natuurlijke convectie via behuizing en voet. Het spreekt voor zich dat het aantal applicaties hier een stuk beperkter is. In principe vinden we deze types vooral terug bij toepassingen waarbij de motor telkens slechts voor korte tijd ingezet wordt, en er dus voldoende stilstandtijd is waarbij de gevormde warmte kan afgevoerd worden. Voorbeelden zijn bijvoorbeeld lieren en takels. De opbouw zonder extra ventilator zorgt voor wat minder onderhoud.

IC 416

Hier wordt de motor gekoeld door een extern gemonteerde gemotoriseerde axiale ventilator die bij de motor wordt geleverd. Dit heeft - ten opzichte van IC411 - het voordeel dat de snelheid van de ventilator en dus de koeling op een vast niveau kan aangehouden worden. Het groeiend gebruik van VFD’s is een belangrijke driver in de groei van dit koelingstype. Bij het gebruik van een VFD in een IC 411 wordt de interne ventilator voortdurend het voorwerp van de vele snelheidsveranderingen. Bij deze opstelling is dat niet het geval.

IC 418

Bij koeltorens, industriële ventilatoren en HVAC-toepassingen kan een alternatieve manier van koelen ingezet worden, waarbij de toepassing zelf een koelende bries terug over de motorbehuizing stuurt. Als het koelvermogen voldoende groot is, kan er in vele gevallen overgeschakeld worden op een kleiner gedimensioneerde motor.

Andere methodes

De genoemde methodes mogen dan populair zijn, sommige applicaties vergen een andere benadering. Hoogspanningsmotoren (< 1.000 V) hebben bijvoorbeeld een grotere koelingsbehoefte. In deze gevallen kan worden overgeschakeld op waterkoeling via een warmtewisselaar (lucht/water).

Daarnaast is er ook waterkoeling mogelijk via mantelkoeling, waarbij water in kanaaltjes van de behuizing wordt gebracht. Zo wordt een koelingscircuit gecreëerd.

Bij sommige toepassingen kan een ventilator rechtstreeks in de behuizing voorzien worden, en de warmteontwikkeling recht aan de bron aanpakken.

Ook bij hydraulische installaties volstaat de standaardkoeling niet altijd. Er zijn dan specifieke motoren op de markt die kunnen ondergedompeld worden in koelvloeistof.