Obce chłodzenie silnika elektrycznego – budowa, montaż i dobór do wielkości mechanicznej

Obce chłodzenie silnika elektrycznego to niezależny wentylator, montowany w miejscu standardowej osłony przewietrznika, który ma własny silniczek i własne zasilanie. Dzięki temu strumień powietrza opływającego żebra kadłuba nie zależy od prędkości obrotowej wału. To rozwiązanie stosuje się przede wszystkim w napędach z falownikiem pracujących długo na niskich obrotach, ale nie tylko tam.

Zwykły silnik zamknięty chłodzi się przewietrznikiem osadzonym na własnym wale. Przewietrznik tłoczy powietrze proporcjonalnie do obrotów, więc gdy silnik zwalnia, chłodzenie spada szybciej niż prędkość. Jeśli jednocześnie moment obciążenia pozostaje wysoki, prąd i straty w uzwojeniu nie maleją, a temperatura rośnie. Obce chłodzenie rozwiązuje ten problem u źródła.

W tym artykule opisujemy, jak zbudowany jest moduł obcego chłodzenia, kiedy jest potrzebny, jak dobrać go do wielkości mechanicznej silnika, jak go zamontować i podłączyć. Wartości techniczne podajemy jako typowe – wiążące są dane producenta silnika i wentylatora. Podłączenie elektryczne powinna wykonać osoba z uprawnieniami SEP.

Budowa modułu obcego chłodzenia

Moduł obcego chłodzenia, nazywany też wentylatorem obcym lub wymuszonym, składa się zwykle z kilku elementów:

• osłony – pełni funkcję osłony przewietrznika, ale jest dłuższa i ma mocowanie silniczka wentylatora;
• silniczka wentylatora – małego silnika jednofazowego 230 V lub trójfazowego 400 V, zamocowanego osiowo w osłonie;
• wirnika wentylatora – osadzonego na wale silniczka, a nie na wale silnika głównego;
• kratki wlotowej – zabezpieczającej przed dostępem do wirnika i większymi zanieczyszczeniami;
• puszki przyłączeniowej lub przewodu wyprowadzonego z silniczka;
• elementów mocujących – śrub, wsporników lub pierścienia dopasowanego do kadłuba danej wielkości.

Po zamontowaniu modułu z wału silnika głównego zdejmuje się standardowy przewietrznik. Koniec wału od strony N (przeciwnej do napędu) pozostaje wolny, co ma dodatkową zaletę: w razie potrzeby można tam zamocować enkoder lub inny czujnik, o ile pozwala na to konstrukcja osłony.

Wersje jednofazowe i trójfazowe

W ofercie obcych chłodzeń spotkasz wersje zasilane napięciem 230 V i 400 V. Na mniejszych wielkościach mechanicznych częściej stosuje się zasilanie jednofazowe, które łatwo pobrać z obwodów sterowania szafy. Większe moduły, o większym wydatku powietrza, mają zwykle silniczki trójfazowe. Wybór zależy od tego, jakie zasilanie jest dostępne w miejscu zabudowy i jak chcesz zintegrować wentylator z układem sterowania.

Kiedy obce chłodzenie silnika elektrycznego jest potrzebne

Obce chłodzenie nie jest potrzebne w każdym napędzie. Silnik pracujący z prędkością znamionową z sieci i obciążony zgodnie z tabliczką ma wystarczające chłodzenie własne. Moduł obcego chłodzenia ma sens w kilku typowych sytuacjach.

Praca z falownikiem na niskich obrotach

To najczęstszy powód. Przy regulacji częstotliwości poniżej znamionowej wydajność przewietrznika własnego maleje, a przy obciążeniu o stałym momencie – na przenośnikach, podajnikach, mieszadłach czy nawijarkach – silnik musi oddawać pełny moment. Bez dodatkowego chłodzenia trzeba wtedy obniżać dopuszczalny moment ciągły przy niskich prędkościach. Producenci silników podają charakterystyki dopuszczalnego obciążenia w funkcji częstotliwości; przy chłodzeniu obcym jest ona zwykle znacznie korzystniejsza. Więcej o współpracy silnika z przemiennikiem w artykule silnik elektryczny a falownik.

Częste rozruchy i hamowania

Przy pracy przerywanej z dużą liczbą łączeń silnik nagrzewa się prądem rozruchowym, a w przerwach postoju nie chłodzi się, bo przewietrznik stoi. Obce chłodzenie pracuje również wtedy, gdy silnik główny jest zatrzymany, więc odprowadza ciepło w przerwach między cyklami.

Silnik w trudnym otoczeniu

Wysoka temperatura otoczenia, ograniczony dopływ powietrza w zabudowie lub praca na dużej wysokości pogarszają warunki chłodzenia. Obce chłodzenie nie zastąpi właściwego doboru mocy, ale może dać potrzebny zapas termiczny. Jeśli silnik już teraz pracuje gorący, najpierw ustal przyczynę – pomocny będzie poradnik dlaczego silnik elektryczny się grzeje.

Ograniczenie hałasu przy wysokich obrotach

Przy pracy z częstotliwością wyższą niż znamionowa przewietrznik własny obraca się szybciej, co zwiększa hałas i opory wentylacyjne. Wentylator obcy pracuje ze stałą prędkością, więc hałas aerodynamiczny jest przewidywalny niezależnie od obrotów silnika.

Dobór obcego chłodzenia do wielkości mechanicznej

Moduł obcego chłodzenia dobiera się przede wszystkim do wielkości mechanicznej silnika, czyli wzniosu osi wału wyrażonego w milimetrach: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132 i tak dalej. Od wielkości zależy średnica kadłuba, rozstaw otworów pod osłonę i potrzebny wydatek powietrza. W nazwach produktów w sklepie liczba po literze G wskazuje wielkość silnika, do której przeznaczony jest moduł, a dopisek 230 V lub 400 V – napięcie zasilania wentylatora. Dopasowanie zawsze potwierdź w opisie konkretnego produktu.

Sama wielkość mechaniczna to warunek konieczny, ale nie zawsze wystarczający. Przed zamówieniem sprawdź:

• średnicę kadłuba i kształt żeber – silniki tej samej wielkości od różnych producentów mogą się nieznacznie różnić;
• sposób mocowania oryginalnej osłony – na śruby w tarczy łożyskowej, na zatrzaski albo na wkręty w kadłub;
• długość całkowitą po montażu – moduł obcego chłodzenia jest dłuższy od standardowej osłony, co w ciasnej zabudowie bywa kłopotem;
• długość wału od strony N – czasem trzeba go skrócić lub zostawić, jeśli planujesz montaż enkodera;
• stopień ochrony – moduł nie powinien obniżać szczelności całego napędu poniżej wymaganego poziomu; więcej o oznaczeniach w artykule stopień ochrony IP w silnikach elektrycznych.

Silniki z hamulcem wymagają osobnej uwagi, bo hamulec zajmuje miejsce za tarczą łożyskową. Dopasowanie modułu obcego chłodzenia do silnika hamulcowego trzeba potwierdzić w dokumentacji obu elementów.

Montaż obcego chłodzenia krok po kroku

1. Odłącz zasilanie silnika głównego i zabezpiecz je przed załączeniem.
2. Zdemontuj osłonę przewietrznika, odkręcając śruby lub zwalniając zatrzaski.
3. Zdejmij przewietrznik z wału. Zwykle jest osadzony na wcisk i zabezpieczony pierścieniem osadczym lub klinem. Używaj ściągacza, nie podważaj przewietrznika o tarczę łożyskową. Szczegóły wymiany opisujemy w artykule przewietrznik i osłona przewietrznika.
4. Sprawdź koniec wału. Usuń zadziory, zabezpiecz rowek wpustu. Jeśli wał wystaje zbyt daleko i koliduje z wirnikiem wentylatora, trzeba go skrócić zgodnie z instrukcją modułu.
5. Oczyść żebra kadłuba. Zabrudzone żebra niweczą efekt wymuszonego przepływu.
6. Załóż moduł obcego chłodzenia i przykręć go równomiernie. Sprawdź, czy wirnik wentylatora obraca się swobodnie i nie ociera o osłonę.
7. Podłącz silniczek wentylatora zgodnie ze schematem na puszce lub tabliczce.
8. Sprawdź kierunek przepływu powietrza. Przy trójfazowym silniczku wentylatora zła kolejność faz odwróci kierunek tłoczenia. Powietrze powinno płynąć wzdłuż żeber kadłuba w kierunku wskazanym przez producenta, zwykle strzałką na osłonie.

Po montażu warto zmierzyć temperaturę kadłuba podczas typowego cyklu pracy i porównać ją z wartościami sprzed zmiany.

Podłączenie i sterowanie wentylatorem obcym

Zasada jest prosta: silnik główny nie powinien pracować pod obciążeniem bez działającego wentylatora obcego. W praktyce stosuje się kilka rozwiązań:

• Zasilanie ciągłe – wentylator pracuje zawsze, gdy maszyna jest włączona, niezależnie od stanu silnika głównego. To najprostszy i najbezpieczniejszy wariant.
• Blokada w układzie sterowania – stycznik lub falownik silnika głównego może zostać załączony dopiero po potwierdzeniu pracy wentylatora, np. stykiem pomocniczym jego zabezpieczenia.
• Wybieg wentylatora – po zatrzymaniu silnika głównego wentylator pracuje jeszcze przez pewien czas, aby schłodzić uzwojenie.
• Kontrola temperatury – jeśli silnik ma czujniki PTC w uzwojeniu, warto je podłączyć do wejścia falownika lub przekaźnika termistorowego.

Silniczek wentylatora wymaga własnego zabezpieczenia. Przy trójfazowym wentylatorze dobrym wyborem jest osobny wyłącznik silnikowy z nastawą na prąd znamionowy silniczka – zasady doboru opisujemy w artykule wyłącznik silnikowy – jak dobrać zabezpieczenie. Nie zasilaj wentylatora obcego z wyjścia falownika napędzającego silnik główny: jego wydajność spadałaby razem z częstotliwością, czyli dokładnie wtedy, gdy jest najbardziej potrzebna.

Lista kontrolna przy wyborze obcego chłodzenia

• Wielkość mechaniczna silnika odczytana z tabliczki lub zmierzona jako wznios osi wału.
• Dostępne zasilanie wentylatora: 230 V czy 400 V.
• Miejsce w zabudowie na dłuższy silnik.
• Czy silnik ma hamulec lub enkoder od strony N.
• Wymagany stopień ochrony całego napędu.
• Sposób sterowania: praca ciągła, blokada czy wybieg.
• Zabezpieczenie zwarciowe i przeciążeniowe silniczka wentylatora.

Najczęstsze pytania

Czy obce chłodzenie zwiększa moc silnika?

Nie zmienia mocy znamionowej. Pozwala natomiast utrzymać wyższy moment ciągły przy niskich prędkościach, gdzie bez niego trzeba by obciążenie ograniczać. Dopuszczalne wartości podaje producent silnika.

Czy każdy silnik można wyposażyć w obce chłodzenie?

Większość silników zamkniętych z przewietrznikiem na wale – tak, pod warunkiem dopasowania modułu do wielkości mechanicznej i mocowania osłony. Przy silnikach hamulcowych i nietypowych kadłubach trzeba to sprawdzić w dokumentacji.

Od jakiej częstotliwości warto stosować obce chłodzenie?

Nie ma jednej granicy. Decyduje charakter obciążenia i czas pracy na niskich obrotach. Przy stałym momencie i długiej pracy wyraźnie poniżej częstotliwości znamionowej obce chłodzenie jest zwykle uzasadnione.

Czy wentylator obcy może pracować, gdy silnik stoi?

Tak, i często jest to korzystne, bo schładza uzwojenie po intensywnym cyklu. W wilgotnym otoczeniu warto jednak przemyśleć, czy ciągły przepływ zimnego powietrza nie sprzyja kondensacji.

Co zrobić ze zdjętym przewietrznikiem?

Warto go zachować. Jeśli kiedyś zrezygnujesz z obcego chłodzenia, oryginalny przewietrznik i osłona przywrócą standardową konfigurację silnika.

Obce chłodzenia w sklepie

Moduły dla poszczególnych wielkości silników znajdziesz w kategorii obce chłodzenia, z podziałem na wersje jednofazowe i trójfazowe. Przykładowo do silnika wielkości 80 pasuje obce chłodzenie G-80B1 zasilane napięciem 230 V. Do samego napędu regulowanego przyda się też odpowiedni przemiennik – przejrzyj kategorię falowniki.