Перегрев мотор колеса – причины и последствия

Обмотки нового электродвигателя

Сгоревшие обмотки электродвигателя редукторного мотор колеса

Перегрев и выход из строя мотор колёс, чаще всего происходит по двум причинам:

- Неправильный  выбор  мощности мотор колеса  при покупке.

- Неправильная эксплуатация мотор колеса.

К сожалению, владельцы лёгкого электротранспорта не всегда соизмеряют возможности мотор колёс с нагрузкой, которую им задают. Выход из строя мотор колёс из-за перегрева не является гарантийным случаем. Это – неправильная эксплуатация. 

Примеры:

1. Клиент приобрёл у нас скутерное мотор колесо Вольта байкс 48v800w в ободе диаметром 10 дюймов и с его помощью переделал старый скутер с ДВС на электротягу. Через какое-то время он пожаловался, что в мотор колесе сгорели обмотки. Его попросили рассказать, при каких обстоятельствах это произошло. Выяснилось, что клиент заезжал на электроскутере на затяжной подъём. Общая нагрузка (скутер, водитель, пассажир и груз), составляла примерно 350 кг.(!) Дело было летом.

Естественно, мотор колесо не выдержало такой нагрузки, ведь скутер с бензиновым мотором до переделки не только имел более высокую мощность (около 2л.с.), что составляет примерно 1.5 квт, но и вариатор, который позволяет изменять соотношение тяги и скорости в широких пределах. А мотор колесо - не имеет коробки перемены передач или вариатора. Значит, мощность мотор колеса  при высоких  нагрузках, должна быть, как минимум, такой же, как у бензинового двигателя.

2. Клиент заказал у нас редукторное мотор колесо Вольта байкс 36v350w и форсировал его с помощью контроллера на 48v600w. При таком апгрейде, электровелосипед стал разгоняться до 51 км/час. Через некоторое время клиент позвонил и сказал, что в мотор колесе появились посторонние шумы и он хочет, чтобы мы посмотрели его по гарантии.

Наши мастера разобрали мотор колесо и увидели, что лак на обмотках из медного провода, от перегрева  потемнел, а капроновые нити, которыми  увязаны провода обмоток, обгорели и перестали удерживать провода. Клиент оплатил ремонт, но вскоре купил у нас более мощное мотор колесо.

3. Мужчина с весом примерно 130 кг, из Киева, приобрёл у нас редукторное мотор колесо с номинальной мощностью 600 ватт, установил его на свой электровелосипед и ездил в режиме скутера, то есть, без помощи педалями. Летом, при очередной поездке по Киеву, где более чем достаточно крутых подъёмов, обмотки перегрелись и замкнули…

В результате перегревов страдают не только обмотки, но и постоянные неодимовые магниты. Они постепенно размагничиваются и теряют свои магнитные свойства. От этого КПД мотор колеса уменьшается. Оно потребляет больше энергии, а едет хуже, чем раньше. Расстояние пробега от одной зарядки аккумуляторов, максимальная скорость и тяга – снижаются.

Что происходит с мотор колесом при перегреве

Несмотря на то, что обороты мотор колеса могут изменяться с помощью контроллера в широких пределах, высокий КПД можно получить только в относительно небольшом диапазоне оборотов.  Этот диапазон определяется индуктивностью обмоток. Если скорость вращения  будет ниже оптимальной, продолжающаяся подача тока в каждую фазу, после достижения предела магнитного потока, будет приводить лишь к  нагреву деталей. На скоростях выше оптимальной, магнитный поток в полюсах не достигнет максимума  из-за ограниченного индуктивностью времени нарастания тока. 

Для того, чтобы обеспечить оптимальную крейсерскую скорость при заданной нагрузке, производители мотор колёс выпускают модели с различной индуктивностью обмоток (числом витков и диаметром проводов). При этом, меньшее число витков соответствует более быстроходному двигателю, а меньшее – тяговому, но низкоскоростному. Подбирать мотор колесо, исходя из своих потребностей, следует по его оборотам, указанным в технических характеристиках или  руководствуясь  советами опытных специалистов Вольта байкс.

В случаях, когда нагрузка на мотор колесо значительно превышает его возможности, увеличенный ток, вместо выполнения механической работы, вызывает  перегрев обмоток ротора и постоянных магнитов статора. При нагреве магнитов выше определенной температуры, называемой точкой Кури, те резко теряют свои магнитные свойства на время, пока температура превышает точку Кури.

Лишившись  опоры на внешнее магнитное поле, в обмотках ротора резко уменьшается генераторная ЭДС, противостоящая ЭДС источника питания - что эквивалентно уменьшению реактивного сопротивления обмоток. Ток, проходящий  через обмотки,  резко возрастает и выделение тепла растёт скачкообразно. При этом мотор колесо не производит больше механической работы;  его крутящий момент и обороты остаются неизменными или даже понижаются. Точка Кури для обычных ферритовых магнитов наступает примерно при 80 градусах, для неодимовых магнитов - может превышать 120 градусов Цельсия.

При нагреве обмоток ротора выше 130-150 градусов, начинается разрушение лакового изоляционного покрытия поводов, с последующим  межвитковым замыканием, которое увеличивает ток и интенсивность нагрева еще сильнее. При осмотре перегретых  обмоток заметно, что они потемнели, а в тяжёлых случаях – спеклись и обуглились.

График характеристик прямоприводного мотор колеса 36v600w (синим цветом обозначена кривая КПД)

Поскольку  нагрев  электродвигателя  с момента достижения  максимально допустимой  рабочей  температуры  до температуры перегрева, происходит  не линейно, а скачкообразно,  определить перегрев мотор колеса по ощущениям во время поездки очень сложно: частота вращения  на слух не меняется  и двигатель продолжает работать, а резкое увеличение тока и усиление нагрева невооруженным глазом не видно - до тех пор, пока не оплавится изоляция проводов обмоток и они не замкнут между собой. Корпус мотор колеса при этом сильно нагреется и появится запах гари. Но, поскольку, перегрев происходит в движении, для водителя эти запоздалые признаки аварии, в большинстве случаев, остаются незамеченными, вплоть до полного отказа техники.

Перемотка обмоток – самый дорогостоящий ремонт мотор колеса. Если при этом потребуется менять ещё и датчики Холла, и силовой кабель, то проще  купить новое мотор колесо, так как разница в стоимости ремонта и приобретения нового электропривода будет минимальной.

Вывод: перегрев электродвигателя выше предельной рабочей температуры, без снижения нагрузки, приводит к скачкообразному развитию аварийной  ситуации и мотор  колесо выходит из строя очень быстро. Скорость процесса ограничивается лишь уровнем потребляемой мощности и возможностью отвода тепла, которая у мотор колёс невысока. В случае начала перегрева, до опасной температуры, мотор нагревается  менее 1 минуты!

Однако, мотор колесо не начнет перегреваться без определенных предпосылок.

Ситуации, приводящие к перегреву мотор колеса

Электродвигатель может перегреться в случае нарушения условий его работы, приводящих к внутреннему тепловыделению сверх допустимого уровня. Увеличение температуры внутри электродвигателя растет в трех случаях:
- При нарушении условий охлаждения (внешнего отвода тепла);
- При превышении допустимого тока;
- При превышении допустимого момента на валу.

Если условия воздушного охлаждения мотор колёс считать неизменными (хотя они зависят от температуры воздуха и обдува), остаётся два способа перегреть электродвигатель: повысив напряжение питания (при этом возрастает и ток) и/или увеличив механическую нагрузку на валу. Если увеличенный ток или нагрузка применяются кратковременно, или дело происходит при хорошем охлаждении (например, зимой), - то мотор колесо может не успеть разогреться до критических температур. При таких же продолжительных высоких нагрузках летом (см. примеры в начале статьи), дело чревато перегревом и выходом из строя мотор колеса, а то и контроллера к нему в придачу.

Скутерное мотор колесо с жидкостным охлаждением

Существенно улучшить охлаждение обычных мотор колёс - нереально. Правда, некоторые самодельщики заливают внутрь корпуса прямо-приводных мотор колёс машинное масло, реализуя таким образом пассивное жидкостное охлаждение. Но эффективность такой доработки невысока. Существуют заводские модели мотор колёс с принудительным жидкостным охлаждением, но их стоимость в разы выше обычных моделей. Конструкция такого электропривода за счёт шлангов, помп и радиаторов значительно усложняется.

Чтобы избежать перегрева мотор колеса при высоких нагрузках, есть два основных пути:

1.Покупать мотор колесо со встроенным датчиком температуры и контроллером, который при перегреве обмоток, автоматически уменьшает  силу тока, вплоть до временного отключения электропривода.

2.Так как электропривод  со сложной управляющей электроникой, стоит дорого, - за те же деньги, или даже дешевле, можно купить мотор колесо с мощностью больше на 20 – 50%, а к нему обычный контроллер. Результат в обеих случаях будет одинаковый: мотор колесо не перегреется.

Любой хороший водитель «чувствует» свою технику и знает пределы её возможностей. Электровелосипеды, электроскутеры и другой лёгкий электротранспорт, - не исключение. Чувствуете, что электровелосипед с натугой заезжает на гору, - помогите педалями. Если это скутер, - остановитесь, - пусть передохнёт. А чтобы таких ситуаций не было в принципе, перед покупкой компонентов для лёгкого электротранспорта, советуйтесь со специалистами Вольта байкс. 

ТМ Вольта байкс