Отопление и охлаждане на електродвигатели

Правилно определяне на мощността на електродвигателите за различни металорежещи машини, механизми и машини е от голямо значение. При недостатъчна мощност е невъзможно да се използват напълно производствените възможности на машината, да се извърши планираният технологичен процес. Ако мощността е недостатъчна, електродвигателят ще се повреди преждевременно.

Надценяването на мощността на електродвигателя води до системното му недозареждане и в резултат на това непълно използване на двигателя, неговата работа с ниска ефективност и малък коефициент на мощност (за асинхронни двигатели). Освен това, когато мощността на двигателя е надценена, капиталовите и експлоатационните разходи се увеличават.

Мощността, необходима за работата на машината, и следователно мощността, развита от електродвигателя, се променя по време на работа на машината. Натоварването на електродвигател може да се характеризира с графика на натоварване (фиг. 1), която е зависимостта на мощността от вала на двигателя, неговия въртящ момент или ток от времето. След приключване на обработката на детайла машината се спира, детайлът се измерва и детайлът се сменя. След това графикът на зареждане се повтаря отново (при обработка на части от същия тип).

За да се осигури нормална работа при такъв променлив товар, електродвигателят трябва да развие най-високата необходима мощност по време на обработката и да не прегрява над нормата по време на продължителна работа в съответствие с този график на натоварване. Допустимото претоварване на електродвигателите се определя от техните електрически свойства.

Ориз. 1. Заредете графика при обработка на същия тип части

Когато двигателят работи, загуби на енергия (и мощност)което го кара да се нагрява. Част от енергията, консумирана от електродвигателя, се изразходва за нагряване на намотките му, за нагряване на магнитната верига от хистерезис и вихрови токове, носещи триене и триене на въздуха. Извикват се топлинните загуби на намотките, пропорционални на квадрата на тока променливи (ΔРтранс)… Останалите загуби в двигателя зависят малко от натоварването му и се наричат ​​условно константи (ΔРpos).

Допустимото нагряване на електродвигател се определя от най-малко топлоустойчивите материали на неговата конструкция. Този материал е изолацията на намотката му.

За изолация на електрически машини се използват следното:

• памучни и копринени тъкани, прежди, хартия и влакнести органични материали, които не са импрегнирани с изолационни съединения (клас на топлоустойчивост U);

• същите материали, импрегнирани (клас А);

• синтетични органични филми (клас Е);

• материали от азбест, слюда, фибростъкло с органични свързващи вещества (клас В);

• същото, но със синтетични свързващи вещества и импрегниращи агенти (клас F);

• същите материали, но със силициеви свързващи вещества и импрегниращи средства (клас Н);

• слюда, керамика, стъкло, кварц без свързващи вещества или с неорганични свързващи вещества (клас С).

Класовете на изолация U, A, E, B, F, H съответно позволяват максимални температури от 90, 105, 120, 130, 155, 180 ° C. Ограничителната температура на клас C надвишава 180 ° C и е ограничена от свойствата от използваните материали.

При еднакво натоварване на електродвигателя, неговото нагряване ще бъде неравномерно при различни температури на околната среда. Проектната температура t0 на околната среда е 40 ° C. При тази температура се определят стойностите на номиналната мощност на електродвигателите.Извишаването на температурата на електродвигателя над температурата на околната среда се нарича прегряване:

Използването на синтетична изолация се разширява. По -специално, силициевите силициеви изолации осигуряват висока надеждност на електрическите машини при работа в тропически условия.

Топлината, генерирана в различни части на двигателя, влияе върху нагряването на изолацията в различна степен. Освен това се осъществява топлообмен между отделните части на електродвигателя, чийто характер се променя в зависимост от условията на натоварване.

Различното загряване на отделните части на електродвигателя и преносът на топлина между тях усложнява аналитичното изследване на процеса. Следователно, за простота, условно се приема, че електродвигателят е термично хомогенно и безкрайно топлопроводимо тяло. Обикновено се смята, че топлината, отделяна от електрически двигател на околната среда, е пропорционална на прегряването. В този случай топлинното излъчване се пренебрегва, тъй като абсолютните температури на нагряване на двигателите са ниски. Помислете за процеса на нагряване на електродвигателя при посочените предположения.

При работа в електродвигателя топлината dq се отделя през времето dt. Част от тази топлина dq1 се абсорбира от масата на електродвигателя, в резултат на което температурата t и прегряването τ на двигателя се увеличават. Останалата топлина dq2 се отделя от двигателя в околната среда. По този начин равенството може да бъде записано

С повишаване на температурата на двигателя топлината dq2 се увеличава. При определена стойност на прегряване на околната среда ще се даде толкова топлина, колкото се отделя в електродвигателя; тогава dq = dq2 и dq1 = 0. Температурата на електродвигателя спира да нараства и прегряването достига стационарна стойност на τу.

При горните предположения уравнението може да бъде записано, както следва:

където Q е топлинната мощност поради загуби в електродвигателя, J / s; А — пренос на топлина от двигателя, т.е. количеството топлина, отделяно от двигателя в околната среда за единица време при температурна разлика между двигателя и околната среда от 1oC, J / s-deg; C е топлинният капацитет на двигателя, т.е. количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на двигателя с 1 ° C, J / град.

Разделяйки променливите в уравнението, имаме

Интегрираме лявата страна на равенството в диапазона от нула до някаква текуща стойност на времето t и дясната страна в диапазона от първоначалното прегряване τ0 на електродвигателя до текущата стойност на прегряване τ:

Решавайки уравнението за τ, получаваме уравнение за отопление на електродвигател:

Нека да обозначим C / A = T и да определим измерението на това съотношение:

Ориз. 2. Криви, характеризиращи нагряването на електродвигателя

Ориз. 3. Определяне на времевата константа на нагряване

Извиква се величината Т, която има измерението на времето време на отопление постоянна електрически мотор. В съответствие с тази нотация, уравнението за нагряване може да бъде преписано като

Както можете да видите от уравнението, когато получим — стационарна стойност на прегряване.

Когато натоварването на електродвигателя се промени, размерът на загубите се променя и следователно стойността на Q. Това води до промяна в стойността на τу.

На фиг. 2 показва кривите на нагряване 1, 2, 3, съответстващи на последното уравнение за различни стойности на натоварване. Когато τу надвишава стойността на допустимото прегряване τн, продължителната работа на електродвигателя е неприемлива. Както следва от уравнението и графиките (фиг. 2), увеличаването на прегряването е асимптотично.

Когато заместваме стойността t = 3T в уравнението, получаваме стойността на τ, която е приблизително само с 5% по -малка от τy. По този начин, през времето t = 3T, процесът на нагряване може практически да се счита за завършен.

Ако в произволна точка с кривата на нагряване (фиг. 3) начертаете допирателна към кривата на нагряване, след това начертайте вертикала през същата точка, след това сегментът de на асимптотата, затворен между допирателната и вертикалата, в скалата на оста на абсцисата е равно на Т.Ако вземем Q = 0 в уравнението, получаваме уравнението за охлаждане на електродвигателя:

Кривата на охлаждане, показана на фиг. 4, съответства на това уравнение.

Времевата константа на нагряване се определя от размера на електродвигателя и формата на неговата защита срещу влиянието на околната среда. За отворени и защитени електродвигатели с ниска мощност, времето за нагряване е 20-30 минути. За затворени електродвигатели с висока мощност той достига 2-3 часа.

Както бе споменато по -горе, заявената теория за нагряване на електродвигатели е приблизителна и се основава на груби предположения. Следователно кривата на нагряване, измерена експериментално, се различава значително от теоретичната. Ако за различни точки от експерименталната крива на отопление се извърши конструкцията, показана на фиг. 3, се оказва, че стойностите на Т се увеличават с увеличаване на времето. Следователно всички изчисления, направени съгласно уравнението, трябва да се считат за приблизителни. При тези изчисления е препоръчително да се използва константата T, определена графично за началната точка на отоплителната крива. Тази стойност на T е най -малката и когато се използва, се осигурява определен запас от мощността на двигателя.

Ориз. 4. Крива на охлаждане на двигателя

Експериментално измерената крива на охлаждане се различава дори повече от теоретичната, отколкото кривата на нагряване. Константата на времето за охлаждане, съответстваща на изключения двигател, е значително по -дълга от константата на времето за нагряване поради намаляване на топлопредаването при липса на вентилация.