Топлинни условия и номинална мощност на двигателя

Когато електрическият мотор работи, загуби, за да покрие коя част от консумираната електрическа енергия е изразходвана. Загуби възникват при активното съпротивление на намотките, в стоманата при промяна на магнитния поток в магнитната верига, както и механични загуби поради триене в лагерите и триене на въртящите се части на машината срещу въздуха. В края цялата загубена енергия се превръща в топлинна енергия, която се използва за загряване на двигателя и разсейване в околната среда.

Загубите на двигателя са постоянни и променливи. Константите включват загуби в стоманата и механични загуби в намотки, където токът е постоянен, и променливи загуби в намотките на двигателя.

В първоначалния период след включване по -голямата част от отделената топлина в двигателя отива да повиши температурата му, а по -малко отива в околната среда. След това, когато температурата на двигателя се повиши, все повече топлина се прехвърля към околната среда и идва момент, когато цялата генерирана топлина се разсейва в космоса. След това се установява термично равновесие и по -нататъшното повишаване на температурата на двигателя спира. Тази температура на нагряване на двигателя се нарича стационарно състояние. Стационарната температура остава постоянна във времето, ако натоварването на двигателя не се промени.

Количеството топлина Q, което се отделя в двигателя за 1 s, може да се определи по формулата

където η- ефективност на двигателя; P2 е мощността на вала на двигателя.

От формулата следва, че колкото по-голямо е натоварването на двигателя, толкова повече топлина се генерира в него и по-висока е неговата стационарна температура.

Опитът с експлоатацията на електродвигатели показва това основната причина за неизправността им е прегряването на намотката. Докато температурата на изолацията не надвишава допустимата стойност, термичното износване на изолацията се натрупва много бавно. Но с повишаване на температурата, износването на изолацията рязко се увеличава. Практически вярвайте в това прегряването на изолацията за всеки 8 ° C намалява живота й наполовина. Така че, двигател с памучна изолация на намотки при номинално натоварване и температура на нагряване до 105 ° C може да работи около 15 години, при претоварване и повишаване на температурата до 145 ° C, двигателят ще се повреди след 1,5 месеца .

Според ГОСТ изолационните материали, използвани в електротехниката, са разделени на седем класа по отношение на топлоустойчивостта, за всеки от които е зададена максимално допустимата температура (Таблица 1).

Допустимото превишаване на температурата на намотката на двигателя над температурата на околната среда (в СССР е прието + 35 ° C) за клас на топлоустойчивост Y е 55 ° C, за клас A — 70 ° C, за клас B — 95 ° C, за клас I — 145 ° C, за клас G над 155 ° C. Повишаването на температурата на даден двигател зависи от големината на неговото натоварване и режима на работа. При температура на околната среда под 35 ° C двигателят може да бъде натоварен над номиналната си мощност, но така че температурата на нагряване на изолацията да не надвишава допустимите граници.

Характеристика на материала Клас на топлоустойчивост Максимално допустима температура, ° С Неимпрегнирани памучни тъкани, прежди, хартия и влакнести материали от целулоза и коприна Y 90 Същите материали, но импрегнирани със свързващи вещества А 105 Някои синтетични органични филми E 120 Слюда, азбест и материали от фибростъкло, съдържащи органични свързващи вещества V 130 Същите материали в комбинация със синтетични свързващи вещества и импрегниращи агенти F 155 Същите материали, но в комбинация със силиций, органични свързващи вещества и импрегниращи съединения З 180 Слюда, керамични материали, стъкло, кварц, азбест, използвани без свързващи вещества или с неорганични свързващи вещества G повече от 180

Въз основа на известно количество топлина В, разпределени при работещ двигател, могат да бъдат изчислени излишна температура на двигателя τ° C над температурата на околната среда, т.е. температура на прегряване

където A е топлопреминаването на двигателя, J / deg • s; e е основата на естествените логаритми (e = 2.718); C е топлинният капацитет на двигателя, J / град; τО- първоначалното повишаване на температурата на двигателя при τ.

Стационарна температура на двигателя τу може да се получи от предишния израз чрез вземане τ = ∞… Тогава τу = Q / А… При τо = 0 равенството (2) приема формата

След това обозначаваме съотношението C / A до T

където T е времевата константа на нагряване, s.

Отоплителната константа е времето, през което двигателят ще се загрее до стационарна температура при липса на пренос на топлина към околната среда. При наличие на топлопредаване температурата на нагряване ще бъде по -малка и равна на

Временната константа може да се намери графично (фиг. 1, а). За да направите това, тангентна ОС се изтегля от началото на координатите, докато не се пресече с хоризонтална права линия, преминаваща през точка а, съответстваща на температурата на стационарно нагряване. Сегментът ss ще бъде равен на T, а сегментът ab ще бъде равен на времето Ty, по време на което двигателят достига стационарна температура τу… Обикновено се приема равно на 4T.

Отоплителната константа зависи от номиналната мощност на двигателя, неговата скорост, дизайн и метод на охлаждане, но не зависи от големината на натоварването му.

Ориз. 1. Криви на нагряване и охлаждане на двигателя: а — графично определение на нагревателната константа; b — отоплителни криви при различни натоварвания

Ако двигателят, след като се загрее, е изключен от мрежата, от този момент той вече не генерира топлина, но натрупаната топлина продължава да се разсейва в околната среда, двигателят се охлажда.

Охлаждащото уравнение има формата

а кривата е показана на фиг. 1, а.

В израза To е константата на времето за охлаждане. Тя се различава от константата на нагряване T, тъй като топлопредаването от двигателя в покой се различава от топлопредаването от работещия двигател. Равенството е възможно, когато двигателят, изключен от мрежата, има външна вентилация. Обикновено кривата на охлаждане е по -плоска от кривата на отопление. За двигатели с външен въздушен поток, To е приблизително 2 пъти по -голямо от T. На практика можем да приемем, че след интервал от време от 3To до 5To, температурата на двигателя става равна на температурата на околната среда.

При правилен избор на номиналната мощност на двигателя, стационарната температура на прегряване трябва да бъде равна на допустимото повишаване на температурата τaddсъответстващ на изолационния клас на намотаващия проводник. Различните товари P1 <P2 <P3 на един и същ двигател съответстват на определени загуби ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 и стойностите на установената температура на прегряване (фиг. 1, б). При номинално натоварване двигателят може да работи дълго време без опасно прегряване, докато когато натоварването се увеличи до допустимото време за включване, то ще бъде не повече от t2, а при мощност не повече от t3.

Въз основа на гореизложеното можем да дадем следното определение на номиналната мощност на двигателя. Номиналната мощност на двигателя е мощността на вала, при която температурата на намотката му надвишава температурата на околната среда със сума, съответстваща на приетите стандарти за прегряване.