Încălzirea și răcirea motoarelor electrice

Determinarea corectă a puterii motoarelor electrice pentru diferite mașini, mecanisme și mașini de tăiat metal este de mare importanță. Cu o putere insuficientă, este imposibil să utilizați pe deplin capacitățile de producție ale mașinii, pentru a efectua procesul tehnologic planificat. Dacă puterea este insuficientă, motorul electric se va defecta prematur.

Supraestimarea puterii motorului electric duce la o subîncărcare sistematică a acestuia și, ca urmare, la utilizarea incompletă a motorului, la funcționarea acestuia cu eficiență scăzută și un factor de putere mic (pentru motoarele asincrone). De asemenea, atunci când puterea motorului este supraevaluată, costurile de capital și de exploatare cresc.

Puterea necesară pentru a opera mașina și, prin urmare, puterea dezvoltată de motorul electric, se modifică în timpul funcționării mașinii. Sarcina unui motor electric poate fi caracterizată prin graficul de sarcină (Fig. 1), care este dependența puterii de la arborele motorului, cuplul sau curentul acestuia în timp.După terminarea procesării piesei de prelucrat, mașina este oprită, piesa de prelucrat este măsurată și piesa de prelucrat este înlocuită. Programul de încărcare este apoi repetat din nou (când se prelucrează piese de același tip).

Pentru a asigura funcționarea normală sub o astfel de sarcină variabilă, motorul electric trebuie să dezvolte cea mai mare putere necesară în timpul procesării și să nu se supraîncălzească în timpul funcționării continue în conformitate cu acest program de sarcină. Suprasarcina admisibilă a motoarelor electrice este determinată de proprietățile lor electrice.

Orez. 1. Încărcați programul la prelucrarea aceluiași tip de piese

Când motorul este pornit, pierderi de energie (și putere).făcându-l să se încălzească. O parte din energia consumată de motorul electric este cheltuită pentru încălzirea înfășurărilor acestuia, pentru încălzirea circuitului magnetic al histerezis și curenți turbionari care poartă frecare și frecare cu aer. Pierderile de căldură ale înfășurărilor, proporționale cu pătratul curentului, se numesc variabile (ΔРtrans)... Pierderile rămase în motor depind puțin de sarcina acestuia și se numesc în mod convențional constante (ΔРpos).

Încălzirea permisă a unui motor electric este determinată de materialele cele mai puțin rezistente la căldură ale construcției sale. Acest material este izolația bobinei sale.

Pentru izolarea mașinilor electrice se folosesc următoarele:

• țesături din bumbac și mătase, fire, hârtie și materiale organice fibroase care nu sunt impregnate cu compuși izolatori (clasa de rezistență la căldură U);

• aceleasi materiale, impregnate (clasa A);

• folii organice sintetice (clasa E);

• materiale din azbest, mica, fibra de sticla cu lianti organici (clasa B);

• la fel, dar cu lianți sintetici și agenți de impregnare (clasa F);

• aceleaşi materiale, dar cu lianţi siliconici şi agenţi de impregnare (clasa H);

• mica, ceramica, sticla, cuart fara lianti sau cu lianti anorganici (clasa C).

Clasele de izolare U, A, E, B, F, H permit, respectiv, temperaturi maxime de 90, 105, 120, 130, 155, 180 ° C. Temperatura limită a clasei C depășește 180 ° C și este limitată de proprietățile materialele folosite.

Cu aceeași sarcină pe motorul electric, încălzirea acestuia va fi neuniformă la diferite temperaturi ambientale. Temperatura de proiectare t0 a mediului este de 40 ° C. La această temperatură se determină valorile puterii nominale ale motoarelor electrice Creșterea temperaturii motorului electric peste temperatura ambiantă se numește supraîncălzire:

Utilizarea izolației sintetice este în expansiune. În special, izolațiile din silicon silicon asigură o fiabilitate ridicată a mașinilor electrice atunci când funcționează în condiții tropicale.

Căldura generată în diferite părți ale motorului afectează încălzirea izolației în grade diferite. În plus, schimbul de căldură are loc între părțile individuale ale motorului electric, a cărui natură se modifică în funcție de condițiile de sarcină.

Încălzirea diferită a părților individuale ale motorului electric și transferul de căldură între ele complică studiul analitic al procesului. Prin urmare, pentru simplitate, se presupune condiționat că motorul electric este un corp omogen din punct de vedere termic și conducător de căldură la infinit. În general, se crede că căldura eliberată de un motor electric în mediu este proporțională cu supraîncălzirea.În acest caz, radiația termică este neglijată deoarece temperaturile absolute de încălzire ale motoarelor sunt scăzute. Luați în considerare procesul de încălzire al motorului electric în ipotezele date.

Când se lucrează în motorul electric, căldura dq este eliberată în timpul dt. O parte din această căldură dq1 este absorbită de masa motorului electric, drept urmare temperatura t și supraîncălzirea τ a motorului cresc. Căldura rămasă dq2 este eliberată de motor în mediu. Astfel egalitatea poate fi scrisă

Pe măsură ce temperatura motorului crește, căldura dq2 crește. La o anumită valoare a supraîncălzirii, se va da mediului ambiant atâta căldură cât se eliberează în motorul electric; atunci dq = dq2 și dq1 = 0. Temperatura motorului electric încetează să crească și supraîncălzirea atinge o valoare staționară de τу.

Conform ipotezelor de mai sus, ecuația poate fi scrisă după cum urmează:

unde Q este puterea termică datorată pierderilor în motorul electric, J/s; A — transferul de căldură de la motor, adică cantitatea de căldură eliberată de motor în mediu pe unitatea de timp la o diferență de temperatură între motor și mediu de 1oC, J/s-deg; C este capacitatea termică a motorului, adică cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura motorului cu 1 ° C, J / deg.

Separând variabilele din ecuație, avem

Integram partea stângă a egalității în intervalul de la zero la o valoare curentă a timpului t și partea dreaptă în intervalul de la supraîncălzirea inițială τ0 a motorului electric la valoarea curentă a supraîncălzirii τ:

Rezolvând ecuația pentru τ, obținem o ecuație pentru încălzirea unui motor electric:

Să notăm C / A = T și să determinăm dimensiunea acestui raport:

Orez. 2. Curbe care caracterizează încălzirea motorului electric

Orez. 3. Determinarea constantei de timp de încălzire

Se numește cantitatea T, care are dimensiunea timpului de încălzire constantă a timpului motor electric. În conformitate cu această notație, ecuația de încălzire poate fi rescrisă ca

După cum puteți vedea din ecuație, când obținem — valoarea de supraîncălzire la starea de echilibru.

Când sarcina pe motorul electric se modifică, se modifică cantitatea de pierderi și, prin urmare, valoarea lui Q. Aceasta duce la o modificare a valorii lui τу.

În fig. 2 prezintă curbele de încălzire 1, 2, 3 corespunzătoare ultimei ecuații pentru diferite valori de sarcină. Când τу depășește valoarea supraîncălzirii permise τn, funcționarea continuă a motorului electric este inacceptabilă. După cum reiese din ecuație și grafice (Fig. 2), creșterea supraîncălzirii este asimptotică.

Când înlocuim valoarea t = 3T în ecuație, obținem o valoare a lui τ care este cu aproximativ 5% mai mică decât τy. Astfel, în timpul t = 3T, procesul de încălzire poate fi considerat practic finalizat.

Dacă în orice punct cu curba de încălzire (Fig. 3) desenați o tangentă la curba de încălzire, atunci trageți o verticală prin același punct, atunci segmentul de asimptotă, închis între tangentă și verticală, pe scară. a axei absciselor este egală cu T. Dacă luăm Q = 0 în ecuație, obținem ecuația de răcire a motorului:

Curba de răcire prezentată în fig. 4, corespunde acestei ecuații.

Constanta de timp a încălzirii este determinată de dimensiunea motorului electric și de forma protecției acestuia împotriva influențelor mediului. Pentru motoarele electrice de putere redusă deschise și protejate, timpul de încălzire este de 20-30 de minute. Pentru motoarele electrice închise de mare putere, ajunge la 2-3 ore.

După cum sa menționat mai sus, teoria declarată a încălzirii motorului electric este aproximativă și se bazează pe ipoteze brute. Prin urmare, curba de încălzire măsurată experimental diferă semnificativ de cea teoretică. Dacă, pentru diferite puncte ale curbei experimentale de încălzire, construcția prezentată în Fig. 3, se dovedește că valorile lui T cresc odată cu creșterea timpului. Prin urmare, toate calculele făcute conform ecuației trebuie considerate aproximative. În aceste calcule este recomandabil să se folosească constanta T determinată grafic pentru punctul de pornire al curbei de încălzire. Această valoare a lui T este cea mai mică și, atunci când este utilizată, oferă o anumită marjă de putere a motorului.

Orez. 4. Curba de răcire a motorului

Curba de răcire măsurată experimental diferă de cea teoretică chiar mai mult decât curba de încălzire. Constanta de timp de răcire corespunzătoare motorului oprit este semnificativ mai mare decât constanta de timp de încălzire datorită transferului redus de căldură în absența ventilației.