Condițiile termice și puterea nominală a motorului

Când motorul electric pornește, pierde pentru a acoperi ce parte din energia electrică consumată este irosită. Apar pierderi în rezistența activă a înfășurărilor, în oțel când fluxul magnetic se modifică în circuitul magnetic, precum și pierderi mecanice datorate frecării lagărelor și frecării părților rotative ale mașinii față de aer. La final, toată energia pierdută este transformată în energie termică, care este folosită pentru a încălzi motorul și a se disipa în mediu.

Pierderile de motor sunt constante și variabile. Constantele includ pierderile din oțel și pierderile mecanice în înfășurările unde curentul este constant și pierderile variabile în înfășurările motorului.

În perioada inițială după pornire, cea mai mare parte a căldurii degajate în motor merge să-și crească temperatura, iar mai puțină ajunge la mediu. Apoi, pe măsură ce temperatura motorului crește, din ce în ce mai multă căldură este transferată în mediu și vine un moment în care toată căldura generată este disipată în spațiu.Se stabilește apoi echilibrul termic și o creștere suplimentară a temperaturii motorului se oprește. Această temperatură de încălzire a motorului se numește stare de echilibru. Temperatura în regim de echilibru rămâne constantă în timp dacă sarcina motorului nu se modifică.

Cantitatea de căldură Q care este eliberată în motor în 1 s poate fi determinată prin formula

unde η- randamentul motorului; P2 este puterea arborelui motorului.

Din formula rezultă că, cu cât sarcina motorului este mai mare, cu atât se generează mai multă căldură în el și cu atât temperatura lui staționară este mai mare.

Experiența în funcționarea motoarelor electrice arată că principala cauză a defecțiunii acestora este supraîncălzirea înfășurării. Atâta timp cât temperatura izolației nu depășește valoarea admisă, uzura termică a izolației se acumulează foarte lent. Dar pe măsură ce temperatura crește, uzura izolației crește brusc. Practic, credeți că supraîncălzirea izolației la fiecare 8 ° C îi reduce viața la jumătate. Deci, un motor cu izolație din bumbac a înfășurărilor la sarcină nominală și o temperatură de încălzire de până la 105 ° C poate funcționa timp de aproximativ 15 ani, când este supraîncărcat și temperatura crește la 145 ° C, motorul se va defecta după 1,5 luni.

Potrivit GOST, materialele izolante utilizate în inginerie electrică sunt împărțite în șapte clase în ceea ce privește rezistența la căldură, pentru fiecare dintre acestea se setează temperatura maximă admisă (Tabelul 1).

Excesul admisibil al temperaturii înfășurării motorului peste temperatura ambiantă (în URSS este acceptat + 35 ° C) pentru clasa de rezistență la căldură Y este de 55 ° C, pentru clasa A - 70 ° C, pentru clasa B - 95 ° C , pentru clasa I — 145 ° C, pentru clasa G peste 155 ° C.Creșterea temperaturii unui anumit motor depinde de mărimea sarcinii sale și de modul de funcționare. La o temperatură ambientală sub 35 ° C, motorul poate fi încărcat peste puterea sa nominală, dar astfel încât temperatura de încălzire a izolației să nu depășească limitele admise.

Caracteristica materialului Clasa de rezistență la căldură Temperatura maximă admisă, ° C Țesături, fire, hârtie și materiale fibroase din bumbac neimpregnate din celuloză și mătase Y 90 Aceleași materiale, dar impregnate cu lianți A 105 Unele pelicule organice sintetice E 120 Mică, azbest și materiale din fibră de sticlă care conține lianți organici V 130 Aceleași materiale în combinație cu lianți sintetici și agenți de impregnare F 155 Aceleași materiale dar în combinație cu siliciu, lianți organici și compuși de impregnare H 180 Mică, materiale ceramice, sticlă, cuarț, azbest, utilizate fără lianți sau cu lianți anorganici G mai mult de 180

Pe baza unei cantități cunoscute de căldură B disipată atunci când motorul funcționează, se poate calcula o temperatură în exces a motorului τ° C peste temperatura ambiantă, adică temperatura de supraîncălzire

unde A este transferul de căldură al motorului, J / deg • s; e este baza logaritmilor naturali (e = 2,718); C este capacitatea termică a motorului, J / oraș; τО- creșterea inițială a temperaturii motorului la τ.

Temperatura motorului în regim de echilibru τу poate fi obținută din expresia anterioară luând τ = ∞... Atunci τу = Q / А... La τо = 0, egalitatea (2) ia forma

Apoi notăm raportul C/A la T

unde T este constanta de timp de încălzire, s.

Constanta de încălzire este timpul necesar ca motorul să se încălzească până la temperatura de echilibru în absența transferului de căldură către mediu. În prezența transferului de căldură, temperatura de încălzire va fi mai mică și egală cu

Constanta de timp poate fi găsită grafic (Fig. 1, a). Pentru a face acest lucru, se trasează o linie tangentă de la originea coordonatelor până când se intersectează cu o dreaptă orizontală care trece prin punctul a, corespunzătoare temperaturii de încălzire staționară. Segmentul ss va fi egal cu T, iar segmentul ab va fi egal cu timpul Ty în care motorul atinge o temperatură în regim de echilibru τу... De obicei, se consideră egală cu 4T.

Constanta de încălzire depinde de puterea nominală a motorului, de viteza, de proiectarea și de metoda de răcire, dar nu depinde de mărimea sarcinii sale.

Orez. 1. Curbe de încălzire și răcire a motorului: a — definirea grafică a constantei de încălzire; b — curbe de încălzire la diferite sarcini

Daca motorul, dupa incalzire, este deconectat de la retea, din acel moment nu mai genereaza caldura, dar caldura acumulata continua sa se disipeze in mediu, motorul se raceste.

Ecuația de răcire are forma

iar curba este prezentată în fig. 1, a.

În expresie, To este constanta de timp de răcire. Diferă de constanta de încălzire T deoarece transferul de căldură de la motorul în repaus diferă de transferul de căldură de la motorul în funcțiune.Egalitatea este posibilă atunci când motorul deconectat de la rețea are ventilație externă. De obicei, curba de răcire este mai plată decât curba de încălzire. Pentru motoarele cu flux de aer extern, To este de aproximativ 2 ori mai mare decât T. În practică, putem presupune că după un interval de timp de la 3To până la 5To, temperatura motorului devine egală cu temperatura ambiantă.

Cu o selecție corectă a puterii nominale a motorului, temperatura de supraîncălzire în regim de echilibru ar trebui să fie egală cu creșterea admisibilă a temperaturii τadd corespunzând clasei de izolație a firului de înfășurare. Diferitele sarcini P1 <P2 <P3 ale aceluiași motor corespund unor pierderi ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 și valorilor temperaturii de supraîncălzire stabilite (Fig. 1, b). La sarcina nominală, motorul poate funcționa pentru o lungă perioadă de timp fără supraîncălzire periculoasă, în timp ce atunci când sarcina crește până la timpul de comutare admisibil, acesta nu va fi mai mult de t2, iar la putere nu mai mult de t3.

Pe baza celor de mai sus, putem da următoarea definiție a puterii nominale a motorului. Puterea nominală a motorului este puterea arborelui la care temperatura înfășurării sale depășește temperatura ambiantă cu o sumă corespunzătoare standardelor de supraîncălzire acceptate.