Ogrevanje in hlajenje elektromotorjev

Pravilno določanje moči elektromotorjev za različne stroje, mehanizme in stroje za rezanje kovin je zelo pomembno. Z nezadostno močjo je nemogoče v celoti izkoristiti proizvodne zmogljivosti stroja, izvesti načrtovani tehnološki proces. Če je moč nezadostna, bo elektromotor predčasno odpovedal.

Precenjevanje moči elektromotorja vodi do njegovega sistematičnega prenizkega polnjenja in posledično do nepopolne izrabe motorja, njegovega delovanja z nizkim izkoristkom in majhnim faktorjem moči (pri asinhronskih motorjih). Poleg tega, ko je moč motorja precenjena, se kapitalski in obratovalni stroški povečajo.

Moč, potrebna za delovanje stroja, in s tem moč, ki jo razvije elektromotor, se med delovanjem stroja spreminja. Obremenitev elektromotorja lahko označimo z grafom obremenitve (slika 1), ki je odvisnost moči od gredi motorja, njegovega navora ali toka od časa.Po končani obdelavi obdelovanca se stroj zaustavi, obdelovanec izmeri in zamenja. Razpored nalaganja se nato ponovno ponovi (pri obdelavi istovrstnih delov).

Za zagotovitev normalnega delovanja pri tako spremenljivi obremenitvi mora elektromotor med obdelavo razviti najvišjo zahtevano moč in se med neprekinjenim delovanjem v skladu s tem razporedom obremenitev ne sme pregrevati. Dovoljeno preobremenitev elektromotorjev določajo njihove električne lastnosti.

riž. 1. Naložite urnik pri obdelavi istovrstnih delov

Ko motor teče, izgube energije (in moči).zaradi česar se segreje. Del energije, ki jo porabi električni motor, se porabi za ogrevanje njegovih navitij, za ogrevanje magnetnega kroga histereza in vrtinčni tokovi, ki prenašajo trenje in trenje zraka. Toplotne izgube navitij, sorazmerne s kvadratom toka, imenujemo spremenljive (ΔРtrans) ... Preostale izgube v motorju so nekoliko odvisne od njegove obremenitve in se običajno imenujejo konstante (ΔРpos).

Dovoljeno segrevanje elektromotorja je določeno z najmanj toplotno odpornimi materiali njegove konstrukcije. Ta material je izolacija njegove tuljave.

Za izolacijo električnih strojev se uporabljajo:

• bombažne in svilene tkanine, preja, papir in vlaknasti organski materiali, ki niso impregnirani z izolacijskimi spojinami (razred toplotne odpornosti U);

• isti materiali, impregnirani (razred A);

• sintetične organske folije (razred E);

• materiali iz azbesta, sljude, steklenih vlaken z organskimi vezivi (razred B);

• enako, vendar s sintetičnimi vezivi in ​​impregnacijskimi sredstvi (razred F);

• enaki materiali, vendar s silikonskimi vezivi in ​​impregnacijskimi sredstvi (razred H);

• sljuda, keramika, steklo, kremen brez veziv ali z anorganskimi vezivi (razred C).

Izolacijski razredi U, A, E, B, F, H dovoljujejo največje temperature 90, 105, 120, 130, 155, 180 °C. Mejna temperatura razreda C presega 180 °C in je omejena z lastnostmi uporabljeni materiali.

Pri enaki obremenitvi elektromotorja bo njegovo ogrevanje pri različnih temperaturah okolja neenakomerno. Projektna temperatura okolja t0 je 40 ° C. Pri tej temperaturi se določijo nazivne vrednosti moči elektromotorjev.Povečanje temperature elektromotorja nad temperaturo okolja se imenuje pregrevanje:

Uporaba sintetičnih izolacij se širi. Zlasti silicijeve silicijeve izolacije zagotavljajo visoko zanesljivost električnih strojev pri delovanju v tropskih razmerah.

Toplota, ki nastaja v različnih delih motorja, različno vpliva na segrevanje izolacije. Poleg tega med posameznimi deli elektromotorja poteka izmenjava toplote, katere narava se spreminja glede na pogoje obremenitve.

Različno segrevanje posameznih delov elektromotorja in prenos toplote med njimi otežuje analitično študijo procesa. Zato se zaradi enostavnosti pogojno domneva, da je elektromotor toplotno homogeno in neskončno toplotno prevodno telo. Na splošno velja, da je toplota, ki jo elektromotor sprosti v okolje, sorazmerna s pregretjem.V tem primeru je toplotno sevanje zanemarjeno, ker so absolutne temperature ogrevanja motorjev nizke. Upoštevajte proces segrevanja elektromotorja pod danimi predpostavkami.

Pri delu v elektromotorju se toplota dq sprošča v času dt. Del te toplote dq1 prevzame masa elektromotorja, zaradi česar se povečata temperatura t in pregrevanje τ motorja. Preostala toplota dq2 se iz motorja odda v okolje. Tako lahko enakost zapišemo

Ko se temperatura motorja poveča, se toplota dq2 poveča. Pri določeni vrednosti pregretja bo v okolje predano toliko toplote, kot se je sprosti v elektromotorju; potem dq = dq2 in dq1 = 0. Temperatura elektromotorja preneha naraščati in pregrevanje doseže stacionarno vrednost τу.

Ob zgornjih predpostavkah lahko enačbo zapišemo takole:

kjer je Q toplotna moč zaradi izgub v elektromotorju, J / s; A — prenos toplote iz motorja, tj. količina toplote, ki jo motor sprosti v okolje na časovno enoto pri temperaturni razliki med motorjem in okoljem 1oC, J / s-deg; C je toplotna zmogljivost motorja, tj. količina toplote, ki je potrebna za povečanje temperature motorja za 1 ° C, J / deg.

Če ločimo spremenljivke v enačbi, imamo

Levo stran enačbe integriramo v območju od nič do neke trenutne vrednosti časa t in desno stran v območju od začetnega pregretja τ0 elektromotorja do trenutne vrednosti pregretja τ:

Če rešimo enačbo za τ, dobimo enačbo za ogrevanje elektromotorja:

Označimo C / A = T in določimo dimenzijo tega razmerja:

riž. 2. Krivulje, ki označujejo ogrevanje elektromotorja

riž. 3. Določitev ogrevalne časovne konstante

Imenuje se količina T, ki ima dimenzijo časa ogrevalne časovne konstante elektromotorja. V skladu s tem zapisom lahko enačbo ogrevanja prepišemo kot

Kot lahko vidite iz enačbe, ko dobimo — vrednost pregretja v stabilnem stanju.

Ko se spremeni obremenitev elektromotorja, se spremeni količina izgub in s tem vrednost Q. To vodi do spremembe vrednosti τу.

Na sl. 2 prikazuje ogrevalne krivulje 1, 2, 3, ki ustrezajo zadnji enačbi za različne vrednosti obremenitve. Če τу presega vrednost dovoljenega pregrevanja τn, je neprekinjeno delovanje elektromotorja nesprejemljivo. Kot izhaja iz enačbe in grafov (slika 2), je povečanje pregretja asimptotično.

Ko v enačbo nadomestimo vrednost t = 3T, dobimo vrednost τ, ki je približno le 5 % manjša od τy. Tako se lahko v času t = 3T proces segrevanja praktično šteje za končan.

Če na kateri koli točki ogrevalne krivulje (sl. 3) potegnemo tangento na ogrevalno krivuljo, nato skozi isto točko narišemo navpičnico, potem odsek de asimptote, zaprt med tangento in navpičnico, na lestvici abscisne osi je enaka T. Če v enačbi vzamemo Q = 0, dobimo enačbo hlajenja motorja:

Hladilna krivulja, prikazana na sl. 4, ustreza tej enačbi.

Časovna konstanta ogrevanja je določena z velikostjo elektromotorja in obliko njegove zaščite pred vplivi okolja. Za odprte in zaščitene elektromotorje majhne moči je čas ogrevanja 20-30 minut. Za zaprte elektromotorje visoke moči doseže 2-3 ure.

Kot je navedeno zgoraj, je navedena teorija ogrevanja elektromotorja približna in temelji na grobih predpostavkah. Zato se eksperimentalno izmerjena grelna krivulja bistveno razlikuje od teoretične. Če je za različne točke eksperimentalne ogrevalne krivulje konstrukcija, prikazana na sl. 3 se izkaže, da se vrednosti T povečujejo z naraščajočim časom. Zato je treba vse izračune, narejene v skladu z enačbo, obravnavati kot približne. Pri teh izračunih je priporočljivo uporabiti grafično določeno konstanto T za začetno točko ogrevalne krivulje. Ta vrednost T je najmanjša in ob uporabi zagotavlja določeno rezervo moči motorja.

riž. 4. Krivulja hlajenja motorja

Eksperimentalno izmerjena krivulja hlajenja se od teoretične razlikuje še bolj kot krivulja ogrevanja. Časovna konstanta hlajenja, ki ustreza izklopljenemu motorju, je znatno daljša od časovne konstante ogrevanja zaradi zmanjšanega prenosa toplote v odsotnosti prezračevanja.