Oppvarming og kjøling av elektriske motorer

Riktig bestemmelse av kraften til elektriske motorer for ulike metallskjæremaskiner, mekanismer og maskiner er av stor betydning. Med utilstrekkelig kraft er det umulig å fullt ut bruke produksjonsevnene til maskinen for å utføre den planlagte teknologiske prosessen. Hvis strømmen er utilstrekkelig, vil den elektriske motoren svikte for tidlig.

Overvurdering av kraften til den elektriske motoren fører til dens systematiske underlading og som et resultat ufullstendig bruk av motoren, dens drift med lav effektivitet og en liten effektfaktor (for asynkrone motorer). Også når motorkraften er overvurdert, øker kapital- og driftskostnadene.

Kraften som kreves for å betjene maskinen, og derfor kraften som utvikles av den elektriske motoren, endres under maskinens drift. Belastningen på en elektrisk motor kan karakteriseres av lastgrafen (fig. 1), som er avhengigheten av kraften fra motorakselen, dens dreiemoment eller strøm i tide.Etter å ha fullført bearbeiding av arbeidsstykket, stoppes maskinen, arbeidsstykket måles og arbeidsstykket erstattes. Lasteplanen gjentas deretter igjen (ved bearbeiding av deler av samme type).

For å sikre normal drift under en slik variabel belastning, må den elektriske motoren utvikle den høyeste nødvendige effekten under behandlingen og ikke overopphetes under kontinuerlig drift i henhold til denne lastplanen. Den tillatte overbelastningen av elektriske motorer bestemmes av deres elektriske egenskaper.

Ris. 1. Last inn tidsplanen når du bearbeider samme type deler

Når motoren går, energi (og kraft) tapfår den til å varmes opp. En del av energien som forbrukes av den elektriske motoren brukes på å varme opp viklingene, på å varme opp magnetkretsen til hysterese og virvelstrømmer som bærer friksjon og luftfriksjon. Varmetapene til viklingene, proporsjonalt med kvadratet av strømmen, kalles variable (ΔРtrans)... De resterende tapene i motoren avhenger litt av belastningen og kalles konvensjonelt konstanter (ΔРpos).

Den tillatte oppvarmingen av en elektrisk motor bestemmes av de minst varmebestandige materialene i dens konstruksjon. Dette materialet er isolasjonen til spolen.

Følgende brukes til å isolere elektriske maskiner:

• bomulls- og silkestoffer, garn, papir og fibrøse organiske materialer som ikke er impregnert med isolasjonsforbindelser (varmebestandighetsklasse U);

• de samme materialene, impregnert (klasse A);

• syntetiske organiske filmer (klasse E);

• materialer fra asbest, glimmer, glassfiber med organiske bindemidler (klasse B);

• det samme, men med syntetiske bindemidler og impregneringsmidler (klasse F);

• samme materialer, men med silisiumbindemidler og impregneringsmidler (klasse H);

• glimmer, keramikk, glass, kvarts uten bindemiddel eller med uorganiske bindemidler (klasse C).

Isolasjonsklassene U, A, E, B, F, H tillater henholdsvis maksimale temperaturer på 90, 105, 120, 130, 155, 180 ° C. Begrensningstemperaturen for klasse C overstiger 180 ° C og er begrenset av egenskapene til materialer som brukes.

Med samme belastning på den elektriske motoren vil oppvarmingen være ujevn ved forskjellige omgivelsestemperaturer. Designtemperaturen t0 for omgivelsene er 40 ° C. Ved denne temperaturen bestemmes de nominelle effektverdiene til de elektriske motorene. Økningen i temperaturen til den elektriske motoren over omgivelsestemperaturen kalles overoppheting:

Bruken av syntetisk isolasjon øker. Spesielt sikrer silisium silisium isolasjoner høy pålitelighet av elektriske maskiner når de opererer i tropiske forhold.

Varmen som genereres i ulike deler av motoren påvirker oppvarmingen av isolasjonen i ulik grad. I tillegg skjer varmeveksling mellom de enkelte delene av den elektriske motoren, hvis art endres avhengig av belastningsforholdene.

Den forskjellige oppvarmingen av de enkelte delene av den elektriske motoren og overføringen av varme mellom dem kompliserer den analytiske studien av prosessen. Derfor, for enkelhets skyld, er det betinget antatt at den elektriske motoren er et termisk homogent og uendelig varmeledende legeme. Det antas generelt at varmen som frigjøres av en elektrisk motor til miljøet er proporsjonal med overheting.I dette tilfellet blir termisk stråling neglisjert fordi de absolutte oppvarmingstemperaturene til motorene er lave. Vurder oppvarmingsprosessen til den elektriske motoren under de gitte forutsetningene.

Ved arbeid i elmotoren frigjøres varmen dq i løpet av tiden dt. En del av denne varmen dq1 absorberes av massen til den elektriske motoren, som et resultat av at temperaturen t og overoppheting τ av motoren øker. Den gjenværende varmen dq2 frigjøres fra motoren til omgivelsene. Dermed kan likheten skrives

Når motortemperaturen øker, øker varmen dq2. Ved en viss verdi av overoppheting vil det gis like mye varme til miljøet som det frigjøres i den elektriske motoren; da dq = dq2 og dq1 = 0. Temperaturen til den elektriske motoren slutter å øke og overopphetingen når en stasjonær verdi på τу.

Under de ovennevnte forutsetningene kan ligningen skrives som følger:

hvor Q er den termiske effekten på grunn av tap i den elektriske motoren, J / s; A — varmeoverføring fra motoren, dvs. mengden varme som frigjøres av motoren til miljøet per tidsenhet ved en temperaturforskjell mellom motoren og miljøet på 1oC, J / s-grad; C er motorens termiske kapasitet, dvs. mengden varme som kreves for å øke temperaturen på motoren med 1 ° C, J / grader.

Å skille variablene i ligningen har vi

Vi integrerer venstre side av likheten i området fra null til en viss nåværende verdi av tiden t og høyre side i området fra den første overopphetingen τ0 av den elektriske motoren til den nåværende verdien av overoppheting τ:

Ved å løse ligningen for τ får vi en ligning for oppvarming av en elektrisk motor:

La oss betegne C / A = T og bestemme dimensjonen til dette forholdet:

Ris. 2. Kurver som karakteriserer oppvarmingen av den elektriske motoren

Ris. 3. Bestemmelse av oppvarmingstidskonstanten

Det kalles mengden T, som har dimensjonen tid oppvarming tidskonstant elektrisk motor. I samsvar med denne notasjonen kan oppvarmingsligningen omskrives som

Som du kan se fra ligningen, når vi får - steady-state superheat-verdi.

Når belastningen på den elektriske motoren endres, endres mengden av tap og dermed verdien av Q. Dette fører til en endring i verdien av τу.

I fig. 2 viser varmekurvene 1, 2, 3 tilsvarende den siste ligningen for forskjellige lastverdier. Når τу overstiger verdien av den tillatte overopphetingen τn, er den kontinuerlige driften av den elektriske motoren uakseptabel. Som det følger av ligningen og grafene (fig. 2), er økningen i overheting asymptotisk.

Når vi erstatter verdien t = 3T i ligningen, får vi en verdi på τ som er omtrent bare 5 % mindre enn τy. Således, i løpet av tiden t = 3T, kan oppvarmingsprosessen praktisk talt anses som fullført.

Hvis du på noe punkt med varmekurven (fig. 3) tegner en tangent til varmekurven, tegner du en vertikal gjennom samme punkt, deretter segmentet de av asymptoten, lukket mellom tangenten og vertikalen, på skalaen av abscisseaksen er lik T. Hvis vi tar Q = 0 i ligningen, får vi motorkjølingslikningen:

Kjølekurven vist i fig. 4, tilsvarer denne ligningen.

Tidskonstanten for oppvarming bestemmes av størrelsen på den elektriske motoren og formen for beskyttelse mot miljøpåvirkninger. For åpne og beskyttede elmotorer med lav effekt er oppvarmingstiden 20-30 minutter. For lukkede elektriske motorer med høy effekt når den 2-3 timer.

Som nevnt ovenfor er den oppgitte teorien om elektrisk motoroppvarming omtrentlig og basert på grove forutsetninger. Derfor er varmekurven målt eksperimentelt vesentlig forskjellig fra den teoretiske. Hvis, for forskjellige punkter i den eksperimentelle varmekurven, konstruksjonen vist i fig. 3, viser det seg at verdiene til T øker med økende tid. Derfor bør alle beregninger gjort i henhold til ligningen betraktes som omtrentlige. I disse beregningene er det tilrådelig å bruke konstanten T bestemt grafisk for startpunktet til varmekurven. Denne verdien av T er den minste og gir, når den brukes, en viss margin for motoreffekt.

Ris. 4. Motorkjølekurve

Den eksperimentelt målte kjølekurven skiller seg enda mer fra den teoretiske enn varmekurven. Kjøletidskonstanten som tilsvarer motoren av er betydelig lengre enn oppvarmingstidskonstanten på grunn av redusert varmeoverføring i fravær av ventilasjon.