Termiske forhold og nominell motoreffekt

Når elmotoren går, taper den for å dekke hvilken del av den forbrukte elektriske energien som går til spille. Tap oppstår i viklingenes aktive motstand, i stålet når den magnetiske fluksen endres i magnetkretsen, samt mekaniske tap på grunn av friksjon i lagrene og friksjon av maskinens roterende deler mot luften. På slutten blir all tapt energi omdannet til varmeenergi, som brukes til å varme opp motoren og spre seg ut i miljøet.

Motortapene er konstante og variable. Konstantene inkluderer ståltap og mekaniske tap i viklinger der strømmen er konstant, og variable tap i motorviklinger.

I den første perioden etter innkobling går det meste av den frigjorte varmen i motoren til å øke temperaturen, og mindre går til miljøet. Deretter, ettersom motortemperaturen stiger, overføres mer og mer varme til omgivelsene, og det kommer et punkt når all varmen som genereres spres ut i rommet.Termisk likevekt etableres da og ytterligere økning i motortemperatur stopper. Denne motoroppvarmingstemperaturen kalles steady state. Den stabile temperaturen forblir konstant over tid hvis motorbelastningen ikke endres.

Mengden varme Q som frigjøres i motoren på 1 s kan bestemmes av formelen

hvor η- motoreffektivitet; P2 er motorens akseleffekt.

Det følger av formelen at jo større belastningen på motoren er, jo mer varme genereres i den og jo høyere er dens stasjonære temperatur.

Erfaring med driften av elektriske motorer viser at hovedårsaken til funksjonsfeil er overoppheting av viklingen. Så lenge temperaturen på isolasjonen ikke overstiger den tillatte verdien, akkumuleres den termiske slitasjen til isolasjonen veldig sakte. Men når temperaturen stiger, øker isolasjonsslitasjen kraftig. Tror praktisk talt at overoppheting av isolasjonen for hver 8 ° C halverer levetiden. Så, en motor med bomullsisolasjon av viklinger ved nominell belastning og oppvarmingstemperatur opp til 105 ° C kan fungere i omtrent 15 år, når overbelastet og temperaturen stiger til 145 ° C, vil motoren svikte etter 1,5 måneder.

I følge GOST er isolasjonsmaterialer som brukes i elektroteknikk delt inn i syv klasser når det gjelder varmemotstand, for hver av dem er den maksimalt tillatte temperaturen satt (tabell 1).

Det tillatte overskuddet av temperaturen på motorviklingen over omgivelsestemperaturen (i USSR er + 35 ° C akseptert) for varmemotstandsklasse Y er 55 ° C, for klasse A - 70 ° C, for klasse B - 95 ° C , for klasse I - 145 ° C, for klasse G over 155 ° C.Temperaturøkningen til en gitt motor avhenger av størrelsen på dens belastning og driftsmodus. Ved en omgivelsestemperatur under 35 ° C kan motoren belastes over sin nominelle effekt, men slik at varmetemperaturen til isolasjonen ikke overskrider de tillatte grensene.

Materialkarakteristikk Varmebestandighetsklasse Maksimal tillatt temperatur, ° C Ikke-impregnerte bomullsstoffer, garn, papir og fibermaterialer av cellulose og silke Y 90 Samme materialer, men impregnert med bindemidler A 105 Noen syntetiske organiske filmer E 120 Glimmer, asbest og materialer av glassfiber som inneholder organiske bindemidler V 130 Samme materialer i kombinasjon med syntetiske bindemidler og impregneringsmidler F 155 Samme materialer men i kombinasjon med silisium, organiske bindemidler og impregneringsmidler H 180 Glimmer, keramiske materialer, glass, kvarts, asbest, brukt uten bindemidler eller med uorganiske bindemidler G mer enn 180

Basert på en kjent mengde varme B som forsvinner når motoren går, kan en overskytende motortemperatur τ° C over omgivelsestemperaturen beregnes, dvs. overopphetingstemperatur

hvor A er varmeoverføringen til motoren, J / grader • s; e er grunnlaget for naturlige logaritmer (e = 2,718); C er den termiske kapasiteten til motoren, J / by; τО- den første økningen i motortemperatur ved τ.

Steady-state motortemperatur τу kan fås fra det forrige uttrykket ved å ta τ = ∞... Så τу = Q / А... Ved τо = 0 har likhet (2) formen

Da betegner vi forholdet C/A til T

hvor T er oppvarmingstidskonstanten, s.

Varmekonstanten er tiden det tar for motoren å varmes opp til stabil temperatur i fravær av varmeoverføring til omgivelsene. I nærvær av varmeoverføring vil oppvarmingstemperaturen være mindre enn og lik

Tidskonstanten kan finnes grafisk (fig. 1, a). For å gjøre dette trekkes en tangentlinje fra opprinnelsen til koordinatene til den skjærer en horisontal rett linje som går gjennom punkt a, tilsvarende temperaturen ved stasjonær oppvarming. Segmentet ss vil være lik T og segmentet ab vil være lik tiden Ty når motoren når en stabil temperatur τу... Det tas vanligvis lik 4T.

Varmekonstanten avhenger av motorens merkeeffekt, hastighet, design og kjølemetode, men avhenger ikke av størrelsen på belastningen.

Ris. 1. Motorvarme- og kjølekurver: a — grafisk definisjon av varmekonstanten; b — varmekurver ved forskjellige belastninger

Hvis motoren, etter oppvarming, kobles fra nettverket, fra det øyeblikket genererer den ikke lenger varme, men den akkumulerte varmen fortsetter å spre seg ut i miljøet, kjøles motoren ned.

Avkjølingsligningen har formen

og kurven er vist i fig. 1, a.

I uttrykket er To kjøletidskonstanten. Den skiller seg fra varmekonstanten T fordi varmeoverføringen fra motoren i hvile er forskjellig fra varmeoverføringen fra den kjørende motoren.Likhet er mulig når motoren koblet fra nettverket har ekstern ventilasjon. Vanligvis er kjølekurven flatere enn varmekurven. For motorer med ekstern luftstrøm er To omtrent 2 ganger større enn T. I praksis kan vi anta at etter et tidsintervall på 3To til 5To blir motortemperaturen lik omgivelsestemperaturen.

Med riktig valg av motorens nominelle effekt, bør overopphetingstemperaturen i stabil tilstand være lik den tillatte temperaturøkningen τtilsvarer isolasjonsklassen til viklingstråden. De forskjellige belastningene P1 <P2 <P3 til samme motor tilsvarer visse tap ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 og verdiene for den etablerte overopphetingstemperaturen (fig. 1, b). Ved nominell belastning kan motoren fungere i lang tid uten farlig overoppheting, mens når belastningen øker til tillatt koblingstid vil den ikke være mer enn t2, og ved effekt ikke mer enn t3.

Basert på ovenstående kan vi gi følgende definisjon av motorens merkeeffekt. Motorens nominelle effekt er akseleffekten der temperaturen på viklingen overstiger omgivelsestemperaturen med en mengde som tilsvarer de aksepterte overopphetingsstandardene.