Grijanje i hlađenje elektromotora

Ispravno određivanje snage elektromotora za razne strojeve za rezanje metala, mehanizme i strojeve od velike je važnosti. Uz nedovoljnu snagu, nemoguće je u potpunosti iskoristiti proizvodne mogućnosti stroja, izvršiti planirani tehnološki proces. Ako je snaga nedovoljna, elektromotor će prerano otkazati.

Precjenjivanje snage elektromotora dovodi do njegovog sustavnog podpunjenja i, kao rezultat toga, nepotpunog korištenja motora, njegovog rada s niskom učinkovitošću i malim faktorom snage (za asinkrone motore). Također, kada je snaga motora precijenjena, kapitalni i operativni troškovi rastu.

Snaga potrebna za rad stroja, a time i snaga koju razvija elektromotor, mijenja se tijekom rada stroja. Opterećenje elektromotora može se karakterizirati grafom opterećenja (slika 1), koji je ovisnost snage s osovine motora, njegovog momenta ili struje o vremenu.Nakon završetka obrade obratka, stroj se zaustavlja, izradak se mjeri i zamjenjuje. Raspored utovara se zatim ponovno ponavlja (pri obradi dijelova iste vrste).

Kako bi se osigurao normalan rad pod takvim promjenjivim opterećenjem, elektromotor mora razviti najveću potrebnu snagu tijekom obrade i ne smije se pregrijati tijekom kontinuiranog rada u skladu s ovim rasporedom opterećenja. Dopušteno preopterećenje elektromotora određeno je njihovim električnim svojstvima.

Riža. 1. Učitaj raspored pri obradi iste vrste dijelova

Kada motor radi, gubici energije (i snage).uzrokujući njegovo zagrijavanje. Dio energije koju troši elektromotor troši se na zagrijavanje njegovih namota, na zagrijavanje magnetskog kruga histereza te vrtložne struje koje nose trenje i trenje zraka. Toplinski gubici namota, proporcionalni kvadratu struje, nazivaju se promjenjivi (ΔRtrans)... Preostali gubici u motoru malo ovise o njegovom opterećenju i konvencionalno se nazivaju konstantama (ΔRpos).

Dopušteno zagrijavanje elektromotora određeno je materijalima njegove konstrukcije koji su najmanje otporni na toplinu. Ovaj materijal je izolacija njegove zavojnice.

Za izolaciju električnih strojeva koriste se:

• pamučne i svilene tkanine, pređa, papir i vlaknasti organski materijali koji nisu impregnirani izolacijskim smjesama (klasa otpornosti na toplinu U);

• isti materijali, impregnirani (klasa A);

• sintetičke organske folije (razred E);

• materijali od azbesta, tinjca, stakloplastike s organskim vezivima (razred B);

• isto, ali sa sintetičkim vezivima i impregnacijama (razred F);

• isti materijali, ali sa silikonskim vezivima i impregnacijama (razred H);

• tinjac, keramika, staklo, kvarc bez veziva ili s anorganskim vezivima (razred C).

Izolacijske klase U, A, E, B, F, H dopuštaju maksimalne temperature od 90, 105, 120, 130, 155, 180 °C. Granična temperatura klase C prelazi 180 °C i ograničena je svojstvima korišteni materijali.

S istim opterećenjem elektromotora, njegovo zagrijavanje bit će neravnomjerno pri različitim temperaturama okoline. Projektirana temperatura okoliša t0 je 40 ° C. Na ovoj temperaturi određuju se nazivne vrijednosti snage elektromotora. Povećanje temperature elektromotora iznad temperature okoline naziva se pregrijavanjem:

Primjena sintetičke izolacije je u ekspanziji. Konkretno, izolacije od silicija i silicija osiguravaju visoku pouzdanost električnih strojeva pri radu u tropskim uvjetima.

Toplina koja se stvara u različitim dijelovima motora različito utječe na zagrijavanje izolacije. Osim toga, između pojedinih dijelova elektromotora odvija se izmjena topline, čija se priroda mijenja ovisno o uvjetima opterećenja.

Različito zagrijavanje pojedinih dijelova elektromotora i prijenos topline između njih otežava analitičko proučavanje procesa. Stoga se radi jednostavnosti uvjetno uzima da je elektromotor toplinski homogeno i beskonačno toplinski vodljivo tijelo. Općenito se vjeruje da je toplina koju elektromotor oslobađa u okolinu proporcionalna pregrijavanju.U ovom slučaju zanemaruje se toplinsko zračenje jer su apsolutne temperature zagrijavanja motora niske. Razmotrimo proces zagrijavanja elektromotora pod datim pretpostavkama.

Pri radu u elektromotoru oslobađa se toplina dq za vrijeme dt. Dio te topline dq1 apsorbira masa elektromotora, zbog čega se povećava temperatura t i pregrijavanje τ motora. Preostala toplina dq2 ispušta se iz motora u okolinu. Tako se jednakost može napisati

Kako se temperatura motora povećava, toplina dq2 raste. Pri određenoj vrijednosti pregrijavanja okolini će se predati onoliko topline koliko se oslobodi u elektromotoru; tada je dq = dq2 i dq1 = 0. Temperatura elektromotora prestaje rasti i pregrijavanje dostiže stacionarnu vrijednost τu.

Pod gornjim pretpostavkama, jednadžba se može napisati na sljedeći način:

gdje je Q toplinska snaga zbog gubitaka u elektromotoru, J / s; A — prijenos topline iz motora, tj. količina topline koju motor oslobađa u okolinu u jedinici vremena pri razlici temperature između motora i okoline od 1oC, J / s-deg; C je toplinski kapacitet motora, tj. količina topline potrebna za povećanje temperature motora za 1 ° C, J / deg.

Odvajanjem varijabli u jednadžbi imamo

Lijevu stranu jednakosti integriramo u rasponu od nule do neke trenutne vrijednosti vremena t, a desnu stranu u rasponu od početnog pregrijavanja τ0 elektromotora do trenutne vrijednosti pregrijavanja τ:

Rješavanjem jednadžbe za τ dobivamo jednadžbu zagrijavanja elektromotora:

Označimo C / A = T i odredimo dimenziju tog omjera:

Riža. 2. Krivulje koje karakteriziraju zagrijavanje elektromotora

Riža. 3. Određivanje vremenske konstante zagrijavanja

Naziva se veličina T koja ima dimenziju vremena zagrijavanja vremenske konstante elektromotora. U skladu s ovim zapisom, jednadžba zagrijavanja može se prepisati kao

Kao što možete vidjeti iz jednadžbe, kada dobijemo — vrijednost pregrijavanja u stabilnom stanju.

Kada se mijenja opterećenje elektromotora, mijenja se iznos gubitaka, a time i vrijednost Q. To dovodi do promjene vrijednosti τu.

Na sl. Slika 2 prikazuje krivulje grijanja 1, 2, 3 koje odgovaraju posljednjoj jednadžbi za različite vrijednosti opterećenja. Kada τu prelazi vrijednost dopuštenog pregrijavanja τn, kontinuirani rad elektromotora je neprihvatljiv. Kao što slijedi iz jednadžbe i grafikona (slika 2), porast pregrijavanja je asimptotski.

Kada vrijednost t = 3T zamijenimo u jednadžbu, dobivamo vrijednost τ koja je približno samo 5% manja od τy. Dakle, tijekom vremena t = 3T proces zagrijavanja se praktički može smatrati završenim.

Ako u bilo kojoj točki s krivuljom grijanja (sl. 3) povučete tangentu na krivulju grijanja, zatim kroz istu točku povučete okomicu, tada segment de asimptote, zatvoren između tangente i okomice, na skali apscisne osi jednaka je T. Ako u jednadžbi uzmemo Q = 0, dobivamo jednadžbu hlađenja motora:

Krivulja hlađenja prikazana na sl. 4, odgovara ovoj jednadžbi.

Vremenska konstanta zagrijavanja određena je veličinom elektromotora i oblikom njegove zaštite od utjecaja okoline. Za otvorene i zaštićene elektromotore male snage vrijeme zagrijavanja je 20-30 minuta. Za zatvorene elektromotore velike snage doseže 2-3 sata.

Kao što je gore navedeno, navedena teorija zagrijavanja elektromotora je približna i temelji se na grubim pretpostavkama. Stoga se eksperimentalno izmjerena krivulja zagrijavanja značajno razlikuje od teorijske. Ako se za različite točke eksperimentalne krivulje zagrijavanja konstrukcija prikazana na Sl. 3, ispada da se vrijednosti T povećavaju s povećanjem vremena. Stoga se svi izračuni napravljeni prema jednadžbi trebaju smatrati približnim. U ovim izračunima preporučljivo je koristiti konstantu T određenu grafički za početnu točku krivulje grijanja. Ova vrijednost T je najmanja i, kada se koristi, daje određenu marginu snage motora.

Riža. 4. Krivulja hlađenja motora

Eksperimentalno izmjerena krivulja hlađenja razlikuje se od teorijske čak i više nego krivulja grijanja. Vremenska konstanta hlađenja koja odgovara isključenom motoru znatno je duža od vremenske konstante grijanja zbog smanjenog prijenosa topline u odsutnosti ventilacije.