Kúrenie a chladenie elektromotorov

Veľký význam má správne určenie výkonu elektromotorov pre rôzne obrábacie stroje, mechanizmy a stroje. Pri nedostatočnom výkone nie je možné plne využiť výrobné možnosti stroja, uskutočniť plánovaný technologický proces. Ak je výkon nedostatočný, elektromotor predčasne zlyhá.

Preceňovanie výkonu elektromotora vedie k jeho systematickému podbíjaniu a v dôsledku toho neúplnému využívaniu motora, jeho prevádzke s nízkou účinnosťou a malým účinníkom (u asynchrónnych motorov). Taktiež pri preceňovaní výkonu motora sa zvyšujú kapitálové a prevádzkové náklady.

Výkon potrebný na prevádzku stroja, a teda výkon vyvinutý elektromotorom, sa počas prevádzky stroja mení. Zaťaženie elektromotora možno charakterizovať grafom zaťaženia (obr. 1), čo je závislosť výkonu od hriadeľa motora, jeho krútiaceho momentu alebo prúdu od času.Po dokončení spracovania obrobku sa stroj zastaví, obrobok sa zmeria a obrobok sa vymení. Plán nakladania sa potom znova zopakuje (pri spracovaní dielov rovnakého typu).

Aby bola zabezpečená normálna prevádzka pri takejto premenlivej záťaži, musí elektromotor vyvinúť najvyšší požadovaný výkon počas spracovania a neprehrievať sa počas nepretržitej prevádzky v súlade s týmto harmonogramom zaťaženia. Prípustné preťaženie elektromotorov je určené ich elektrickými vlastnosťami.

Ryža. 1. Načítajte rozvrh pri obrábaní dielov rovnakého typu

Keď motor beží, straty energie (a výkonu).spôsobí jeho zahriatie. Časť energie spotrebovanej elektromotorom sa minie na ohrev jeho vinutí, na ohrev magnetického obvodu hysteréza a vírivé prúdy nesúce trenie a trenie vzduchu. Tepelné straty vinutia, úmerné štvorcu prúdu, sa nazývajú premenlivé (ΔРtrans)... Zvyšné straty v motore závisia trochu od jeho zaťaženia a bežne sa nazývajú konštanty (ΔРpos).

Prípustné zahrievanie elektromotora je určené najmenej tepelne odolnými materiálmi jeho konštrukcie. Tento materiál je izoláciou jeho cievky.

Na izoláciu elektrických strojov sa používajú:

• bavlnené a hodvábne tkaniny, priadze, papier a vláknité organické materiály, ktoré nie sú impregnované izolačnými zmesami (trieda tepelnej odolnosti U);

• rovnaké materiály, impregnované (trieda A);

• syntetické organické filmy (trieda E);

• materiály z azbestu, sľudy, sklolaminátu s organickými spojivami (trieda B);

• rovnaké, ale so syntetickými spojivami a impregnačnými prostriedkami (trieda F);

• rovnaké materiály, ale so silikónovými spojivami a impregnačnými prostriedkami (trieda H);

• sľuda, keramika, sklo, kremeň bez spojív alebo s anorganickými spojivami (trieda C).

Triedy izolácie U, A, E, B, F, H resp. umožňujú maximálne teploty 90, 105, 120, 130, 155, 180 °C. Hraničná teplota triedy C presahuje 180 °C a je limitovaná vlastnosťami použité materiály.

Pri rovnakom zaťažení elektromotora bude jeho ohrev pri rôznych teplotách okolia nerovnomerný. Návrhová teplota t0 prostredia je 40°C. Pri tejto teplote sa stanovujú hodnoty menovitého výkonu elektromotorov. Nárast teploty elektromotora nad teplotu okolia sa nazýva prehriatie:

Použitie syntetickej izolácie sa rozširuje. Najmä silikónové silikónové izolácie zaisťujú vysokú spoľahlivosť elektrických strojov pri prevádzke v tropických podmienkach.

Teplo vznikajúce v rôznych častiach motora ovplyvňuje zahrievanie izolácie v rôznej miere. Okrem toho medzi jednotlivými časťami elektromotora dochádza k výmene tepla, ktorej charakter sa mení v závislosti od podmienok zaťaženia.

Rozdielne zahrievanie jednotlivých častí elektromotora a prenos tepla medzi nimi komplikuje analytické štúdium procesu. Preto sa pre jednoduchosť podmienene predpokladá, že elektromotor je tepelne homogénne a nekonečne teplo vodivé teleso. Všeobecne sa verí, že teplo uvoľnené elektromotorom do okolia je úmerné prehriatiu.V tomto prípade sa tepelné žiarenie zanedbáva, pretože absolútne teploty ohrevu motorov sú nízke. Zvážte proces zahrievania elektromotora za daných predpokladov.

Pri práci v elektromotore sa teplo dq uvoľňuje počas doby dt. Časť tohto tepla dq1 je absorbovaná hmotou elektromotora, v dôsledku čoho sa zvyšuje teplota t a prehrievanie τ motora. Zvyšné teplo dq2 sa uvoľňuje z motora do okolia. Takto možno napísať rovnosť

So zvyšujúcou sa teplotou motora sa zvyšuje teplo dq2. Pri určitej hodnote prehriatia sa do okolia dostane toľko tepla, koľko sa uvoľní v elektromotore; potom dq = dq2 a dq1 = 0. Teplota elektromotora sa prestane zvyšovať a prehrievanie dosiahne stacionárnu hodnotu τу.

Za vyššie uvedených predpokladov možno rovnicu zapísať takto:

kde Q je tepelný výkon spôsobený stratami v elektrickom motore, J / s; A — prenos tepla z motora, t.j. množstvo tepla uvoľneného motorom do okolia za jednotku času pri teplotnom rozdiele motora a okolia 1oC, J / s-deg; C je tepelná kapacita motora, t.j. množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty motora o 1 °C, J / st.

Oddelenie premenných v rovnici, máme

Ľavú stranu rovnosti integrujeme v rozsahu od nuly po nejakú aktuálnu hodnotu času t a pravú stranu v rozsahu od počiatočného prehriatia τ0 elektromotora po aktuálnu hodnotu prehriatia τ:

Vyriešením rovnice pre τ dostaneme rovnicu pre ohrev elektromotora:

Označme C / A = T a určme rozmer tohto pomeru:

Ryža. 2. Krivky charakterizujúce zahrievanie elektromotora

Ryža. 3. Stanovenie časovej konštanty ohrevu

Nazýva sa veličina T, ktorá má rozmer času ohrevu časovo konštantný elektromotor. V súlade s týmto zápisom možno rovnicu vykurovania prepísať ako

Ako môžete vidieť z rovnice, keď dostaneme - hodnotu prehriatia v ustálenom stave.

Pri zmene zaťaženia elektromotora sa mení veľkosť strát a tým aj hodnota Q. To vedie k zmene hodnoty τу.

Na obr. 2 sú znázornené vykurovacie krivky 1, 2, 3 zodpovedajúce poslednej rovnici pre rôzne hodnoty zaťaženia. Keď τу prekročí hodnotu prípustného prehriatia τn, je nepretržitá prevádzka elektromotora neprijateľná. Ako vyplýva z rovnice a grafov (obr. 2), nárast prehriatia je asymptotický.

Keď do rovnice dosadíme hodnotu t = 3T, dostaneme hodnotu τ, ktorá je približne len o 5 % menšia ako τy. V priebehu času t = 3T možno teda proces ohrevu prakticky považovať za ukončený.

Ak v ktoromkoľvek bode vykurovacej krivky (obr. 3) nakreslíte dotyčnicu k vykurovacej krivke, potom nakreslite vertikálu cez ten istý bod, potom segment de asymptoty, uzavretý medzi dotyčnicou a vertikálou, na stupnici osi x sa rovná T. Ak do rovnice vezmeme Q = 0, dostaneme rovnicu chladenia motora:

Krivka chladenia znázornená na obr. 4, zodpovedá tejto rovnici.

Časová konštanta ohrevu je určená veľkosťou elektromotora a formou jeho ochrany pred vplyvmi prostredia. Pri otvorených a chránených elektromotoroch s nízkym výkonom je čas ohrevu 20-30 minút. Pri uzavretých vysokovýkonných elektromotoroch dosahuje 2-3 hodiny.

Ako bolo uvedené vyššie, uvedená teória ohrevu elektromotora je približná a je založená na hrubých predpokladoch. Experimentálne nameraná vykurovacia krivka sa preto výrazne líši od teoretickej. Ak je pre rôzne body experimentálnej vykurovacej krivky konštrukcia znázornená na obr. 3 sa ukazuje, že hodnoty T sa zvyšujú s pribúdajúcim časom. Preto by sa všetky výpočty vykonané podľa rovnice mali považovať za približné. Pri týchto výpočtoch je vhodné použiť graficky určenú konštantu T pre začiatočný bod vykurovacej krivky. Táto hodnota T je najmenšia a pri použití poskytuje určitú rezervu výkonu motora.

Ryža. 4. Krivka chladenia motora

Experimentálne nameraná krivka chladenia sa od teoretickej líši ešte viac ako krivka ohrevu. Časová konštanta chladenia zodpovedajúca vypnutiu motora je výrazne dlhšia ako časová konštanta zahrievania v dôsledku zníženého prenosu tepla pri absencii vetrania.