Tepelné podmienky a menovitý výkon motora

Keď elektromotor beží, stráca na pokrytie toho, aká časť spotrebovanej elektrickej energie sa míňa. Straty vznikajú v aktívnom odpore vinutí, v oceli pri zmenách magnetického toku v magnetickom obvode, ako aj mechanické straty trením v ložiskách a trením rotujúcich častí stroja o vzduch. Na konci sa všetka stratená energia premení na tepelnú energiu, ktorá sa použije na ohrev motora a rozptýli sa do okolia.

Straty motora sú konštantné a premenlivé. Konštanty zahŕňajú straty ocele a mechanické straty vo vinutiach, kde je prúd konštantný, a premenlivé straty vo vinutí motora.

V počiatočnom období po zapnutí ide väčšina tepla uvoľneného v motore na zvýšenie jeho teploty a menej ide do okolia. Potom, ako teplota motora stúpa, stále viac tepla sa prenáša do okolia a prichádza bod, kedy sa všetko vytvorené teplo rozptýli do priestoru.Potom sa vytvorí tepelná rovnováha a ďalšie zvyšovanie teploty motora sa zastaví. Táto teplota zahrievania motora sa nazýva ustálený stav. Ustálená teplota zostáva v priebehu času konštantná, ak sa zaťaženie motora nemení.

Množstvo tepla Q, ktoré sa uvoľní v motore za 1 s, možno určiť podľa vzorca

kde η- účinnosť motora; P2 je výkon hriadeľa motora.

Zo vzorca vyplýva, že čím väčšie je zaťaženie motora, tým viac tepla v ňom vzniká a tým vyššia je jeho stacionárna teplota.

Skúsenosti s prevádzkou elektromotorov ukazujú, že hlavnou príčinou ich poruchy je prehriatie vinutia. Pokiaľ teplota izolácie neprekročí prípustnú hodnotu, tepelné opotrebenie izolácie sa kumuluje veľmi pomaly. Ale ako teplota stúpa, opotrebovanie izolácie sa prudko zvyšuje. Prakticky sa domnievate, že prehriatie izolácie na každých 8 °C skracuje jej životnosť na polovicu. Takže motor s bavlnenou izoláciou vinutí pri menovitom zaťažení a teplote ohrevu do 105 ° C môže pracovať asi 15 rokov, keď je preťažený a teplota stúpne na 145 ° C, motor zlyhá po 1,5 mesiaci.

Podľa GOST sú izolačné materiály používané v elektrotechnike rozdelené do siedmich tried z hľadiska tepelnej odolnosti, pre každú z nich je nastavená maximálna prípustná teplota (tabuľka 1).

Prípustné prekročenie teploty vinutia motora nad okolitú teplotu (v ZSSR je akceptované + 35 ° C) pre triedu tepelnej odolnosti Y je 55 ° C, pre triedu A — 70 ° C, pre triedu B — 95 ° C , pre triedu I — 145 °C, pre triedu G nad 155 °C.Nárast teploty daného motora závisí od veľkosti jeho zaťaženia a prevádzkového režimu. Pri teplote okolia pod 35 °C je možné motor zaťažiť nad jeho menovitý výkon, ale tak, aby teplota ohrevu izolácie neprekročila prípustné limity.

Charakteristika materiálu Trieda tepelnej odolnosti Maximálna prípustná teplota, ° C Neimpregnované bavlnené tkaniny, priadze, papier a vláknité materiály z celulózy a hodvábu Y 90 Rovnaké materiály, ale impregnované spojivami A 105 Niektoré syntetické organické fólie E 120 Sľuda, azbest a materiály zo sklolaminátu s obsahom organických spojív V 130 Rovnaké materiály v kombinácii so syntetickými spojivami a impregnačnými prostriedkami F 155 Rovnaké materiály, ale v kombinácii s kremíkom, organickými spojivami a impregnačnými zlúčeninami H 180 Sľuda, keramické materiály, sklo, kremeň, azbest, používané bez spojív alebo s anorganickými spojivami G viac ako 180

Na základe známeho množstva tepla B rozptýleného pri bežiacom motore možno vypočítať prekročenie teploty motora τ° C nad okolitú teplotu, t.j. teplota prehriatia

kde A je prenos tepla motora, J / deg • s; e je základ prirodzených logaritmov (e = 2,718); C je tepelná kapacita motora, J / mesto; τО- počiatočné zvýšenie teploty motora pri τ.

Teplota motora v ustálenom stave τу sa dá získať z predchádzajúceho výrazu tak, že vezmeme τ = ∞... Potom τу = Q / А... Pri τо = 0 má rovnosť (2) tvar

Potom označíme pomer C / A k T

kde T je časová konštanta ohrevu, s.

Vykurovacia konštanta je čas potrebný na zahriatie motora na ustálenú teplotu bez prenosu tepla do okolia. Za prítomnosti prenosu tepla bude teplota vykurovania menšia a rovná

Časovú konštantu možno nájsť graficky (obr. 1, a). Na tento účel sa nakreslí dotyčnica od začiatku súradníc, až kým sa nepretne s vodorovnou priamkou prechádzajúcou bodom a, ktorá zodpovedá teplote stacionárneho vykurovania. Segment ss sa bude rovnať T a segment ab sa bude rovnať času Ty, počas ktorého motor dosiahne ustálenú teplotu τу... Zvyčajne sa berie rovnajúca sa 4T.

Vykurovacia konštanta závisí od menovitého výkonu motora, jeho otáčok, konštrukcie a spôsobu chladenia, nezávisí však od veľkosti jeho zaťaženia.

Ryža. 1. Krivky ohrevu a chladenia motora: a — grafická definícia vykurovacej konštanty; b — vykurovacie krivky pri rôznych zaťaženiach

Ak sa motor po zahriatí odpojí od siete, od tohto momentu už nevytvára teplo, ale nahromadené teplo sa ďalej odvádza do okolia, motor sa ochladí.

Rovnica chladenia má tvar

a krivka je znázornená na obr. 1, a.

Vo výraze To je časová konštanta chladenia. Od vykurovacej konštanty T sa líši, pretože prenos tepla z motora v pokoji sa líši od prenosu tepla z bežiaceho motora.Rovnosť je možná, keď má motor odpojený od siete externú ventiláciu. Krivka chladenia je zvyčajne plochejšia ako krivka vykurovania. Pre motory s vonkajším prietokom vzduchu je To približne 2-krát väčšie ako T. V praxi môžeme predpokladať, že po časovom intervale 3To až 5To sa teplota motora vyrovná teplote okolia.

Pri správnom výbere menovitého výkonu motora by sa mala ustálená teplota prehrievania rovnať povolenému nárastu teploty τadd zodpovedajúcej triede izolácie vodiča vinutia. Rôzne zaťaženia P1 <P2 <P3 toho istého motora zodpovedajú určitým stratám ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 a hodnotám stanovenej teploty prehriatia (obr. 1, b). Pri menovitom zaťažení môže motor pracovať dlhú dobu bez nebezpečného prehriatia, zatiaľ čo keď sa zaťaženie zvýši na povolenú dobu spínania, nebude to viac ako t2 a pri výkone nie viac ako t3.

Na základe vyššie uvedeného môžeme uviesť nasledujúcu definíciu menovitého výkonu motora. Menovitý výkon motora je výkon hriadeľa, pri ktorom teplota jeho vinutia prevyšuje teplotu okolia o hodnotu zodpovedajúcu prijatým normám prehriatia.