Грејање и хлађење електромотора

Правилно одређивање снаге електромотора за различите машине за сечење метала, механизме и машине је од великог значаја. Са недовољном снагом, немогуће је у потпуности искористити производне могућности машине, извршити планирани технолошки процес. Ако је снага недовољна, електромотор ће прерано отказати.

Прецењивање снаге електромотора доводи до његовог систематског недовољног пуњења и, као резултат, непотпуне употребе мотора, његовог рада са ниском ефикасношћу и малим фактором снаге (за асинхроне моторе). Такође, када је снага мотора прецењена, капитални и оперативни трошкови се повећавају.

Снага потребна за рад машине, а самим тим и снага коју развија електромотор, мења се током рада машине. Оптерећење на електромотору може се окарактерисати графиком оптерећења (слика 1), који представља зависност снаге са вратила мотора, његовог обртног момента или струје од времена.Након завршетка обраде радног предмета, машина се зауставља, обрадак се мери и радни предмет се замењује. Распоред утовара се затим поново понавља (приликом обраде делова истог типа).

Да би се обезбедио нормалан рад под таквим променљивим оптерећењем, електромотор мора да развије највећу потребну снагу током обраде и да се не прегреје током непрекидног рада у складу са овим распоредом оптерећења. Дозвољено преоптерећење електромотора одређено је њиховим електричним својствима.

Пиринач. 1. Учитајте распоред када обрађујете исту врсту делова

Када мотор ради, губици енергије (и снаге).због чега се загрева. Део енергије коју троши електромотор троши се на загревање његових намотаја, на загревање магнетног кола хистереза и вртложне струје које носе трење и ваздушно трење. Топлотни губици намотаја, пропорционални квадрату струје, називају се променљиви (ΔРтранс)... Преостали губици у мотору мало зависе од његовог оптерећења и конвенционално се називају константи (ΔРпос).

Дозвољено загревање електромотора одређују најмање топлотно отпорни материјали његове конструкције. Овај материјал је изолација његовог намотаја.

За изолацију електричних машина користе се:

• памучне и свилене тканине, предива, папир и влакнасти органски материјали који нису импрегнирани изолационим једињењима (класа отпорности на топлоту У);

• исти материјали, импрегнирани (класа А);

• синтетичке органске фолије (класа Е);

• материјали од азбеста, лискуна, фибергласа са органским везивом (класа Б);

• исто, али са синтетичким везивима и импрегнирајућим средствима (класа Ф);

• исти материјали, али са силицијумским везивом и импрегнационим агенсима (класа Х);

• лискун, керамика, стакло, кварц без везива или са неорганским везивом (класа Ц).

Класе изолације У, А, Е, Б, Ф, Х допуштају максималне температуре од 90, 105, 120, 130, 155, 180 °Ц. Гранична температура класе Ц прелази 180 °Ц и ограничена је својствима коришћени материјали.

Са истим оптерећењем на електромотору, његово загревање ће бити неуједначено на различитим температурама околине. Пројектна температура околине т0 је 40°Ц. На овој температури одређују се номиналне вредности снаге електромотора.Повећање температуре електромотора изнад температуре околине назива се прегревањем:

Употреба синтетичке изолације се шири. Конкретно, силиконске силиконске изолације осигуравају високу поузданост електричних машина када раде у тропским условима.

Топлота која се ствара у различитим деловима мотора утиче на загревање изолације у различитим степенима. Поред тога, између појединих делова електромотора одвија се размена топлоте, чија се природа мења у зависности од услова оптерећења.

Различито загревање појединих делова електромотора и пренос топлоте између њих отежава аналитичко проучавање процеса. Због тога се, ради једноставности, условно претпоставља да је електромотор термички хомогено и бесконачно топлотно проводно тело. Уопштено се верује да је топлота коју електромотор ослобађа у околину пропорционална прегревању.У овом случају топлотно зрачење се занемарује јер су апсолутне температуре грејања мотора ниске. Размотримо процес загревања електромотора под датим претпоставкама.

При раду у електромотору топлота дк се ослобађа за време дт. Део ове топлоте дк1 апсорбује маса електромотора, услед чега се повећава температура т и прегревање τ мотора. Преостала топлота дк2 се ослобађа из мотора у околину. Тако се једнакост може написати

Како температура мотора расте, топлота дк2 се повећава. При одређеној вредности прегревања околини ће се дати онолико топлоте колико се ослободи у електромотору; тада је дк = дк2 и дк1 = 0. Температура електромотора престаје да расте и прегревање достиже стационарну вредност τу.

Под горњим претпоставкама, једначина се може написати на следећи начин:

где је К топлотна снага услед губитака у електромотору, Ј/с; А — пренос топлоте из мотора, тј. количина топлоте коју мотор ослобађа у околину у јединици времена при температурној разлици између мотора и околине од 1оЦ, Ј/с-дег; Ц је термички капацитет мотора, тј. количина топлоте потребна за повећање температуре мотора за 1 ° Ц, Ј / дег.

Раздвајањем променљивих у једначини имамо

Интегришемо леву страну једнакости у опсегу од нуле до неке тренутне вредности времена т и десну у опсегу од почетног прегревања τ0 електромотора до тренутне вредности прегревања τ:

Решавајући једначину за τ, добијамо једначину за загревање електромотора:

Означимо Ц / А = Т и одредимо димензију овог односа:

Пиринач. 2. Криве које карактеришу загревање електромотора

Пиринач. 3. Одређивање временске константе загревања

Зове се величина Т, која има димензију временске константе времена загревања електромотора. У складу са овом нотацијом, једначина грејања се може преписати као

Као што можете видети из једначине, када добијемо - вредност прегревања у стабилном стању.

При промени оптерећења на електромотору мења се количина губитака а самим тим и вредност К. То доводи до промене вредности τу.

На сл. 2 приказане су криве грејања 1, 2, 3 које одговарају последњој једначини за различите вредности оптерећења. Када τу пређе вредност дозвољеног прегревања τн, непрекидан рад електромотора је неприхватљив. Као што следи из једначине и графикона (слика 2), повећање прегревања је асимптотично.

Када заменимо вредност т = 3Т у једначину, добијамо вредност τ која је приближно само 5% мања од τи. Дакле, за време т = 3Т процес загревања се практично може сматрати завршеним.

Ако у било којој тачки са кривом грејања (слика 3) повучете тангенту на криву грејања, затим кроз исту тачку повучете вертикалу, затим сегмент де асимптоте, затворен између тангенте и вертикале, на скали апсцисне осе једнака је Т. Ако у једначини узмемо К = 0, добијамо једначину хлађења мотора:

Крива хлађења приказана на сл. 4, одговара овој једначини.

Временска константа загревања одређена је величином електромотора и обликом његове заштите од утицаја околине. За отворене и заштићене електромоторе мале снаге, време загревања је 20-30 минута. За затворене електромоторе велике снаге достиже 2-3 сата.

Као што је горе поменуто, наведена теорија грејања електромотором је приближна и заснована је на грубим претпоставкама. Због тога се експериментално мерена крива грејања значајно разликује од теоријске. Ако за различите тачке експерименталне криве грејања, конструкција приказана на Сл. 3, испоставља се да се вредности Т повећавају са повећањем времена. Према томе, све прорачуне направљене према једначини треба сматрати приближним. У овим прорачунима препоручљиво је користити константу Т која је графички одређена за почетну тачку криве грејања. Ова вредност Т је најмања и, када се користи, обезбеђује одређену маргину снаге мотора.

Пиринач. 4. Крива хлађења мотора

Експериментално измерена крива хлађења разликује се од теоријске чак и више од криве грејања. Временска константа хлађења која одговара искљученом мотору је знатно дужа од временске константе загревања због смањеног преноса топлоте у одсуству вентилације.