Θερμικές συνθήκες και ονομαστική ισχύς κινητήρα

Όταν ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί, χάνει να καλύψει ποιο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται χάνεται. Απώλειες συμβαίνουν στην ενεργή αντίσταση των περιελίξεων, στον χάλυβα όταν αλλάζει η μαγνητική ροή στο μαγνητικό κύκλωμα, καθώς και μηχανικές απώλειες λόγω τριβής στα ρουλεμάν και τριβής των περιστρεφόμενων μερών της μηχανής με τον αέρα. Στο τέλος, όλη η χαμένη ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του κινητήρα και τη διάχυση στο περιβάλλον.

Οι απώλειες κινητήρα είναι σταθερές και μεταβλητές. Οι σταθερές περιλαμβάνουν απώλειες χάλυβα και μηχανικές απώλειες σε περιελίξεις όπου το ρεύμα είναι σταθερό και μεταβλητές απώλειες στις περιελίξεις κινητήρα.

Στην αρχική περίοδο μετά την ενεργοποίηση, το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας που απελευθερώνεται στον κινητήρα πηγαίνει για να αυξήσει τη θερμοκρασία του και λιγότερο πηγαίνει στο περιβάλλον. Στη συνέχεια, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του κινητήρα, όλο και περισσότερη θερμότητα μεταφέρεται στο περιβάλλον και έρχεται ένα σημείο όπου όλη η παραγόμενη θερμότητα διαχέεται στο διάστημα.Στη συνέχεια δημιουργείται θερμική ισορροπία και σταματά η περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας του κινητήρα. Αυτή η θερμοκρασία προθέρμανσης κινητήρα ονομάζεται σταθερή κατάσταση. Η θερμοκρασία σταθερής κατάστασης παραμένει σταθερή με την πάροδο του χρόνου εάν το φορτίο του κινητήρα δεν αλλάξει.

Η ποσότητα θερμότητας Q που απελευθερώνεται στον κινητήρα σε 1 s μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο

όπου η- απόδοση κινητήρα; Το P2 είναι η ισχύς του άξονα του κινητήρα.

Από τον τύπο προκύπτει ότι όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο στον κινητήρα, τόσο περισσότερη θερμότητα παράγεται σε αυτόν και τόσο υψηλότερη είναι η σταθερή θερμοκρασία του.

Η εμπειρία από τη λειτουργία ηλεκτροκινητήρων δείχνει ότι η κύρια αιτία της δυσλειτουργίας τους είναι η υπερθέρμανση της περιέλιξης. Εφόσον η θερμοκρασία της μόνωσης δεν υπερβαίνει την επιτρεπόμενη τιμή, η θερμική φθορά της μόνωσης συσσωρεύεται πολύ αργά. Αλλά καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η φθορά της μόνωσης αυξάνεται απότομα. Πρακτικά πιστέψτε ότι η υπερθέρμανση της μόνωσης για κάθε 8 ° C μειώνει τη διάρκεια ζωής της στο μισό. Έτσι, ένας κινητήρας με βαμβακερή μόνωση περιελίξεων σε ονομαστικό φορτίο και θερμοκρασία θέρμανσης έως 105 ° C μπορεί να λειτουργήσει για περίπου 15 χρόνια, όταν υπερφορτωθεί και η θερμοκρασία ανέβει στους 145 ° C, ο κινητήρας θα αποτύχει μετά από 1,5 μήνα.

Σύμφωνα με την GOST, τα μονωτικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρική μηχανική χωρίζονται σε επτά κατηγορίες όσον αφορά την αντίσταση στη θερμότητα, για καθεμία από τις οποίες ορίζεται η μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία (Πίνακας 1).

Η επιτρεπόμενη υπέρβαση της θερμοκρασίας της περιέλιξης του κινητήρα πάνω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος (στην ΕΣΣΔ + 35 ° C είναι αποδεκτή) για την κατηγορία αντοχής στη θερμότητα Y είναι 55 ° C, για την κατηγορία A — 70 ° C, για την κατηγορία B — 95 ° C , για την κατηγορία I — 145 ° C, για την κατηγορία G άνω των 155 ° C.Η αύξηση της θερμοκρασίας ενός δεδομένου κινητήρα εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου και τον τρόπο λειτουργίας του. Σε θερμοκρασία περιβάλλοντος κάτω από 35 ° C, ο κινητήρας μπορεί να φορτωθεί πάνω από την ονομαστική του ισχύ, αλλά έτσι ώστε η θερμοκρασία θέρμανσης της μόνωσης να μην υπερβαίνει τα επιτρεπόμενα όρια.

Χαρακτηριστικό υλικού Κατηγορία αντοχής στη θερμότητα Μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία, ° C Μη εμποτισμένα βαμβακερά υφάσματα, νήματα, χαρτί και ινώδη υλικά από κυτταρίνη και μετάξι Υ 90 Τα ίδια υλικά, αλλά εμποτισμένα με συνδετικά A 105 Ορισμένες συνθετικές οργανικές μεμβράνες E 120 Μίκα, αμίαντος και υλικά από υαλοβάμβακα που περιέχουν οργανικά συνδετικά V 130 Τα ίδια υλικά σε συνδυασμό με συνθετικά συνδετικά και εμποτιστικά F 155 Τα ίδια υλικά αλλά σε συνδυασμό με πυρίτιο, οργανικά συνδετικά και ενώσεις εμποτισμού H 180 Mica, κεραμικά υλικά, γυαλί, χαλαζίας, αμίαντος, που χρησιμοποιούνται χωρίς συνδετικά ή με ανόργανα συνδετικά G περισσότερα από 180

Με βάση μια γνωστή ποσότητα θερμότητας Β που διαχέεται όταν ο κινητήρας λειτουργεί, μπορεί να υπολογιστεί μια περίσσεια θερμοκρασίας κινητήρα τ° C πάνω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, δηλ. θερμοκρασία υπερθέρμανσης

όπου A είναι η μεταφορά θερμότητας του κινητήρα, J / deg • s; Το e είναι η βάση των φυσικών λογαρίθμων (e = 2,718). C είναι η θερμική χωρητικότητα του κινητήρα, J / πόλη. τО- η αρχική αύξηση της θερμοκρασίας του κινητήρα στο τ.

Η θερμοκρασία κινητήρα σταθερής κατάστασης τυ μπορεί να ληφθεί από την προηγούμενη έκφραση λαμβάνοντας τ = ∞... Τότε ту = Q / А... Στο το = 0, η ισότητα (2) παίρνει τη μορφή

Στη συνέχεια συμβολίζουμε την αναλογία C / A προς T

όπου T είναι η σταθερά χρόνου θέρμανσης, s.

Η σταθερά θέρμανσης είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να θερμανθεί ο κινητήρας σε θερμοκρασία σταθερής κατάστασης απουσία μεταφοράς θερμότητας στο περιβάλλον. Παρουσία μεταφοράς θερμότητας, η θερμοκρασία θέρμανσης θα είναι μικρότερη και ίση με

Η σταθερά χρόνου μπορεί να βρεθεί γραφικά (Εικ. 1, α). Για να γίνει αυτό, σχεδιάζεται μια εφαπτομένη γραμμή από την αρχή των συντεταγμένων έως ότου τέμνεται με μια οριζόντια ευθεία που διέρχεται από το σημείο α, που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία της σταθερής θέρμανσης. Το τμήμα ss θα είναι ίσο με T και το τμήμα ab θα είναι ίσο με το χρόνο Ty κατά τον οποίο ο κινητήρας φτάνει σε θερμοκρασία σταθερής κατάστασης τу… Συνήθως λαμβάνεται ίση με 4T.

Η σταθερά θέρμανσης εξαρτάται από την ονομαστική ισχύ του κινητήρα, την ταχύτητα, τη σχεδίαση και τη μέθοδο ψύξης, αλλά δεν εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου του.

Ρύζι. 1. Καμπύλες θέρμανσης και ψύξης κινητήρα: α — γραφικός ορισμός της σταθεράς θέρμανσης. β — καμπύλες θέρμανσης σε διαφορετικά φορτία

Εάν ο κινητήρας, μετά τη θέρμανση, αποσυνδεθεί από το δίκτυο, από εκείνη τη στιγμή δεν παράγει πλέον θερμότητα, αλλά η συσσωρευμένη θερμότητα συνεχίζει να διαχέεται στο περιβάλλον, ο κινητήρας κρυώνει.

Η εξίσωση ψύξης έχει τη μορφή

και η καμπύλη φαίνεται στο Σχ. 1, α.

Στην έκφραση, To είναι η σταθερά χρόνου ψύξης. Διαφέρει από τη σταθερά θέρμανσης T επειδή η μεταφορά θερμότητας από τον κινητήρα σε κατάσταση ηρεμίας διαφέρει από τη μεταφορά θερμότητας από τον κινητήρα που λειτουργεί.Η ισότητα είναι δυνατή όταν ο κινητήρας που είναι αποσυνδεδεμένος από το δίκτυο έχει εξωτερικό αερισμό. Συνήθως η καμπύλη ψύξης είναι πιο επίπεδη από την καμπύλη θέρμανσης. Για κινητήρες με εξωτερική ροή αέρα, το To είναι περίπου 2 φορές μεγαλύτερο από το T. Στην πράξη, μπορούμε να υποθέσουμε ότι μετά από ένα χρονικό διάστημα 3To έως 5To, η θερμοκρασία του κινητήρα γίνεται ίση με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Με σωστή επιλογή της ονομαστικής ισχύος του κινητήρα, η θερμοκρασία υπερθέρμανσης σε σταθερή κατάσταση θα πρέπει να είναι ίση με την επιτρεπόμενη αύξηση θερμοκρασίας τπροσθέτως που αντιστοιχεί στην κατηγορία μόνωσης του σύρματος περιέλιξης. Τα διαφορετικά φορτία P1 <P2 <P3 του ίδιου κινητήρα αντιστοιχούν σε ορισμένες απώλειες ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 και τις τιμές της καθορισμένης θερμοκρασίας υπερθέρμανσης (Εικ. 1, β). Με ονομαστικό φορτίο, ο κινητήρας μπορεί να λειτουργήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς επικίνδυνη υπερθέρμανση, ενώ όταν το φορτίο αυξηθεί στον επιτρεπόμενο χρόνο μεταγωγής, δεν θα είναι περισσότερο από t2 και σε ισχύ όχι περισσότερο από t3.

Με βάση τα παραπάνω, μπορούμε να δώσουμε τον ακόλουθο ορισμό της ονομαστικής ισχύος του κινητήρα. Η ονομαστική ισχύς του κινητήρα είναι η ισχύς του άξονα στον οποίο η θερμοκρασία του τυλίγματος του υπερβαίνει τη θερμοκρασία περιβάλλοντος κατά ένα ποσό που αντιστοιχεί στα αποδεκτά πρότυπα υπερθέρμανσης.