Opvarmning og køling af elmotorer

Korrekt bestemmelse af kraften af ​​elektriske motorer til forskellige metalskæremaskiner, mekanismer og maskiner er af stor betydning. Med utilstrækkelig kraft er det umuligt fuldt ud at bruge maskinens produktionskapacitet til at udføre den planlagte teknologiske proces. Hvis strømmen er utilstrækkelig, vil elmotoren svigte for tidligt.

Overvurdering af elmotorens kraft fører til dens systematiske underopladning og som følge heraf ufuldstændig brug af motoren, dens drift med lav effektivitet og en lille effektfaktor (til asynkronmotorer). Også når motorkraften overvurderes, stiger kapital- og driftsomkostningerne.

Den effekt, der kræves for at betjene maskinen, og derfor den effekt, som elmotoren udvikler, ændres under maskinens drift. Belastningen på en elektrisk motor kan karakteriseres ved belastningsgrafen (fig. 1), som er afhængigheden af ​​kraften fra motorakslen, dens drejningsmoment eller strøm til tiden.Efter endt bearbejdning af emnet stoppes maskinen, emnet måles, og emnet udskiftes. Ladningsplanen gentages derefter igen (ved bearbejdning af dele af samme type).

For at sikre normal drift under en sådan variabel belastning skal elmotoren udvikle den højest nødvendige effekt under behandlingen og ikke overophedes under kontinuerlig drift i overensstemmelse med denne belastningsplan. Den tilladte overbelastning af elektriske motorer bestemmes af deres elektriske egenskaber.

Ris. 1. Indlæs tidsplanen ved bearbejdning af samme type dele

Når motoren kører, energi (og effekt) tabfår det til at varme op. En del af energien, der forbruges af elmotoren, bruges på at opvarme dens viklinger, på at opvarme det magnetiske kredsløb af hysterese og hvirvelstrømme, der bærer friktion og luftfriktion. Vindingernes varmetab, proportionalt med strømmens kvadrat, kaldes variable (ΔРtrans)... De resterende tab i motoren afhænger lidt af dens belastning og kaldes konventionelt konstanter (ΔРpos).

Den tilladte opvarmning af en elektrisk motor bestemmes af de mindst varmebestandige materialer i dens konstruktion. Dette materiale er isoleringen af ​​dets spole.

Følgende bruges til at isolere elektriske maskiner:

• bomulds- og silkestoffer, garn, papir og fibrøse organiske materialer, der ikke er imprægneret med isolerende forbindelser (varmebestandighedsklasse U);

• de samme materialer, imprægneret (klasse A);

• syntetiske organiske film (klasse E);

• materialer fra asbest, glimmer, glasfiber med organiske bindemidler (klasse B);

• det samme, men med syntetiske bindemidler og imprægneringsmidler (klasse F);

• de samme materialer, men med siliciumbindemidler og imprægneringsmidler (klasse H);

• glimmer, keramik, glas, kvarts uden bindemiddel eller med uorganiske bindemidler (klasse C).

Isoleringsklasserne U, A, E, B, F, H tillader henholdsvis maksimale temperaturer på 90, 105, 120, 130, 155, 180 ° C. Grænsetemperaturen for klasse C overstiger 180 ° C og er begrænset af egenskaberne for anvendte materialer.

Med samme belastning på elmotoren vil dens opvarmning være ujævn ved forskellige omgivende temperaturer. Designtemperaturen t0 af omgivelserne er 40 ° C. Ved denne temperatur bestemmes de nominelle effektværdier for de elektriske motorer. Stigningen i temperaturen på den elektriske motor over den omgivende temperatur kaldes overophedning:

Brugen af ​​syntetisk isolering udvides. Især silicium silicium isolering sikrer høj pålidelighed af elektriske maskiner, når de arbejder under tropiske forhold.

Den varme, der genereres i forskellige dele af motoren, påvirker opvarmningen af ​​isoleringen i forskellig grad. Derudover sker der varmeveksling mellem de enkelte dele af elmotoren, hvis karakter ændres afhængigt af belastningsforholdene.

Den forskellige opvarmning af de enkelte dele af elmotoren og overførslen af ​​varme mellem dem komplicerer den analytiske undersøgelse af processen. For nemheds skyld antages det derfor betinget, at elmotoren er et termisk homogent og uendeligt varmeledende legeme. Det antages generelt, at den varme, som en elektrisk motor frigiver til miljøet, er proportional med overhedning.I dette tilfælde negligeres termisk stråling, fordi motorernes absolutte varmetemperaturer er lave. Overvej opvarmningsprocessen for den elektriske motor under de givne antagelser.

Ved arbejde i elmotoren frigives varmen dq i tiden dt. En del af denne varme dq1 absorberes af massen af ​​den elektriske motor, som et resultat af hvilken temperaturen t og overophedning τ af motoren stiger. Den resterende varme dq2 frigives fra motoren til miljøet. Således kan ligheden skrives

Når motortemperaturen stiger, stiger varmen dq2. Ved en vis værdi af overophedning vil der blive givet lige så meget varme til miljøet, som der frigives i elmotoren; derefter dq = dq2 og dq1 = 0. Temperaturen på den elektriske motor holder op med at stige, og overophedningen når en stationær værdi på τу.

Under ovenstående forudsætninger kan ligningen skrives som følger:

hvor Q er den termiske effekt på grund af tab i den elektriske motor, J/s; A — varmeoverførsel fra motoren, dvs. mængden af ​​varme frigivet af motoren til miljøet pr. tidsenhed ved en temperaturforskel mellem motoren og miljøet på 1oC, J/s-deg; C er motorens termiske kapacitet, dvs. mængden af ​​varme, der kræves for at øge motorens temperatur med 1 ° C, J / grader.

At adskille variablerne i ligningen, har vi

Vi integrerer venstre side af ligheden i området fra nul til en eller anden aktuelle værdi af tiden t og højre side i området fra den indledende overophedning τ0 af den elektriske motor til den aktuelle værdi af overophedning τ:

Ved at løse ligningen for τ får vi en ligning for opvarmning af en elektrisk motor:

Lad os betegne C / A = T og bestemme dimensionen af ​​dette forhold:

Ris. 2. Kurver, der karakteriserer opvarmningen af ​​elmotoren

Ris. 3. Bestemmelse af varmetidskonstanten

Det kaldes mængden T, som har dimensionen af ​​tid varme tidskonstant elmotor. I overensstemmelse med denne notation kan opvarmningsligningen omskrives som

Som du kan se fra ligningen, når vi får - steady-state overhedningsværdi.

Når belastningen på den elektriske motor ændres, ændres mængden af ​​tab og dermed værdien af ​​Q. Dette fører til en ændring i værdien af ​​τу.

I fig. 2 viser varmekurverne 1, 2, 3 svarende til den sidste ligning for forskellige belastningsværdier. Når τу overstiger værdien af ​​den tilladte overophedning τn, er den kontinuerlige drift af den elektriske motor uacceptabel. Som det følger af ligningen og graferne (fig. 2), er stigningen i overhedning asymptotisk.

Når vi erstatter værdien t = 3T i ligningen, får vi en værdi på τ, der er cirka kun 5 % mindre end τy. I løbet af tiden t = 3T kan opvarmningsprocessen således praktisk talt betragtes som afsluttet.

Hvis du på et hvilket som helst punkt med varmekurven (fig. 3) tegner en tangent til varmekurven, trækker du en lodret gennem det samme punkt, derefter segmentet de af asymptoten, lukket mellem tangenten og lodret, på skalaen af abscisseaksen er lig med T. Hvis vi tager Q = 0 i ligningen, får vi motorkølingsligningen:

Kølekurven vist i fig. 4, svarer til denne ligning.

Tidskonstanten for opvarmning bestemmes af størrelsen af ​​den elektriske motor og formen for dens beskyttelse mod miljøpåvirkninger. For åbne og beskyttede elmotorer med lav effekt er opvarmningstiden 20-30 minutter. For lukkede højeffektelektriske motorer når den 2-3 timer.

Som nævnt ovenfor er den angivne teori om elmotoropvarmning omtrentlig og baseret på grove antagelser. Derfor adskiller den eksperimentelt målte varmekurve sig væsentligt fra den teoretiske. Hvis konstruktionen vist i fig. 3, viser det sig, at værdierne af T stiger med stigende tid. Derfor bør alle beregninger foretaget i henhold til ligningen betragtes som omtrentlige. I disse beregninger er det tilrådeligt at bruge konstanten T bestemt grafisk til startpunktet for varmekurven. Denne værdi af T er den mindste og giver, når den bruges, en vis margin af motoreffekt.

Ris. 4. Motorens kølekurve

Den eksperimentelt målte kølekurve adskiller sig endnu mere fra den teoretiske end varmekurven. Køletidskonstanten svarende til motoren slukket er væsentlig længere end opvarmningstidskonstanten på grund af reduceret varmeoverførsel i mangel af ventilation.