Termiske forhold og nominel motoreffekt

Når elmotoren kører, taber den for at dække, hvilken del af den forbrugte elektriske energi der går til spilde. Tab opstår i viklingernes aktive modstand, i stålet, når den magnetiske flux ændres i magnetkredsløbet, samt mekaniske tab på grund af friktion i lejerne og friktion af maskinens roterende dele mod luften. Til sidst bliver al den tabte energi omdannet til varmeenergi, som bruges til at opvarme motoren og spredes ud i miljøet.

Motortab er konstante og variable. Konstanterne omfatter ståltab og mekaniske tab i viklinger, hvor strømmen er konstant, og variable tab i motorviklinger.

I den indledende periode efter tænding går det meste af den frigivne varme i motoren til at øge dens temperatur, og mindre går til miljøet. Så, efterhånden som motortemperaturen stiger, overføres mere og mere varme til omgivelserne, og der kommer et tidspunkt, hvor al den genererede varme spredes ud i rummet.Derefter etableres termisk ligevægt, og yderligere stigning i motortemperaturen stopper. Denne motoropvarmningstemperatur kaldes steady state. Den stabile temperatur forbliver konstant over tid, hvis motorbelastningen ikke ændres.

Mængden af ​​varme Q, der frigives i motoren på 1 s, kan bestemmes af formlen

hvor η- motoreffektivitet; P2 er motorens akseleffekt.

Det følger af formlen, at jo større belastningen på motoren er, jo mere varme genereres der i den, og jo højere er dens stationære temperatur.

Erfaring med driften af ​​elektriske motorer viser, at hovedårsagen til deres funktionsfejl er overophedning af viklingen. Så længe isoleringens temperatur ikke overstiger den tilladte værdi, ophobes det termiske slid på isoleringen meget langsomt. Men i takt med at temperaturen stiger, stiger isoleringsslitaget kraftigt. Tror praktisk talt, at overophedning af isoleringen for hver 8 ° C halverer dens levetid. Så en motor med bomuldsisolering af viklinger ved nominel belastning og varmetemperatur op til 105 ° C kan fungere i omkring 15 år, når den er overbelastet og temperaturen stiger til 145 ° C, vil motoren svigte efter 1,5 måneder.

Ifølge GOST er isoleringsmaterialer, der anvendes i elektroteknik, opdelt i syv klasser med hensyn til varmemodstand, for hver af dem er den maksimalt tilladte temperatur indstillet (tabel 1).

Det tilladte overskridelse af temperaturen på motorviklingen over omgivelsestemperaturen (i USSR accepteres + 35 ° C) for varmemodstandsklasse Y er 55 ° C, for klasse A - 70 ° C, for klasse B - 95 ° C , for klasse I - 145 ° C, for klasse G over 155 ° C.Temperaturstigningen af ​​en given motor afhænger af størrelsen af ​​dens belastning og driftstilstand. Ved en omgivelsestemperatur under 35 ° C kan motoren belastes over dens nominelle effekt, men således at isoleringens varmetemperatur ikke overstiger de tilladte grænser.

Materialekarakteristik Varmebestandighedsklasse Maksimal tilladt temperatur, ° C Ikke-imprægnerede bomuldsstoffer, garn, papir og fibermaterialer af cellulose og silke Y 90 Samme materialer, men imprægneret med bindemidler A 105 Nogle syntetiske organiske film E 120 Glimmer, asbest og materialer af glasfiber indeholdende organiske bindemidler V 130 Samme materialer i kombination med syntetiske bindemidler og imprægneringsmidler F 155 Samme materialer men i kombination med silicium, organiske bindemidler og imprægneringsmidler H 180 Glimmer, keramiske materialer, glas, kvarts, asbest, brugt uden bindemidler eller med uorganiske bindemidler G mere end 180

Ud fra en kendt mængde varme B, der afgives, når motoren kører, kan der beregnes en overskydende motortemperatur τ° C over den omgivende temperatur, dvs. overophedningstemperatur

hvor A er motorens varmeoverførsel, J / grader • s; e er basis af naturlige logaritmer (e = 2,718); C er motorens termiske kapacitet, J / by; τО- den indledende stigning i motortemperaturen ved τ.

Steady-state motortemperatur τу kan fås fra det foregående udtryk ved at tage τ = ∞... Så τу = Q / А... Ved τо = 0 har lighed (2) formen

Så betegner vi forholdet C/A til T

hvor T er opvarmningstidskonstanten, s.

Varmekonstanten er den tid, det tager for motoren at varme op til konstant temperatur i fravær af varmeoverførsel til omgivelserne. Ved tilstedeværelse af varmeoverførsel vil opvarmningstemperaturen være mindre end og lig med

Tidskonstanten kan findes grafisk (fig. 1, a). For at gøre dette trækkes en tangentlinje fra koordinaternes oprindelse, indtil den skærer en vandret lige linje, der går gennem punkt a, svarende til temperaturen ved stationær opvarmning. Segmentet ss vil være lig med T, og segmentet ab vil være lig med tiden Ty, hvor motoren når en konstant temperatur τу... Det tages normalt lig med 4T.

Varmekonstanten afhænger af motorens nominelle effekt, dens hastighed, design og kølemetode, men afhænger ikke af størrelsen af ​​dens belastning.

Ris. 1. Motorvarme- og kølekurver: a — grafisk definition af varmekonstanten; b — varmekurver ved forskellige belastninger

Hvis motoren efter opvarmning afbrydes fra netværket, fra det øjeblik genererer den ikke længere varme, men den akkumulerede varme fortsætter med at sprede sig ud i miljøet, køler motoren ned.

Afkølingsligningen har formen

og kurven er vist i fig. 1, a.

I udtrykket er To afkølingstidskonstanten. Den adskiller sig fra varmekonstanten T, fordi varmeoverførslen fra motoren i hvile adskiller sig fra varmeoverførslen fra den kørende motor.Ligestilling er mulig, når motoren frakoblet netværket har ekstern ventilation. Normalt er kølekurven fladere end varmekurven. For motorer med ekstern luftstrøm er To cirka 2 gange større end T. I praksis kan vi antage, at efter et tidsinterval på 3To til 5To bliver motortemperaturen lig med omgivelsestemperaturen.

Med et korrekt valg af motorens nominelle effekt skal den konstante overophedningstemperatur være lig med den tilladte temperaturstigning τtilføj svarende til viklingstrådens isolationsklasse. De forskellige belastninger P1 <P2 <P3 af samme motor svarer til visse tab ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 og værdierne for den etablerede overophedningstemperatur (fig. 1, b). Ved nominel belastning kan motoren fungere i lang tid uden farlig overophedning, mens når belastningen stiger til den tilladte koblingstid, vil den ikke være mere end t2 og ved effekt ikke mere end t3.

På baggrund af ovenstående kan vi give følgende definition af motorens mærkeeffekt. Motorens nominelle effekt er den akseleffekt, ved hvilken temperaturen af ​​dens vikling overstiger den omgivende temperatur med en mængde svarende til de accepterede overophedningsstandarder.