Termiska förhållanden och nominell motoreffekt

När elmotorn går förlorar den för att täcka vilken del av den förbrukade elenergin som går till spillo. Förluster uppstår i lindningarnas aktiva motstånd, i stålet när det magnetiska flödet ändras i magnetkretsen, samt mekaniska förluster på grund av friktion i lagren och friktion av maskinens roterande delar mot luften. I slutet omvandlas all förlorad energi till värmeenergi, som används för att värma motorn och försvinna i miljön.

Motorförlusterna är konstanta och varierande. Konstanterna inkluderar stålförluster och mekaniska förluster i lindningar där strömmen är konstant, och variabla förluster i motorlindningar.

Under den inledande perioden efter påslagning går det mesta av den frigjorda värmen i motorn till att öka dess temperatur, och mindre går till miljön. Sedan, när motortemperaturen stiger, överförs mer och mer värme till omgivningen, och det kommer en punkt när all värme som genereras försvinner ut i rymden.Termisk jämvikt upprättas sedan och ytterligare ökning av motortemperaturen stannar. Denna motoruppvärmningstemperatur kallas steady state. Den stationära temperaturen förblir konstant över tiden om motorbelastningen inte ändras.

Mängden värme Q som frigörs i motorn på 1 s kan bestämmas med formeln

där η- motoreffektivitet; P2 är motorns axeleffekt.

Det följer av formeln att ju större belastningen på motorn är, desto mer värme genereras i den och desto högre är dess stationära temperatur.

Erfarenhet av driften av elmotorer visar att huvudorsaken till deras funktionsfel är överhettning av lindningen. Så länge isoleringens temperatur inte överstiger det tillåtna värdet ackumuleras det termiska slitaget på isoleringen mycket långsamt. Men när temperaturen stiger ökar isoleringsslitaget kraftigt. Tror praktiskt taget att överhettning av isoleringen för varje 8 ° C halverar dess livslängd. Så en motor med bomullsisolering av lindningar vid nominell belastning och uppvärmningstemperatur upp till 105 ° C kan fungera i cirka 15 år, när den är överbelastad och temperaturen stiger till 145 ° C, kommer motorn att misslyckas efter 1,5 månader.

Enligt GOST är isoleringsmaterial som används inom elektroteknik indelade i sju klasser när det gäller värmebeständighet, för var och en av vilka den högsta tillåtna temperaturen är inställd (tabell 1).

Det tillåtna överskottet av temperaturen på motorlindningen över omgivningstemperaturen (i USSR accepteras + 35 ° C) för värmebeständighetsklass Y är 55 ° C, för klass A - 70 ° C, för klass B - 95 ° C , för klass I — 145 °C, för klass G över 155 °C.Temperaturökningen för en given motor beror på storleken på dess belastning och driftläge. Vid en omgivningstemperatur under 35 ° C kan motorn belastas över sin märkeffekt, men så att isoleringens uppvärmningstemperatur inte överstiger de tillåtna gränserna.

Materialegenskaper Värmebeständighetsklass Högsta tillåtna temperatur, ° C Oimpregnerade bomullstyger, garn, papper och fibermaterial av cellulosa och silke Y 90 Samma material, men impregnerade med bindemedel A 105 Vissa syntetiska organiska filmer E 120 Glimmer, asbest och material av glasfiber innehållande organiska bindemedel V 130 Samma material i kombination med syntetiska bindemedel och impregneringsmedel F 155 Samma material men i kombination med kisel, organiska bindemedel och impregneringsmedel H 180 Glimmer, keramiska material, glas, kvarts, asbest, används utan bindemedel eller med oorganiska bindemedel G mer än 180

Utifrån en känd mängd värme B som försvinner när motorn är igång kan en överdriven motortemperatur τ° C över omgivningstemperaturen beräknas, d.v.s. överhettningstemperatur

där A är motorns värmeöverföring, J / grader • s; e är basen för naturliga logaritmer (e = 2,718); C är motorns termiska kapacitet, J / stad; τО- den initiala ökningen av motortemperaturen vid τ.

Stationär motortemperatur τу kan erhållas från det föregående uttrycket genom att ta τ = ∞... Då τу = Q / А... Vid τо = 0 har likheten (2) formen

Då betecknar vi förhållandet C/A till T

där T är uppvärmningstidskonstanten, s.

Värmekonstanten är den tid det tar för motorn att värmas upp till konstant temperatur i frånvaro av värmeöverföring till omgivningen. I närvaro av värmeöverföring kommer uppvärmningstemperaturen att vara mindre än och lika med

Tidskonstanten kan hittas grafiskt (fig. 1, a). För att göra detta dras en tangentlinje från koordinaternas ursprung tills den skär en horisontell rät linje som går genom punkt a, motsvarande temperaturen för stationär uppvärmning. Segmentet ss kommer att vara lika med T och segmentet ab kommer att vara lika med tiden Ty under vilken motorn når en konstant temperatur τу... Det tas vanligtvis lika med 4T.

Värmekonstanten beror på motorns märkeffekt, dess hastighet, design och kylningsmetod, men beror inte på storleken på dess belastning.

Ris. 1. Motorvärme- och kylkurvor: a — Grafisk definition av värmekonstanten. b — värmekurvor vid olika belastningar

Om motorn, efter uppvärmning, kopplas bort från nätverket, från det ögonblicket genererar den inte längre värme, utan den ackumulerade värmen fortsätter att spridas ut i miljön, kyls motorn ner.

Kylningsekvationen har formen

och kurvan visas i fig. 1, a.

I uttrycket är To kyltidskonstanten. Den skiljer sig från värmekonstanten T eftersom värmeöverföringen från motorn i vila skiljer sig från värmeöverföringen från den igångna motorn.Jämlikhet är möjlig när motorn frånkopplad från nätet har extern ventilation. Vanligtvis är kylkurvan plattare än värmekurvan. För motorer med externt luftflöde är To ungefär 2 gånger större än T. I praktiken kan vi anta att efter ett tidsintervall på 3To till 5To blir motortemperaturen lika med omgivningstemperaturen.

Med ett korrekt val av motorns nominella effekt bör överhettningstemperaturen i konstant tillstånd vara lika med den tillåtna temperaturökningen τaddmotsvarar lindningstrådens isoleringsklass. De olika belastningarna P1 <P2 <P3 för samma motor motsvarar vissa förluster ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 och värdena för den fastställda överhettningstemperaturen (fig. 1, b). Vid nominell belastning kan motorn fungera under lång tid utan farlig överhettning, medan när belastningen ökar till den tillåtna kopplingstiden blir den inte mer än t2 och vid effekt inte mer än t3.

Baserat på ovanstående kan vi ge följande definition av motorns märkeffekt. Motorns märkeffekt är den axeleffekt vid vilken temperaturen på dess lindning överstiger omgivningstemperaturen med ett belopp som motsvarar de accepterade överhettningsstandarderna.