Lämpöolosuhteet ja moottorin nimellisteho

Kun sähkömoottori käy, se menettää kattamaan sen, mikä osa kulutetusta sähköenergiasta menee hukkaan. Häviöitä tapahtuu käämien aktiivivastuksessa, teräksessä, kun magneettivuo muuttuu magneettipiirissä, sekä mekaanisia häviöitä, jotka johtuvat laakereiden kitkasta ja koneen pyörivien osien kitkasta ilmaa vasten. Lopulta kaikki menetetty energia muunnetaan lämpöenergiaksi, jota käytetään moottorin lämmittämiseen ja hajaantumiseen ympäristöön.

Moottorihäviöt ovat vakioita ja vaihtelevia. Vakioihin sisältyvät teräshäviöt ja mekaaniset häviöt käämeissä, joissa virta on vakio, sekä muuttuvat häviöt moottorin käämeissä.

Alkuvaiheessa käynnistyksen jälkeen suurin osa moottorissa vapautuvasta lämmöstä menee nostamaan sen lämpötilaa ja vähemmän ympäristöön. Sitten kun moottorin lämpötila nousee, ympäristöön siirtyy yhä enemmän lämpöä, ja tulee kohta, jolloin kaikki syntyvä lämpö haihtuu avaruuteen.Sitten lämpötasapaino saavutetaan ja moottorin lämpötilan nousu pysähtyy. Tätä moottorin lämpenemislämpötilaa kutsutaan vakiotilaksi. Vakiotilan lämpötila pysyy vakiona ajan kuluessa, jos moottorin kuormitus ei muutu.

Moottorissa 1 sekunnissa vapautuva lämmön määrä Q voidaan määrittää kaavalla

missä η - moottorin hyötysuhde; P2 on moottorin akselin teho.

Kaavasta seuraa, että mitä suurempi moottorin kuormitus, sitä enemmän siinä syntyy lämpöä ja sitä korkeampi on sen paikallaan oleva lämpötila.

Kokemus sähkömoottoreiden käytöstä osoittaa, että niiden toimintahäiriöiden pääasiallinen syy on käämin ylikuumeneminen. Niin kauan kuin eristeen lämpötila ei ylitä sallittua arvoa, eristeen lämpökuluminen kertyy hyvin hitaasti. Mutta kun lämpötila nousee, eristeen kuluminen kasvaa jyrkästi. Käytännössä uskotaan, että eristeen ylikuumeneminen jokaista 8 °C:ta kohden leikkaa sen käyttöiän puoleen. Joten moottori, jossa on käämien puuvillaeristys nimelliskuormituksella ja lämmityslämpötilalla jopa 105 ° C, voi toimia noin 15 vuotta, kun ylikuormitettu ja lämpötila nousee 145 ° C: een, moottori epäonnistuu 1,5 kuukauden kuluttua.

GOST:n mukaan sähkötekniikassa käytettävät eristemateriaalit on jaettu lämmönkestävyyden suhteen seitsemään luokkaan, joista jokaiselle asetetaan suurin sallittu lämpötila (taulukko 1).

Moottorikäämin lämpötilan sallittu ylitys ympäristön lämpötilan yläpuolella (Neuvostoliitossa + 35 ° C hyväksytään) lämmönkestävyysluokassa Y on 55 ° C, luokassa A - 70 ° C, luokassa B - 95 ° C , luokassa I — 145 °C, luokassa G yli 155 °C.Tietyn moottorin lämpötilan nousu riippuu sen kuormituksen suuruudesta ja käyttötavasta. Alle 35 °C ympäristön lämpötilassa moottoria voidaan kuormittaa yli nimellistehon, mutta niin, että eristeen lämmityslämpötila ei ylitä sallittuja rajoja.

Materiaalin ominaisuus Lämmönkestoluokka Suurin sallittu lämpötila, ° C Kyllästämättömät puuvillakankaat, langat, paperi ja kuitumateriaalit selluloosasta ja silkistä Y 90 Samat materiaalit, mutta kyllästetty sideaineilla A 105 Jotkut synteettiset orgaaniset kalvot E 120 Kiille, asbesti ja materiaalit lasikuitua sisältäviä orgaanisia sideaineita V 130 Samat materiaalit yhdessä synteettisten sideaineiden ja kyllästysaineiden kanssa F 155 Samat materiaalit, mutta yhdessä piin, orgaanisten sideaineiden ja kyllästysyhdisteiden kanssa H 180 Kiille, keraamiset materiaalit, lasi, kvartsi, asbesti, käytetty ilman sideaineita tai epäorgaanisilla sideaineilla G yli 180

Tunnetun moottorin käydessä haihtuvan lämpömäärän B perusteella voidaan laskea moottorin ylilämpötila τ°C ympäristön lämpötilaa korkeampi, ts. ylikuumentunut lämpötila

missä A on moottorin lämmönsiirto, J / deg • s; e on luonnollisten logaritmien kanta (e = 2,718); C on moottorin lämpökapasiteetti, J / kaupunki; τО- moottorin lämpötilan alkuperäinen nousu τ:ssa.

Moottorin vakaan tilan lämpötila τу saadaan edellisestä lausekkeesta ottamalla τ = ∞... Sitten τу = Q / А... Kun τо = 0, yhtälö (2) saa muotoa

Sitten merkitsemme suhdetta C / A - T

missä T on lämmitysaikavakio, s.

Lämmitysvakio on aika, joka kuluu moottorin lämmetä tasatilan lämpötilaan ilman lämmön siirtymistä ympäristöön. Lämmönsiirron läsnä ollessa lämmityslämpötila on pienempi ja yhtä suuri kuin

Aikavakio löytyy graafisesti (kuva 1, a). Tätä varten piirretään tangenttiviiva koordinaattien origosta, kunnes se leikkaa pisteen a kautta kulkevan vaakasuoran suoran, joka vastaa kiinteän lämmityksen lämpötilaa. Segmentti ss on yhtä suuri kuin T ja segmentti ab on yhtä suuri kuin aika Ty, jonka aikana moottori saavuttaa vakaan tilan lämpötilan τу… Se on yleensä yhtä suuri kuin 4T.

Lämmitysvakio riippuu moottorin nimellistehosta, sen nopeudesta, rakenteesta ja jäähdytystavasta, mutta ei riipu sen kuormituksen suuruudesta.

Riisi. 1. Moottorin lämmitys- ja jäähdytyskäyrät: a — lämmitysvakion graafinen määritelmä; b — lämpökäyrät eri kuormilla

Jos moottori lämpenemisen jälkeen irrotetaan verkosta, siitä hetkestä lähtien se ei enää tuota lämpöä, vaan kertynyt lämpö jatkaa haihtumista ympäristöön, moottori jäähtyy.

Jäähdytysyhtälöllä on muoto

ja käyrä on esitetty kuvassa. 1, a.

Lausekkeessa To on jäähtymisaikavakio. Se eroaa lämmitysvakiosta T, koska lämmönsiirto levossa olevasta moottorista eroaa käynnissä olevan moottorin lämmönsiirrosta.Tasa-arvo on mahdollista, kun verkosta irrotetussa moottorissa on ulkoinen tuuletus. Yleensä jäähdytyskäyrä on tasaisempi kuin lämmityskäyrä. Moottoreissa, joissa on ulkoinen ilmavirta, To on noin 2 kertaa suurempi kuin T. Käytännössä voidaan olettaa, että 3To - 5To aikavälin jälkeen moottorin lämpötila on yhtä suuri kuin ympäristön lämpötila.

Kun moottorin nimellisteho on valittu oikein, vakaan tilan ylikuumenemislämpötilan tulee olla yhtä suuri kuin käämilangan eristysluokkaa vastaava sallittu lämpötilan nousu τadd. Saman moottorin erilaiset kuormat P1 <P2 <P3 vastaavat tiettyjä häviöitä ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 ja vahvistetun ylikuumenemislämpötilan arvoja (kuva 1, b). Nimelliskuormituksella moottori voi toimia pitkään ilman vaarallista ylikuumenemista, kun taas kuorman kasvaessa sallittuun kytkentäaikaan se on enintään t2 ja teholla enintään t3.

Edellä olevan perusteella voimme antaa seuraavan määritelmän moottorin nimellistehosta. Moottorin nimellisteho on se akseliteho, jolla sen käämin lämpötila ylittää ympäristön lämpötilan määrällä, joka vastaa hyväksyttyjä ylikuumenemisstandardeja.