Thermische omstandigheden en nominaal motorvermogen

Wanneer de elektromotor draait, verliest hij aan dekking welk deel van de verbruikte elektrische energie wordt verspild. Er treden verliezen op in de actieve weerstand van de wikkelingen, in het staal wanneer de magnetische flux in het magnetische circuit verandert, evenals mechanische verliezen als gevolg van wrijving in de lagers en wrijving van de roterende delen van de machine tegen de lucht. Uiteindelijk wordt alle verloren energie omgezet in warmte-energie, die wordt gebruikt om de motor te verwarmen en af ​​te voeren naar de omgeving.

Motorverliezen zijn constant en variabel. De constanten omvatten staalverliezen en mechanische verliezen in wikkelingen waar de stroom constant is, en variabele verliezen in motorwikkelingen.

In de eerste periode na het inschakelen gaat het grootste deel van de vrijgekomen warmte in de motor naar het verhogen van de temperatuur en minder naar de omgeving. Naarmate de motortemperatuur stijgt, wordt er steeds meer warmte overgedragen aan de omgeving, en er komt een moment waarop alle gegenereerde warmte wordt afgevoerd naar de ruimte.Thermisch evenwicht wordt dan tot stand gebracht en de verdere stijging van de motortemperatuur stopt. Deze opwarmtemperatuur van de motor wordt stationaire toestand genoemd. De stationaire temperatuur blijft in de loop van de tijd constant als de motorbelasting niet verandert.

De hoeveelheid warmte Q die in 1 s in de motor vrijkomt, kan worden bepaald met de formule

waarin η- motorrendement; P2 is het motorasvermogen.

Uit de formule volgt dat hoe groter de belasting van de motor, hoe meer warmte erin wordt gegenereerd en hoe hoger de stationaire temperatuur.

Ervaring met de werking van elektromotoren leert dat de belangrijkste oorzaak van hun storing oververhitting van de wikkeling is. Zolang de temperatuur van de isolatie de toegestane waarde niet overschrijdt, stapelt de thermische slijtage van de isolatie zich zeer langzaam op. Maar naarmate de temperatuur stijgt, neemt de isolatieslijtage sterk toe. Geloof praktisch dat oververhitting van de isolatie voor elke 8 ° C de levensduur ervan halveert. Dus een motor met katoenen isolatie van wikkelingen bij nominale belasting en verwarmingstemperatuur tot 105 ° C kan ongeveer 15 jaar werken, bij overbelasting en de temperatuur stijgt tot 145 ° C, zal de motor na 1,5 maand uitvallen.

Volgens GOST zijn isolatiematerialen die worden gebruikt in de elektrotechniek onderverdeeld in zeven klassen in termen van hittebestendigheid, voor elk waarvan de maximaal toelaatbare temperatuur is ingesteld (tabel 1).

Het toegestane overschot van de temperatuur van de motorwikkeling boven de omgevingstemperatuur (in de USSR wordt + 35 ° C geaccepteerd) voor hittebestendigheidsklasse Y is 55 ° C, voor klasse A - 70 ° C, voor klasse B - 95 ° C , voor klasse I - 145 ° C, voor klasse G boven 155 ° C.De temperatuurstijging van een bepaalde motor hangt af van de omvang van de belasting en de bedrijfsmodus. Bij een omgevingstemperatuur lager dan 35 °C kan de motor boven zijn nominale vermogen worden belast, maar zodanig dat de verwarmingstemperatuur van de isolatie de toegestane limieten niet overschrijdt.

Materiaalkenmerk Hittebestendigheidsklasse Maximaal toelaatbare temperatuur, °C Niet-geïmpregneerde katoenen weefsels, garens, papier en vezelmaterialen van cellulose en zijde Y 90 Dezelfde materialen, maar geïmpregneerd met bindmiddelen A 105 Sommige synthetische organische films E 120 Mica, asbest en materialen van glasvezel met organische bindmiddelen V 130 Dezelfde materialen in combinatie met synthetische bindmiddelen en impregneermiddelen F 155 Dezelfde materialen maar in combinatie met silicium, organische bindmiddelen en impregneermiddelen H 180 Mica, keramische materialen, glas, kwarts, asbest, gebruikt zonder bindmiddelen of met anorganische bindmiddelen G meer dan 180

Op basis van een bekende hoeveelheid warmte B die wordt afgevoerd wanneer de motor draait, kan een overtemperatuur van de motor τ° C boven de omgevingstemperatuur worden berekend, d.w.z. oververhittingstemperatuur

waarbij A de warmteoverdracht van de motor is, J / deg • s; e is het grondtal van natuurlijke logaritmes (e = 2,718); C is de thermische capaciteit van de motor, J / stad; τО- de initiële stijging van de motortemperatuur bij τ.

Constante motortemperatuur τу kan worden verkregen uit de vorige uitdrukking door τ = ∞... te nemen, dan τу = Q / А... Bij τо = 0 neemt gelijkheid (2) de vorm aan

Dan geven we de verhouding C/A tot T aan

waarbij T de verwarmingstijdconstante is, s.

De verwarmingsconstante is de tijd die de motor nodig heeft om op te warmen tot een stabiele temperatuur zonder warmteoverdracht naar de omgeving. In aanwezigheid van warmteoverdracht zal de verwarmingstemperatuur lager zijn dan en gelijk aan

De tijdconstante kan grafisch worden gevonden (afb. 1, a). Om dit te doen, wordt een raaklijn getrokken vanaf de oorsprong van de coördinaten totdat deze een horizontale rechte lijn snijdt die door punt a gaat, wat overeenkomt met de temperatuur van stationaire verwarming. Het segment ss zal gelijk zijn aan T en het segment ab zal gelijk zijn aan de tijd Ty gedurende welke de motor een stationaire temperatuur τу bereikt. Meestal wordt aangenomen dat deze gelijk is aan 4T.

De verwarmingsconstante hangt af van het nominale vermogen van de motor, de snelheid, het ontwerp en de koelmethode, maar is niet afhankelijk van de omvang van de belasting.

Rijst. 1. Verwarmings- en koelcurven van de motor: a — grafische definitie van de verwarmingsconstante; b — stooklijnen bij verschillende belastingen

Als de motor na het opwarmen wordt losgekoppeld van het netwerk, genereert deze vanaf dat moment geen warmte meer, maar blijft de opgehoopte warmte in de omgeving verdwijnen, de motor koelt af.

De koelvergelijking heeft de vorm

en de curve wordt getoond in Fig. 1, een.

In de uitdrukking is To de koeltijdconstante. Het verschilt van de verwarmingsconstante T omdat de warmteoverdracht van de motor in rust verschilt van de warmteoverdracht van de draaiende motor.Gelijkheid is mogelijk wanneer de motor die is losgekoppeld van het netwerk externe ventilatie heeft. Meestal is de koelcurve vlakker dan de verwarmingscurve. Voor motoren met externe luchtstroom is To ongeveer 2 keer groter dan T. In de praktijk kunnen we aannemen dat na een tijdsinterval van 3To tot 5To de motortemperatuur gelijk wordt aan de omgevingstemperatuur.

Bij een juiste keuze van het nominale vermogen van de motor moet de stationaire oververhittingstemperatuur gelijk zijn aan de toegestane temperatuurstijging τadd die overeenkomt met de isolatieklasse van de wikkeldraad. De verschillende belastingen P1 <P2 <P3 van dezelfde motor komen overeen met bepaalde verliezen ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 en de waarden van de vastgestelde oververhittingstemperatuur (Fig. 1, b). Bij nominale belasting kan de motor lange tijd werken zonder gevaarlijke oververhitting, terwijl wanneer de belasting toeneemt tot de toegestane schakeltijd, deze niet meer zal zijn dan t2 en bij vermogen niet meer dan t3.

Op basis van het bovenstaande kunnen we de volgende definitie geven van het nominale vermogen van de motor. Het nominale vermogen van de motor is het asvermogen waarbij de temperatuur van de wikkeling de omgevingstemperatuur overschrijdt met een hoeveelheid die overeenkomt met de geaccepteerde normen voor oververhitting.