Làm nóng và làm mát động cơ điện

Việc xác định chính xác công suất của động cơ điện cho các loại máy, cơ cấu và máy cắt kim loại khác nhau có tầm quan trọng rất lớn. Không đủ năng lượng thì không thể sử dụng hết khả năng sản xuất của máy, thực hiện quy trình công nghệ đã định. Nếu nguồn điện không đủ, động cơ điện sẽ hỏng sớm.

Đánh giá quá cao công suất của động cơ điện dẫn đến việc sạc thiếu hệ thống và do đó, động cơ sử dụng không hết, hoạt động với hiệu suất thấp và hệ số công suất nhỏ (đối với động cơ không đồng bộ). Ngoài ra, khi công suất động cơ được đánh giá quá cao, vốn và chi phí vận hành tăng lên.

Công suất cần thiết để vận hành máy, và do đó, công suất do động cơ điện tạo ra, sẽ thay đổi trong quá trình vận hành máy. Tải trên động cơ điện có thể được đặc trưng bởi biểu đồ tải (Hình 1), là sự phụ thuộc của công suất từ ​​​​trục động cơ, mô-men xoắn hoặc dòng điện của nó vào thời gian.Sau khi xử lý xong phôi, máy dừng lại, phôi được đo và phôi được thay thế. Sau đó, lịch trình tải được lặp lại một lần nữa (khi gia công các bộ phận cùng loại).

Để đảm bảo hoạt động bình thường dưới mức tải thay đổi như vậy, động cơ điện phải phát triển công suất cần thiết cao nhất trong quá trình xử lý và không bị quá nóng trong quá trình hoạt động liên tục theo lịch trình tải này. Độ quá tải cho phép của động cơ điện được xác định bởi đặc tính điện của chúng.

Cơm. 1. Tải tiến độ khi gia công chi tiết cùng loại

Khi động cơ đang chạy, tổn thất năng lượng (và năng lượng)khiến nó nóng lên. Một phần năng lượng mà động cơ điện tiêu thụ được dùng để đốt nóng cuộn dây của nó, làm nóng mạch từ của trễ và dòng điện xoáy mang ma sát và không khí ma sát. Tổn thất nhiệt của cuộn dây, tỷ lệ với bình phương dòng điện, được gọi là biến thiên (ΔРtrans)... Tổn thất còn lại trong động cơ phụ thuộc một chút vào tải của nó và thường được gọi là hằng số (ΔРpos).

Độ nóng cho phép của động cơ điện được xác định bởi vật liệu chịu nhiệt kém nhất trong cấu tạo của nó. Vật liệu này là vật liệu cách nhiệt của cuộn dây của nó.

Sau đây được sử dụng để cách điện máy điện:

• vải bông và tơ tằm, sợi, giấy và các vật liệu hữu cơ dạng sợi không được tẩm hợp chất cách điện (cấp chịu nhiệt U);

• cùng loại vật liệu, đã ngâm tẩm (loại A);

• màng hữu cơ tổng hợp (loại E);

• vật liệu từ amiăng, mica, sợi thủy tinh có chất kết dính hữu cơ (loại B);

• tương tự, nhưng với chất kết dính tổng hợp và chất ngâm tẩm (loại F);

• các vật liệu tương tự, nhưng với chất kết dính silicon và chất ngâm tẩm (loại H);

• mica, gốm sứ, thủy tinh, thạch anh không có chất kết dính hoặc có chất kết dính vô cơ (loại C).

Các lớp cách nhiệt U, A, E, B, F, H tương ứng cho phép nhiệt độ tối đa là 90, 105, 120, 130, 155, 180 ° C. Nhiệt độ giới hạn của lớp C vượt quá 180 ° C và bị giới hạn bởi các đặc tính của lớp cách nhiệt. vật liệu được sử dụng.

Với cùng một tải trọng trên động cơ điện, hệ thống sưởi của nó sẽ không đồng đều ở các nhiệt độ môi trường khác nhau. Nhiệt độ thiết kế t0 của môi trường là 40°C, ở nhiệt độ này xác định các giá trị công suất danh định của động cơ điện, sự tăng nhiệt độ của động cơ điện cao hơn nhiệt độ môi trường gọi là quá nhiệt:

Việc sử dụng vật liệu cách nhiệt tổng hợp đang được mở rộng. Đặc biệt, lớp cách điện silic silic đảm bảo độ tin cậy cao của máy điện khi hoạt động trong điều kiện nhiệt đới.

Nhiệt sinh ra ở các bộ phận khác nhau của động cơ ảnh hưởng đến sự nóng lên của lớp cách nhiệt ở các mức độ khác nhau. Ngoài ra, trao đổi nhiệt diễn ra giữa các bộ phận riêng lẻ của động cơ điện, bản chất của nó thay đổi tùy thuộc vào điều kiện tải.

Sự gia nhiệt khác nhau của các bộ phận riêng lẻ của động cơ điện và sự truyền nhiệt giữa chúng làm phức tạp thêm quá trình nghiên cứu phân tích. Do đó, để đơn giản, có điều kiện giả định rằng động cơ điện là một vật thể dẫn nhiệt đồng nhất và vô hạn. Người ta thường tin rằng nhiệt do động cơ điện tỏa ra môi trường tỷ lệ thuận với quá nhiệt.Trong trường hợp này, bức xạ nhiệt bị bỏ qua vì nhiệt độ làm nóng tuyệt đối của động cơ thấp. Xét quá trình phát nhiệt của động cơ điện theo các giả thiết đã cho.

Khi làm việc ở động cơ điện nhiệt lượng dq toả ​​ra trong thời gian dt. Một phần nhiệt dq1 này được hấp thụ bởi khối lượng của động cơ điện, do đó nhiệt độ t và quá nhiệt τ của động cơ tăng lên. Nhiệt dq2 còn lại từ động cơ thải ra môi trường. Do đó đẳng thức có thể được viết

Khi nhiệt độ động cơ tăng thì nhiệt lượng dq2 tăng. Ở một giá trị quá nhiệt nhất định, lượng nhiệt tỏa ra môi trường sẽ bằng lượng nhiệt tỏa ra trong động cơ điện; khi đó dq = dq2 và dq1 = 0. Nhiệt độ của động cơ điện ngừng tăng và quá nhiệt đạt đến giá trị cố định là τу.

Theo các giả định trên, phương trình có thể được viết như sau:

trong đó Q là công suất nhiệt do tổn thất trong động cơ điện, J / s; A — truyền nhiệt từ động cơ, tức là lượng nhiệt do động cơ tỏa ra môi trường trong một đơn vị thời gian ở mức chênh lệch nhiệt độ giữa động cơ và môi trường là 1oC, J/s-độ; C là công suất nhiệt của động cơ, tức là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của động cơ thêm 1 ° C, J/deg.

Tách các biến trong phương trình, chúng ta có

Chúng ta tích phân vế trái của đẳng thức trong phạm vi từ 0 đến giá trị hiện tại nào đó của thời gian t và vế phải trong phạm vi từ quá nhiệt ban đầu τ0 của động cơ điện đến giá trị quá nhiệt hiện tại τ:

Giải phương trình cho τ, ta thu được phương trình đốt nóng động cơ điện:

Hãy để chúng tôi biểu thị C / A = T và xác định thứ nguyên của tỷ lệ này:

Cơm. 2. Đường cong đặc trưng cho sự phát nóng của động cơ điện

Cơm. 3. Xác định hằng số thời gian gia nhiệt

Nó được gọi là đại lượng T, có thứ nguyên là thời gian làm nóng động cơ điện không đổi. Theo ký hiệu này, phương trình gia nhiệt có thể được viết lại thành

Như bạn có thể thấy từ phương trình, khi chúng ta nhận được — giá trị quá nhiệt ở trạng thái ổn định.

Khi tải trên động cơ điện thay đổi, lượng tổn thất thay đổi và do đó giá trị của Q. Điều này dẫn đến giá trị của τу thay đổi.

Trong bộ lễ phục. 2 cho thấy các đường cong gia nhiệt 1, 2, 3 tương ứng với phương trình cuối cùng cho các giá trị tải khác nhau. Khi τу vượt quá giá trị quá nhiệt cho phép τn, hoạt động liên tục của động cơ điện là không thể chấp nhận được. Như sau từ phương trình và đồ thị (Hình 2), sự gia tăng quá nhiệt là tiệm cận.

Khi chúng ta thay giá trị t = 3T vào phương trình, chúng ta nhận được giá trị τ chỉ nhỏ hơn khoảng 5% so với τy. Như vậy, trong thời gian t = 3T, thực tế có thể coi quá trình cấp nhiệt đã hoàn thành.

Nếu tại bất kỳ điểm nào với đường cong gia nhiệt (Hình 3), bạn vẽ một tiếp tuyến với đường cong gia nhiệt, sau đó vẽ một đường thẳng đứng qua chính điểm đó, sau đó vẽ đoạn de của tiệm cận, đóng giữa tiếp tuyến và phương thẳng đứng, trên thang đo của trục hoành bằng T. Nếu lấy Q = 0 trong phương trình, ta được phương trình làm mát động cơ:

Đường cong làm mát thể hiện trong hình. 4, tương ứng với phương trình này.

Hằng số thời gian của quá trình gia nhiệt được xác định bởi kích thước của động cơ điện và hình thức bảo vệ của nó trước các tác động của môi trường. Đối với động cơ điện công suất thấp mở và được bảo vệ, thời gian làm nóng là 20-30 phút. Đối với động cơ điện công suất lớn khép kín đạt 2-3 giờ.

Như đã đề cập ở trên, lý thuyết phát nhiệt của động cơ điện đã nêu là gần đúng và dựa trên các giả định sơ bộ. Do đó, đường cong gia nhiệt được đo bằng thực nghiệm khác biệt đáng kể so với đường cong lý thuyết. Nếu, đối với các điểm khác nhau của đường cong gia nhiệt thử nghiệm, cấu trúc như trong Hình. 3, hóa ra các giá trị của T tăng theo thời gian. Do đó, tất cả các tính toán được thực hiện theo phương trình nên được coi là gần đúng. Trong các tính toán này, nên sử dụng hằng số T được xác định bằng đồ thị cho điểm bắt đầu của đường cong gia nhiệt. Giá trị T này là nhỏ nhất và khi được sử dụng sẽ cung cấp một mức công suất động cơ nhất định.

Cơm. 4. Đường cong làm mát động cơ

Đường cong làm mát được đo bằng thực nghiệm khác với đường cong lý thuyết thậm chí còn nhiều hơn cả đường cong sưởi ấm. Hằng số thời gian làm mát tương ứng với động cơ tắt dài hơn đáng kể so với hằng số thời gian làm nóng do truyền nhiệt giảm khi không có thông gió.