Điều kiện nhiệt và công suất định mức của động cơ

Khi động cơ điện chạy, nó sẽ mất đi để trang trải phần nào năng lượng điện tiêu thụ bị lãng phí. Tổn thất xảy ra trong điện trở hoạt động của cuộn dây, trong thép khi từ thông thay đổi trong mạch từ, cũng như tổn thất cơ học do ma sát trong ổ trục và ma sát của các bộ phận quay của máy với không khí. Cuối cùng, toàn bộ năng lượng mất đi được chuyển hóa thành nhiệt năng, được sử dụng để làm nóng động cơ và thải ra môi trường.

Tổn thất động cơ là không đổi và thay đổi. Các hằng số bao gồm tổn thất thép và tổn thất cơ học trong cuộn dây khi dòng điện không đổi và tổn thất thay đổi trong cuộn dây động cơ.

Trong thời gian đầu sau khi bật, phần lớn nhiệt lượng tỏa ra trong động cơ sẽ làm tăng nhiệt độ và ít thải ra môi trường. Sau đó, khi nhiệt độ động cơ tăng lên, ngày càng nhiều nhiệt được truyền ra môi trường và đến một lúc toàn bộ nhiệt sinh ra sẽ bị tiêu tán vào không gian.Cân bằng nhiệt sau đó được thiết lập và nhiệt độ động cơ tiếp tục tăng sẽ dừng lại. Nhiệt độ khởi động động cơ này được gọi là trạng thái ổn định. Nhiệt độ ở trạng thái ổn định không đổi theo thời gian nếu tải của động cơ không thay đổi.

Nhiệt lượng Q mà động cơ tỏa ra trong 1 s có thể xác định theo công thức

trong đó η- hiệu suất của động cơ; P2 là công suất trục động cơ.

Theo công thức, tải trọng trên động cơ càng lớn thì nhiệt sinh ra trong động cơ càng nhiều và nhiệt độ đứng yên của động cơ càng cao.

Kinh nghiệm vận hành động cơ điện cho thấy nguyên nhân chính khiến chúng gặp trục trặc là do cuộn dây quá nóng. Miễn là nhiệt độ của lớp cách nhiệt không vượt quá giá trị cho phép, sự hao mòn do nhiệt của lớp cách nhiệt tích lũy rất chậm. Nhưng khi nhiệt độ tăng lên, độ mòn của vật liệu cách nhiệt tăng mạnh. Thực tế tin rằng quá nóng của lớp cách nhiệt cứ sau 8 ° C sẽ giảm một nửa tuổi thọ của nó. Vì vậy, một động cơ có lớp cách điện bằng bông của cuộn dây ở tải định mức và nhiệt độ làm nóng lên tới 105 ° C có thể hoạt động trong khoảng 15 năm, khi quá tải và nhiệt độ tăng lên 145 ° C, động cơ sẽ hỏng sau 1,5 tháng.

Theo GOST, vật liệu cách điện được sử dụng trong kỹ thuật điện được chia thành bảy loại về khả năng chịu nhiệt, với mỗi loại có nhiệt độ tối đa cho phép được đặt (Bảng 1).

Nhiệt độ vượt quá cho phép của cuộn dây động cơ so với nhiệt độ môi trường (ở Liên Xô + 35 ° C được chấp nhận) đối với loại chịu nhiệt Y là 55 ° C, đối với loại A — 70 ° C, đối với loại B — 95 ° C , đối với loại I — 145 ° C, đối với loại G trên 155 ° C.Sự tăng nhiệt độ của một động cơ nhất định phụ thuộc vào độ lớn của tải và chế độ vận hành của nó. Ở nhiệt độ môi trường dưới 35 ° C, động cơ có thể được tải trên công suất định mức của nó, nhưng sao cho nhiệt độ làm nóng lớp cách điện không vượt quá giới hạn cho phép.

Đặc tính vật liệu Cấp chịu nhiệt Nhiệt độ tối đa cho phép, ° C Vải cotton không ngâm tẩm, sợi, giấy và các vật liệu dạng sợi từ xenlulô và tơ tằm Y 90 Các vật liệu tương tự, nhưng được ngâm tẩm với chất kết dính A 105 Một số màng hữu cơ tổng hợp E 120 Mica, amiăng và vật liệu của sợi thủy tinh có chứa chất kết dính hữu cơ V 130 Các vật liệu tương tự khi kết hợp với chất kết dính tổng hợp và chất thấm tẩm F 155 Các vật liệu tương tự nhưng kết hợp với silicon, chất kết dính hữu cơ và các hợp chất tẩm H 180 Mica, vật liệu gốm, thủy tinh, thạch anh, amiăng, được sử dụng không có chất kết dính hoặc với chất kết dính vô cơ G hơn 180

Dựa trên lượng nhiệt B đã biết tiêu tan khi động cơ đang chạy, có thể tính được nhiệt độ động cơ vượt quá τ° C so với nhiệt độ môi trường, tức là nhiệt độ quá nhiệt

trong đó A là sự truyền nhiệt của động cơ, J / deg • s; e là cơ số của logarit tự nhiên (e = 2,718); C là nhiệt dung của động cơ, J/thành; τО- độ tăng nhiệt độ ban đầu của động cơ ở τ.

Nhiệt độ động cơ ở trạng thái ổn định τу có thể thu được từ biểu thức trước đó bằng cách lấy τ = ∞... Khi đó τу = Q / А... Tại τо = 0, đẳng thức (2) có dạng

Sau đó, chúng tôi biểu thị tỷ lệ C / A thành T

Trong đó T là hằng số thời gian gia nhiệt, s.

Hằng số cấp nhiệt là thời gian cần thiết để động cơ nóng lên đến nhiệt độ ở trạng thái ổn định trong trường hợp không truyền nhiệt ra môi trường. Khi có sự truyền nhiệt, nhiệt độ gia nhiệt sẽ nhỏ hơn và bằng

Hằng số thời gian có thể được tìm thấy bằng đồ thị (Hình 1, a). Để làm điều này, một đường tiếp tuyến được vẽ từ gốc tọa độ cho đến khi nó cắt với một đường thẳng nằm ngang đi qua điểm a, tương ứng với nhiệt độ của sự gia nhiệt cố định. Đoạn ss sẽ bằng T và đoạn ab sẽ bằng khoảng thời gian Ty mà động cơ đạt đến nhiệt độ ổn định τу… Nó thường được lấy bằng 4T.

Hằng số gia nhiệt phụ thuộc vào công suất định mức của động cơ, tốc độ, thiết kế và phương pháp làm mát của nó, nhưng không phụ thuộc vào độ lớn của tải.

Cơm. 1. Đường cong làm nóng và làm mát động cơ: a — định nghĩa bằng đồ thị của hằng số làm nóng; b - đường cong gia nhiệt ở các tải khác nhau

Nếu động cơ sau khi nóng lên mà bị ngắt kết nối mạng thì kể từ thời điểm đó động cơ không sinh nhiệt nữa mà nhiệt tích tụ tiếp tục tản ra môi trường, động cơ nguội dần.

Phương trình làm mát có dạng

và đường cong được thể hiện trong hình. 1, một.

Trong biểu thức, To là hằng số thời gian làm mát. Nó khác với hằng số gia nhiệt T vì sự truyền nhiệt từ động cơ ở trạng thái nghỉ khác với sự truyền nhiệt từ động cơ đang chạy.Bình đẳng là có thể khi động cơ bị ngắt kết nối với mạng có thông gió bên ngoài. Thông thường, đường cong làm mát phẳng hơn đường cong sưởi ấm. Đối với động cơ có luồng không khí bên ngoài, To lớn hơn khoảng 2 lần so với T. Trong thực tế, chúng ta có thể giả định rằng sau khoảng thời gian từ 3To đến 5To, nhiệt độ động cơ sẽ bằng với nhiệt độ môi trường.

Với việc lựa chọn đúng công suất danh định của động cơ, nhiệt độ quá nhiệt ở trạng thái ổn định phải bằng với mức tăng nhiệt độ cho phép τthêm vào cấp cách điện của dây quấn. Các tải khác nhau P1 <P2 <P3 của cùng một động cơ tương ứng với các tổn thất nhất định ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 và các giá trị của nhiệt độ quá nhiệt đã thiết lập (Hình 1, b). Ở tải định mức, động cơ có thể hoạt động trong thời gian dài mà không bị quá nhiệt nguy hiểm, trong khi khi tải tăng đến thời gian chuyển mạch cho phép sẽ không quá t2 và ở công suất không quá t3.

Dựa trên những điều trên, chúng ta có thể đưa ra định nghĩa sau đây về công suất định mức của động cơ. Công suất định mức của động cơ là công suất trục mà tại đó nhiệt độ cuộn dây của nó vượt quá nhiệt độ môi trường một lượng tương ứng với các tiêu chuẩn quá nhiệt được chấp nhận.