Tepelné podmínky a jmenovitý výkon motoru

Když elektromotor běží, ztrácí na pokrytí toho, jaká část spotřebované elektrické energie je promarněna. Ke ztrátám dochází v aktivním odporu vinutí, v oceli při změnách magnetického toku v magnetickém obvodu, dále k mechanickým ztrátám vlivem tření v ložiskách a tření rotujících částí stroje o vzduch. Na konci se veškerá ztracená energie přemění na tepelnou energii, která se využije k zahřátí motoru a rozptýlí se do okolí.

Ztráty motoru jsou konstantní a proměnlivé. Konstanty zahrnují ztráty oceli a mechanické ztráty ve vinutích, kde je proud konstantní, a proměnné ztráty ve vinutí motoru.

V počátečním období po zapnutí jde většina tepla uvolněného v motoru ke zvýšení jeho teploty a méně jde do okolí. Poté, jak teplota motoru stoupá, stále více tepla se přenáší do okolí a nastává bod, kdy se veškeré vytvořené teplo rozptýlí do prostoru.Poté se ustaví tepelná rovnováha a další zvyšování teploty motoru se zastaví. Tato teplota zahřívání motoru se nazývá ustálený stav. Ustálená teplota zůstává konstantní v průběhu času, pokud se zatížení motoru nemění.

Množství tepla Q, které se uvolní v motoru za 1 s, lze určit vzorcem

kde η- účinnost motoru; P2 je výkon hřídele motoru.

Ze vzorce vyplývá, že čím větší je zatížení motoru, tím více tepla v něm vzniká a tím vyšší je jeho stacionární teplota.

Zkušenosti s provozem elektromotorů ukazují, že hlavní příčinou jejich nefunkčnosti je přehřátí vinutí. Dokud teplota izolace nepřekročí přípustnou hodnotu, tepelné opotřebení izolace se kumuluje velmi pomalu. Ale jak teplota stoupá, opotřebení izolace se prudce zvyšuje. Prakticky věřte, že přehřátí izolace o každých 8 °C zkracuje její životnost na polovinu. Takže motor s bavlněnou izolací vinutí při jmenovité zátěži a teplotě ohřevu do 105 ° C může pracovat asi 15 let, při přetížení a zvýšení teploty na 145 ° C motor po 1,5 měsíci selže.

Podle GOST jsou izolační materiály používané v elektrotechnice rozděleny do sedmi tříd z hlediska tepelné odolnosti, pro každou z nich je stanovena maximální přípustná teplota (tabulka 1).

Přípustné překročení teploty vinutí motoru nad okolní teplotu (v SSSR je akceptováno + 35 °C) pro třídu tepelné odolnosti Y je 55 °C, pro třídu A — 70 °C, pro třídu B — 95 °C , pro třídu I — 145 °C, pro třídu G nad 155 °C.Nárůst teploty daného motoru závisí na velikosti jeho zatížení a provozním režimu. Při okolní teplotě pod 35 °C lze motor zatížit nad jeho jmenovitý výkon, ale tak, aby teplota ohřevu izolace nepřekročila přípustné meze.

Charakteristika materiálu Třída tepelné odolnosti Maximální přípustná teplota, ° C Neimpregnované bavlněné tkaniny, příze, papír a vláknité materiály z celulózy a hedvábí Y 90 Stejné materiály, ale impregnované pojivy A 105 Některé syntetické organické fólie E 120 Slída, azbest a materiály ze sklolaminátu obsahující organická pojiva V 130 Stejné materiály v kombinaci se syntetickými pojivy a impregnačními činidly F 155 Stejné materiály, ale v kombinaci s křemíkem, organickými pojivy a impregnačními sloučeninami H 180 Slída, keramické materiály, sklo, křemen, azbest, používané bez pojiv nebo s anorganickými pojivy G více než 180

Na základě známého množství tepla B rozptýleného za chodu motoru lze vypočítat překročení teploty motoru τ° C nad okolní teplotu, tzn. teplota přehřátí

kde A je přenos tepla motoru, J / deg • s; e je základ přirozených logaritmů (e = 2,718); C je tepelná kapacita motoru, J / město; τО- počáteční zvýšení teploty motoru při τ.

Teplotu motoru v ustáleném stavu τу lze získat z předchozího výrazu tak, že vezmeme τ = ∞... Pak τу = Q / А... Při τо = 0 má rovnost (2) tvar

Potom označíme poměr C/A k T

kde T je časová konstanta ohřevu, s.

Topná konstanta je doba, za kterou se motor zahřeje na ustálenou teplotu bez přenosu tepla do okolí. Za přítomnosti přenosu tepla bude teplota ohřevu nižší a rovna

Časovou konstantu lze zjistit graficky (obr. 1, a). K tomu je nakreslena tečna od počátku souřadnic, dokud se neprotne s vodorovnou přímkou ​​procházející bodem a, odpovídající teplotě stacionárního ohřevu. Segment ss bude roven T a segment ab bude roven době Ty, během které motor dosáhne ustálené teploty τу… Obvykle se bere rovna 4T.

Topná konstanta závisí na jmenovitém výkonu motoru, jeho otáčkách, konstrukci a způsobu chlazení, nezávisí však na velikosti jeho zatížení.

Rýže. 1. Křivky ohřevu a chlazení motoru: a — grafická definice konstanty ohřevu; b — topné křivky při různém zatížení

Pokud je motor po zahřátí odpojen od sítě, od té chvíle již nevytváří teplo, ale nahromaděné teplo se dále odvádí do okolí, motor se ochlazuje.

Rovnice chlazení má tvar

a křivka je znázorněna na Obr. 1, a.

Ve výrazu To je časová konstanta chlazení. Liší se od topné konstanty T, protože přenos tepla z motoru v klidu se liší od přenosu tepla z běžícího motoru.Rovnost je možná, když má motor odpojený od sítě externí ventilaci. Křivka chlazení je obvykle plošší než topná křivka. U motorů s vnějším průtokem vzduchu je To přibližně 2x větší než T. V praxi můžeme předpokládat, že po časovém intervalu 3To až 5To se teplota motoru vyrovná teplotě okolí.

Při správné volbě jmenovitého výkonu motoru by měla být ustálená teplota přehřátí rovna dovolenému nárůstu teploty τaddodpovídajícímu třídě izolace vodiče vinutí. Různá zatížení P1 <P2 <P3 stejného motoru odpovídají určitým ztrátám ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 a hodnotám zjištěné teploty přehřátí (obr. 1, b). Při jmenovitém zatížení může motor pracovat po dlouhou dobu bez nebezpečného přehřátí, zatímco když se zatížení zvýší na povolenou dobu sepnutí, nebude větší než t2 a při výkonu nejvýše t3.

Na základě výše uvedeného můžeme uvést následující definici jmenovitého výkonu motoru. Jmenovitý výkon motoru je výkon hřídele, při kterém teplota jeho vinutí překročí teplotu okolí o hodnotu odpovídající přijatým normám na přehřívání.