Elektrik motorlarının ısıtılması ve soğutulması

Çeşitli metal kesme makineleri, mekanizmaları ve makineleri için elektrik motorlarının güçlerinin doğru belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Yetersiz güç ile planlanan teknolojik süreci gerçekleştirmek için makinenin üretim yeteneklerini tam olarak kullanmak imkansızdır. Güç yetersizse, elektrik motoru zamanından önce arızalanır.

Elektrik motorunun gücünün fazla tahmin edilmesi, sistematik olarak yetersiz şarj edilmesine ve sonuç olarak motorun eksik kullanımına, düşük verimlilikle çalışmasına ve küçük bir güç faktörüne (asenkron motorlar için) yol açar. Ayrıca, motor gücü abartıldığında, sermaye ve işletme maliyetleri artar.

Makineyi çalıştırmak için gereken güç ve dolayısıyla elektrik motorunun ürettiği güç, makinenin çalışması sırasında değişir. Bir elektrik motorundaki yük, motor milinden gelen gücün, torkunun veya akımının zamana bağımlılığı olan yük grafiği (Şekil 1) ile karakterize edilebilir.İş parçasının işlenmesi tamamlandıktan sonra makine durdurulur, iş parçası ölçülür ve iş parçası değiştirilir. Yükleme programı daha sonra tekrarlanır (aynı türdeki parçalar işlenirken).

Böyle değişken bir yük altında normal çalışmayı sağlamak için, elektrik motorunun işleme sırasında gereken en yüksek gücü geliştirmesi ve bu yük planına uygun olarak sürekli çalışma sırasında aşırı ısınmaması gerekir. Elektrik motorlarının izin verilen aşırı yükü, elektriksel özelliklerine göre belirlenir.

Pirinç. 1. Aynı türde parçaları işlerken programı yükleyin

Motor çalışırken, enerji (ve güç) kayıplarıısınmasına neden olur. Elektrik motoru tarafından tüketilen enerjinin bir kısmı, sargılarını ısıtmak için, manyetik devreyi ısıtmak için harcanır. gecikme ve sürtünme ve hava sürtünmesi taşıyan girdap akımları. Sargıların akımın karesiyle orantılı ısı kayıplarına değişken denir (ΔРtrans)... Motorda kalan kayıplar biraz yüküne bağlıdır ve geleneksel olarak sabitler (ΔРpos) olarak adlandırılır.

Bir elektrik motorunun izin verilen ısınması, yapısındaki ısıya en az dirençli malzemeler tarafından belirlenir. Bu malzeme bobininin yalıtımıdır.

Elektrikli makineleri yalıtmak için aşağıdakiler kullanılır:

• yalıtım bileşenleri emdirilmemiş pamuklu ve ipek kumaşlar, iplikler, kağıt ve lifli organik malzemeler (ısıya dayanıklılık sınıfı U);

• emprenye edilmiş aynı malzemeler (A sınıfı);

• sentetik organik filmler (E sınıfı);

• organik bağlayıcılı asbest, mika, fiberglastan malzemeler (B sınıfı);

• aynı, ancak sentetik bağlayıcılar ve emprenye edici maddeler (F sınıfı);

• aynı malzemeler, ancak silikon bağlayıcılar ve emdirme maddeleri (sınıf H);

• mika, seramik, cam, bağlayıcısız veya inorganik bağlayıcılı kuvars (sınıf C).

Yalıtım sınıfları U, A, E, B, F, H sırasıyla maksimum 90, 105, 120, 130, 155, 180 °C sıcaklıklara izin verir. C sınıfının sınır sıcaklığı 180 °C'yi aşar ve özellikleri ile sınırlıdır. kullanılan malzemeler

Elektrik motorunda aynı yük ile, farklı ortam sıcaklıklarında ısınması eşit olmayacaktır. Ortamın tasarım sıcaklığı t0 40°C dir.Bu sıcaklıkta elektrik motorlarının nominal güç değerleri belirlenir.Elektrik motorunun sıcaklığının ortam sıcaklığının üzerine çıkmasına aşırı ısınma denir:

Sentetik yalıtımın kullanımı genişliyor. Özellikle silikon silikon yalıtımlar, tropik koşullarda çalışırken elektrikli makinelerin yüksek güvenilirliğini sağlar.

Motorun farklı parçalarında oluşan ısı, yalıtımın ısınmasını farklı derecelerde etkiler. Ek olarak, elektrik motorunun ayrı ayrı parçaları arasında, yük koşullarına bağlı olarak doğası değişen ısı alışverişi gerçekleşir.

Elektrik motorunun ayrı ayrı parçalarının farklı ısınması ve aralarındaki ısı transferi, sürecin analitik çalışmasını zorlaştırır. Bu nedenle, basit olması için, elektrik motorunun termal olarak homojen ve sonsuz ısı ileten bir gövde olduğu koşullu olarak varsayılır. Genel olarak bir elektrik motorunun çevreye saldığı ısının aşırı ısınma ile orantılı olduğuna inanılır.Bu durumda, motorların mutlak ısıtma sıcaklıkları düşük olduğu için termal radyasyon ihmal edilir. Verilen varsayımlar altında elektrik motorunun ısınma sürecini düşünün.

Elektrik motorunda çalışırken, dt süresi boyunca dq ısısı açığa çıkar. Bu ısı dq1'in bir kısmı elektrik motorunun kütlesi tarafından emilir, bunun sonucunda motorun sıcaklığı t ve aşırı ısınması τ artar. Kalan ısı dq2 motordan çevreye salınır. Böylece eşitlik yazılabilir

Motor sıcaklığı arttıkça ısı dq2 artar. Belli bir aşırı ısınma değerinde elektrik motorunda açığa çıkan ısı kadar ortama verilecek ısı; o zaman dq = dq2 ve dq1 = 0. Elektrik motorunun sıcaklığının artması durur ve aşırı ısınma sabit bir τу değerine ulaşır.

Yukarıdaki varsayımlar altında, denklem aşağıdaki gibi yazılabilir:

Q, elektrik motorundaki kayıplardan kaynaklanan termal güçtür, J / s; A - motordan ısı transferi, yani. motor ile ortam arasındaki sıcaklık farkı 1oC, J/s-deg'de motorun birim zamanda ortama verdiği ısı miktarı; C motorun termal kapasitesidir, yani motorun sıcaklığını 1 °C, J/deg artırmak için gereken ısı miktarı.

Denklemdeki değişkenleri ayırarak,

Eşitliğin sol tarafını sıfırdan bazı geçerli zaman değeri t'ye ve sağ tarafını elektrik motorunun ilk aşırı ısınması τ0'dan aşırı ısınmanın mevcut değeri τ'ye kadar olan aralıkta entegre ediyoruz:

τ denklemini çözerek, bir elektrik motorunu ısıtmak için bir denklem elde ederiz:

C / A = T olarak gösterelim ve bu oranın boyutunu belirleyelim:

Pirinç. 2. Elektrik motorunun ısınmasını karakterize eden eğriler

Pirinç. 3. Isıtma süresi sabitinin belirlenmesi

Zaman ısıtma zaman sabiti elektrik motoru boyutuna sahip olan miktar T olarak adlandırılır. Bu gösterime göre, ısıtma denklemi şu şekilde yeniden yazılabilir:

Denklemden de görebileceğiniz gibi, elde ettiğimizde - sabit durum kızgınlık değeri.

Elektrik motorundaki yük değiştiğinde kayıp miktarı ve dolayısıyla Q değeri değişir. Bu da τу değerinin değişmesine neden olur.

İncirde. Şekil 2, farklı yük değerleri için son denkleme karşılık gelen ısıtma eğrileri 1, 2, 3'ü göstermektedir. τу izin verilen aşırı ısınma τn değerini aştığında, elektrik motorunun sürekli çalışması kabul edilemez. Denklem ve grafiklerden de anlaşılacağı gibi (Şekil 2), kızdırmadaki artış asimptotiktir.

t = 3T değerini denklemde yerine koyduğumuzda, τy'den yaklaşık olarak sadece %5 daha az olan bir τ değeri elde ederiz. Böylece, t = 3T süresi boyunca, ısıtma işlemi pratik olarak tamamlanmış kabul edilebilir.

Isıtma eğrisi ile herhangi bir noktada (Şekil 3) ısıtma eğrisine bir teğet çizerseniz, ardından aynı noktadan geçen bir dikey çizerseniz, ardından ölçekte teğet ile dikey arasında kapalı olan asimptotun de segmenti apsis ekseni T'ye eşittir. Denklemde Q = 0 alırsak, motor soğutma denklemini elde ederiz:

Şekil l'de gösterilen soğuma eğrisi. 4, bu denkleme karşılık gelir.

Isıtma zaman sabiti, elektrik motorunun boyutuna ve çevresel etkilere karşı koruma şekline göre belirlenir. Açık ve korumalı düşük güçlü elektrik motorları için ısıtma süresi 20-30 dakikadır. Kapalı yüksek güçlü elektrik motorları için 2-3 saate ulaşır.

Yukarıda bahsedildiği gibi, belirtilen elektrikli motor ısıtma teorisi yaklaşıktır ve kaba varsayımlara dayanmaktadır. Bu nedenle, deneysel olarak ölçülen ısıtma eğrisi teorik olandan önemli ölçüde farklıdır. Deneysel ısıtma eğrisinin farklı noktaları için, Şekil l'de gösterilen yapı, 3, artan zamanla T değerlerinin arttığı ortaya çıkıyor. Bu nedenle, eşitliğe göre yapılan tüm hesaplamalar yaklaşık olarak kabul edilmelidir. Bu hesaplamalarda, ısıtma eğrisinin başlangıç ​​noktası için grafiksel olarak belirlenen T sabitinin kullanılması tavsiye edilir. Bu T değeri en küçüktür ve kullanıldığında belirli bir motor gücü marjı sağlar.

Pirinç. 4. Motor soğutma eğrisi

Deneysel olarak ölçülen soğuma eğrisi, teorik olandan ısıtma eğrisinden bile daha fazla farklıdır. Motorun kapalı olmasına karşılık gelen soğutma süresi sabiti, havalandırma olmadığında azalan ısı transferi nedeniyle ısıtma süresi sabitinden önemli ölçüde daha uzundur.