Elektrimootorite küte ja jahutus

Suur tähtsus on erinevate metallilõikuspinkide, -mehhanismide ja -masinate elektrimootorite võimsuse õigel määramisel. Ebapiisava võimsuse korral on võimatu täielikult ära kasutada masina tootmisvõimalusi, teostada kavandatud tehnoloogilist protsessi. Kui võimsus on ebapiisav, läheb elektrimootor enneaegselt üles.

Elektrimootori võimsuse ülehindamine toob kaasa selle süstemaatilise alalaadimise ja selle tulemusena mootori mittetäieliku kasutamise, madala kasuteguri ja väikese võimsusteguri (asünkroonmootorite puhul). Samuti suurenevad mootori võimsuse ülehinnatud kapitali- ja tegevuskulud.

Masina tööks vajalik võimsus ja seega ka elektrimootori poolt arendatav võimsus muutub masina töötamise ajal. Elektrimootori koormust saab iseloomustada koormusgraafikuga (joonis 1), mis näitab mootori võllilt saadava võimsuse, selle pöördemomendi või voolu sõltuvust ajast.Pärast tooriku töötlemise lõpetamist masin peatatakse, töödeldav detail mõõdetakse ja toorik asendatakse. Seejärel korratakse laadimisgraafikut uuesti (sama tüüpi osade töötlemisel).

Normaalse töö tagamiseks sellise muutuva koormuse korral peab elektrimootor töötama töötlemise ajal suurima vajaliku võimsuse ja mitte üle kuumenema pideva töötamise ajal vastavalt sellele koormusgraafikule. Elektrimootorite lubatud ülekoormus määratakse nende elektriliste omaduste järgi.

Riis. 1. Laadige ajakava sama tüüpi detailide töötlemisel

Kui mootor töötab, energia (ja võimsuse) kaodpõhjustades selle kuumenemist. Osa elektrimootori tarbitavast energiast kulub selle mähiste soojendamiseks, magnetahela soojendamiseks hüsterees ja pöörisvoolud, mis kannavad hõõrdumist ja õhuhõõrdumist. Mähiste soojuskaod, mis on võrdelised voolu ruuduga, nimetatakse muutuvaks (ΔРtrans)... Ülejäänud kaod mootoris sõltuvad veidi selle koormusest ja neid nimetatakse tinglikult konstantideks (ΔРpos).

Elektrimootori lubatud kuumutamise määravad selle konstruktsiooni kõige vähem kuumakindlad materjalid. See materjal on selle mähise isolatsioon.

Elektrimasinate isoleerimiseks kasutatakse järgmist:

• puuvillased ja siidriie, lõngad, paber ja kiulised orgaanilised materjalid, mis ei ole immutatud isolatsiooniühenditega (kuumuskindlusklass U);

• samad materjalid, immutatud (klass A);

• sünteetilised orgaanilised kiled (klass E);

• asbestist, vilgukivist, orgaaniliste sideainetega klaaskiust materjalid (klass B);

• sama, kuid sünteetiliste sideainete ja immutusainetega (klass F);

• samad materjalid, kuid räni sideainete ja immutusvahenditega (klass H);

• vilgukivi, keraamika, klaas, kvarts ilma sideaineteta või anorgaaniliste sideainetega (klass C).

Isolatsiooniklassid U, A, E, B, F, H lubavad maksimaalseid temperatuure vastavalt 90, 105, 120, 130, 155, 180 °C. Klassi C piirtemperatuur ületab 180 °C ja seda piiravad isolatsiooni omadused. kasutatud materjalid.

Elektrimootori sama koormuse korral on selle kuumutamine erinevatel ümbritseva õhu temperatuuridel ebaühtlane. Keskkonna arvestuslik temperatuur t0 on 40 ° C. Sellel temperatuuril määratakse elektrimootorite nimivõimsuse väärtused. Elektrimootori temperatuuri tõusu üle ümbritseva õhu temperatuuri nimetatakse ülekuumenemiseks:

Sünteetilise isolatsiooni kasutamine laieneb. Eelkõige tagavad räni-ränisolatsioonid elektrimasinate kõrge töökindluse troopilistes tingimustes töötamisel.

Mootori erinevates osades tekkiv soojus mõjutab isolatsiooni kuumenemist erineval määral. Lisaks toimub elektrimootori üksikute osade vahel soojusvahetus, mille iseloom muutub sõltuvalt koormustingimustest.

Elektrimootori üksikute osade erinev kuumutamine ja soojuse ülekandmine nende vahel raskendab protsessi analüütilist uurimist. Seetõttu eeldatakse lihtsuse mõttes tinglikult, et elektrimootor on termiliselt homogeenne ja lõpmatult soojust juhtiv keha. Üldiselt arvatakse, et elektrimootori poolt keskkonda eralduv soojus on võrdeline ülekuumenemisega.Sel juhul jäetakse soojuskiirgus tähelepanuta, kuna mootorite absoluutsed küttetemperatuurid on madalad. Mõelge elektrimootori kuumutamisprotsessile antud eelduste kohaselt.

Elektrimootoris töötades eraldub soojust dq aja jooksul dt. Osa sellest soojusest dq1 neelab elektrimootori massi, mille tulemusena tõuseb mootori temperatuur t ja ülekuumenemine τ. Ülejäänud soojus dq2 eraldub mootorist keskkonda. Seega saab võrdsuse kirjutada

Mootori temperatuuri tõustes suureneb soojus dq2. Teatud ülekuumenemise väärtuse korral antakse keskkonda nii palju soojust, kui elektrimootoris eraldub; siis dq = dq2 ja dq1 = 0. Elektrimootori temperatuuri tõus peatub ja ülekuumenemine saavutab statsionaarse väärtuse τу.

Ülaltoodud eelduste kohaselt saab võrrandi kirjutada järgmiselt:

kus Q on elektrimootori kadudest tingitud soojusvõimsus, J / s; A — soojusülekanne mootorist, s.o. mootorist keskkonda eralduv soojushulk ajaühikus mootori ja keskkonna temperatuuride erinevusel 1oC, J / s-deg; C on mootori soojusmahtuvus, s.o. soojushulk, mis on vajalik mootori temperatuuri tõstmiseks 1 ° C võrra, J / deg.

Eraldades võrrandis olevad muutujad, saame

Integreerime võrdsuse vasaku poole vahemikus nullist kuni mõne aja t praeguse väärtuseni ja parema poole elektrimootori esialgsest ülekuumenemisest τ0 kuni ülekuumenemise hetkeväärtuseni τ:

Lahendades võrrandi τ, saame võrrandi elektrimootori soojendamiseks:

Tähistame C / A = T ja määrame selle suhte mõõtme:

Riis. 2. Elektrimootori soojenemist iseloomustavad kõverad

Riis. 3. Kuumutamise ajakonstandi määramine

Seda nimetatakse suuruseks T, millel on elektrimootori kuumutusaja konstantse aja mõõde. Selle tähise kohaselt saab küttevõrrandi ümber kirjutada kujul

Nagu võrrandist näete, kui saame - püsiseisundi ülekuumenemise väärtuse.

Elektrimootori koormuse muutumisel muutub kadude suurus ja seega ka Q väärtus. See toob kaasa τу väärtuse muutumise.

Joonisel fig. 2 näitab küttekõveraid 1, 2, 3, mis vastavad viimasele võrrandile erinevate koormuse väärtuste jaoks. Kui τу ületab lubatud ülekuumenemise τn väärtust, on elektrimootori pidev töötamine vastuvõetamatu. Nagu võrrandist ja graafikutest (joonis 2) nähtub, on ülekuumenemise suurenemine asümptootiline.

Kui asendame võrrandis väärtuse t = 3T, saame τ väärtuse, mis on ligikaudu vaid 5% väiksem kui τy. Seega võib aja jooksul t = 3T kuumutamisprotsessi lugeda praktiliselt lõppenuks.

Kui mis tahes küttekõvera punktis (joonis 3) joonistate küttekõvera puutuja, seejärel tõmmake läbi sama punkti vertikaali, seejärel skaalal puutuja ja vertikaali vahele suletud asümptoodi segment de abstsisstelje telg on võrdne T-ga. Kui võtame võrrandis Q = 0, saame mootori jahutusvõrrandi:

Jahutuskõver, mis on näidatud joonisel fig. 4, vastab sellele võrrandile.

Kütmise ajakonstandi määrab elektrimootori suurus ja selle kaitse vorm keskkonnamõjude eest. Avatud ja kaitstud väikese võimsusega elektrimootorite puhul on kütteaeg 20-30 minutit. Suletud suure võimsusega elektrimootorite puhul ulatub see 2-3 tunnini.

Nagu eespool mainitud, on elektrimootori soojendamise väidetav teooria ligikaudne ja põhineb ligikaudsetel eeldustel. Seetõttu erineb eksperimentaalselt mõõdetud küttekõver oluliselt teoreetilisest. Kui katselise küttekõvera erinevate punktide puhul on joonisel fig. 3, selgub, et T väärtused suurenevad aja kasvades. Seetõttu tuleks kõiki võrrandi järgi tehtud arvutusi pidada ligikaudseteks. Nendes arvutustes on soovitatav kasutada küttekõvera lähtepunktiks graafiliselt määratud konstanti T. See T väärtus on väikseim ja annab kasutamisel teatud mootori võimsuse varu.

Riis. 4. Mootori jahutuskõver

Eksperimentaalselt mõõdetud jahutuskõver erineb teoreetilisest isegi rohkem kui küttekõver. Mootori väljalülitamisele vastav jahutusaja konstant on ventilatsiooni puudumisel vähenenud soojusülekande tõttu oluliselt pikem kui kütteaja konstant.