Termiskie apstākļi un nominālā dzinēja jauda

Kad elektromotors darbojas, tas zaudē, lai segtu, kāda daļa no patērētās elektroenerģijas tiek iztērēta. Zudumi rodas tinumu aktīvajā pretestībā, tēraudā, mainoties magnētiskajai plūsmai magnētiskajā ķēdē, kā arī mehāniskie zudumi gultņu berzes un mašīnas rotējošo daļu berzes dēļ pret gaisu. Beigās visa zaudētā enerģija tiek pārvērsta siltumenerģijā, kas tiek izmantota dzinēja sildīšanai un izkliedēšanai vidē.

Dzinēja zudumi ir nemainīgi un mainīgi. Konstantes ietver tērauda zudumus un mehāniskos zudumus tinumos, kur strāva ir nemainīga, un mainīgus zudumus motora tinumos.

Sākotnējā periodā pēc ieslēgšanas lielākā daļa izdalītā siltuma dzinējā aiziet, lai paaugstinātu tā temperatūru, un mazāk nonāk apkārtējā vidē. Tad, paaugstinoties dzinēja temperatūrai, arvien vairāk siltuma tiek nodots vidē, un pienāk brīdis, kad viss radītais siltums tiek izkliedēts kosmosā.Tad tiek izveidots termiskais līdzsvars, un turpmāka motora temperatūras paaugstināšanās apstājas. Šo motora iesildīšanas temperatūru sauc par līdzsvara stāvokli. Ja dzinēja slodze nemainās, līdzsvara stāvokļa temperatūra laika gaitā paliek nemainīga.

Siltuma daudzumu Q, kas izdalās dzinējā 1 sekundē, var noteikt pēc formulas

kur η – dzinēja efektivitāte; P2 ir motora vārpstas jauda.

No formulas izriet, ka jo lielāka ir dzinēja slodze, jo vairāk siltuma tajā rodas un jo augstāka ir tā stacionārā temperatūra.

Pieredze ar elektromotoru darbību liecina, ka galvenais to darbības traucējumu cēlonis ir tinuma pārkaršana. Kamēr izolācijas temperatūra nepārsniedz pieļaujamo vērtību, izolācijas termiskais nodilums uzkrājas ļoti lēni. Bet, paaugstinoties temperatūrai, izolācijas nodilums strauji palielinās. Praktiski uzskata, ka izolācijas pārkaršana par katriem 8 ° C samazina tās kalpošanas laiku uz pusi. Tātad motors ar tinumu kokvilnas izolāciju pie nominālās slodzes un sildīšanas temperatūras līdz 105 ° C var darboties apmēram 15 gadus, kad pārslodze un temperatūra paaugstinās līdz 145 ° C, motors neizdosies pēc 1,5 mēnešiem.

Saskaņā ar GOST elektrotehnikā izmantotie izolācijas materiāli siltumizturības ziņā ir iedalīti septiņās klasēs, no kurām katrai ir noteikta maksimālā pieļaujamā temperatūra (1. tabula).

Pieļaujamais motora tinuma temperatūras pārsniegums virs apkārtējās vides temperatūras (PSRS tiek pieņemts + 35 ° C) siltumizturības klasei Y ir 55 ° C, A klasei - 70 ° C, B klasei - 95 ° C. , I klasei — 145 °C, G klasei virs 155 °C.Dotā dzinēja temperatūras paaugstināšanās ir atkarīga no tā slodzes lieluma un darbības režīma. Apkārtējās vides temperatūrā zem 35 ° C motoru var noslogot virs tā nominālās jaudas, bet tā, lai izolācijas sildīšanas temperatūra nepārsniegtu pieļaujamās robežas.

Materiāla raksturojums Karstumizturības klase Maksimālā pieļaujamā temperatūra, ° C Neimpregnēti kokvilnas audumi, dzijas, papīrs un celulozes un zīda šķiedras materiāli Y 90 Tie paši materiāli, bet piesūcināti ar saistvielām A 105 Dažas sintētiskās organiskās plēves E 120 Vizla, azbests un materiāli no stiklašķiedras, kas satur organiskās saistvielas V 130 Tie paši materiāli kombinācijā ar sintētiskām saistvielām un impregnēšanas līdzekļiem F 155 Tie paši materiāli, bet kopā ar silīciju, organiskajām saistvielām un impregnējošiem savienojumiem H 180 Vizla, keramikas materiāli, stikls, kvarcs, azbests, lieto bez saistvielām vai ar neorganiskām saistvielām G vairāk nekā 180

Pamatojoties uz zināmu siltuma B daudzumu, kas izkliedējas, kad dzinējs darbojas, var aprēķināt motora temperatūras pārpalikumu τ° C virs apkārtējās vides temperatūras, t.i. pārkaršanas temperatūra

kur A ir dzinēja siltuma pārnese, J / deg • s; e ir naturālo logaritmu bāze (e = 2,718); C ir dzinēja siltuma jauda, ​​J / pilsēta; τО- sākotnējais motora temperatūras pieaugums pie τ.

Līdzsvara stāvokļa motora temperatūru τу var iegūt no iepriekšējās izteiksmes, pieņemot τ = ∞... Tad τу = Q / А... Ja τо = 0, vienādība (2) iegūst formu

Tad mēs apzīmējam attiecību C / A līdz T

kur T ir sildīšanas laika konstante, s.

Sildīšanas konstante ir laiks, kas nepieciešams, lai dzinējs uzsiltu līdz vienmērīgai temperatūrai, ja nav siltuma pārneses uz vidi. Siltuma pārneses klātbūtnē sildīšanas temperatūra būs mazāka un vienāda ar

Laika konstanti var atrast grafiski (1. att., a). Lai to izdarītu, no koordinātu sākuma tiek novilkta pieskares līnija, līdz tā krustojas ar horizontālu taisnu līniju, kas iet caur punktu a, kas atbilst stacionārās apkures temperatūrai. Segments ss būs vienāds ar T, un segments ab būs vienāds ar laiku Ty, kurā dzinējs sasniedz līdzsvara stāvokļa temperatūru τу… To parasti pieņem vienādu ar 4T.

Sildīšanas konstante ir atkarīga no motora nominālās jaudas, tā ātruma, konstrukcijas un dzesēšanas metodes, bet nav atkarīga no tā slodzes lieluma.

Rīsi. 1. Dzinēja sildīšanas un dzesēšanas līknes: a — sildīšanas konstantes grafiskā definīcija; b — apkures līknes pie dažādām slodzēm

Ja dzinējs pēc uzsilšanas tiek atslēgts no tīkla, no šī brīža tas vairs nerada siltumu, bet uzkrātais siltums turpina izkliedēties vidē, dzinējs atdziest.

Dzesēšanas vienādojumam ir forma

un līkne ir parādīta attēlā. 1, a.

Izteiksmē To ir dzesēšanas laika konstante. Tas atšķiras no apkures konstantes T, jo siltuma pārnese no dzinēja miera stāvoklī atšķiras no siltuma pārneses no darba dzinēja.Vienlīdzība iespējama, ja no tīkla atvienotajam dzinējam ir ārējā ventilācija. Parasti dzesēšanas līkne ir plakanāka nekā apkures līkne. Dzinējiem ar ārējo gaisa plūsmu To ir aptuveni 2 reizes lielāks par T. Praksē mēs varam pieņemt, ka pēc laika intervāla no 3To līdz 5To dzinēja temperatūra kļūst vienāda ar apkārtējās vides temperatūru.

Pareizi izvēloties motora nominālo jaudu, līdzsvara stāvokļa pārkaršanas temperatūrai jābūt vienādai ar pieļaujamo temperatūras pieaugumu τadd, kas atbilst tinuma stieples izolācijas klasei. Viena un tā paša dzinēja dažādās slodzes P1 <P2 <P3 atbilst noteiktiem zudumiem ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 un noteiktās pārkaršanas temperatūras vērtībām (1. att., b). Pie nominālās slodzes motors var darboties ilgu laiku bez bīstamas pārkaršanas, savukārt, slodzei palielinoties līdz pieļaujamajam pārslēgšanas laikam, tā nebūs lielāka par t2 un pie jaudas ne vairāk kā t3.

Pamatojoties uz iepriekš minēto, mēs varam sniegt šādu motora nominālās jaudas definīciju. Motora nominālā jauda ir vārpstas jauda, ​​pie kuras tā tinuma temperatūra pārsniedz apkārtējās vides temperatūru par summu, kas atbilst pieņemtajiem pārkaršanas standartiem.