Calefacció i refrigeració de motors elèctrics

La determinació correcta de la potència dels motors elèctrics per a diverses màquines, mecanismes i màquines de tall de metalls és de gran importància. Amb una potència insuficient, és impossible utilitzar plenament les capacitats de producció de la màquina per dur a terme el procés tecnològic previst. Si la potència és insuficient, el motor elèctric fallarà prematurament.

Sobreestimar la potència del motor elèctric comporta la seva subcàrrega sistemàtica i, com a conseqüència, un ús incomplet del motor, el seu funcionament amb baixa eficiència i un petit factor de potència (per a motors asíncrons). A més, quan la potència del motor està sobrevalorada, els costos de capital i d'explotació augmenten.

La potència necessària per fer funcionar la màquina, i per tant la potència desenvolupada pel motor elèctric, canvia durant el funcionament de la màquina. La càrrega d'un motor elèctric es pot caracteritzar pel gràfic de càrrega (Fig. 1), que és la dependència de la potència de l'eix del motor, el seu parell o corrent en el temps.Després d'acabar de processar la peça de treball, la màquina s'atura, es mesura la peça i es substitueix la peça. El programa de càrrega es repeteix de nou (quan es processen peces del mateix tipus).

Per garantir un funcionament normal amb una càrrega tan variable, el motor elèctric ha de desenvolupar la potència més alta requerida durant el processament i no sobreescalfar-se durant el funcionament continu d'acord amb aquest programa de càrrega. La sobrecàrrega admissible dels motors elèctrics està determinada per les seves propietats elèctriques.

Arròs. 1. Carregar la programació quan es mecanitzen el mateix tipus de peces

Quan el motor està en marxa, pèrdues d'energia (i potència).fent que s'escalfi. Part de l'energia que consumeix el motor elèctric es gasta en escalfar els seus bobinatges, en escalfar el circuit magnètic de histèresi i corrents de Foucault que porten fricció i fricció de l'aire. Les pèrdues de calor dels bobinats, proporcionals al quadrat del corrent, s'anomenen variables (ΔРtrans)... Les pèrdues restants en el motor depenen una mica de la seva càrrega i convencionalment s'anomenen constants (ΔРpos).

L'escalfament admissible d'un motor elèctric està determinat pels materials menys resistents a la calor de la seva construcció. Aquest material és l'aïllament de la seva bobina.

S'utilitzen per aïllar màquines elèctriques:

• teixits de cotó i seda, fils, paper i materials orgànics fibrosos que no estan impregnats amb compostos aïllants (classe de resistència a la calor U);

• els mateixos materials, impregnats (classe A);

• pel·lícules orgàniques sintètiques (classe E);

• materials d'amiant, mica, fibra de vidre amb aglutinants orgànics (classe B);

• igual, però amb aglutinants sintètics i impregnants (classe F);

• els mateixos materials, però amb aglutinants de silici i agents impregnants (classe H);

• mica, ceràmica, vidre, quars sense aglutinants o amb aglutinants inorgànics (classe C).

Les classes d'aïllament U, A, E, B, F, H permeten, respectivament, temperatures màximes de 90, 105, 120, 130, 155, 180 ° C. La temperatura límit de la classe C supera els 180 ° C i està limitada per les propietats del materials utilitzats.

Amb la mateixa càrrega al motor elèctric, el seu escalfament serà desigual a diferents temperatures ambient. La temperatura de disseny t0 de l'entorn és de 40 ° C. A aquesta temperatura, es determinen els valors de potència nominal dels motors elèctrics. L'augment de la temperatura del motor elèctric per sobre de la temperatura ambient s'anomena sobreescalfament:

L'ús d'aïllants sintètics s'està expandint. En particular, els aïllaments de silici silici garanteixen una alta fiabilitat de les màquines elèctriques quan funcionen en condicions tropicals.

La calor generada en diferents parts del motor afecta l'escalfament de l'aïllament en diferents graus. A més, l'intercanvi de calor té lloc entre les parts individuals del motor elèctric, la naturalesa del qual canvia en funció de les condicions de càrrega.

El diferent escalfament de les parts individuals del motor elèctric i la transferència de calor entre elles complica l'estudi analític del procés. Per tant, per simplificar, s'assumeix condicionalment que el motor elèctric és un cos tèrmicament homogeni i infinitament conductor de la calor. En general es creu que la calor alliberada per un motor elèctric al medi ambient és proporcional al sobreescalfament.En aquest cas, la radiació tèrmica es descuida perquè les temperatures d'escalfament absolutes dels motors són baixes. Considereu el procés d'escalfament del motor elèctric sota els supòsits donats.

Quan es treballa en el motor elèctric, la calor dq s'allibera durant el temps dt. Part d'aquesta calor dq1 és absorbida per la massa del motor elèctric, com a conseqüència de la qual cosa augmenta la temperatura t i el sobreescalfament τ del motor. La calor restant dq2 s'allibera del motor al medi ambient. Així es pot escriure la igualtat

A mesura que augmenta la temperatura del motor, augmenta la calor dq2. A un cert valor de sobreescalfament, es donarà tanta calor a l'ambient com s'allibera al motor elèctric; aleshores dq = dq2 i dq1 = 0. La temperatura del motor elèctric deixa d'augmentar i el sobreescalfament arriba a un valor estacionari de τу.

Sota els supòsits anteriors, l'equació es pot escriure de la següent manera:

on Q és la potència tèrmica deguda a les pèrdues en el motor elèctric, J / s; A - transferència de calor del motor, és a dir. la quantitat de calor alliberada pel motor a l'entorn per unitat de temps a una diferència de temperatura entre el motor i l'entorn d'1oC, J/s-deg; C és la capacitat tèrmica del motor, és a dir. la quantitat de calor necessària per augmentar la temperatura del motor en 1 ° C, J / grau.

Separant les variables de l'equació, tenim

Integrem el costat esquerre de la igualtat en el rang de zero a algun valor actual del temps t i el costat dret en el rang des del sobreescalfament inicial τ0 del motor elèctric fins al valor actual del sobreescalfament τ:

Resolvant l'equació per a τ, obtenim una equació per escalfar un motor elèctric:

Denotem C / A = T i determinem la dimensió d'aquesta relació:

Arròs. 2. Corbes caracteritzadores de l'escalfament del motor elèctric

Arròs. 3. Determinació de la constant de temps d'escalfament

S'anomena la quantitat T, que té la dimensió del temps d'escalfament del temps constant del motor elèctric. D'acord amb aquesta notació, l'equació de calefacció es pot reescriure com a

Com podeu veure a l'equació, quan aconseguim el valor de sobreescalfament en estat estacionari.

Quan la càrrega del motor elèctric canvia, la quantitat de pèrdues canvia i, per tant, el valor de Q. Això comporta un canvi en el valor de τу.

A la fig. La figura 2 mostra les corbes d'escalfament 1, 2, 3 corresponents a l'última equació per a diferents valors de càrrega. Quan τу supera el valor del sobreescalfament admissible τn, el funcionament continu del motor elèctric és inacceptable. Tal com es desprèn de l'equació i dels gràfics (Fig. 2), l'augment del sobreescalfament és asimptòtic.

Quan substituïm el valor t = 3T a l'equació, obtenim un valor de τ que és aproximadament només un 5% menys que τy. Així, durant el temps t = 3T, el procés d'escalfament es pot considerar pràcticament complet.

Si en qualsevol punt amb la corba d'escalfament (Fig. 3) dibuixeu una tangent a la corba d'escalfament, llavors dibuixeu una vertical pel mateix punt, aleshores el segment de de l'asimptota, tancat entre la tangent i la vertical, a l'escala. de l'eix d'abscisses és igual a T. Si prenem Q = 0 a l'equació, obtenim l'equació de refrigeració del motor:

La corba de refredament mostrada a la Fig. 4, correspon a aquesta equació.

La constant de temps d'escalfament ve determinada per la mida del motor elèctric i la forma de la seva protecció contra les influències ambientals. Per als motors elèctrics de baixa potència oberts i protegits, el temps d'escalfament és de 20-30 minuts. Per als motors elèctrics tancats d'alta potència, arriba a les 2-3 hores.

Com s'ha esmentat anteriorment, la teoria declarada de l'escalfament del motor elèctric és aproximada i es basa en hipòtesis aproximades. Per tant, la corba d'escalfament mesurada experimentalment difereix significativament de la teòrica. Si, per a diferents punts de la corba d'escalfament experimental, la construcció que es mostra a la Fig. 3, resulta que els valors de T augmenten amb el temps. Per tant, tots els càlculs fets segons l'equació s'han de considerar aproximats. En aquests càlculs s'aconsella utilitzar la constant T determinada gràficament per al punt d'inici de la corba d'escalfament. Aquest valor de T és el més petit i, quan s'utilitza, proporciona un cert marge de potència del motor.

Arròs. 4. Corba de refrigeració del motor

La corba de refrigeració mesurada experimentalment difereix de la teòrica fins i tot més que la corba de calefacció. La constant de temps de refrigeració corresponent al motor apagat és significativament més llarga que la constant de temps de calefacció a causa de la reducció de la transferència de calor en absència de ventilació.