ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ И НОМИНАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ

При работе электродвигателя в нём возникают потери, на покрытие которых расходуется часть потребляемой им электрической энергии. Потери возникают в активном сопротивлении обмоток, потери стали, вызваны изменением магнитного потока в магнитопроводе, механические потери на трение в подшипниках и трение о воздух вращающихся частей машины. В конечном итоге вся энергия потерь превращается в тепловую энергию, рассеивающуюся в окружающей среде. Потери в двигателе бывают постоянные и переменные. К постоянным относятся потери в стали и механические потери, ко вторым ─ потери в обмотках двигателя. Потери, возникающие в обмотках двигателя, вызывают его нагрев.

В начальный период после включения двигателя большая часть выделяющегося в двигателе тепла идёт на повышение его температуры, а меньшая отдаётся в окружающую среду. Затем по мере увеличения температуры двигателя всё большее количество тепла передаётся в окружающую среду, и наступает момент, когда всё выделяемое тепло рассеивается в пространстве. Тогда наступает тепловое равенство и дальнейшее повышение температуры двигателя прекращается. Такая температура нагрева двигателя называется установившейся; она с течением времени остаётся постоянной, если нагрузка двигателя не изменяется. Количества тепла Q, которое выделяется в двигателе за 1сек. Можно определить по формуле

(340)

Где :

Р₂ – мощность на валу двигателя.

Из выражения (340) следует, что чем больше нагрузка двигателя, тем больше тепла в нём выделяется и тем выше его установившаяся температура.

Наиболее чувствительным к нагреву элементом двигателя является изоляция обмоток, огранивающая температуру нагрева двигателя, а следовательно, и использование его мощности. Так, двигатель с обмоткой в хлопчатобумажной изоляции при нормальной нагрузке и температуре нагрева 100^оС может работать 15 – 20 лет; при температуре на 25% температура нагрева обмотки повышается до 145^оС и двигатель выйдет из строя уже через 1,5 месяца: при перегрузке на 50% температура обмотки составит 225^оС и она разрушится примерно через 3ч. работы двигателя.

Согласно ГОСТ8865 – 58 изоляционные материалы, используемые в электромашиностроении, по нагревостойкости делятся на семь классов, для каждого из которых устанавливается максимально допустимая температура (табл. 1).

Таблица 1

Допустимые превышение температуры обмотки двигателя над температурой окружающей среды (в СССР принято +35^оС) для класса нагревостойкости y составляет 55^оС; для класса А – 70; для класса В – 95; для класса С – более145^оС. Превышение температуры данного двигателя зависит от величины его нагрузки и режима работы. При температуре окружающей среды ниже 35^оС двигатель можно нагрузить выше его номинальной мощности, но так, чтобы при этом температура перегрева изоляции не превышала допустимой нормы.

Исходя из известного количества тепла Q, выделенного при работе двигателя, можно подсчитать превышение температуры двигателя t^оС над температурой перегрева

_о (341)

где: А – теплоотдача двигателя, кал/град · сек;

e – основание натуральных логарифмов (e=2,718);

С – теплоёмкость двигателя, кал/град;

t_о – начальное превышение температуры двигателя при t = о;

Установившаяся температура t_у двигателя может быть получена из предыдущего выражения, если принять t =¥. Тогда . При _о =о равенство (341) примет вид

(342)

Обозначим отношение через Т, тогда

, (343)

где: Т – постоянная времени нагрева, сек.

Кривая нагрева, постоянная по уравнению, показана на рис. 61,а.

Постоянная времени нагрева - это время, в течении которого двигатель нагрелся бы до установившейся температуры при отсутствии теплоотдачи в окружающую среду. При наличии теплоотдачи температура нагрева будет меньше и равна _у. Постоянная времени может быть найдена графически. Для этого из начала координат проводят касательную ос до пересечения с горизонтальной прямой, проходящей через точку a, соответствующую температуре установившегося нагрева. Отрезок bc будет равен Т, а отрезок ab – времени , в течение которого двигатель достигает установившейся температуры . Обычно принимают равным 4Т.

Стр.17

Постоянная времени зависит от номинальной мощности двигателя, скорости его вращения, конструкции и способа охлаждения, но не зависит от величины его нагрузки.

Если двигатель после того, как он нагреется, отключить от сети, то, начиная с этого момента, он уже не получает тепла, а накопленное в его частях тепло продолжает рассеиваться в окружающей среде и двигатель охлаждается.

Уравнение охлаждения имеет вид

(344)

а кривая показана на рис. 61, б. В выражении (344) Т_о — постоянная времени охлаждении. Она отличается от постоянной времени нагрева Т, так как теплоотдача двигателя, находящегося в покое, отличается от теплоотдачи работающего двигателя. Равенство Т_о = Т возможно лишь в том случае, когда двигатель, отключенный от сети, продолжает вращаться или имеет постороннюю вентиляцию. Обычно кривая охлаждения идет более полого, чем кривая нагрева. У двигателей с внешним обдувом Т_о, больше Т примерно в 2 раза, у двигателей открытого типа — в 3 раза, а у двигателей закрытого типа с естественным охлаждением постоянные времени Т и Т_о примерно равны. Практически можно считать, что через промежуток времени, равный от 3 до 5 Т_о, температура двигателя становится равной температуре окружающей среды.

Рис. 61. Кривые нагревания и охлаждения электродвигателя:

а — графическое определение постоянной времени; б – кривые нагревания и охлаждения;

в – кривые нагревания двигателя при различных нагрузках

При правильном выборе номинальной мощности двигателя установившаяся температура перегрева τ_у должна быть равна допустимому превышению температуры τ_доп соответствующему классу изоляции обмоточного провода. Различным нагрузкам Р₁<P₂<P₃ одного и того же двигателя соответствует определенные потери ΔP₁ <ΔР₂<ΔP₃ и значения установившейся температуры перегрева τ_у1 < τ_у2 < τ_у3 (рис. 61, в). При поминальной нагрузке Р₁=Р_н двигатель может работать длительное время без опасного перегрева, тогда как при увеличении нагрузки до Р₂ допустимое время его включения составит не более t₂, а при мощности Р₃ — не более t₃.

Исходя из изложенного, можно дать следующее определение номинальной мощности двигателя. Номинальная мощность двигателя представляет собой мощность на валу, при которой температура его обмотки превышает температуру окружающей среды на величину, соответствующую принятым нормам перегрева