Villanymotorok fűtése és hűtése

Különféle fémvágó gépek, mechanizmusok, gépek villanymotorjainak teljesítményének helyes meghatározása nagy jelentőséggel bír. Elégtelen teljesítmény mellett lehetetlen a gép gyártási képességeit maradéktalanul kihasználni, a tervezett technológiai folyamatot végrehajtani. Ha a teljesítmény nem elegendő, az elektromos motor idő előtt meghibásodik.

Az elektromos motor teljesítményének túlbecslése annak szisztematikus alultöltéséhez és ennek következtében a motor hiányos használatához, alacsony hatásfokkal és kis teljesítménytényezővel való működéséhez vezet (aszinkron motoroknál). Ezenkívül, ha a motor teljesítményét túlértékelik, a tőke- és működési költségek nőnek.

A gép működéséhez szükséges teljesítmény, így a villanymotor által fejlesztett teljesítmény a gép működése során változik. A villanymotor terhelése a terhelési grafikonnal jellemezhető (1. ábra), amely a motor tengelyétől származó teljesítmény, a nyomaték vagy az áram időfüggőségét mutatja.A munkadarab megmunkálásának befejezése után a gépet leállítják, megmérik a munkadarabot, és kicserélik a munkadarabot. A betöltési ütemezés ezután ismét megismétlődik (azonos típusú alkatrészek feldolgozásakor).

Az ilyen változó terhelés melletti normál működés biztosításához a villanymotornak a feldolgozás során a legnagyobb szükséges teljesítményt kell kifejlesztenie, és folyamatos működés közben nem kell túlmelegednie, ennek a terhelési ütemtervnek megfelelően. Az elektromos motorok megengedett túlterhelését elektromos tulajdonságaik határozzák meg.

Rizs. 1. Azonos típusú alkatrészek megmunkálásakor töltse be az ütemtervet

Amikor a motor jár, energia (és teljesítmény) veszteségekamitől felmelegszik. Az elektromos motor által fogyasztott energia egy részét a tekercseinek fűtésére, a mágneses kör fűtésére fordítják hiszterézis valamint súrlódást és légsúrlódást hordozó örvényáramok. A tekercsek áram négyzetével arányos hőveszteségét változónak (ΔРtrans) nevezzük... A motor fennmaradó veszteségei kissé a terhelésétől függenek, és konstansnak (ΔРpos) nevezzük.

Az elektromos motor megengedett fűtését a szerkezet legkevésbé hőálló anyagai határozzák meg. Ez az anyag a tekercsének szigetelése.

Az elektromos gépek szigetelésére a következőket használják:

• szigetelőanyaggal nem impregnált pamut és selyem szövetek, fonalak, papír és rostos szerves anyagok (U hőállósági osztály);

• azonos anyagok, impregnálva (A osztály);

• szintetikus szerves fóliák (E osztály);

• azbesztből, csillámból, üvegszálból készült anyagok szerves kötőanyaggal (B osztály);

• ugyanaz, de szintetikus kötő- és impregnálószerekkel (F osztály);

• ugyanazok az anyagok, de szilikon kötőanyaggal és impregnálószerekkel (H osztály);

• csillám, kerámia, üveg, kvarc kötőanyag nélkül vagy szervetlen kötőanyaggal (C osztály).

Az U, A, E, B, F, H szigetelési osztályok rendre 90, 105, 120, 130, 155, 180 °C-os maximális hőmérsékletet tesznek lehetővé. A C osztály határhőmérséklete meghaladja a 180 °C-ot, és a szigetelés tulajdonságai korlátozzák. felhasznált anyagok.

Az elektromos motor azonos terhelése mellett a fűtése egyenetlen lesz különböző környezeti hőmérsékleteken. A környezet t0 tervezési hőmérséklete 40 ° C. Ezen a hőmérsékleten határozzák meg az elektromos motorok névleges teljesítményértékeit. Az elektromos motor hőmérsékletének a környezeti hőmérséklet fölé emelkedését túlmelegedésnek nevezzük:

Bővül a szintetikus szigetelés alkalmazása. Különösen a szilícium-szilícium szigetelések biztosítják az elektromos gépek nagy megbízhatóságát trópusi körülmények között.

A motor különböző részein keletkező hő eltérő mértékben befolyásolja a szigetelés felmelegedését. Ezen túlmenően a villanymotor egyes részei között hőcsere történik, melynek jellege a terhelési viszonyoktól függően változik.

A villanymotor egyes részeinek eltérő fűtése és a közöttük lévő hőátadás megnehezíti a folyamat analitikai vizsgálatát. Ezért az egyszerűség kedvéért feltételesen feltételezzük, hogy az elektromos motor termikusan homogén és végtelenül hővezető test. Általában úgy tartják, hogy az elektromos motor által a környezetbe kibocsátott hő arányos a túlhevítéssel.Ebben az esetben a hősugárzást figyelmen kívül hagyjuk, mert a motorok abszolút fűtési hőmérséklete alacsony. Tekintsük az elektromos motor fűtési folyamatát a megadott feltevések mellett.

A villanymotorban végzett munka során a dq hő szabadul fel a dt idő alatt. Ennek a dq1 hőnek egy részét elnyeli a villanymotor tömege, aminek következtében a motor t hőmérséklete és τ túlmelegedése nő. A maradék dq2 hő a motorból a környezetbe kerül. Így az egyenlőség felírható

A motor hőmérsékletének növekedésével a dq2 hő növekszik. A túlmelegedés bizonyos értékénél annyi hő kerül a környezetbe, amennyi az elektromos motorban felszabadul; akkor dq = dq2 és dq1 = 0. A villanymotor hőmérséklete nem emelkedik, és a túlmelegedés eléri a τу stacionárius értéket.

A fenti feltételezések alapján az egyenlet a következőképpen írható fel:

ahol Q az elektromos motor veszteségei miatti hőteljesítmény, J / s; A — hőátadás a motorból, azaz a motor által egységnyi idő alatt a környezetbe kibocsátott hő mennyisége a motor és a környezet közötti hőmérsékletkülönbség esetén 1oC, J / s-deg; C a motor hőkapacitása, azaz. a motor hőmérsékletének 1 °C-kal történő növeléséhez szükséges hőmennyiség, J / fok.

Az egyenletben szereplő változókat elválasztva megkaptuk

Integráljuk az egyenlőség bal oldalát a nullától a t idő valamilyen áramértékéig, a jobb oldalát pedig a villanymotor kezdeti τ0 túlmelegedésétől a τ túlmelegedés aktuális értékéig tartó tartományba:

A τ egyenletét megoldva egy villanymotor fűtésére vonatkozó egyenletet kapunk:

Jelöljük C / A = T-t, és határozzuk meg ennek az aránynak a méretét:

Rizs. 2. A villanymotor fűtését jellemző görbék

Rizs. 3. A fűtési időállandó meghatározása

T mennyiségnek nevezzük, aminek a dimenziója az idő fűtési idő állandó villanymotor. Ennek a jelölésnek megfelelően a fűtési egyenlet átírható

Amint az egyenletből látható, amikor megkapjuk az állandósult állapotú túlhevítési értéket.

Amikor az elektromos motor terhelése megváltozik, a veszteségek mértéke és így a Q értéke is megváltozik. Ez τу értékének változásához vezet.

ábrán. A 2. ábra az utolsó egyenletnek megfelelő 1, 2, 3 fűtési görbéket mutatja különböző terhelési értékekhez. Ha τу meghaladja a megengedett τn túlmelegedés értékét, az elektromos motor folyamatos működése elfogadhatatlan. Amint az egyenletből és a grafikonokból (2. ábra) következik, a túlhevülés növekedése aszimptotikus.

Ha behelyettesítjük a t = 3T értéket az egyenletbe, akkor olyan τ értéket kapunk, amely körülbelül 5%-kal kisebb, mint τy. Így a t = 3T idő alatt a fűtési folyamat gyakorlatilag befejezettnek tekinthető.

Ha a fűtési görbe bármely pontján (3. ábra) megrajzol egy érintőt a fűtési görbére, majd ugyanezen a ponton egy függőlegest, majd a skálán az érintő és a függőleges közé zárt aszimptota de szakaszát. Ha az egyenletben Q = 0, akkor a motor hűtési egyenletét kapjuk:

ábrán látható hűtési görbe. 4, ennek az egyenletnek felel meg.

A fűtés időállandóját a villanymotor mérete és a környezeti hatásokkal szembeni védelmének formája határozza meg. Nyitott és védett kis teljesítményű villanymotoroknál a fűtési idő 20-30 perc. Zárt, nagy teljesítményű villanymotoroknál eléri a 2-3 órát.

Mint fentebb említettük, a villanymotor fűtésének kifejtett elmélete hozzávetőleges és durva feltételezéseken alapul. Ezért a kísérletileg mért fűtési görbe jelentősen eltér az elméletitől. Ha a kísérleti fűtési görbe különböző pontjaira az ábra szerinti konstrukció. A 3. ábrán kiderül, hogy a T értékei az idő növekedésével nőnek. Ezért az egyenlet szerint végzett összes számítást hozzávetőlegesnek kell tekinteni. Ezeknél a számításoknál célszerű a grafikusan meghatározott T állandót használni a fűtési görbe kezdőpontjaként. Ez a T érték a legkisebb, és ha használják, akkor bizonyos motorteljesítményt biztosít.

Rizs. 4. A motor hűtési görbéje

A kísérletileg mért hűtési görbe még jobban eltér az elméletitől, mint a fűtési görbe. A leállított motornak megfelelő hűtési időállandó lényegesen hosszabb, mint a fűtési időállandó a szellőzés hiányában csökkent hőátadás miatt.