Elektrinių variklių šildymas ir vėsinimas

Didelę reikšmę turi teisingas įvairių metalo pjovimo staklių, mechanizmų ir staklių elektros variklių galios nustatymas. Esant nepakankamai galiai, neįmanoma pilnai išnaudoti mašinos gamybinių galimybių, atlikti suplanuoto technologinio proceso. Jei galios nepakanka, elektros variklis per anksti suges.

Pervertinus elektros variklio galią, jis sistemingai per mažai įkraunamas ir dėl to nevisiškai naudojamas variklis, jis veikia mažu efektyvumu ir mažu galios koeficientu (asinchroniniams varikliams). Be to, kai variklio galia yra pervertinta, padidėja kapitalo ir eksploatavimo išlaidos.

Mašinai valdyti reikalinga galia, taigi ir elektros variklio išvystyta galia mašinos veikimo metu kinta. Elektros variklio apkrovą galima apibūdinti apkrovos grafiku (1 pav.), kuris yra galios nuo variklio veleno, jo sukimo momento arba srovės priklausomybė nuo laiko.Baigus apdoroti ruošinį, mašina sustabdoma, ruošinys išmatuojamas ir ruošinys pakeičiamas. Tada įkėlimo grafikas kartojamas dar kartą (kai apdorojamos to paties tipo dalys).

Kad būtų užtikrintas normalus veikimas esant tokiai kintamajai apkrovai, elektros variklis apdorojimo metu turi išvystyti didžiausią reikiamą galią ir neperkaisti nuolat veikiant pagal šį apkrovos grafiką. Elektros variklių leistiną perkrovą lemia jų elektrinės savybės.

Ryžiai. 1. Įkelkite grafiką, kai apdirbate to paties tipo dalis

Kai variklis veikia, energijos (ir galios) nuostoliaitodėl jis įkaista. Dalis elektros variklio sunaudojamos energijos išleidžiama jo apvijų šildymui, magnetinei grandinei šildyti isterezė ir sūkurinės srovės, pernešančios trintį ir oro trintį. Apvijų šilumos nuostoliai, proporcingi srovės kvadratui, vadinami kintamaisiais (ΔРtrans)... Likę nuostoliai variklyje šiek tiek priklauso nuo jo apkrovos ir sutartinai vadinami konstantomis (ΔРpos).

Elektros variklio leistiną šildymą lemia mažiausiai karščiui atsparios jo konstrukcijos medžiagos. Ši medžiaga yra jos ritės izoliacija.

Elektros mašinoms izoliuoti naudojamos šios medžiagos:

• medvilniniai ir šilko audiniai, siūlai, popierius ir pluoštinės organinės medžiagos, kurios nėra impregnuotos izoliaciniais junginiais (atsparumo karščiui klasė U);

• tos pačios medžiagos, impregnuotos (A klasė);

• sintetinės organinės plėvelės (E klasė);

• medžiagos iš asbesto, žėručio, stiklo pluošto su organiniais rišikliais (B klasė);

• tas pats, bet su sintetiniais rišikliais ir impregnuojančiomis medžiagomis (F klasė);

• tos pačios medžiagos, tik su silicio rišikliais ir impregnuojančiomis medžiagomis (H klasė);

• žėrutis, keramika, stiklas, kvarcas be rišiklių arba su neorganiniais rišikliais (C klasė).

Izoliacijos klasės U, A, E, B, F, H atitinkamai leidžia maksimalią 90, 105, 120, 130, 155, 180 °C temperatūrą. C klasės ribinė temperatūra viršija 180 °C ir yra ribojama dėl izoliacijos savybių. panaudotos medžiagos.

Esant vienodai elektros variklio apkrovai, jo šildymas bus netolygus esant skirtingoms aplinkos temperatūroms. Projektinė aplinkos temperatūra t0 yra 40 ° C. Esant tokiai temperatūrai, nustatomos vardinės elektros variklių galios vertės. Elektros variklio temperatūros padidėjimas virš aplinkos temperatūros vadinamas perkaitimu:

Plečiasi sintetinės izoliacijos naudojimas. Visų pirma, silicio silicio izoliacijos užtikrina didelį elektros mašinų patikimumą, kai jos veikia atogrąžų sąlygomis.

Skirtingose ​​variklio dalyse susidaranti šiluma skirtingai veikia izoliacijos įkaitimą. Be to, tarp atskirų elektros variklio dalių vyksta šilumos mainai, kurių pobūdis kinta priklausomai nuo apkrovos sąlygų.

Skirtingas atskirų elektros variklio dalių šildymas ir šilumos perdavimas tarp jų apsunkina analitinį proceso tyrimą. Todėl, siekiant paprastumo, sąlyginai daroma prielaida, kad elektros variklis yra termiškai vienalytis ir be galo šilumai laidus kūnas. Paprastai manoma, kad elektros variklio išskiriama šiluma į aplinką yra proporcinga perkaitimui.Šiuo atveju šiluminė spinduliuotė nepaisoma, nes absoliučios variklių šildymo temperatūros yra žemos. Apsvarstykite elektros variklio šildymo procesą pagal pateiktas prielaidas.

Dirbant elektros variklyje per laiką dt išsiskiria šiluma dq. Dalį šios šilumos dq1 sugeria elektros variklio masė, dėl to padidėja variklio temperatūra t ir perkaitimas τ. Likusi šiluma dq2 iš variklio išsiskiria į aplinką. Taigi lygybę galima parašyti

Didėjant variklio temperatūrai, didėja šiluma dq2. Esant tam tikrai perkaitimo vertei, į aplinką bus atiduota tiek šilumos, kiek išsiskiria elektros variklyje; tada dq = dq2 ir dq1 = 0. Elektros variklio temperatūra nustoja didėti ir perkaitimas pasiekia stacionarią τу reikšmę.

Remiantis aukščiau pateiktomis prielaidomis, lygtį galima parašyti taip:

kur Q yra šiluminė galia dėl elektros variklio nuostolių, J / s; A — šilumos perdavimas iš variklio, t.y. variklio į aplinką išskiriamas šilumos kiekis per laiko vienetą, kai variklio ir aplinkos temperatūrų skirtumas yra 1oC, J / s-deg; C – variklio šiluminė talpa, t.y. šilumos kiekis, reikalingas variklio temperatūrai padidinti 1 ° C, J / deg.

Atskirdami lygties kintamuosius, turime

Kairiąją lygybės pusę integruojame diapazone nuo nulio iki tam tikros dabartinės laiko vertės t ir dešiniąją pusę nuo pradinio elektros variklio perkaitimo τ0 iki dabartinės perkaitimo vertės τ:

Išspręsdami τ lygtį, gauname elektros variklio šildymo lygtį:

Pažymime C / A = T ir nustatykime šio santykio matmenį:

Ryžiai. 2. Kreivės, apibūdinančios elektros variklio įkaitimą

Ryžiai. 3. Kaitinimo laiko konstantos nustatymas

Jis vadinamas dydžiu T, kurio matmuo yra laiko šildymo laiko konstanta elektros variklis. Pagal šį žymėjimą šildymo lygtis gali būti perrašyta kaip

Kaip matote iš lygties, kai gauname - pastovios būsenos perkaitimo vertę.

Keičiantis elektros variklio apkrovai, keičiasi nuostolių dydis, taigi ir Q reikšmė. Dėl to pasikeičia τу reikšmė.

Fig. 2 parodytos šildymo kreivės 1, 2, 3, atitinkančios paskutinę skirtingų apkrovos verčių lygtį. Kai τу viršija leistino perkaitimo τn vertę, nuolatinis elektros variklio veikimas yra nepriimtinas. Kaip matyti iš lygties ir grafikų (2 pav.), perkaitimo padidėjimas yra asimptotinis.

Kai į lygtį pakeičiame reikšmę t = 3T, gauname τ reikšmę, kuri yra tik maždaug 5 % mažesnė už τy. Taigi per laiką t = 3T šildymo procesą praktiškai galima laikyti baigtu.

Jei bet kuriame šildymo kreivės taške (3 pav.) nubrėžiate šildymo kreivės liestinę, tada per tą patį tašką nubrėžiate vertikalią, tada skalėje asimptotės segmentą de, uždarytą tarp liestinės ir vertikalės. abscisių ašies lygtis yra lygi T. Jei lygtyje imsime Q = 0, gausime variklio aušinimo lygtį:

Aušinimo kreivė parodyta fig. 4, atitinka šią lygtį.

Šildymo laiko konstantą lemia elektros variklio dydis ir jo apsaugos nuo aplinkos poveikio forma. Atviriems ir apsaugotiems mažos galios elektros varikliams šildymo laikas yra 20-30 minučių. Uždariems didelės galios elektros varikliams jis pasiekia 2-3 valandas.

Kaip minėta aukščiau, nurodyta elektros variklio šildymo teorija yra apytikslė ir pagrįsta grubiomis prielaidomis. Todėl eksperimentiškai išmatuota šildymo kreivė gerokai skiriasi nuo teorinės. Jei skirtinguose eksperimentinės šildymo kreivės taškuose konstrukcija parodyta Fig. 3, pasirodo, kad T reikšmės didėja ilgėjant laikui. Todėl visi skaičiavimai, atlikti pagal lygtį, turėtų būti laikomi apytiksliais. Atliekant šiuos skaičiavimus, šildymo kreivės pradžios taškui patartina naudoti grafiškai nustatytą konstantą T. Ši T reikšmė yra mažiausia ir, naudojant, suteikia tam tikrą variklio galios ribą.

Ryžiai. 4. Variklio aušinimo kreivė

Eksperimentiškai išmatuota aušinimo kreivė nuo teorinės skiriasi net labiau nei šildymo kreivė. Aušinimo laiko konstanta, atitinkanti išjungtą variklį, yra žymiai ilgesnė nei šildymo laiko konstanta dėl sumažėjusio šilumos perdavimo, kai nėra ventiliacijos.