Šiluminės sąlygos ir vardinė variklio galia

Kai elektros variklis veikia, jis netenka padengti, kokia dalis sunaudotos elektros energijos yra iššvaistoma. Nuostoliai atsiranda apvijų aktyviojoje varžoje, pliene, kai magnetinėje grandinėje keičiasi magnetinis srautas, taip pat mechaniniai nuostoliai dėl trinties guoliuose ir mašinos besisukančių dalių trinties prieš orą. Pabaigoje visa prarasta energija paverčiama šilumos energija, kuri panaudojama varikliui įkaitinti ir išsklaidyti į aplinką.

Variklio nuostoliai yra pastovūs ir kintami. Konstantos apima plieno nuostolius ir mechaninius nuostolius apvijose, kurių srovė yra pastovi, ir kintamus nuostolius variklio apvijose.

Pradiniu laikotarpiu po įjungimo didžioji dalis išsiskiriančios šilumos variklyje eina jo temperatūrai didinti, o mažiau – į aplinką. Tada, kylant variklio temperatūrai, į aplinką perduodama vis daugiau šilumos, ir ateina momentas, kai visa susidariusi šiluma išsisklaido į erdvę.Tada nusistovi šiluminė pusiausvyra ir toliau didėja variklio temperatūra. Ši variklio įšilimo temperatūra vadinama pastovia būsena. Pastovios būsenos temperatūra laikui bėgant išlieka pastovi, jei variklio apkrova nesikeičia.

Šilumos Q kiekį, kuris išsiskiria variklyje per 1 s, galima nustatyti pagal formulę

kur η – variklio naudingumo koeficientas; P2 yra variklio veleno galia.

Iš formulės išplaukia, kad kuo didesnė variklio apkrova, tuo daugiau šilumos jame susidaro ir tuo aukštesnė jo stacionari temperatūra.

Elektros variklių eksploatavimo patirtis rodo, kad pagrindinė jų gedimo priežastis yra apvijos perkaitimas. Kol izoliacijos temperatūra neviršija leistinos vertės, izoliacijos šiluminis susidėvėjimas kaupiasi labai lėtai. Tačiau kylant temperatūrai izoliacijos susidėvėjimas smarkiai padidėja. Praktiškai manoma, kad izoliacijos perkaitimas kas 8 ° C sumažina jos tarnavimo laiką per pusę. Taigi variklis su medvilnės apvijų izoliacija esant vardinei apkrovai ir šildymo temperatūrai iki 105 ° C gali dirbti apie 15 metų, kai perkraunamas ir temperatūra pakyla iki 145 ° C, variklis suges po 1,5 mėnesio.

Pagal GOST elektros inžinerijoje naudojamos izoliacinės medžiagos pagal atsparumą karščiui skirstomos į septynias klases, kiekvienai iš kurių nustatoma maksimali leistina temperatūra (1 lentelė).

Leistinas variklio apvijos temperatūros perviršis virš aplinkos temperatūros (SSRS priimamas + 35 ° C) Y atsparumo karščiui klasėje yra 55 ° C, A klasei - 70 ° C, B klasei - 95 ° C. , I klasei – 145 °C, G klasei virš 155 °C.Tam tikro variklio temperatūros kilimas priklauso nuo jo apkrovos dydžio ir darbo režimo. Esant žemesnei nei 35 ° C aplinkos temperatūrai, variklį galima apkrauti virš vardinės galios, tačiau taip, kad izoliacijos šildymo temperatūra neviršytų leistinų ribų.

Medžiagos charakteristika Atsparumo karščiui klasė Didžiausia leistina temperatūra, ° C Neimpregnuoti medvilniniai audiniai, verpalai, popierius ir pluoštinės medžiagos iš celiuliozės ir šilko Y 90 Tos pačios medžiagos, bet impregnuotos rišikliais A 105 Kai kurios sintetinės organinės plėvelės E 120 Žėrutis, asbestas ir medžiagos stiklo pluošto, kurio sudėtyje yra organinių rišiklių V 130 Tos pačios medžiagos kartu su sintetiniais rišikliais ir impregnuojančiomis medžiagomis F 155 Tos pačios medžiagos, bet kartu su siliciu, organiniais rišikliais ir impregnavimo junginiais H 180 Žėrutis, keraminės medžiagos, stiklas, kvarcas, asbestas, naudojami be rišiklių arba su neorganiniais rišikliais G daugiau nei 180

Remiantis žinomu šilumos B kiekiu, išsiskiriančiu varikliui veikiant, galima apskaičiuoti variklio temperatūros perteklių τ° C virš aplinkos temperatūros, t.y. perkaitimo temperatūra

čia A yra variklio šilumos perdavimas, J / deg • s; e yra natūraliųjų logaritmų bazė (e = 2,718); C yra variklio šiluminė galia, J / miestas; τО- pradinis variklio temperatūros padidėjimas esant τ.

Pastovios būsenos variklio temperatūrą τу galima gauti iš ankstesnės išraiškos, kai τ = ∞... Tada τу = Q / А... Esant τо = 0, lygybė (2) įgyja formą

Tada pažymime santykį C / A iki T

čia T yra šildymo laiko konstanta, s.

Kaitinimo konstanta yra laikas, per kurį variklis įkaista iki pastovios temperatūros, kai šiluma neperduoda aplinkai. Esant šilumos perdavimui, šildymo temperatūra bus mažesnė ir lygi

Laiko konstantą galima rasti grafiškai (1 pav., a). Norėdami tai padaryti, nuo koordinačių pradžios nubrėžiama liestinė, kol ji susikerta su horizontalia tiesia linija, einančia per tašką a, atitinkančią stacionaraus šildymo temperatūrą. Segmentas ss bus lygus T, o segmentas ab bus lygus laikui Ty, per kurį variklis pasiekia pastovią temperatūrą τу… Paprastai laikoma, kad ji yra lygi 4T.

Šildymo konstanta priklauso nuo vardinės variklio galios, jo greičio, konstrukcijos ir aušinimo būdo, bet nepriklauso nuo jo apkrovos dydžio.

Ryžiai. 1. Variklio šildymo ir aušinimo kreivės: a — grafinis šildymo konstantos apibrėžimas; b — šildymo kreivės esant skirtingoms apkrovoms

Jei variklis po įkaitimo yra atjungtas nuo tinklo, nuo to momento jis nebegamina šilumos, o susikaupusi šiluma toliau sklaidosi į aplinką, variklis atvėsta.

Aušinimo lygtis turi formą

ir kreivė parodyta fig. 1, a.

Išraiškoje To yra aušinimo laiko konstanta. Jis skiriasi nuo šildymo konstantos T, nes ramybės būsenos variklio šilumos perdavimas skiriasi nuo veikiančio variklio šilumos perdavimo.Lygybė įmanoma, kai nuo tinklo atjungtas variklis turi išorinę ventiliaciją. Paprastai aušinimo kreivė yra plokštesnė nei šildymo kreivė. Varikliams su išoriniu oro srautu To yra maždaug 2 kartus didesnis nei T. Praktiškai galime daryti prielaidą, kad po laiko intervalo nuo 3To iki 5To variklio temperatūra tampa lygi aplinkos temperatūrai.

Teisingai parinkus vardinę variklio galią, pastovi perkaitimo temperatūra turi būti lygi leistinam temperatūros kilimui τadd, atitinkančiam apvijos laido izoliacijos klasę. Skirtingos to paties variklio apkrovos P1 <P2 <P3 atitinka tam tikrus nuostolius ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 ir nustatytos perkaitimo temperatūros reikšmes (1 pav., b). Esant vardinei apkrovai, variklis gali veikti ilgą laiką be pavojingo perkaitimo, o kai apkrova padidės iki leistino perjungimo laiko, ji bus ne didesnė kaip t2, o esant galiai ne didesnė kaip t3.

Remdamiesi tuo, kas išdėstyta aukščiau, galime pateikti tokį variklio vardinės galios apibrėžimą. Variklio vardinė galia yra veleno galia, kuriai esant jo apvijos temperatūra viršija aplinkos temperatūrą dydžiu, atitinkančiu priimtus perkaitimo standartus.