تدفئة وتبريد المحركات الكهربائية

إن التحديد الصحيح لقوة المحركات الكهربائية لآلات وآليات وآلات قطع المعادن المختلفة له أهمية كبيرة. مع عدم كفاية الطاقة ، من المستحيل استخدام القدرات الإنتاجية للآلة بشكل كامل ، لتنفيذ العملية التكنولوجية المخطط لها. إذا كانت الطاقة غير كافية ، فسوف يفشل المحرك الكهربائي قبل الأوان.

يؤدي المبالغة في تقدير قوة المحرك الكهربائي إلى انخفاض الشحن المنتظم ، ونتيجة لذلك ، الاستخدام غير الكامل للمحرك ، وتشغيله بكفاءة منخفضة وعامل طاقة صغير (للمحركات غير المتزامنة). أيضًا ، عندما يتم المبالغة في تقدير قوة المحرك ، تزداد تكاليف رأس المال والتشغيل.

تتغير الطاقة المطلوبة لتشغيل الماكينة ، وبالتالي الطاقة التي يولدها المحرك الكهربائي ، أثناء تشغيل الماكينة. يمكن تمييز الحمل على محرك كهربائي من خلال الرسم البياني للحمل (الشكل 1) ، وهو اعتماد القوة من عمود المحرك أو عزم الدوران أو التيار في الوقت المحدد.بعد الانتهاء من معالجة قطعة العمل ، تتوقف الآلة ، ويتم قياس قطعة العمل ، ويتم استبدال قطعة العمل. ثم يتكرر جدول التحميل مرة أخرى (عند معالجة أجزاء من نفس النوع).

لضمان التشغيل العادي في ظل مثل هذا الحمل المتغير ، يجب أن يطور المحرك الكهربائي أعلى طاقة مطلوبة أثناء المعالجة وألا يسخن أثناء التشغيل المستمر وفقًا لجدول الحمل هذا. يتم تحديد الحمل الزائد المسموح به للمحركات الكهربائية من خلال خصائصها الكهربائية.

أرز. 1. قم بتحميل الجدول الزمني عند تشغيل نفس النوع من الأجزاء

عندما يكون المحرك قيد التشغيل ، الطاقة (والطاقة)مما يؤدي إلى تسخينها. يتم إنفاق جزء من الطاقة التي يستهلكها المحرك الكهربائي على تسخين لفاته وتسخين الدائرة المغناطيسية لـ التخلفية والتيارات الدوامية التي تحمل الاحتكاك والاحتكاك الجوي. تسمى الفقد الحراري للملفات ، بما يتناسب مع مربع التيار ، المتغير (ΔРtrans) ... الخسائر المتبقية في المحرك تعتمد قليلاً على حملها وتسمى تقليديًا الثوابت (ΔРpos).

يتم تحديد التسخين المسموح به لمحرك كهربائي من خلال أقل المواد مقاومة للحرارة في بنائه. هذه المادة هي عزل ملفها.

يستخدم ما يلي لعزل الآلات الكهربائية:

• الأقمشة القطنية والحريرية والغزول والورق والمواد العضوية الليفية غير المشبعة بمركبات عازلة (فئة مقاومة الحرارة U) ؛

• نفس المواد ، مشربة (صنف أ) ؛

• أغشية عضوية تركيبية (فئة E) ؛

• مواد من الأسبستوس والميكا والألياف الزجاجية مع مواد رابطة عضوية (الفئة ب) ؛

• نفس الشيء ، ولكن مع مواد رابطة تركيبية وعوامل تشريب (فئة F) ؛

• نفس المواد ، ولكن مع مواد رابطة السيليكون وعوامل التشريب (الفئة H) ؛

• الميكا والسيراميك والزجاج والكوارتز بدون مواد رابطة أو مع مواد رابطة غير عضوية (فئة ج).

تسمح فئات العزل U ، A ، E ، B ، F ، H على التوالي بدرجات حرارة قصوى تبلغ 90 ، 105 ، 120 ، 130 ، 155 ، 180 درجة مئوية. المواد المستخدمة.

مع نفس الحمل على المحرك الكهربائي ، سيكون تسخينه غير متساوٍ في درجات الحرارة المحيطة المختلفة. درجة حرارة التصميم t0 للبيئة هي 40 درجة مئوية ، عند درجة الحرارة هذه ، يتم تحديد قيم الطاقة الاسمية للمحركات الكهربائية. تسمى الزيادة في درجة حرارة المحرك الكهربائي فوق درجة الحرارة المحيطة بالسخونة الزائدة:

يتوسع استخدام العزل الصناعي. على وجه الخصوص ، تضمن عوازل السيليكون السيليكون موثوقية عالية للآلات الكهربائية عند العمل في الظروف الاستوائية.

تؤثر الحرارة المتولدة في أجزاء مختلفة من المحرك على تسخين العزل بدرجات مختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يحدث التبادل الحراري بين الأجزاء الفردية للمحرك الكهربائي ، والتي تتغير طبيعتها حسب ظروف الحمل.

يؤدي التسخين المختلف للأجزاء الفردية للمحرك الكهربائي ونقل الحرارة بينها إلى تعقيد الدراسة التحليلية للعملية. لذلك ، من أجل التبسيط ، يُفترض بشكل مشروط أن المحرك الكهربائي هو جسم متجانس حراريًا وغير متناهٍ في توصيل الحرارة. يُعتقد عمومًا أن الحرارة المنبعثة من المحرك الكهربائي إلى البيئة تتناسب مع الحرارة الزائدة.في هذه الحالة ، يتم إهمال الإشعاع الحراري لأن درجات حرارة التسخين المطلقة للمحركات منخفضة. ضع في اعتبارك عملية تسخين المحرك الكهربائي وفقًا للافتراضات المحددة.

عند العمل في المحرك الكهربائي ، يتم تحرير الحرارة dq خلال الوقت dt. يتم امتصاص جزء من هذه الحرارة dq1 بواسطة كتلة المحرك الكهربائي ، ونتيجة لذلك تزداد درجة الحرارة t والسخونة الزائدة τ للمحرك. يتم إطلاق الحرارة المتبقية dq2 من المحرك إلى البيئة. وبالتالي يمكن كتابة المساواة

مع زيادة درجة حرارة المحرك ، تزداد الحرارة dq2. عند قيمة معينة من ارتفاع درجة الحرارة ، سيتم إعطاء قدر كبير من الحرارة للبيئة كما يتم إطلاقه في المحرك الكهربائي ؛ ثم dq = dq2 و dq1 = 0. تتوقف درجة حرارة المحرك الكهربائي عن الزيادة وتصل درجة الحرارة الزائدة إلى قيمة ثابتة تبلغ τу.

في ظل الافتراضات المذكورة أعلاه ، يمكن كتابة المعادلة على النحو التالي:

حيث Q هي الطاقة الحرارية بسبب الخسائر في المحرك الكهربائي ، J / s ؛ أ- انتقال الحرارة من المحرك أي كمية الحرارة التي يطلقها المحرك في البيئة لكل وحدة زمنية عند اختلاف درجة الحرارة بين المحرك والبيئة بمقدار 1 درجة مئوية ، J / s-deg ؛ C هي السعة الحرارية للمحرك ، أي كمية الحرارة المطلوبة لزيادة درجة حرارة المحرك بمقدار 1 درجة مئوية ، J / deg.

لدينا فصل المتغيرات في المعادلة

نقوم بدمج الجانب الأيسر من المساواة في النطاق من صفر إلى بعض القيمة الحالية للوقت t والجانب الأيمن في النطاق من السخونة الزائدة الأولية τ0 للمحرك الكهربائي إلى القيمة الحالية لارتفاع درجة الحرارة τ:

لحل معادلة τ ، نحصل على معادلة لتسخين محرك كهربائي:

دعونا نشير إلى C / A = T ونحدد أبعاد هذه النسبة:

أرز. 2. منحنيات تميز تسخين المحرك الكهربائي

أرز. 3. تحديد زمن التسخين بشكل ثابت

يطلق عليه الكمية T ، والتي لها أبعاد وقت تسخين المحرك الكهربائي الثابت. وفقًا لهذا الترميز ، يمكن إعادة كتابة معادلة التسخين كـ

كما ترون من المعادلة ، عندما نحصل على - قيمة حرارة فائقة ثابتة.

عندما يتغير الحمل على المحرك الكهربائي ، يتغير مقدار الخسائر وبالتالي قيمة Q. وهذا يؤدي إلى تغيير في قيمة τу.

في التين. يوضح الشكل 2 منحنيات التسخين 1 ، 2 ، 3 المقابلة للمعادلة الأخيرة لقيم الحمل المختلفة. عندما تتجاوز قيمة السخونة الزائدة المسموح بها ، فإن التشغيل المستمر للمحرك الكهربائي غير مقبول. على النحو التالي من المعادلة والرسوم البيانية (الشكل 2) ، فإن الزيادة في ارتفاع درجة الحرارة مقاربة.

عندما نستبدل القيمة t = 3T في المعادلة ، نحصل على قيمة τ وهي أقل بنسبة 5٪ تقريبًا من τy. وبالتالي ، خلال الفترة الزمنية t = 3T ، يمكن اعتبار عملية التسخين كاملة عمليًا.

إذا قمت في أي نقطة مع منحنى التسخين (الشكل 3) برسم ظل لمنحنى التسخين ، فقم برسم عمودي من خلال نفس النقطة ، ثم المقطع دي من خط التقارب ، مغلقًا بين الظل والرأسي ، على المقياس لمحور الإحداثي يساوي T. إذا أخذنا Q = 0 في المعادلة ، نحصل على معادلة تبريد المحرك:

منحنى التبريد الموضح في الشكل. 4 ، يتوافق مع هذه المعادلة.

يتم تحديد ثابت وقت التسخين بحجم المحرك الكهربائي وشكل حمايته من التأثيرات البيئية. بالنسبة للمحركات الكهربائية منخفضة الطاقة المفتوحة والمحمية ، فإن وقت التسخين هو 20-30 دقيقة. بالنسبة للمحركات الكهربائية المغلقة عالية الطاقة ، فإنها تصل إلى 2-3 ساعات.

كما ذكر أعلاه ، فإن النظرية المعلنة لتسخين المحرك الكهربائي تقريبية وتستند إلى افتراضات تقريبية. لذلك ، يختلف منحنى التسخين المقاس تجريبيًا اختلافًا كبيرًا عن المنحنى النظري. إذا ، بالنسبة لنقاط مختلفة من منحنى التسخين التجريبي ، فإن البناء الموضح في الشكل. 3 ، اتضح أن قيم T تزداد مع زيادة الوقت. لذلك ، يجب اعتبار جميع الحسابات التي يتم إجراؤها وفقًا للمعادلة تقريبية. يُنصح في هذه الحسابات باستخدام الثابت T المحدد بيانياً لنقطة بداية منحنى التسخين. هذه القيمة من T هي الأصغر ، وعند استخدامها ، توفر هامشًا معينًا من قوة المحرك.

أرز. 4. منحنى تبريد المحرك

يختلف منحنى التبريد المقاس تجريبياً عن المنحنى النظري أكثر من منحنى التسخين. يكون ثابت وقت التبريد المقابل لإيقاف تشغيل المحرك أطول بكثير من وقت التسخين الثابت بسبب انخفاض نقل الحرارة في حالة عدم وجود تهوية.