الظروف الحرارية وقوة المحرك المقدرة

عند تشغيل المحرك الكهربائي ، فإنه يخسر تغطية أي جزء من الطاقة الكهربائية المستهلكة يتم إهداره. تحدث الخسائر في المقاومة النشطة للملفات ، في الفولاذ عندما يتغير التدفق المغناطيسي في الدائرة المغناطيسية ، وكذلك الخسائر الميكانيكية بسبب الاحتكاك في المحامل والاحتكاك للأجزاء الدوارة للآلة ضد الهواء. في النهاية ، يتم تحويل كل الطاقة المفقودة إلى طاقة حرارية ، والتي تستخدم لتسخين المحرك وتبديده في البيئة.

خسائر المحرك ثابتة ومتغيرة. تشمل الثوابت الخسائر الفولاذية والخسائر الميكانيكية في اللفات حيث يكون التيار ثابتًا وخسائر متغيرة في ملفات المحرك.

في الفترة الأولى بعد التشغيل ، تذهب معظم الحرارة المنبعثة في المحرك لزيادة درجة حرارته ، وينتقل القليل منها إلى البيئة. بعد ذلك ، مع ارتفاع درجة حرارة المحرك ، يتم نقل المزيد والمزيد من الحرارة إلى البيئة ، وهناك نقطة يتم فيها تبديد كل الحرارة المتولدة في الفضاء.ثم يتم إنشاء التوازن الحراري وزيادة توقف درجة حرارة المحرك. تسمى درجة حرارة إحماء المحرك هذه الحالة المستقرة. تظل درجة حرارة الحالة المستقرة ثابتة بمرور الوقت إذا لم يتغير حمل المحرك.

يمكن تحديد مقدار الحرارة Q التي يتم إطلاقها في المحرك في ثانية واحدة من خلال الصيغة

حيث η- كفاءة المحرك ؛ P2 هي قوة عمود المحرك.

ويترتب على الصيغة أنه كلما زاد الحمل على المحرك ، زادت الحرارة المتولدة فيه وزادت درجة حرارته الثابتة.

تظهر تجربة تشغيل المحركات الكهربائية أن السبب الرئيسي لخللها هو ارتفاع درجة حرارة اللف. طالما أن درجة حرارة العزل لا تتجاوز القيمة المسموح بها ، فإن التآكل الحراري للعزل يتراكم ببطء شديد. ولكن مع ارتفاع درجة الحرارة ، يزداد تآكل العزل بشكل حاد. نعتقد عمليًا أن ارتفاع درجة حرارة العزل لكل 8 درجات مئوية يقلل من عمره إلى النصف. لذلك ، يمكن للمحرك الذي يحتوي على عازل قطني لللفات عند الحمل المقنن ودرجة حرارة التسخين التي تصل إلى 105 درجة مئوية أن يعمل لمدة 15 عامًا تقريبًا ، عند التحميل الزائد وترتفع درجة الحرارة إلى 145 درجة مئوية ، سيفشل المحرك بعد 1.5 شهر.

وفقًا لـ GOST ، يتم تقسيم المواد العازلة المستخدمة في الهندسة الكهربائية إلى سبع فئات من حيث مقاومة الحرارة ، يتم تعيين درجة الحرارة القصوى المسموح بها لكل منها (الجدول 1).

الزيادة المسموح بها لدرجة حرارة لف المحرك فوق درجة الحرارة المحيطة (في الاتحاد السوفياتي + 35 درجة مئوية مقبولة) لفئة مقاومة الحرارة Y هي 55 درجة مئوية ، للفئة A - 70 درجة مئوية ، للفئة B - 95 درجة مئوية ، للفئة I - 145 درجة مئوية ، للفئة G أعلى من 155 درجة مئوية.يعتمد ارتفاع درجة حرارة محرك معين على حجم الحمل ووضع التشغيل. عند درجة حرارة محيطة أقل من 35 درجة مئوية ، يمكن تحميل المحرك فوق طاقته المقدرة ، ولكن بحيث لا تتجاوز درجة حرارة التسخين للعزل الحدود المسموح بها.

خصائص المواد فئة المقاومة للحرارة درجة الحرارة القصوى المسموح بها ، ° C الأقمشة القطنية غير المشبعة والخيوط والورق والمواد الليفية من السليلوز والحرير Y 90 نفس المواد ، ولكنها مشربة بالمجلدات A 105 بعض الأفلام العضوية الاصطناعية E 120 Mica والأسبستوس والمواد من الألياف الزجاجية التي تحتوي على مواد رابطة عضوية V 130 نفس المواد مع مواد رابطة اصطناعية وعوامل تشريب F 155 نفس المواد ولكن مع السيليكون والمواد الرابطة العضوية ومركبات التشريب H 180 Mica ومواد السيراميك والزجاج والكوارتز والأسبستوس ، وتستخدم بدون مواد رابطة أو مع مواد رابطة غير عضوية G أكثر من 180

استنادًا إلى مقدار معروف من الحرارة المشتتة B عند تشغيل المحرك ، يمكن حساب درجة حرارة المحرك الزائدة τ درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة ، أي ارتفاع درجة الحرارة

حيث A هو انتقال حرارة المحرك ، J / deg • s ؛ البريد هو أساس اللوغاريتمات الطبيعية (e = 2.718) ؛ C هي السعة الحرارية للمحرك ، J / المدينة ؛ τО- الزيادة الأولية في درجة حرارة المحرك عند τ.

يمكن الحصول على درجة حرارة محرك الحالة الثابتة من التعبير السابق عن طريق أخذ τ = ∞ ... ثم τу = Q / А ... عند τо = 0 ، تأخذ المساواة (2) الشكل

ثم نشير إلى النسبة C / A إلى T.

حيث T هو ثابت وقت التسخين ، s.

ثابت التسخين هو الوقت الذي يستغرقه المحرك للتسخين إلى درجة حرارة ثابتة في حالة عدم انتقال الحرارة إلى البيئة. في حالة وجود انتقال للحرارة ، ستكون درجة حرارة التسخين أقل من وتساوي

يمكن إيجاد ثابت الوقت بيانياً (الشكل 1 ، أ). للقيام بذلك ، يتم رسم خط مماس من أصل الإحداثيات حتى يتقاطع مع خط أفقي مستقيم يمر عبر النقطة أ ، المقابلة لدرجة حرارة التسخين الثابت. سيكون المقطع ss مساويًا لـ T والجزء ab سيكون مساويًا للوقت Ty الذي يصل فيه المحرك إلى درجة حرارة ثابتة τу… وعادة ما يتم أخذها مساوية لـ 4T.

يعتمد ثابت التسخين على القوة المقدرة للمحرك وسرعته وتصميمه وطريقة تبريده ، ولكنه لا يعتمد على حجم حمله.

أرز. 1. منحنيات تسخين وتبريد المحرك: أ - تعريف رسومي لثابت التسخين. ب - منحنيات التسخين بأحمال مختلفة

إذا تم فصل المحرك ، بعد تسخينه ، عن الشبكة ، فمنذ تلك اللحظة لم يعد يولد حرارة ، لكن الحرارة المتراكمة تستمر في التبدد في البيئة ، يبرد المحرك.

معادلة التبريد لها الشكل

ويظهر المنحنى في الشكل. 1 ، أ.

في التعبير ، إلى هو ثابت وقت التبريد. وهو يختلف عن ثابت التسخين T لأن انتقال الحرارة من المحرك عند السكون يختلف عن انتقال الحرارة من المحرك الجاري تشغيله.يمكن تحقيق المساواة عندما يكون المحرك غير المتصل بالشبكة مزودًا بتهوية خارجية. عادة ما يكون منحنى التبريد أكثر انبساطًا من منحنى التسخين. بالنسبة للمحركات ذات التدفق الخارجي للهواء ، تكون أكبر بمرتين تقريبًا من T. عمليًا ، يمكننا أن نفترض أنه بعد فاصل زمني من 3 إلى 5 إلى ، تصبح درجة حرارة المحرك مساوية لدرجة الحرارة المحيطة.

مع الاختيار الصحيح للقوة الاسمية للمحرك ، يجب أن تكون درجة الحرارة الزائدة في الحالة المستقرة مساوية لارتفاع درجة الحرارة المسموح به بما يتوافق مع فئة العزل لسلك الملف. تتوافق الأحمال المختلفة P1 <P2 <P3 لنفس المحرك مع خسائر معينة ΔP1 <P2 <P3 وقيم درجة الحرارة الزائدة المحددة (الشكل 1 ، ب). في الحمل المقنن ، يمكن للمحرك أن يعمل لفترة طويلة دون ارتفاع درجة الحرارة الخطيرة ، بينما عندما يزيد الحمل إلى وقت التبديل المسموح به ، لن يكون أكثر من t2 ، وبطاقة لا تزيد عن t3.

بناءً على ما سبق ، يمكننا تقديم التعريف التالي للقدرة المقدرة للمحرك. القوة المقدرة للمحرك هي طاقة العمود التي تتجاوز فيها درجة حرارة لفه درجة الحرارة المحيطة بمقدار يتوافق مع معايير التسخين الزائد المقبولة.