Condizioni termiche e potenza nominale del motore

Quando il motore elettrico funziona, perde per coprire quale parte dell'energia elettrica consumata viene sprecata. Si verificano perdite nella resistenza attiva degli avvolgimenti, nell'acciaio quando il flusso magnetico cambia nel circuito magnetico, nonché perdite meccaniche dovute all'attrito nei cuscinetti e all'attrito delle parti rotanti della macchina contro l'aria. Alla fine, tutta l'energia persa viene convertita in energia termica, che viene utilizzata per riscaldare il motore e dissipata nell'ambiente.

Le perdite del motore sono costanti e variabili. Le costanti includono perdite di acciaio e perdite meccaniche negli avvolgimenti in cui la corrente è costante e perdite variabili negli avvolgimenti del motore.

Nel periodo iniziale dopo l'accensione, la maggior parte del calore rilasciato nel motore va ad aumentarne la temperatura e meno va all'ambiente. Quindi, con l'aumentare della temperatura del motore, sempre più calore viene trasferito nell'ambiente e arriva un punto in cui tutto il calore generato viene dissipato nello spazio.Viene quindi stabilito l'equilibrio termico e l'ulteriore aumento della temperatura del motore si arresta. Questa temperatura di riscaldamento del motore è chiamata stato stazionario. La temperatura allo stato stazionario rimane costante nel tempo se il carico del motore non cambia.

La quantità di calore Q rilasciata nel motore in 1 s può essere determinata dalla formula

dove η- efficienza del motore; P2 è la potenza dell'albero motore.

Dalla formula risulta che maggiore è il carico sul motore, più calore viene generato in esso e maggiore è la sua temperatura stazionaria.

L'esperienza con il funzionamento dei motori elettrici mostra che la causa principale del loro malfunzionamento è il surriscaldamento dell'avvolgimento. Finché la temperatura dell'isolamento non supera il valore consentito, l'usura termica dell'isolamento si accumula molto lentamente. Ma con l'aumentare della temperatura, l'usura dell'isolamento aumenta notevolmente. Praticamente credo che il surriscaldamento dell'isolamento per ogni 8 ° C ne dimezzi la vita. Quindi, un motore con isolamento in cotone degli avvolgimenti a carico nominale e temperatura di riscaldamento fino a 105 ° C può funzionare per circa 15 anni, in caso di sovraccarico e la temperatura sale a 145 ° C, il motore si guasterà dopo 1,5 mesi.

Secondo GOST, i materiali isolanti utilizzati nell'ingegneria elettrica sono suddivisi in sette classi in termini di resistenza al calore, per ciascuna delle quali è impostata la temperatura massima consentita (Tabella 1).

L'eccesso consentito della temperatura dell'avvolgimento del motore sopra la temperatura ambiente (in URSS è accettato + 35 ° C) per la classe di resistenza al calore Y è 55 ° C, per la classe A - 70 ° C, per la classe B - 95 ° C , per la classe I — 145 ° C, per la classe G superiore a 155 ° C.L'aumento di temperatura di un dato motore dipende dall'entità del suo carico e dalla modalità operativa. A una temperatura ambiente inferiore a 35 ° C, il motore può essere caricato al di sopra della sua potenza nominale, ma in modo che la temperatura di riscaldamento dell'isolamento non superi i limiti consentiti.

Caratteristiche del materiale Classe di resistenza al calore Temperatura massima consentita, °C Tessuti di cotone non impregnati, filati, carta e materiali fibrosi di cellulosa e seta Y 90 Stessi materiali, ma impregnati di leganti A 105 Alcuni film organici sintetici E 120 Mica, amianto e materiali di fibra di vetro contenente leganti organici V 130 Gli stessi materiali in combinazione con leganti sintetici e impregnanti F 155 Gli stessi materiali ma in combinazione con silicone, leganti organici e composti impregnanti H 180 Mica, materiali ceramici, vetro, quarzo, amianto, utilizzati senza leganti o con leganti inorganici G superiore a 180

Sulla base di una quantità nota di calore B dissipato quando il motore è in funzione, è possibile calcolare una temperatura del motore in eccesso τ° C rispetto alla temperatura ambiente, ovvero temperatura di surriscaldamento

dove A è il trasferimento di calore del motore, J / deg • s; e è la base dei logaritmi naturali (e = 2,718); C è la capacità termica del motore, J / città; τО- l'aumento iniziale della temperatura del motore a τ.

La temperatura del motore in regime stazionario τу può essere ottenuta dall'espressione precedente prendendo τ = ∞... Allora τу = Q / А... A τо = 0, l'uguaglianza (2) assume la forma

Quindi indichiamo il rapporto C / A a T

dove T è la costante di tempo di riscaldamento, s.

La costante di riscaldamento è il tempo impiegato dal motore per riscaldarsi fino alla temperatura di stato stazionario in assenza di trasferimento di calore all'ambiente. In presenza di trasferimento di calore, la temperatura di riscaldamento sarà inferiore e uguale a

La costante di tempo può essere trovata graficamente (Fig. 1, a). Per fare ciò, viene tracciata una linea tangente dall'origine delle coordinate fino a quando non si interseca con una linea retta orizzontale passante per il punto a, corrispondente alla temperatura del riscaldamento stazionario. Il segmento ss sarà uguale a T e il segmento ab sarà uguale al tempo Ty durante il quale il motore raggiunge una temperatura di stato stazionario τу… Di solito è preso uguale a 4T.

La costante di riscaldamento dipende dalla potenza nominale del motore, dalla sua velocità, dal design e dal metodo di raffreddamento, ma non dipende dall'entità del suo carico.

Riso. 1. Curve di riscaldamento e raffreddamento del motore: a — definizione grafica della costante di riscaldamento; b — curve di riscaldamento a diversi carichi

Se il motore, dopo essersi riscaldato, viene disconnesso dalla rete, da quel momento non genera più calore, ma il calore accumulato continua a disperdersi nell'ambiente, il motore si raffredda.

L'equazione di raffreddamento ha la forma

e la curva è mostrata in Fig. 1, un.

Nell'espressione, To è la costante di tempo di raffreddamento. Differisce dalla costante di riscaldamento T perché il trasferimento di calore dal motore a riposo differisce dal trasferimento di calore dal motore in funzione.L'uguaglianza è possibile quando il motore scollegato dalla rete dispone di ventilazione esterna. Di solito la curva di raffreddamento è più piatta della curva di riscaldamento. Per i motori con flusso d'aria esterno, To è circa 2 volte maggiore di T. In pratica, si può ipotizzare che dopo un intervallo di tempo da 3To a 5To, la temperatura del motore diventi uguale alla temperatura ambiente.

Con una corretta selezione della potenza nominale del motore, la temperatura di surriscaldamento a regime dovrebbe essere uguale all'aumento di temperatura consentito τadd corrispondente alla classe di isolamento del filo di avvolgimento. I diversi carichi P1 <P2 <P3 dello stesso motore corrispondono a determinate perdite ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 e ai valori della temperatura di surriscaldamento stabilita (Fig. 1, b). Al carico nominale, il motore può funzionare a lungo senza surriscaldamento pericoloso, mentre quando il carico aumenta fino al tempo di commutazione consentito, non sarà superiore a t2 e alla potenza non superiore a t3.

Sulla base di quanto sopra, possiamo dare la seguente definizione di potenza nominale del motore. La potenza nominale del motore è la potenza dell'albero alla quale la temperatura del suo avvolgimento supera la temperatura ambiente di una quantità corrispondente agli standard di surriscaldamento accettati.