Теоретический раздел

Основным фактором, определяющим допустимую температуру нагрева электродвигателя, является допустимая температура изоляции его обмотки, которая по сравнению с остальными материалами применяемыми в электромашиностроении, обладает весьма невысокой нагревостойкостью. Предельная, длительно допустимая температура для наиболее распространенных в машиностроении классов изоляции V и А составляет соответственно 90° и 105°. Превышение указанных температур недопустимо, так как это ведет к разрушению изоляции и сокращению срока службы электродвигателя. Так, в условиях нормальной эксплуатации срок службы изоляции составляет 15-20 лет. При повышении температуры изоляции класса А с 90° до 100° срок службы сокращается до 8 лет, а при t=140° срок службы изоляции составляет всего 1,5 месяца.

Мощность электродвигателя, указанная на его щитке, соответствует работе при температуре окружающей среды, равной 35°С. При этом электродвигатель, загруженный на свою номинальную мощность, может работать в длительном режиме сколько угодно долго без перерыва. При температуре окружающей среды ниже стандартной (+35°С) двигатель в отдельных случаях может быть загружен выше своей номинальной мощности и наоборот, при температуре среды выше +35°С его нагрузка должна быть снижена против номинальной.

Нагревание и охлаждение двигателя

При работе электродвигателя в нем имеют место потери энергии в стали, меди и потери на трение, которые вызывают его нагревание. Процесс нагревания отдельных частей электродвигателя происходит неодинаково, так как электродвигатель представляет собой неоднородное тело и условия нагревания различных частей различны. Учет всех явлений тепловых процессов представляет весьма большие трудности. Поэтому для упрощения тепловых расчетов условно принимают, что электродвигатель представляет собой однородное в тепловом отношении тело, теплопроводность которого равна бесконечности. Кроме того, считают, что теплоотдача во внешнюю среду пропорциональна первой степени разности температур.

В соответствии с принятыми допущениями уравнение теплового баланса электродвигателя при неизменной нагрузке будет иметь следующий вид:

(l)

где Q - количество тепла, сообщаемое электродвигателю в единицу времени, кал/сек;

С - теплоёмкость тела, т.е. количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 1°, кал/град.;

А - теплоотдача тела - количество тепла, рассеиваемое поверхностью тела в секунду при разности температур тела и среды в 1°, кал/сек · град.;

- превышение температуры тела над температурой окружающей среды, в градусах.

После интегрирования выражения (1) получаем:

(2)

Постоянная интегрирования может быть найдена из начальных условий: при t=1 начальный перегрев

(3)

Подставляя значение постоянной интегрирования в (2), получим:

(4)

Обозначая в равенстве (4) и , после несложных преобразований получим уравнение, определяющее закон изменения температуры перегрева электродвигателя от времени:

(5)

Если в начальный момент температура перегрева равна нулю, уравнение нагрева принимает следующий вид:

(6)

Из анализа уравнений (5) и (6) видно, что при , т.е. - это значение установившейся температуры перегрева, которое достигается электродвигателем по истечении бесконечно большого промежутка времени.

Практически, установившейся температуры двигатель достигает за время, равное .

- называется постоянной времени нагрева.

Кривые нагрева, построенные по уравнения (5) и (6), представлены на рисунке 7.1.

Уравнение, определяющее закон изменения температуры электродвигателя при охлаждении, можно получить из уравнения (5), если подставить в него вместо температуру перегрева, с которой начинается охлаждение , вместо - температуру, до которой охлаждается электродвигатель , а вместо Т_н постоянную времени охлаждения Т₀.

После подстановки имеем:

(7)

В случае, когда охлаждение электродвигателя совершается до температуры окружающей среды , уравнение (7) приобретает вид:

(8)

Кривые охлаждения, построенные по уравнениям (7) и (8), представлены на рисунке 7.2.