สภาพความร้อนและกำลังเครื่องยนต์ที่กำหนด

เมื่อมอเตอร์ไฟฟ้าทำงาน จะสูญเสียพลังงานไฟฟ้าส่วนใดไปโดยเปล่าประโยชน์ การสูญเสียเกิดขึ้นในความต้านทานที่ใช้งานของขดลวดในเหล็กเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงในวงจรแม่เหล็ก เช่นเดียวกับการสูญเสียเชิงกลเนื่องจากแรงเสียดทานในตลับลูกปืนและแรงเสียดทานของชิ้นส่วนที่หมุนของเครื่องกับอากาศ ในตอนท้าย พลังงานที่สูญเสียทั้งหมดจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน ซึ่งใช้เพื่อให้ความร้อนแก่เครื่องยนต์และกระจายสู่สิ่งแวดล้อม

การสูญเสียของเครื่องยนต์นั้นคงที่และแปรผัน ค่าคงที่รวมถึงการสูญเสียเหล็กและการสูญเสียทางกลในขดลวดที่กระแสคงที่และการสูญเสียผันแปรในขดลวดมอเตอร์

ในช่วงเริ่มต้นหลังจากเปิดสวิตช์ ความร้อนส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาในเครื่องยนต์จะไปเพิ่มอุณหภูมิ และจะปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมน้อยลง จากนั้น เมื่อเครื่องยนต์มีอุณหภูมิสูงขึ้น ความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังสิ่งแวดล้อมมากขึ้นเรื่อยๆ และถึงจุดที่ความร้อนที่เกิดขึ้นทั้งหมดจะกระจายไปในอวกาศจากนั้นจะมีการสร้างสมดุลทางความร้อนและอุณหภูมิเครื่องยนต์จะหยุดทำงานเพิ่มขึ้นอีก อุณหภูมิอุ่นเครื่องของเครื่องยนต์นี้เรียกว่าสภาวะคงที่ อุณหภูมิคงที่จะคงที่ตลอดเวลาหากภาระของเครื่องยนต์ไม่เปลี่ยนแปลง

ปริมาณความร้อน Q ที่ปล่อยออกมาในเครื่องยนต์ใน 1 วินาทีสามารถกำหนดได้จากสูตร

โดยที่η- ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ P2 คือกำลังเพลามอเตอร์

ตามสูตรที่ว่ายิ่งเครื่องยนต์มีภาระมากเท่าใด ความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และอุณหภูมิขณะหยุดนิ่งก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ประสบการณ์เกี่ยวกับการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่าสาเหตุหลักของการทำงานผิดพลาดคือความร้อนสูงเกินไปของขดลวด ตราบใดที่อุณหภูมิของฉนวนไม่เกินค่าที่อนุญาต การสึกหรอทางความร้อนของฉนวนจะสะสมช้ามาก แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การสึกหรอของฉนวนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เชื่อกันจริงว่าความร้อนสูงเกินไปของฉนวนทุกๆ 8 ° C จะลดอายุการใช้งานลงครึ่งหนึ่ง ดังนั้นมอเตอร์ที่มีฉนวนของขดลวดฝ้ายที่โหลดพิกัดและอุณหภูมิความร้อนสูงถึง 105 ° C สามารถทำงานได้ประมาณ 15 ปีเมื่อโอเวอร์โหลดและอุณหภูมิสูงขึ้นถึง 145 ° C มอเตอร์จะล้มเหลวหลังจาก 1.5 เดือน

จากข้อมูลของ GOST วัสดุฉนวนที่ใช้ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าแบ่งออกเป็น 7 ชั้นในแง่ของการทนความร้อน ซึ่งแต่ละประเภทจะมีการตั้งค่าอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาต (ตารางที่ 1)

อุณหภูมิเกินที่อนุญาตของมอเตอร์ที่คดเคี้ยวเหนืออุณหภูมิแวดล้อม (ยอมรับในสหภาพโซเวียต + 35 ° C) สำหรับคลาสทนความร้อน Y คือ 55 ° C สำหรับคลาส A - 70 ° C สำหรับคลาส B - 95 ° C สำหรับคลาส I — 145 ° C สำหรับคลาส G ที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 155 ° Cอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของเครื่องยนต์นั้นขึ้นอยู่กับขนาดของโหลดและโหมดการทำงาน ที่อุณหภูมิแวดล้อมต่ำกว่า 35 ° C สามารถโหลดมอเตอร์ได้สูงกว่ากำลังไฟที่กำหนด แต่เพื่อให้อุณหภูมิความร้อนของฉนวนไม่เกินขีดจำกัดที่อนุญาต

ลักษณะเฉพาะของวัสดุ ระดับการทนความร้อน อุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาต, ° C ผ้าฝ้าย เส้นด้าย กระดาษ และวัสดุเส้นใยของเซลลูโลสและไหมที่ไม่ชุบน้ำยา Y 90 วัสดุชนิดเดียวกันแต่ชุบด้วยสารยึดเกาะ A 105 ฟิล์มอินทรีย์สังเคราะห์บางชนิด E 120 ไมกา แร่ใยหิน และวัสดุต่างๆ ของไฟเบอร์กลาสที่มีสารยึดเกาะอินทรีย์ V 130 วัสดุชนิดเดียวกันเมื่อใช้ร่วมกับสารประสานสังเคราะห์และสารทำให้ชุ่ม F 155 วัสดุชนิดเดียวกันแต่ใช้ร่วมกับซิลิกอน สารประสานอินทรีย์และสารทำให้ชุ่ม H 180 ไมกา วัสดุเซรามิก แก้ว ควอตซ์ แร่ใยหิน ใช้โดยไม่มีสารยึดเกาะ หรือมีสารยึดจับอนินทรีย์ G มากกว่า 180

ขึ้นอยู่กับปริมาณความร้อน B ที่กระจายออกไปเมื่อเครื่องยนต์ทำงาน สามารถคำนวณอุณหภูมิเครื่องยนต์ส่วนเกิน τ° C เหนืออุณหภูมิแวดล้อมได้ เช่น อุณหภูมิร้อนจัด

โดยที่ A คือการถ่ายเทความร้อนของเครื่องยนต์ J / deg • s; e เป็นฐานของลอการิทึมธรรมชาติ (e = 2.718); C คือความจุความร้อนของเครื่องยนต์ J / เมือง τО- อุณหภูมิเครื่องยนต์ที่เพิ่มขึ้นเริ่มต้นที่ τ

อุณหภูมิเครื่องยนต์คงที่ τу สามารถหาได้จากนิพจน์ก่อนหน้าโดยรับ τ = ∞... จากนั้น τу = Q / А... ที่ τо = 0 ความเสมอภาค (2) จะอยู่ในรูปแบบ

จากนั้นเราแสดงอัตราส่วน C / A ถึง T

โดยที่ T คือค่าคงที่เวลาทำความร้อน s

ค่าคงที่การทำความร้อนคือเวลาที่เครื่องยนต์ใช้ในการทำความร้อนจนถึงอุณหภูมิคงที่ในกรณีที่ไม่มีการถ่ายเทความร้อนสู่สิ่งแวดล้อม เมื่อมีการถ่ายเทความร้อน อุณหภูมิความร้อนจะน้อยกว่าและเท่ากับ

สามารถดูค่าคงที่ของเวลาได้แบบกราฟิก (รูปที่ 1, a) ในการทำเช่นนี้ เส้นสัมผัสจะถูกวาดจากจุดกำเนิดของพิกัดจนกระทั่งตัดกับเส้นตรงแนวนอนที่ผ่านจุด a ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิของความร้อนที่อยู่นิ่ง ส่วน ss จะเท่ากับ T และส่วน ab จะเท่ากับเวลา Ty ในระหว่างที่เครื่องยนต์มีอุณหภูมิคงที่ τу… โดยปกติจะเท่ากับ 4T

ค่าคงที่ในการทำความร้อนขึ้นอยู่กับกำลังไฟของมอเตอร์ ความเร็ว การออกแบบ และวิธีการทำความเย็น แต่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของโหลด

ข้าว. 1. เส้นโค้งความร้อนและความเย็นของเครื่องยนต์: a — คำจำกัดความแบบกราฟิกของค่าคงที่ความร้อน b — เส้นโค้งความร้อนที่โหลดต่างกัน

หากเครื่องยนต์ถูกตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่ายหลังจากที่เครื่องยนต์ร้อนขึ้น จากช่วงเวลานั้นเครื่องยนต์จะไม่สร้างความร้อนอีกต่อไป แต่ความร้อนที่สะสมยังคงกระจายสู่สิ่งแวดล้อม เครื่องยนต์จะเย็นลง

สมการการทำความเย็นมีรูปแบบ

และเส้นโค้งจะแสดงในรูป 1, ก.

ในนิพจน์ To คือค่าคงที่เวลาทำความเย็น มันแตกต่างจากค่าคงที่ความร้อน T เนื่องจากการถ่ายเทความร้อนจากเครื่องยนต์ที่เหลือแตกต่างจากการถ่ายเทความร้อนจากเครื่องยนต์ที่กำลังทำงานอยู่ความเท่าเทียมกันเป็นไปได้เมื่อเครื่องยนต์ตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่ายมีการระบายอากาศภายนอก โดยปกติแล้วเส้นโค้งการทำความเย็นจะแบนกว่าเส้นโค้งการทำความร้อน สำหรับเครื่องยนต์ที่มีการไหลเวียนของอากาศภายนอก To จะมากกว่า T ประมาณ 2 เท่า ในทางปฏิบัติ เราสามารถสันนิษฐานได้ว่าหลังจากช่วงเวลา 3To ถึง 5To อุณหภูมิของเครื่องยนต์จะเท่ากับอุณหภูมิแวดล้อม

ด้วยการเลือกกำลังมอเตอร์ที่ถูกต้อง อุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปในสภาวะคงที่ควรเท่ากับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาต τเพิ่มซึ่งสอดคล้องกับชั้นฉนวนของขดลวด โหลดที่แตกต่างกัน P1 <P2 <P3 ของเครื่องยนต์เดียวกันสอดคล้องกับการสูญเสียบางอย่าง ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 และค่าของอุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปที่กำหนด (รูปที่ 1, b) ที่โหลดพิกัด มอเตอร์สามารถทำงานได้เป็นเวลานานโดยไม่มีความร้อนสูงเกินไปที่เป็นอันตราย ในขณะที่โหลดเพิ่มขึ้นจนถึงเวลาเปลี่ยนที่อนุญาต มอเตอร์จะไม่เกิน t2 และกำลังไม่เกิน t3

จากข้อมูลข้างต้น เราสามารถให้คำนิยามของกำลังเครื่องยนต์ที่กำหนดได้ดังต่อไปนี้ กำลังพิกัดของมอเตอร์คือกำลังเพลาที่อุณหภูมิของขดลวดเกินอุณหภูมิโดยรอบเป็นจำนวนที่สอดคล้องกับมาตรฐานความร้อนสูงเกินไปที่ยอมรับ