การทำความร้อนและความเย็นของมอเตอร์ไฟฟ้า

การกำหนดกำลังของมอเตอร์ไฟฟ้าอย่างถูกต้องสำหรับเครื่องตัดโลหะ กลไก และเครื่องจักรต่างๆ มีความสำคัญอย่างยิ่ง ด้วยพลังงานไม่เพียงพอจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้ความสามารถในการผลิตของเครื่องจักรอย่างเต็มที่เพื่อดำเนินการตามกระบวนการทางเทคโนโลยีที่วางแผนไว้ หากพลังงานไม่เพียงพอ มอเตอร์ไฟฟ้าจะล้มเหลวก่อนเวลาอันควร

การประเมินกำลังของมอเตอร์ไฟฟ้าสูงเกินไปจะนำไปสู่การจ่ายไฟน้อยเกินไปอย่างเป็นระบบ และเป็นผลให้ใช้งานมอเตอร์ได้ไม่สมบูรณ์ การทำงานมีประสิทธิภาพต่ำและใช้ตัวประกอบกำลังเพียงเล็กน้อย (สำหรับมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส) นอกจากนี้ เมื่อมีการประเมินกำลังของเครื่องยนต์สูงเกินไป ต้นทุนของทุนและการดำเนินงานจะเพิ่มขึ้น

พลังงานที่ต้องใช้ในการทำงานของเครื่องจักร และดังนั้น พลังงานที่พัฒนาโดยมอเตอร์ไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงานของเครื่องจักร โหลดของมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถกำหนดลักษณะได้จากกราฟโหลด (รูปที่ 1) ซึ่งขึ้นอยู่กับกำลังจากเพลามอเตอร์ แรงบิด หรือกระแสตรงเวลาหลังจากเสร็จสิ้นการประมวลผลชิ้นงาน เครื่องจะหยุดทำงาน วัดชิ้นงาน และเปลี่ยนชิ้นงาน กำหนดการโหลดซ้ำอีกครั้ง (เมื่อประมวลผลชิ้นส่วนประเภทเดียวกัน)

เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานปกติภายใต้โหลดแบบแปรผัน มอเตอร์ไฟฟ้าต้องพัฒนาพลังงานที่ต้องการสูงสุดระหว่างการประมวลผลและไม่ร้อนเกินไประหว่างการทำงานต่อเนื่องตามตารางโหลดนี้ มอเตอร์ไฟฟ้าเกินพิกัดที่อนุญาตจะพิจารณาจากคุณสมบัติทางไฟฟ้า

ข้าว. 1. โหลดกำหนดการเมื่อตัดเฉือนชิ้นส่วนประเภทเดียวกัน

เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน การสูญเสียพลังงาน (และพลังงาน)ทำให้มันร้อนขึ้น พลังงานส่วนหนึ่งที่มอเตอร์ไฟฟ้าใช้ไปนั้นใช้ไปกับการให้ความร้อนแก่ขดลวด เพื่อให้ความร้อนแก่วงจรแม่เหล็กของ ฮิสเทรีซิส และกระแสน้ำวนที่มีแรงเสียดทานและแรงเสียดทานของอากาศ การสูญเสียความร้อนของขดลวดตามสัดส่วนกำลังสองของกระแสเรียกว่า ตัวแปร (ΔРtrans)... การสูญเสียที่เหลืออยู่ในมอเตอร์ขึ้นอยู่กับภาระเล็กน้อยและเรียกว่าค่าคงที่ตามอัตภาพ (ΔRpos)

ความร้อนที่อนุญาตของมอเตอร์ไฟฟ้านั้นพิจารณาจากวัสดุที่ทนความร้อนได้น้อยที่สุดในการก่อสร้าง วัสดุนี้เป็นฉนวนของขดลวด

ต่อไปนี้ใช้สำหรับป้องกันเครื่องใช้ไฟฟ้า:

• ผ้าฝ้ายและผ้าไหม เส้นด้าย กระดาษ และวัสดุอินทรีย์ที่เป็นเส้นใยที่ไม่ชุบด้วยสารที่เป็นฉนวน (ชั้นทนความร้อน U)

• วัสดุเดียวกัน อาบซึม (คลาส A)

• ฟิล์มอินทรีย์สังเคราะห์ (คลาส E);

• วัสดุจากแร่ใยหิน ไมกา ไฟเบอร์กลาสพร้อมสารประสานอินทรีย์ (คลาส B);

• เหมือนกันแต่มีสารยึดเกาะสังเคราะห์และสารทำให้ชุ่ม (คลาส F)

• วัสดุชนิดเดียวกัน แต่มีตัวประสานซิลิกอนและสารทำให้ชุ่ม (คลาส H)

• ไมกา เซรามิก แก้ว ควอตซ์ที่ไม่มีสารยึดเกาะหรือสารยึดเกาะอนินทรีย์ (คลาส C)

ชั้นฉนวน U, A, E, B, F, H ตามลำดับอนุญาตให้มีอุณหภูมิสูงสุดที่ 90, 105, 120, 130, 155, 180 ° C อุณหภูมิจำกัดของชั้น C เกิน 180 ° C และถูกจำกัดโดยคุณสมบัติของ วัสดุที่ใช้.

ด้วยภาระที่เท่ากันของมอเตอร์ไฟฟ้า ความร้อนจะไม่สม่ำเสมอในอุณหภูมิแวดล้อมที่แตกต่างกัน อุณหภูมิการออกแบบ t0 ของสภาพแวดล้อมคือ 40 ° C ที่อุณหภูมินี้จะมีการกำหนดค่าพลังงานเล็กน้อยของมอเตอร์ไฟฟ้า การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของมอเตอร์ไฟฟ้าเหนืออุณหภูมิโดยรอบเรียกว่าความร้อนสูงเกินไป:

การใช้ฉนวนสังเคราะห์กำลังขยายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฉนวนซิลิกอนซิลิกอนช่วยให้เครื่องจักรไฟฟ้ามีความน่าเชื่อถือสูงเมื่อทำงานในสภาพอากาศร้อนชื้น

ความร้อนที่เกิดขึ้นในส่วนต่าง ๆ ของเครื่องยนต์ส่งผลต่อความร้อนของฉนวนในระดับที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ การแลกเปลี่ยนความร้อนยังเกิดขึ้นระหว่างส่วนต่างๆ ของมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงจะขึ้นอยู่กับสภาวะโหลด

ความร้อนที่แตกต่างกันของชิ้นส่วนแต่ละส่วนของมอเตอร์ไฟฟ้าและการถ่ายเทความร้อนระหว่างกันทำให้การศึกษาเชิงวิเคราะห์ของกระบวนการยุ่งยากขึ้น ดังนั้นเพื่อความเรียบง่าย จึงมีข้อสันนิษฐานตามเงื่อนไขว่ามอเตอร์ไฟฟ้าเป็นตัวนำความร้อนที่เป็นเนื้อเดียวกันและนำความร้อนได้ไม่จำกัด เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าความร้อนที่มอเตอร์ไฟฟ้าปล่อยออกมาสู่สิ่งแวดล้อมนั้นเป็นสัดส่วนกับความร้อนยิ่งยวดในกรณีนี้ การแผ่รังสีความร้อนจะถูกละเลยเนื่องจากอุณหภูมิความร้อนสัมบูรณ์ของมอเตอร์ต่ำ พิจารณากระบวนการให้ความร้อนของมอเตอร์ไฟฟ้าภายใต้สมมติฐานที่กำหนด

เมื่อทำงานในมอเตอร์ไฟฟ้า dq ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในช่วงเวลา dt ส่วนหนึ่งของความร้อน dq1 นี้ถูกดูดซับโดยมวลของมอเตอร์ไฟฟ้า อันเป็นผลให้อุณหภูมิ t และความร้อนสูงเกินไป τ ของมอเตอร์เพิ่มขึ้น ความร้อนที่เหลืออยู่ dq2 จะถูกปล่อยออกจากเครื่องยนต์สู่สิ่งแวดล้อม จึงเขียนสมการได้

เมื่ออุณหภูมิเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น ความร้อน dq2 จะเพิ่มขึ้น เมื่อค่าความร้อนสูงเกินค่าหนึ่ง ความร้อนจะถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมมากเท่ากับที่ปล่อยออกมาในมอเตอร์ไฟฟ้า จากนั้น dq = dq2 และ dq1 = 0 อุณหภูมิของมอเตอร์ไฟฟ้าหยุดเพิ่มขึ้นและความร้อนสูงเกินไปถึงค่าคงที่ที่ τу

ภายใต้สมมติฐานข้างต้นสามารถเขียนสมการได้ดังนี้

โดยที่ Q คือพลังงานความร้อนเนื่องจากการสูญเสียในมอเตอร์ไฟฟ้า J / s; เอ — การถ่ายเทความร้อนจากเครื่องยนต์ เช่น ปริมาณความร้อนที่เครื่องยนต์ปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมต่อหน่วยเวลาที่ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเครื่องยนต์กับสิ่งแวดล้อม 1oC, J / s-deg; C คือความจุความร้อนของมอเตอร์ เช่น ปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของเครื่องยนต์ 1 ° C, J / องศา

เรามีการแยกตัวแปรในสมการ

เรารวมด้านซ้ายของความเท่าเทียมกันในช่วงจากศูนย์ถึงค่าปัจจุบันของเวลา t และด้านขวาในช่วงจากความร้อนสูงเกินไปเริ่มต้น τ0 ของมอเตอร์ไฟฟ้าจนถึงค่าปัจจุบันของความร้อนสูงเกินไป τ:

การแก้สมการสำหรับ τ เราได้สมการสำหรับการทำความร้อนมอเตอร์ไฟฟ้า:

ให้เราแสดง C / A = T และกำหนดขนาดของอัตราส่วนนี้:

ข้าว. 2. เส้นโค้งที่แสดงความร้อนของมอเตอร์ไฟฟ้า

ข้าว. 3. การกำหนดค่าคงที่เวลาทำความร้อน

เรียกว่าปริมาณ T ซึ่งมีมิติของมอเตอร์ไฟฟ้าคงที่เวลาทำความร้อน ตามสัญกรณ์นี้ สมการความร้อนสามารถเขียนใหม่ได้เป็น

ดังที่คุณเห็นจากสมการ เมื่อเราได้รับ — ค่าความร้อนยวดยิ่งในสถานะคงตัว

เมื่อโหลดของมอเตอร์ไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง ปริมาณการสูญเสียจะเปลี่ยนไป ดังนั้นค่าของ Q จึงส่งผลให้ค่าของ τу เปลี่ยนไป

ในรูป 2 แสดงกราฟความร้อน 1, 2, 3 ที่สอดคล้องกับสมการสุดท้ายสำหรับค่าโหลดต่างๆ เมื่อ τу เกินค่าของความร้อนสูงเกินไปที่อนุญาต τn การทำงานต่อเนื่องของมอเตอร์ไฟฟ้าจะไม่เป็นที่ยอมรับ จากสมการและกราฟ (รูปที่ 2) การเพิ่มขึ้นของความร้อนยิ่งยวดจะไม่แสดงอาการ

เมื่อเราแทนค่า t = 3T ลงในสมการ เราจะได้ค่า τ ที่น้อยกว่า τy ประมาณ 5% ดังนั้นในช่วงเวลา t = 3T กระบวนการให้ความร้อนจึงถือว่าสมบูรณ์

หาก ณ จุดใดก็ตามที่มีเส้นโค้งความร้อน (รูปที่ 3) คุณวาดเส้นสัมผัสกับเส้นโค้งความร้อน จากนั้นวาดเส้นแนวตั้งผ่านจุดเดียวกัน จากนั้นให้กำหนดส่วนของเส้นกำกับ ซึ่งปิดระหว่างเส้นสัมผัสกับเส้นแนวตั้งบนสเกล ของแกน abscissa เท่ากับ T ถ้าเราใช้ Q = 0 ในสมการ เราจะได้สมการการระบายความร้อนของมอเตอร์:

เส้นโค้งการทำความเย็นแสดงในรูปที่ 4 สอดคล้องกับสมการนี้

ค่าคงที่เวลาของการทำความร้อนถูกกำหนดโดยขนาดของมอเตอร์ไฟฟ้าและรูปแบบการป้องกันจากอิทธิพลของสิ่งแวดล้อม สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าพลังงานต่ำแบบเปิดและได้รับการป้องกัน เวลาในการทำความร้อนคือ 20-30 นาที สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้ากำลังสูงแบบปิดจะถึง 2-3 ชั่วโมง

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น ทฤษฎีการให้ความร้อนของมอเตอร์ไฟฟ้าดังกล่าวเป็นเพียงค่าประมาณและอยู่บนสมมติฐานคร่าวๆ ดังนั้น กราฟความร้อนที่วัดได้จากการทดลองจึงแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากทฤษฎี ถ้าสำหรับจุดต่าง ๆ ของเส้นโค้งการให้ความร้อนจากการทดลอง โครงสร้างที่แสดงในรูปที่ 3 ปรากฎว่าค่าของ T เพิ่มขึ้นตามเวลาที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นการคำนวณทั้งหมดที่ทำตามสมการควรได้รับการพิจารณาโดยประมาณ ในการคำนวณเหล่านี้ ขอแนะนำให้ใช้ค่าคงที่ T ที่กำหนดแบบกราฟิกสำหรับจุดเริ่มต้นของเส้นโค้งความร้อน ค่า T นี้มีค่าน้อยที่สุดและเมื่อใช้งาน จะให้กำลังของเครื่องยนต์ในระดับหนึ่ง

ข้าว. 4. เส้นโค้งการระบายความร้อนของเครื่องยนต์

กราฟการทำความเย็นที่วัดได้จากการทดลองแตกต่างจากกราฟทางทฤษฎีมากกว่ากราฟการทำความร้อน ค่าคงที่ของเวลาในการทำความเย็นที่สอดคล้องกับการดับเครื่องยนต์นั้นยาวนานกว่าค่าคงที่ของเวลาในการทำความร้อนอย่างมาก เนื่องจากการถ่ายเทความร้อนที่ลดลงในกรณีที่ไม่มีการระบายอากาศ