Pemanasan dan pendinginan motor listrik

Penentuan yang benar dari kekuatan motor listrik untuk berbagai mesin, mekanisme, dan mesin pemotong logam sangatlah penting. Dengan daya yang tidak mencukupi, tidak mungkin untuk sepenuhnya menggunakan kemampuan produksi mesin, untuk melaksanakan proses teknologi yang direncanakan. Jika daya tidak mencukupi, motor listrik akan mati sebelum waktunya.

Menaksir terlalu tinggi daya motor listrik menyebabkan pengisian daya yang sistematis dan, akibatnya, penggunaan motor yang tidak lengkap, pengoperasiannya dengan efisiensi rendah dan faktor daya kecil (untuk motor asinkron). Juga, ketika tenaga mesin dibesar-besarkan, modal dan biaya operasi meningkat.

Daya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan mesin, dan oleh karena itu daya yang dikembangkan oleh motor listrik, berubah selama pengoperasian mesin. Beban pada motor listrik dapat dicirikan dengan grafik beban (Gbr. 1), yaitu ketergantungan daya dari poros motor, torsi atau arusnya terhadap waktu.Setelah selesai memproses benda kerja, mesin dihentikan, benda kerja diukur, dan benda kerja diganti. Jadwal pemuatan kemudian diulangi lagi (saat memproses komponen dengan jenis yang sama).

Untuk memastikan operasi normal di bawah beban variabel seperti itu, motor listrik harus mengembangkan daya yang dibutuhkan tertinggi selama pemrosesan dan tidak terlalu panas selama operasi berkelanjutan sesuai dengan jadwal beban ini. Kelebihan motor listrik yang diizinkan ditentukan oleh sifat kelistrikannya.

Beras. 1. Muat jadwal saat pemesinan jenis komponen yang sama

Saat mesin hidup, kerugian energi (dan daya).menyebabkannya menjadi panas. Bagian dari energi yang dikonsumsi oleh motor listrik dihabiskan untuk memanaskan belitannya, untuk memanaskan sirkuit magnetik histeresis dan arus eddy membawa gesekan dan gesekan udara. Kehilangan panas belitan, sebanding dengan kuadrat arus, disebut variabel (ΔРtrans)... Kerugian yang tersisa di motor sedikit bergantung pada bebannya dan secara konvensional disebut konstanta (ΔРpos).

Pemanasan yang diizinkan dari motor listrik ditentukan oleh bahan yang paling tidak tahan panas dari konstruksinya. Bahan ini adalah isolasi koilnya.

Berikut ini digunakan untuk mengisolasi mesin listrik:

• kain katun dan sutera, benang, kertas dan bahan organik berserat yang tidak diresapi dengan senyawa insulasi (kelas tahan panas U);

• bahan yang sama, diresapi (kelas A);

• film organik sintetik (kelas E);

• bahan dari asbes, mika, fiberglass dengan pengikat organik (kelas B);

• sama, tetapi dengan pengikat sintetik dan zat peresapan (kelas F);

• bahan yang sama, tetapi dengan pengikat silikon dan zat peresapan (kelas H);

• mika, keramik, kaca, kuarsa tanpa pengikat atau dengan pengikat anorganik (kelas C).

Kelas isolasi U, A, E, B, F, H masing-masing memungkinkan suhu maksimum 90, 105, 120, 130, 155, 180 ° C. Batas suhu kelas C melebihi 180 ° C dan dibatasi oleh sifat-sifat dari bahan yang digunakan.

Dengan beban yang sama pada motor listrik, pemanasannya tidak merata pada suhu sekitar yang berbeda. Suhu desain t0 lingkungan adalah 40 ° C. Pada suhu ini ditentukan nilai daya nominal motor listrik Kenaikan suhu motor listrik di atas suhu sekitar disebut panas berlebih:

Penggunaan isolasi sintetis semakin meluas. Secara khusus, insulasi silikon silikon memastikan keandalan mesin listrik yang tinggi saat beroperasi dalam kondisi tropis.

Panas yang dihasilkan di berbagai bagian mesin memengaruhi pemanasan isolasi pada derajat yang berbeda. Selain itu, pertukaran panas terjadi antara masing-masing bagian motor listrik, yang sifatnya berubah tergantung pada kondisi beban.

Pemanasan yang berbeda dari masing-masing bagian motor listrik dan perpindahan panas di antara keduanya memperumit studi analitik dari proses tersebut. Oleh karena itu, untuk kesederhanaan, diasumsikan secara kondisional bahwa motor listrik adalah benda penghantar panas yang homogen secara termal dan tak terhingga. Secara umum diyakini bahwa panas yang dilepaskan oleh motor listrik ke lingkungan sebanding dengan panas berlebih.Dalam hal ini, radiasi termal diabaikan karena suhu pemanasan absolut motor rendah. Pertimbangkan proses pemanasan motor listrik di bawah asumsi yang diberikan.

Saat bekerja di motor listrik, panas dq dilepaskan selama waktu dt. Bagian dari panas dq1 ini diserap oleh massa motor listrik, akibatnya suhu t dan panas berlebih τ motor meningkat. Panas yang tersisa dq2 dilepaskan dari mesin ke lingkungan. Dengan demikian persamaannya dapat ditulis

Saat suhu mesin meningkat, panas dq2 meningkat. Pada nilai panas berlebih tertentu, sebanyak panas yang dilepaskan ke lingkungan akan dilepaskan dalam motor listrik; maka dq = dq2 dan dq1 = 0. Temperatur motor listrik berhenti naik dan panas berlebih mencapai nilai stasioner τу.

Berdasarkan asumsi di atas, persamaan dapat ditulis sebagai berikut:

dimana Q adalah daya termal akibat rugi-rugi pada motor listrik, J / s; A - perpindahan panas dari mesin, mis. jumlah kalor yang dilepaskan mesin ke lingkungan per satuan waktu pada perbedaan temperatur antara mesin dan lingkungan sebesar 1oC, J/s-deg; C adalah kapasitas termal motor, mis. jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu mesin sebesar 1°C, J/deg.

Memisahkan variabel dalam persamaan, kita miliki

Kami mengintegrasikan sisi kiri persamaan dalam rentang dari nol hingga beberapa nilai waktu t saat ini dan sisi kanan dalam rentang dari panas awal τ0 motor listrik hingga nilai panas berlebih saat ini τ:

Memecahkan persamaan untuk τ, kami memperoleh persamaan untuk memanaskan motor listrik:

Mari kita nyatakan C / A = T dan tentukan dimensi rasio ini:

Beras. 2. Kurva yang mencirikan pemanasan motor listrik

Beras. 3. Penentuan konstanta waktu pemanasan

Ini disebut besaran T, yang memiliki dimensi waktu pemanasan motor listrik konstan. Sesuai dengan notasi ini, persamaan pemanasan dapat ditulis ulang sebagai

Seperti yang dapat Anda lihat dari persamaan, ketika kita mendapatkan — nilai superheat kondisi-mapan.

Ketika beban pada motor listrik berubah, jumlah rugi-rugi berubah dan karenanya nilai Q. Hal ini menyebabkan perubahan nilai τу.

Dalam gambar. 2 menunjukkan kurva pemanasan 1, 2, 3 yang sesuai dengan persamaan terakhir untuk nilai beban yang berbeda. Ketika τу melebihi nilai panas berlebih yang diizinkan τn, operasi motor listrik yang berkelanjutan tidak dapat diterima. Sebagai berikut dari persamaan dan grafik (Gbr. 2), peningkatan superheat bersifat asimtotik.

Saat kita mengganti nilai t = 3T ke dalam persamaan, kita mendapatkan nilai τ yang kira-kira hanya 5% lebih kecil dari τy. Dengan demikian, selama waktu t = 3T, proses pemanasan secara praktis dapat dianggap selesai.

Jika pada titik mana pun dengan kurva pemanasan (Gbr. 3) Anda menggambar garis singgung ke kurva pemanasan, kemudian menggambar vertikal melalui titik yang sama, maka segmen de dari asimtot, ditutup antara garis singgung dan vertikal, pada skala dari sumbu absis sama dengan T. Jika kita mengambil Q = 0 dalam persamaan, kita mendapatkan persamaan pendinginan motor:

Kurva pendinginan yang ditunjukkan pada Gambar. 4, sesuai dengan persamaan ini.

Konstanta waktu pemanasan ditentukan oleh ukuran motor listrik dan bentuk perlindungannya terhadap pengaruh lingkungan. Untuk motor listrik berdaya rendah terbuka dan terlindungi, waktu pemanasan adalah 20-30 menit. Untuk motor listrik berdaya tinggi tertutup, mencapai 2-3 jam.

Seperti disebutkan di atas, teori pemanasan motor listrik yang dinyatakan adalah perkiraan dan berdasarkan asumsi kasar. Oleh karena itu, kurva pemanasan yang diukur secara eksperimental berbeda secara signifikan dari yang teoretis. Jika, untuk berbagai titik kurva pemanasan eksperimental, konstruksi yang ditunjukkan pada Gambar. 3, ternyata nilai T bertambah dengan bertambahnya waktu. Oleh karena itu, semua perhitungan yang dibuat menurut persamaan harus dianggap sebagai perkiraan. Dalam perhitungan ini disarankan untuk menggunakan konstanta T yang ditentukan secara grafis untuk titik awal kurva pemanasan. Nilai T ini adalah yang terkecil dan, saat digunakan, memberikan margin tenaga mesin tertentu.

Beras. 4. Kurva pendinginan mesin

Kurva pendinginan yang diukur secara eksperimental berbeda dari kurva teoritis bahkan lebih dari kurva pemanasan. Konstanta waktu pendinginan yang sesuai dengan mesin mati secara signifikan lebih lama daripada konstanta waktu pemanasan karena berkurangnya perpindahan panas tanpa adanya ventilasi.