전기 모터의 가열 및 냉각

다양한 금속 절단기, 메커니즘 및 기계에 대한 전기 모터의 동력을 정확하게 결정하는 것이 매우 중요합니다. 전력이 충분하지 않으면 계획된 기술 프로세스를 수행하기 위해 기계의 생산 기능을 완전히 사용하는 것이 불가능합니다. 전력이 부족하면 전기 모터가 조기에 고장납니다.

전기 모터의 전력을 과대 평가하면 체계적인 과충전으로 이어지고 결과적으로 모터의 불완전한 사용, 낮은 효율 및 작은 역률(비동기 모터의 경우)로 작동합니다. 또한 엔진 출력이 과대 평가되면 자본 및 운영 비용이 증가합니다.

기계 작동에 필요한 전력, 즉 전기 모터에 의해 생성된 전력은 기계 작동 중에 변경됩니다. 전기 모터의 부하는 부하 그래프(그림 1)로 특징지을 수 있습니다. 이는 모터 샤프트의 동력, 토크 또는 시간에 따른 전류의 의존성입니다.공작물 가공이 끝나면 기계를 멈추고 공작물을 측정한 다음 공작물을 교체합니다. 그런 다음 로드 일정이 다시 반복됩니다(동일한 유형의 부품을 처리할 때).

이러한 가변 부하에서 정상적인 작동을 보장하기 위해 전기 모터는 이 부하 일정에 따라 연속 작동 중에 과열되지 않고 처리 중에 가장 필요한 전력을 개발해야 합니다. 전기 모터의 허용 과부하는 전기적 특성에 따라 결정됩니다.

쌀. 1. 같은 종류의 부품 가공시 ​​스케쥴 불러오기

엔진이 작동 중일 때, 에너지(및 전력) 손실가열하게 만듭니다. 전기 모터가 소비하는 에너지의 일부는 권선 가열, 자기 회로 가열에 소비됩니다. 히스테리시스 마찰과 공기 마찰을 수반하는 맴돌이 전류. 전류의 제곱에 비례하는 권선의 열 손실을 변수 (ΔРtrans)... 모터의 나머지 손실은 부하에 따라 약간 달라지며 일반적으로 상수 (ΔРpos)라고합니다.

전기 모터의 허용 가능한 가열은 구조의 최소 내열 재료에 의해 결정됩니다. 이 재료는 코일의 절연체입니다.

다음은 전기 기계를 절연하는 데 사용됩니다.

• 면 및 실크 직물, 원사, 종이 및 절연 화합물(내열 등급 U)이 함침되지 않은 섬유질 유기 물질;

• 함침된 동일한 재료(클래스 A);

• 합성 유기 필름(클래스 E);

• 석면, 운모, 유기 바인더가 포함된 유리 섬유 재료(클래스 B);

• 동일하지만 합성 결합제 및 함침제 사용(클래스 F);

• 동일한 재료이지만 실리콘 결합제와 함침제(클래스 H)를 사용합니다.

• 결합제가 없거나 무기 결합제가 있는 운모, 세라믹, 유리, 석영(클래스 C).

절연 등급 U, A, E, B, F, H는 각각 90, 105, 120, 130, 155, 180°C의 최대 온도를 허용합니다. 등급 C의 제한 온도는 180°C를 초과하며 특성에 의해 제한됩니다. 사용된 재료 .

전기 모터에 동일한 부하가 가해지면 다른 주변 온도에서 가열이 고르지 않게 됩니다. 환경의 설계 온도 t0은 40 ° C입니다. 이 온도에서 전기 모터의 공칭 전력 값이 결정됩니다. 전기 모터의 온도가 주변 온도보다 높아지는 것을 과열이라고합니다.

합성 단열재의 사용이 확대되고 있습니다. 특히 실리콘 실리콘 절연은 열대 조건에서 작동할 때 전기 기계의 높은 신뢰성을 보장합니다.

엔진의 다른 부분에서 발생하는 열은 단열재의 가열에 다른 정도로 영향을 미칩니다. 또한 전기 모터의 개별 부품 간에 열 교환이 발생하며 그 특성은 부하 조건에 따라 변경됩니다.

전기 모터의 개별 부품에 대한 서로 다른 가열과 이들 사이의 열 전달은 공정에 대한 분석 연구를 복잡하게 만듭니다. 따라서 단순화를 위해 전기 모터가 열적으로 균일하고 무한히 열을 전도하는 본체라고 조건부로 가정합니다. 일반적으로 전기 모터에 의해 환경으로 방출되는 열은 과열도에 비례한다고 여겨집니다.이 경우 모터의 절대 가열 온도가 낮기 때문에 열 복사가 무시됩니다. 주어진 가정하에 전기 모터의 가열 과정을 고려하십시오.

전기 모터에서 작업할 때 dt 시간 동안 열 dq가 방출됩니다. 이 열 dq1의 일부는 전기 모터의 질량에 흡수되어 모터의 온도 t와 과열 τ가 증가합니다. 나머지 열 dq2는 엔진에서 환경으로 방출됩니다. 따라서 평등을 쓸 수 있습니다

엔진 온도가 증가함에 따라 열 dq2가 증가합니다. 특정 과열 값에서 전기 모터에서 방출되는 만큼의 열이 환경에 제공됩니다. 그러면 dq = dq2 및 dq1 = 0이 됩니다. 전기 모터의 온도는 증가를 멈추고 과열은 τу의 고정 값에 도달합니다.

위의 가정 하에서 방정식은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

여기서 Q는 전기 모터의 손실로 인한 화력, J / s입니다. A - 엔진으로부터의 열 전달, 즉 엔진과 환경 사이의 온도 차이 1oC, J / s-deg에서 단위 시간당 엔진이 환경으로 방출하는 열의 양; C는 모터의 열용량, 즉 엔진 온도를 1 ° C, J / deg 높이는 데 필요한 열량.

방정식에서 변수를 분리하면

우리는 0에서 시간 t의 현재 값까지의 범위에서 등식의 왼쪽을 적분하고 전기 모터의 초기 과열 τ0에서 과열 τ의 현재 값까지의 범위에서 오른쪽을 적분합니다.

τ에 대한 방정식을 풀면 전기 모터 가열 방정식을 얻습니다.

C / A = T를 표시하고 이 비율의 차원을 결정합니다.

쌀. 2. 전기 모터의 가열을 특징짓는 곡선

쌀. 3. 가열 시정수 결정

시간 가열 시간 상수 전기 모터의 차원을 갖는 수량 T라고합니다. 이 표기법에 따라 가열 방정식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다.

방정식에서 볼 수 있듯이 정상 상태 과열 값을 얻을 때.

전기 모터의 부하가 변경되면 손실량이 변경되므로 Q 값이 변경됩니다. 이로 인해 τу 값이 변경됩니다.

무화과에서. 도 2는 다른 부하 값에 대한 마지막 방정식에 해당하는 가열 곡선 1, 2, 3을 보여줍니다. τу가 허용 과열 τn 값을 초과하면 전기 모터의 연속 작동이 허용되지 않습니다. 방정식과 그래프(그림 2)에서 다음과 같이 과열도의 증가는 점근적입니다.

값 t = 3T를 방정식에 대입하면 τy보다 약 5% 작은 τ 값을 얻습니다. 따라서 시간 t = 3T 동안 가열 공정이 실질적으로 완료된 것으로 간주할 수 있습니다.

가열 곡선(그림 3)이 있는 임의의 지점에서 가열 곡선에 접선을 그린 다음 동일한 점을 통해 수직선을 그린 다음 점근선의 세그먼트 de는 접선과 수직 사이에서 닫힙니다. 가로축의 는 T와 같습니다. 방정식에서 Q = 0을 취하면 모터 냉각 방정식을 얻습니다.

냉각 곡선은 그림 1에 나와 있습니다. 4, 이 방정식에 해당합니다.

가열 시간 상수는 전기 모터의 크기와 환경 영향에 대한 보호 형태에 따라 결정됩니다. 개방 및 보호 저전력 전기 모터의 경우 가열 시간은 20-30분입니다. 폐쇄형 고출력 전기 모터의 경우 2-3시간에 이릅니다.

위에서 언급한 바와 같이 전기 모터 가열 이론은 근사치이며 대략적인 가정을 기반으로 합니다. 따라서 실험적으로 측정된 가열 곡선은 이론적인 것과 크게 다릅니다. 실험적 가열 곡선의 다른 지점에 대해 그림 1과 같은 구성을 사용하면 3, 시간이 증가함에 따라 T의 값이 증가함을 알 수 있다. 따라서 방정식에 따라 수행된 모든 계산은 근사치로 간주되어야 합니다. 이 계산에서 가열 곡선의 시작점에 대해 그래픽으로 결정된 상수 T를 사용하는 것이 좋습니다. 이 T 값은 가장 작으며 사용 시 엔진 출력의 일정 여유를 제공합니다.

쌀. 4. 엔진 냉각 곡선

실험적으로 측정된 냉각 곡선은 가열 곡선보다 이론적인 곡선과 훨씬 더 다릅니다. 엔진 정지에 해당하는 냉각 시정수는 환기가 없을 때 감소된 열 전달로 인해 가열 시정수보다 훨씬 더 깁니다.