Вопрос №6. Нагрев и охлаждение двигателей

Во время работы электродвигателя часть электриче­ской энергии преобразуется в тепловую. Это связано с потерями энергии на трение в подшипниках, на вихревые токи и перемагничивание в стали статора и ротора, а так­же в активных сопротивлениях обмоток статора и ротора.
Потери энергии в обмотках статора и ротора про­порциональны квадрату величины их токов. Ток статора и ротора пропорционален нагрузке на валу. Остальные потери в двигателе почти не зависят от нагрузки.
При неизменной нагрузке на валу в двигателе выде­ляется определенное количество теплоты в единицу вре­мени. Повышение температуры двигателя происходит неравномерно. Вначале она возрастает быстро: почти вся теплота идет на повышение температуры и лишь малое количество ее уходит в окружающую среду. Пе­репад температур (разница между температурой дви­гателя и температурой окружающего воздуха) пока еще невелик. Однако по мере увеличения температуры дви­гателя перепад возрастает и теплоотдача в окружающую среду увеличивается. Рост температуры двигателя за­медляется. Температура двигателя прекращает возрас­тать, когда вся вновь выделяемая теплота будет пол­ностью рассеиваться в окружающую среду. Такая темпе­ратура двигателя называется установившейся.
Величина установившейся температуры двигателя за­висит от нагрузки на его валу. При большой нагрузке выделяется большое количество теплоты в единицу вре­мени, значит, выше установившаяся температура двига­теля.
После отключения двигатель охлаждается. Темпера­тура его вначале понижается быстро, так как перепад ее большой, а затем по мере уменьшения перепада – медленно.

Рис. 1. Нагрев и охлаждение двигателей: о — продолжительного режима работы; б — повторно-кратковременного; в — кратковременного

Величина допустимой установившейся температуры двигателя обусловливается свойствами изоляции обмо­ток.
У большинства двигателей общего применения для изоляции обмотки используются эмали, синтетические пленки, пропитанные картоны, хлопчатобумажная пря­жа. Предельно допустимая температура нагрева этих материалов 105С. Температура обмотки двигателя при номинальной нагрузке должна быть на 20…25 °С ниже предельно допустимой величины.
Значительно более низкая температура двигателя соответствует работе его с малой нагрузкой на валу. При этом коэффициент полезного действия двигателя и коэффициент его мощности невелики.
Режимы работы электродвигателей.
Различают три основных режима работы двигателей: продолжительный, повторно-кратковременный и кратковременный. Продол­жительным называется режим работы двигателя при по­стоянной нагрузке продолжительностью не менее, чем необходимо для достижения установившейся температу­ры при неизменной температуре окружающего воздуха. Повторно-кратковременным называется такой режим работы, при котором кратковременная неизменная на­грузка чередуется с отключениями двигателя, причем во время нагрузки температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время паузы двигатель не успевает охладиться до температуры окружающего воздуха. Кратковременным называется такой режим, при котором за время нагрузки двигателя температура его не достигает установившегося значения, а за время паузы успевает охладиться до температуры окружаю­щего воздуха.
На рис. 1 изображены кривые нагрева и охлажде­ния двигателя и подводимые мощности Р для трех ре­жимов работы. Для продолжительного режима работы изображены три кривые нагрева и охлаждения 1, 2, 3(рис. 1, а), соответствующие трем различным нагруз­кам на его валу. Кривая 3 соответствует наибольшей нагрузке на валу; при этом подводимая мощность P3>P2>Pi- При повторно-кратковременном режиме двигателя (рис. 1, б) температура его за время нагрузки не достигает установившейся. Температура дви­гателя повышалась бы по пунктирной кривой, если бы время нагрузки было более длительным. Продолжитель­ность включения двигателя ограничивается 15, 25, 40 и 60% времени цикла. Продолжительность одного цикла tц принимается равной 10 мин и определяется суммой времени нагрузки N и времени паузы R, т. е.
tц = N + R
Для повторно-кратковременного режима работы вы­пускаются двигатели с продолжительностью работы ПВ 15, 25, 40 и 60% ПВ = N: (N + R) * 100%
На рис. 1, в изображены кривые нагрева и охлаж­дения двигателя при кратковременном режиме работы. Для этого режима изготовляются двигатели с длитель­ностью периода неизменной номинальной нагрузки 15, 30, 60, 90 мин.
Теплоемкость двигателя – величина значительная, поэтому нагрев его до установившейся температуры может продолжаться несколько часов. Двигатель кратко­временного режима за время нагрузки не успевает на­греться до установившейся температуры, поэтому он работает с большей нагрузкой на валу и большей под­водимой мощностью, чем такой же двигатель продол­жительного режима работы. Двигатель повторно-крат­ковременного режима работы также работает с большей нагрузкой на валу, чем такой же двигатель продолжи­тельного режима работы. Чем меньше продолжитель­ность включения двигателя, тем больше допустимая нагрузка на его валу.
Для большинства машин (компрессоры, вентилято­ры, картофелечистки и др.) применяются асинхрон­ные двигатели общего применения продолжительного режима работы. Для подъемников, кранов, кассовых аппаратов применяются двигатели повторно-кратковре­менного режима работы. Двигатели кратковременного режима работы используются для машин, применяёмых во время ремонтных работ, например электрических талей и кранов.