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.
