Нагрев и охлаждение двигателей

Потери энергии в двигателе реализуются в виде нагрева тех частей двигателя, в которых они выделяются, т. е. обмоток, коллектора, магнитопровода. Возрастание температуры этих частей благодаря теплопроводности вызывает передачу тепла остальным частям двигателя. При превышении температурой двигателя температуры окружающей среды начинается процесс теплоотдачи в окружающую среду, интенсивность которого увеличивается пропорционально разности температур. Процесс нагрева заканчивается при температуре двигателя, когда все тепло, выделяющееся в двигателе, отдается в окружающую среду.

Отключение двигателя от сети прекращает тепловыделение в двигателе и наступает процесс постепенного отвода запасенного тепла в окружающую среду – идет процесс охлаждения двигателя, который прекращается после снижения температуры всех его частей до температуры окружающей среды.

Так как процесс нагрева и охлаждения неоднородного тела двигателя является сложным, в инженерной практике используют упрощенную тепловую модель двигателя, основанную на ряде допущений:

1) электродвигатель представлен в виде однородного тело с одинаковой теплоемкостью по всему объему и одинаковой теплоотдачей по всей поверхности машины;

2) теплоемкость и теплоотдача не зависят от температуры.

С учетом этого можно записать уравнение теплового баланса двигателя для некоторого интервала времени:

, (10.2)

где: ∆P- “ греющие потери”, Вт, т.е. потери без учета выделяющегося тепла во внешних добавочных сопротивлениях двигателя; А – коэффициент теплоотдачи, Вт/°С; С – теплоемкость двигателя, Дж/°С, τ = t°_дв – t°_ос, перегрев двигателя, т.е. превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды, °С.

Разделив (10.2) на A·dt, получим дифференциальное уравнение нагрева двигателя:

(10.3)

где: T_м = C/A – тепловая постоянная времени;

t_уст = D Р/А – установившееся значение превышения температуры.

В установившемся режиме все тепло, выделяющееся в двигателе, отдается в окружающую среду ∆P=A·τ_уст. Отсюда при τ_уст=∆P/A решение уравнения (10.3) при р₁=-1/Т_м и начальных условиях при t=0, τ=τ_нач и постояннойинтегрирования В=τ_нач-τ_уст имеет вид:

(10.4)

При отключении двигателя от сети в процессе охлаждения двигателя его превышение температуры изменяется при τ_нач=τ_уст и τ_уст=0 из (10.4):

(10.5)

Зависимость τ = f(t) представлена на рис.10.1 в виде переходных процессов апериодического звена, отличающихся постоянными времени перегрева и охлаждения, и тем самым длительностью процессов.

Рис.10.1 Переходные процессы перегрева и охлаждения двигателя

Значения Т_н (нагрева) изменяются в широких пределах: для двигателей небольшой мощности Т_н составляет десятки минут, для мощных двигателей возрастает до нескольких часов и зависти от продолжительности работы в установившемся режиме работы. Длительность процессов охлаждения существенно зависит от условий охлаждения двигателя (T_н<T_o). Если двигатель охлаждается вентилятором, установленным на его валу, то при отключении двигателя движение охлаждающего воздуха снижается до уровня, определяемого естественной вентиляцией и время охлаждения существенно возрастает.

Используемые методы расчета или выбора мощности электропривода по нагреву определяются режимом работы и типом двигателя.

Дата добавления: 2015-07-15