Condiciones térmicas y potencia nominal del motor

Cuando el motor eléctrico funciona, pierde para cubrir qué parte de la energía eléctrica consumida se desperdicia. Se producen pérdidas en la resistencia activa de los devanados, en el acero cuando cambia el flujo magnético en el circuito magnético, así como pérdidas mecánicas por rozamiento en los cojinetes y rozamiento de las partes giratorias de la máquina contra el aire. Al final, toda la energía perdida se convierte en energía térmica, que se utiliza para calentar el motor y disiparse en el medio ambiente.

Las pérdidas del motor son constantes y variables. Las constantes incluyen pérdidas de acero y pérdidas mecánicas en los devanados donde la corriente es constante y pérdidas variables en los devanados del motor.

En el período inicial después del encendido, la mayor parte del calor liberado en el motor se destina a aumentar su temperatura y menos al medio ambiente. Luego, a medida que aumenta la temperatura del motor, se transfiere más y más calor al medio ambiente y llega un punto en el que todo el calor generado se disipa al espacio.Entonces se establece el equilibrio térmico y se detiene el aumento adicional de la temperatura del motor. Esta temperatura de calentamiento del motor se denomina estado estacionario. La temperatura de estado estable permanece constante a lo largo del tiempo si la carga del motor no cambia.

La cantidad de calor Q que se libera en el motor en 1 s se puede determinar mediante la fórmula

donde η- eficiencia del motor; P2 es la potencia del eje del motor.

De la fórmula se deduce que cuanto mayor es la carga sobre el motor, más calor se genera en él y mayor es su temperatura estacionaria.

La experiencia con el funcionamiento de los motores eléctricos muestra que la causa principal de su mal funcionamiento es el sobrecalentamiento del devanado. Siempre que la temperatura del aislamiento no supere el valor admisible, el desgaste térmico del aislamiento se acumula muy lentamente. Pero a medida que aumenta la temperatura, el desgaste del aislamiento aumenta considerablemente. Prácticamente creo que el sobrecalentamiento del aislamiento por cada 8ºC reduce su vida a la mitad. Entonces, un motor con aislamiento de algodón de los devanados a carga nominal y temperatura de calentamiento de hasta 105 ° C puede funcionar durante aproximadamente 15 años, cuando se sobrecarga y la temperatura sube a 145 ° C, el motor fallará después de 1,5 meses.

Según GOST, los materiales aislantes utilizados en ingeniería eléctrica se dividen en siete clases en términos de resistencia al calor, para cada una de las cuales se establece la temperatura máxima permitida (Tabla 1).

El exceso permisible de la temperatura del devanado del motor por encima de la temperatura ambiente (en la URSS se acepta + 35 ° C) para la clase de resistencia al calor Y es 55 ° C, para la clase A — 70 ° C, para la clase B — 95 ° C , para clase I — 145 °C, para clase G por encima de 155 °C.El aumento de temperatura de un motor determinado depende de la magnitud de su carga y modo de funcionamiento. A una temperatura ambiente inferior a 35 °C, el motor puede cargarse por encima de su potencia nominal, pero de forma que la temperatura de calentamiento del aislamiento no sobrepase los límites admisibles.

Característica del material Clase de resistencia al calor Temperatura máxima admisible, °C Tejidos, hilos, papel y materiales fibrosos de celulosa y seda de algodón no impregnados Y 90 Los mismos materiales, pero impregnados con aglutinantes A 105 Algunas películas orgánicas sintéticas E 120 Mica, amianto y materiales de fibra de vidrio con aglutinantes orgánicos V 130 Los mismos materiales en combinación con aglutinantes sintéticos y agentes de impregnación F 155 Los mismos materiales pero en combinación con silicona, aglutinantes orgánicos y compuestos de impregnación H 180 Mica, materiales cerámicos, vidrio, cuarzo, amianto, utilizados sin aglutinantes o con ligantes inorgánicos G más de 180

Sobre la base de una cantidad conocida de calor B disipado cuando el motor está en marcha, se puede calcular un exceso de temperatura del motor τ° C por encima de la temperatura ambiente, es decir temperatura de sobrecalentamiento

donde A es la transferencia de calor del motor, J / grado • s; e es la base de los logaritmos naturales (e = 2,718); C es la capacidad térmica del motor, J / ciudad; τО- el aumento inicial de la temperatura del motor en τ.

La temperatura del motor en estado estacionario τу se puede obtener de la expresión anterior tomando τ = ∞... Entonces τу = Q / А... En τо = 0, la igualdad (2) toma la forma

Entonces denotamos la relación C / A a T

donde T es la constante de tiempo de calentamiento, s.

La constante de calentamiento es el tiempo que tarda el motor en calentarse hasta alcanzar la temperatura de estado estable en ausencia de transferencia de calor al medio ambiente. En presencia de transferencia de calor, la temperatura de calentamiento será menor e igual a

La constante de tiempo se puede encontrar gráficamente (Fig. 1, a). Para ello, se traza una recta tangente desde el origen de coordenadas hasta su intersección con una recta horizontal que pasa por el punto a, correspondiente a la temperatura de calentamiento estacionario. El segmento ss será igual a T y el segmento ab será igual al tiempo Ty durante el cual el motor alcanza una temperatura de estado estacionario τу… Suele tomarse igual a 4T.

La constante de calentamiento depende de la potencia nominal del motor, su velocidad, diseño y método de enfriamiento, pero no depende de la magnitud de su carga.

Arroz. 1. Curvas de calentamiento y enfriamiento del motor: a — definición gráfica de la constante de calentamiento; b — curvas de calentamiento a diferentes cargas

Si el motor, después de calentarse, se desconecta de la red, a partir de ese momento ya no genera calor, pero el calor acumulado sigue disipándose al ambiente, el motor se enfría.

La ecuación de enfriamiento tiene la forma

y la curva se muestra en la Fig. 1, un.

En la expresión, To es la constante de tiempo de enfriamiento. Difiere de la constante de calentamiento T porque la transferencia de calor del motor en reposo difiere de la transferencia de calor del motor en marcha.La igualdad es posible cuando el motor desconectado de la red dispone de ventilación exterior. Por lo general, la curva de enfriamiento es más plana que la curva de calefacción. Para motores con flujo de aire externo, To es aproximadamente 2 veces mayor que T. En la práctica, podemos suponer que después de un intervalo de tiempo de 3To a 5To, la temperatura del motor se vuelve igual a la temperatura ambiente.

Con una selección correcta de la potencia nominal del motor, la temperatura de sobrecalentamiento en régimen permanente debe ser igual al aumento de temperatura admisible τaddcorrespondiente a la clase de aislamiento del cable del devanado. Las diferentes cargas P1 <P2 <P3 de un mismo motor corresponden a unas pérdidas ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 y a los valores de temperatura de sobrecalentamiento establecidos (Fig. 1, b). A la carga nominal, el motor puede funcionar durante mucho tiempo sin un sobrecalentamiento peligroso, mientras que cuando la carga aumenta hasta el tiempo de conmutación permitido, no será superior a t2, y a la potencia no superior a t3.

Con base en lo anterior, podemos dar la siguiente definición de potencia nominal del motor. La potencia nominal del motor es la potencia en el eje a la cual la temperatura de su devanado excede la temperatura ambiente en una cantidad correspondiente a los estándares de sobrecalentamiento aceptados.