6.2. Нагрівання і охолодження двигунів

Втрати енергії в двигунах зумовлюють нагрівання його окремих частин. Допустимий нагрів визначає нагрівостійкість ізоляційних матеріалів. Чим більша нагрівостійкість, тим при тих же розмірах більша потужність двигуна.

Ізоляційні матеріали, які використовують в електричних маши-нах, поділяють на п’ять класів. Кожному класу відповідає допусти-ма гранична температура, при якій ізоляція не руйнується впро-довж довгого часу (15…20 років).

При перевищенні вказаних температур строк служби ізоляції значно скорочується. Так, для ізоляції класу А перевищення допус-тимої температури на 8-10 скорочує строк служби вдвічі.

Граничні температури обмоток двигунів з ізоляцією різних кла-сів досягаються при номінальному навантаженні, температурі ото-чуючого середовища 40 і при висоті над рівнем моря до 1000м. При змінному в часі навантаженні і при різній його тривалості пот-рібно знати, як швидко нагрівається і охолоджується двигун.

Якщо двигун умовно розглядати як однорідне тіло з тепловідда-чею, пропорційною першій степені різниці температур двигуна і оточуючого середовища, то рівняння теплового балансу матиме вид

, (6.5)

де – кількість теплоти, яка виділяється в двигуні за одиницю ча-су, Дж/с; – тепловіддача двигуна – кількість теплоти, яку віддає двигун в оточуюче середовище при різниці температур в 1 , Дж/с ; – перевищення температур двигуна над тем-пературою оточуючого середовища, ; – теплоємність двигуна, Дж/ .

Розділивши члени (6.5) на Adt, одержимо

, (6.6)

де – стала часу нагрівання двигуна; .

Розв’язок (6.6) при має вид експоненти (рис.6.2):

Рис.6.2. Криві нагрівання і охолодження двигуна

Після відключення самовентильова-ного двигуна від мережі процес охоло-дження описується рівнянням

, (6.8)

де – стала часу охолодження двигуна. Рівняння (6.8) є розв’язком (6.5) при .

З рис.6.2 слідує, що стала часу самовентильваного двигуна при охолодженні значно більша за сталу часу нагрівання. Це пояснюєть-ся тим, що при зупинці двигуна погіршується його тепловіддача. Коефіцієнт погіршення тепловіддачі нерухомого якоря (ротора)

, (6.9)

де , – тепловіддача відповідно при нерухомому двигуні і но-мінальній швидкості.

Наближені значення коефіцієнта двигунів різного виконання такі:

закритий з незалежною вентиляцією 1,0;

закритий без примусового охолодження 0,95...0,98;

закритий самовентильований 0,45...0,55;

самовентильований захищений 0,25...0,35.

Стала часу нагрівання самовентильованих двигунів закритого виконання малої і середньої потужності трохи менше години. Прий-нявши, що усталений температурний режим у двигунах настає при , з (6.7) знаходимо час нагрівання, який буде рівним .