• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Класифікація діелектриків за нагрівостійкістю

Згідно з ГОСТ 8865—70, за нагрівостійкістю електроізоляційні матеріали, що застосовуються в електричних машинах, трансформаторах і апаратах, поділяють на сім класів: У – волокнисті матеріали з целюлози, бавовни і натурального шовку, не просочені і не занурені в рідкий електроізоляційний матеріал; А – ці ж матеріали та матеріали з штучного і синтетичного шовку, в робочому стані просочені або занурені в рідкий електроізоляційний матеріал; Е – синтетичні органічні матеріали (плівки, волокна, смоли, компаунди тощо); В –матеріали на основі слюди, азбесту і скловолокна, що застосовуються з органічними з'єднувальними і просочувальними сполуками; F – ці ж матеріали в поєднанні з синтетичними з'єднувальними і просочувальними сполуками, що відповідають даному класу нагрівостійкості; Н – ці ж матеріали в поєднанні з кремнійорганічними з'єднувальними і просочувальними сполуками, кремнійорганічні еластомери; С – слюда, керамічні матеріали, скло, кварц або їх комбінації, що застосовуються без сполучних або з неорганічними і елементоорганічними сполуками. Гранично допустимі температури нагрівання електроізоляційних мате­ріалів цих класів відповідно становлять: 90, 105, 120, 130, 155, 180 і вище 180°С. До кожного з них належать також інші матеріали або прості сполучення матеріалів, для яких на основі практичного досвіду або дослідженнями встановлено, що вони можуть працювати при температурі, яка відповідає даному класу. Нагрівання вище за гранично допустиму температуру призводить, до передчасного старіння і руйнування ізоляційного матеріалу, а використання його при значно нижчих температурах економічно невигідне. Тому потужність, яку може розвивати електродвигун, обмежується гранично допустимою температурою нагрівання ізоляції його обмоток. Чим вища ця температура (клас ізоляції), тим більшу потужність може розвивати двигун.

Температура нагрівання ізоляції обмоток двигуна, що працює з заданим навантаженням, знижується при збільшенні віддачі теплоти в навколишнє середовище. Тому чим більшу тепловіддачу має двигун, тим більшу потужність він може розвивати. Тепловіддача двигуна залежить від ступеня захищеності його від впливу навколишнього середовища (відкритий, захищений, закритий) та способу охолодження (з самовентиляцією, з незалежною вентиляцією і т. д.).

Визначення номінальної потужності електродвигунів, які випускаються нашою промисловістю, виконано виходячи з умови, що температура охолоджувального середовища постійна і становить 40 °С, а усталена після тривалої роботи з номінальним навантаженням температура ізоляції обмоток двигуна дорівнює гранично допустимій, тобто:

де Θ_у.ном.с – усталена температура нагрівання ізоляції обмоток двигуна при номінальному навантаженні і стандартній температурі охолоджувального середовища (40 °С); Θ_доп – гранично допустима температура нагрівання для класу ізоляції, використаної у двигуні; τ_у.ном – усталене перевищення температури ізоляції при номінальному навантаженні.

При температурі охолоджувального середовища, вищій від стандартної (Θ_серед1 > Θ_серед._с). і номінальному навантаженні усталена температура нагрівання Θ_у.ном1 буде вищою від гранично допустимої Θ_доп, тобто

внаслідок чого ізоляція прискорено «старітиме» і строк служби двигуна скоротиться. Щоб не допустити цього, треба зменшити його навантаження.

Якщо температура охолоджувального середовища нижча від стандартної (Θ_серед1 < Θ_серед._с), то при номінальному навантаженні усталена температура нагрівання Θ_у.ном2 буде нижчою від гранично допустимої Θ_доп, тобто

У цьому випадку теплостійкість ізоляції буде використана недостатньо, що економічно невигідно. Усунути цей недолік можна збільшенням навантаження двигуна понад номінальне.

Потужність, яку може розвивати двигун при заданій нестандартній температурі охолоджувального середовища, можна визначити за формулою

де – коефіцієнт завантаження двигуна при нестандартній температурі охолоджуючого середовища; ΔΘ_серєд = 40 – Θ_серед – відхилення температури охолоджувального середовища від стандартної, °С; τ_доп = Θ_доп – 40 – допустиме перевищення температури ізоляції, °С; α=ΔР_пос/ΔР_зм.ном – відношення постійних втрат потужності у двигуні до змінних при номінальному навантаженні (коефіцієнт втрат).

При наближених розрахунках можна приймати: для двигунів постійного струму паралельного збудження α = 1; для двигунів постійного струму послідовного збудження α = 0,5; для асинхронних двигунів α = 0,5...0,7; для синхронних двигунів α =1,5...2,0.

Нагрівання і охолодження електродвигунів

У процесі перетворення електричної енергії на механічну частина її втрачається в електродвигуні, виділяючись у вигляді теплоти. Внаслідок цього двигун нагрівається і температура його підвищується. Якби не було віддачі теплоти в охолоджувальне середовище, температура двигуна стала б дуже високою. В реальних умовах, при температурі електродвигуна вищій від температури охолоджувального середовища, частина теплоти віддається двигуном у це середовище. Віддавання теплоти збільшується з ростом температури двигуна. Тому через якийсь час кількість теплоти, що виділяється за одиницю часу в електродвигуні, дорівнює кількості теплоти, яка віддається за той самий час в охолоджувальне середовище.

Настає так званий тепловий баланс двигуна. При цьому зростання температури двигуна після досягнення певного усталеного значення припиняється. Величина усталеної температури залежить головним чином від навантаження двигуна та умов охолодження його. Чим більше навантаження, тим більше енергії витрачається на нагрівання двигуна і тим вищу при однакових інших умовах усталену температуру він має. Підвищення інтенсивності охолодження двигуна при заданому навантаженні сприяє поліпшенню використання активних матеріалів, які в ньому використані, і зниженню усталеної температури нагрівання.

Процес нагрівання електродвигуна характеризується залежністю перевищення його температури над температурою охолоджувального середовища від часу τ = f (t),яку називають рівнянням нагрівання двигуна. Оскільки окремі частини електродвигуна виготовлені з різних матеріалів, що мають неоднакову теплоємність, теплопровідність та тепловіддачу і працюють у різних умовах, точний аналітичний вираз цієї залежності одержати практично неможливо.

Закономірність нагрівання двигуна можна установити наближено, зробивши такі припущення:

1)двигун є однорідним тілом з нескінченно великою теплопровідністю, тому температура в усіх його точках у будь-який час однакова;

2)температура охолоджувального середовища постійна;

3)тепловіддача в охолоджувальне середовище прямо пропорціональна перевищенню температури двигуна над температурою охолоджувального середовища;

4)втрати енергії у двигуні і його теплоємність не залежать від температури.

При цьому рівняння теплового балансу двигуна за нескінченно малий проміжок часу можна записати так:

де , і – відповідно кількість теплоти (енергії), яка за нескінченно малий проміжок часу dtвиділяється у двигуні, віддається в охолоджувальне середовище і витрачається на підвищення температури двигуна, Дж; ΔР – втрати потужності у двигуні, Вт; А – тепловіддача двигуна (кількість теплоти, яка віддається двигуном в охолоджувальне середовище за одиницю часу при різниці температур 1 °С, Дж/°С · с); τ – перевищення температури двигуна над температурою охолоджувального середовища, °С; С – теплоємність двигуна (кількість теплоти, яку потрібно надати двигуну для підвищення його температури на 1 °С), Дж/°С.

Розв'язавши рівняння відносно τ, одержимо рівняння нагрівання двигуна

де τ_поч – початкове перевищення температури двигуна, °С.

В тому випадку, коли на початку нагрівання двигуна його температура дорівнює температурі охолоджуючого середовища (τ_поч = 0), рівняння нагрівання матиме такий вигляд:

Аналіз рівнянь і показує, що при постійному навантаженні і незмінних умовах тепловіддачі перевищення темпера­тури двигуна з часом експоненціально зростає і за нескінченно тривалий час t = ∞ досягає свого усталеного значення

Відношення С/Ає постійною величиною, яка характеризує швидкість нагрівання і називається сталою часу нагрівання електродвигуна, тобто

де Т_н, – стала часу нагрівання, с.

Враховуючи формули і , рівняння нагрівання і остаточно записують так:

Згідно з ГОСТ 17154—71, сталою часу нагрівання електродвигуна називають час, протягом якого при нагріванні з віддачею теплоти в охолоджувальне середовище перевищення його температури, змінюючись за експоненціальним законом, зростає від нуля до значення, що дорівнює 0,632 усталеного.

В цьому легко переконатися, підставивши в рівняння замість біжучого значення часу t сталу часу нагрівання Т_н. В результаті підстановки матимемо τ = 0,632 τ_у.

На початку процесу нагрівання τ зростає інтенсивніше, ніж у кінці. Практично можна вважати, що двигун досягає усталеної температури за час, який дорівнює (3...5)Т_Н, оскільки вже при τ = 3Т_н перевищення температури двигуна над температурою охолоджувального середовища досягає 0,95τ_у, а при τ = 5τ_у дорівнює 0,995 Т_н. Практично усталеною вважають температуру, зміна якої при постійних значеннях навантаження і температури охолоджувального середовища протягом 1 год не перевищує 1 °С.

Графічне зображення залежностей і показано на рис. 1 (1– при наявності τ_поч; 2 – при τ_поч = 0). Реальна крива нагрівання двигуна 3,одержана експериментально, відрізняється від теоретичної (експоненти). На початку процесу нагрівання за реальною кривою τ зростає швидше, ніж за експонентою. Експериментальна крива наближається до експоненти тільки при τ >> (0,5...0,6)τ_у. Пояснюється це тим, що у реальному двигуні на початку процесу нагрівання температура міді завдяки порівняно, невеликій масі, високій теплопровідності та великим втратам енергії в ній підвищується інтенсивніше, ніж температура сталі, маса і поверхня охолодження якої великі, а теплопровідність порівняно з міддю менша. Тільки через якийсь час, коли температура міді стане вищою від температури сталі і під дією перепаду температур. теплота від міді передаватиметься до сталі, підвищення температури міді сповільниться, а сталі – зросте. В результаті в кінці процесу експериментальна крива нагрівання наблизиться до теоретичної.

Рис. 1. Криві нагрівання і охолодження електродвигуна

Рис. 2. Визначення сталої часу нагрівання

Сталу часу нагрівання електродвигуна можна визначити (рис. 2), користуючись кривою нагрівання і усталеним перевищенням температури двигуна над температурою охолоджувального середовища, методом дотичної до кривої нагрівання або методом трьох точок.

За кривою нагрівання і τ_у сталу часу нагрівання визначають так. З початку координат на осі τ відкладають відрізок, що відповідає 0,632 τ_у, і з одержаної точки проводять пряму, паралельну осі t,до перетину з кривою нагрівання, в точці А.Потім з точки А проводять пряму, паралельну осі τ, до перетину з віссю t в точці В. Величина Т_н визначається відрізком OВ.

Для визначення сталої часу нагрівання методом дотичної треба в будь-якій точці (рис. 2, точка С) провести дотичну до кривої нагрівання і перпендикуляр до асимптоти. Відрізок, що відтинається на асимптоті перпендикуляром і дотичною, відповідає сталій часу нагрівання Т_н.

За методом трьох точок (див. рис. 2) сталу часу нагрівання електродвигуна визначають, користуючись формулою

Величина сталої часу нагрівання залежить від маси двигуна і умов його охолодження. Чим більша маса двигуна, тим більша стала часу його нагрівання. При однакових масах меншу сталу має двигун з кращими умовами тепловіддачі.

При вимиканні з електричної мережі або зниженні навантаження електродвигун охолоджується. При цьому виділення в ньому теплоти відповідно припиняється або зменшується, а віддавання її в охолоджувальне середовище триває доти, доки перевищення температури двигуна не стане дорівнювати нулю (при вимиканні) або не досягне нового, нижчого від усталеного значення (при зниженні навантаження).

Залежність перевищення температури двигуна від часу при його охолодженні називають рівнянням охолодження двигуна. Аналітичний вираз цієї залежності для вимкненого з електромережі двигуна можна одержати з рівняння , підставивши в нього замість τ_у, τ_поч і Т_н відповідно значення усталеного т_у._ох = 0 і початкового τ_{поч. ох} перевищень температури двигуна при охолодженні та сталої часу охолодження (де А_ох – тепловіддача двигуна при охолодженні). В результаті підстановки матимемо:

Криві охолодження, що відповідають цьому рівнянню, показані на рис. 1 (4 – при Т_ох >Т_н, 5 – при Т_ох = Т_н). При Т_ох = Т_н крива охолодження є дзеркальним відображенням кривої нагрівання. Це має місце у двигунах з незалежною вентиляцією. У двигунах із самовентиляцією стала часу охолодження в 2...З рази більша від сталої часу нагрівання, що пояснюється погіршенням умов тепловіддачі.

Сталою часу охолодження електродвигуна називають час, протягом якого при охолодженні перевищення його температури, змінюючись за експоненціальним законом, досягає значення, що дорівнює 0,368 початкового. Дійсно, якщо в рівняння замість tпідставити Т_ох, одержимо τ = 0,368τ_поч._ох.

Читайте також:

1. II. Класифікація видатків та кредитування бюджету.
2. V. Класифікація і внесення поправок
3. V. Класифікація рахунків
4. А. Структурно-функціональна класифікація нирок залежно від ступеню злиття окремих нирочок у компактний орган.
5. Адміністративні провадження: поняття, класифікація, стадії
6. Аналітичні процедури внутрішнього аудиту та їх класифікація.
7. Банківська платіжна картка як засіб розрахунків. Класифікація платіжних карток
8. Банківський кредит та його класифікація.
9. Банківські ресурси, їх види та класифікація
10. Будівельна класифікація ґрунтів
11. Будівельні домкрати, їх призначення, класифікація та конструкція.
12. Будівельні лебідки, їх призначення, класифікація та конструкція.

Переглядів: 3566