НАГРЕВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Преобразование двигателем электрической энергии в механическую неизбежно сопровождается ее потерями. Потери мощности происходят на активном сопротивлении обмоток статора и ротора, при трении, в сердечнике статора и т. д. Основная доля потерь обусловлена все же потерями в обмотках статора и ротора ( закон Джоуля—Ленца: Q = PRt).
Энергия, теряемая двигателем, преобразуется в теплоту и идет на его нагревание. В момент включения двигателя в работу температура его равна температуре окружающей среды Тос. Вся теплота, выделяющаяся в электродвигателе, идет на его нагрев. В дальнейшем, с повышением температуры, теплота от двигателя начинает поступать в окружающую среду, а затем наступает момент, когда вся выделившаяся теплота рассеивается в ней. Нагрев электродвигателя заканчивается, и его температура равна установившемуся значению Тдв.
После отключения двигатель начинает охлаждаться. Однако время охлаждения больше времени нагрева, поскольку в этом случае вентилятор электродвигателя не работает.
Допустимая температура нагрева двигателя определяется классом изоляции обмотки статора. Как известно, обмотка статора выполняется из медного обмоточного провода с изоляцией в виде тонкой пленки из полимерного лака. Эта изоляция в зависимости от марки провода выдерживает нагрев не более 130 °С, после чего начинает трескаться и осыпаться. Неизолированные витки обмотки замыкаются между собой, т. е. происходит короткое замыкание питающей цепи. В этом случае говорят, что обмотка «сгорает».
Температура двигателя зависит от многих факторов: температуры окружающей среды, условий охлаждения, режимов работы двигателя и т. д. Поэтому основной критерий при выборе конкретного двигателя для электропривода — его тепловой режим (нагрев).
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Номинальным режимом работы электродвигателя называют такой режим, при котором он может работать неограниченное время. При этом температура его основных частей не должна выходить за пределы допустимых значений. Номинальный режим указывают в паспорте электродвигателя условным обозначением S1, S2, S3 и т. д. В сельском хозяйстве используют электродвигатели с тремя основными номинальными режимами работы: продолжительным S1, кратковременным S2 и повторно-кратковременным S3.
Продолжительный режим характеризуется тем, что температура двигателя при работе с постоянной нагрузкой достигает установившегося значения. Температура считается установившейся, если в течение 1 ч она увеличивается не более чем на 1 °С. В продолжительном режиме работают двигатели вентиляторов, зерноочистительных машин, молотковых дробилок и др.
При кратковременном режиме работы температура не успевает достигнуть установившегося значения, а пауза между включениями столь продолжительна, что температура двигателя снижается до температуры окружающей среды. В паспорте такого электродвигателя укавши максимально допустимое время работы, при превышении которою он выйдет из строя. В кратковременном режиме работают двигатели привода задвижек, установленных на ороси тельных трубах.
При повторно-кратковременном режиме кратковременные периоды нагрузки чередуются с непродолжительными периодами отключения двигателя. Номинальной длительностью цикла считают 10 мин. Относительную продолжительность включенного состояния выражают в процентах, называют ПВ % и указывают в паспорте. Такие двигатели не предназначены для продолжительного режима работы.
ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Зависимость механического вращающего момента (произведение силы на радиус вращения), который создает электродвигатель, от частоты вращения ротора называется механической характеристикой (рис. 4).
В начале пуска при неподвижном роторе (п2 — 0) двигатель имеет некоторый момент, который называется пусковым (Мп). Под действием этого момента ротор раскручивается, скорость его вращения увеличивается и соответственно увеличивается момент на валу, достигая максимального (критического) значения Ммах. После этого при дальнейшем увеличении частоты вращения двигатель переходит в номинальный режим работы, в котором момент вращения двигателя Мн уравновешивает момент сопротивления нагрузки.
С увеличением момента нагрузки, как видно из рисунка 4, уменьшается частота вращения двигателя. Если момент нагрузки превысит критическое Ммах, то двигатель остановится и будет стоять до тех пор, пока момент нагрузки не уменьшится до значения пускового момента.
Рис. 4. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Зависимость основных параметров двигателя: КПД (η), cos φ, потребляемых тока и мощности, а также частоты вращения ротора от механической мощности нагрузки принято называть рабочей характеристикой (рис. 5).
Ток, протекающий по обмотке статора во время пуска, и момент, когда ротор еще неподвижен, принято называть пусковым током. Характерная особенность асинхронного двигателя — большое значение пускового тока, который в 5...10 раз больше номинального.
На рисунке 5 показаны изменения во времени тока статора и частоты вращения ротора в процессе пуска асинхронного двигателя. По мере увеличения частоты вращения ротора ток уменьшается и при номинальной частоте вращения пн становится равным номинальному.
Рис. 5. Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя
Рис. 6. Пуск асинхронного двигателя
Теплота, выделяемая в обмотках, пропорциональна квадрату тока, но поскольку процесс пуска быстротечен, обмотка двигателя не успевает нагреваться. Если же по какой- либо причине остановить (заклинить) ротор работающего двигателя, то ток в его обмотке станет равным пусковому (5...10) и, следовательно, количество теплоты, выделяющееся на обмотке, увеличится в 25... 100 раз. Температура обмотки увеличится и быстро достигнет критической, обмотка «сгорит», и двигатель выйдет из строя. Поэтому тормозить работающий двигатель более чем на 1...2 мин не рекомендуется.
