इलेक्ट्रिक मोटर्स का ताप और शीतलन

विभिन्न धातु काटने वाली मशीनों, तंत्रों और मशीनों के लिए इलेक्ट्रिक मोटर्स की शक्ति का सही निर्धारण बहुत महत्व रखता है। अपर्याप्त शक्ति के साथ, नियोजित तकनीकी प्रक्रिया को पूरा करने के लिए मशीन की उत्पादन क्षमताओं का पूरी तरह से उपयोग करना असंभव है। यदि शक्ति अपर्याप्त है, तो विद्युत मोटर समय से पहले विफल हो जाएगी।

इलेक्ट्रिक मोटर की शक्ति को कम आंकने से इसकी व्यवस्थित अंडरचार्जिंग होती है और परिणामस्वरूप, मोटर का अधूरा उपयोग, कम दक्षता के साथ इसका संचालन और एक छोटा पावर फैक्टर (एसिंक्रोनस मोटर्स के लिए)। इसके अलावा, जब इंजन की शक्ति अधिक होती है, पूंजी और परिचालन लागत में वृद्धि होती है।

मशीन को संचालित करने के लिए आवश्यक शक्ति, और इसलिए विद्युत मोटर द्वारा विकसित शक्ति, मशीन के संचालन के दौरान बदल जाती है। एक इलेक्ट्रिक मोटर पर लोड को लोड ग्राफ (चित्र 1) द्वारा चित्रित किया जा सकता है, जो कि मोटर शाफ्ट से शक्ति की निर्भरता है, इसकी टोक़ या समय पर वर्तमान।वर्कपीस को संसाधित करने के बाद, मशीन को रोक दिया जाता है, वर्कपीस को मापा जाता है और वर्कपीस को बदल दिया जाता है। लोडिंग शेड्यूल को फिर से दोहराया जाता है (जब उसी प्रकार के भागों को संसाधित किया जाता है)।

इस तरह के परिवर्तनशील भार के तहत सामान्य संचालन सुनिश्चित करने के लिए, विद्युत मोटर को प्रसंस्करण के दौरान उच्चतम आवश्यक शक्ति का विकास करना चाहिए और इस भार अनुसूची के अनुसार निरंतर संचालन के दौरान ज़्यादा गरम नहीं होना चाहिए। विद्युत मोटरों का अनुमेय अधिभार उनके विद्युत गुणों द्वारा निर्धारित किया जाता है।

चावल। 1. एक ही प्रकार के पुर्जों की मशीनिंग करते समय शेड्यूल लोड करें

जब इंजन चल रहा हो, ऊर्जा (और शक्ति) नुकसानजिससे यह गर्म हो जाता है। इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा खपत ऊर्जा का एक हिस्सा इसकी वाइंडिंग को गर्म करने पर, चुंबकीय सर्किट को गर्म करने पर खर्च किया जाता है हिस्टैरिसीस और घर्षण और वायु घर्षण ले जाने वाली एड़ी धाराएँ। वाइंडिंग के गर्मी के नुकसान, वर्तमान के वर्ग के आनुपातिक, कहलाते हैं चर (ΔРट्रांस)... मोटर में शेष नुकसान उसके भार पर थोड़ा निर्भर करते हैं और पारंपरिक रूप से स्थिरांक (ΔРpos) कहलाते हैं।

एक इलेक्ट्रिक मोटर का अनुमेय ताप इसके निर्माण की कम से कम गर्मी प्रतिरोधी सामग्री द्वारा निर्धारित किया जाता है। यह सामग्री इसके तार का इन्सुलेशन है।

विद्युत मशीनों को इन्सुलेट करने के लिए निम्नलिखित का उपयोग किया जाता है:

• सूती और रेशमी कपड़े, धागे, कागज और रेशेदार कार्बनिक पदार्थ जो इन्सुलेट यौगिकों (गर्मी प्रतिरोध वर्ग यू) के साथ गर्भवती नहीं हैं;

• समान सामग्री, गर्भवती (कक्षा ए);

• सिंथेटिक जैविक फिल्म (कक्षा ई);

• अभ्रक, अभ्रक, कार्बनिक बाँधने के साथ शीसे रेशा (वर्ग बी) से सामग्री;

• वही, लेकिन सिंथेटिक बाइंडरों और संसेचन एजेंटों (वर्ग एफ) के साथ;

• समान सामग्री, लेकिन सिलिकॉन बाइंडर्स और संसेचन एजेंटों (श्रेणी एच) के साथ;

• अभ्रक, चीनी मिट्टी की चीज़ें, कांच, क्वार्टज़ बिना बाइंडर्स या अकार्बनिक बाइंडरों के साथ (कक्षा सी)।

इन्सुलेशन वर्ग यू, ए, ई, बी, एफ, एच क्रमशः 90, 105, 120, 130, 155, 180 डिग्री सेल्सियस के अधिकतम तापमान की अनुमति देते हैं। कक्षा सी का सीमित तापमान 180 डिग्री सेल्सियस से अधिक है और इसके गुणों से सीमित है सामग्री का इस्तेमाल किया।

इलेक्ट्रिक मोटर पर समान भार के साथ, विभिन्न परिवेश के तापमान पर इसका ताप असमान होगा। पर्यावरण का डिज़ाइन तापमान t0 40 ° C है। इस तापमान पर, इलेक्ट्रिक मोटर्स के नाममात्र शक्ति मान निर्धारित किए जाते हैं। परिवेश के तापमान से ऊपर इलेक्ट्रिक मोटर के तापमान में वृद्धि को ओवरहीटिंग कहा जाता है:

सिंथेटिक इन्सुलेशन का उपयोग बढ़ रहा है। विशेष रूप से, सिलिकॉन सिलिकॉन इन्सुलेशन उष्णकटिबंधीय परिस्थितियों में काम करते समय विद्युत मशीनों की उच्च विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है।

इंजन के विभिन्न भागों में उत्पन्न गर्मी इन्सुलेशन के ताप को अलग-अलग डिग्री तक प्रभावित करती है। इसके अलावा, इलेक्ट्रिक मोटर के अलग-अलग हिस्सों के बीच हीट एक्सचेंज होता है, जिसकी प्रकृति लोड की स्थिति के आधार पर बदलती है।

इलेक्ट्रिक मोटर के अलग-अलग हिस्सों का अलग-अलग ताप और उनके बीच गर्मी का स्थानांतरण प्रक्रिया के विश्लेषणात्मक अध्ययन को जटिल बनाता है। इसलिए, सादगी के लिए, यह सशर्त रूप से माना जाता है कि विद्युत मोटर एक ऊष्मीय रूप से सजातीय और असीम रूप से ऊष्मा-संवाहक निकाय है। आमतौर पर यह माना जाता है कि पर्यावरण के लिए एक इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा छोड़ी गई गर्मी सुपरहीट के समानुपाती होती है।इस मामले में, थर्मल विकिरण की उपेक्षा की जाती है क्योंकि मोटरों का पूर्ण ताप तापमान कम होता है। दी गई धारणाओं के तहत विद्युत मोटर की ताप प्रक्रिया पर विचार करें।

इलेक्ट्रिक मोटर में काम करते समय, डीटी समय के दौरान गर्मी डीक्यू जारी की जाती है। इस गर्मी का एक हिस्सा dq1 इलेक्ट्रिक मोटर के द्रव्यमान द्वारा अवशोषित होता है, जिसके परिणामस्वरूप तापमान t और मोटर का ओवरहीटिंग τ बढ़ जाता है। शेष ऊष्मा dq2 इंजन से पर्यावरण में छोड़ी जाती है। इस प्रकार समानता लिखी जा सकती है

जैसे-जैसे इंजन का तापमान बढ़ता है, गर्मी dq2 बढ़ती जाती है। ओवरहीटिंग के एक निश्चित मूल्य पर, पर्यावरण को उतनी ही गर्मी दी जाएगी जितनी इलेक्ट्रिक मोटर में छोड़ी जाती है; तब dq = dq2 और dq1 = 0। इलेक्ट्रिक मोटर का तापमान बढ़ना बंद हो जाता है और ओवरहीटिंग τу के स्थिर मान तक पहुँच जाता है।

उपरोक्त मान्यताओं के तहत, समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

जहां क्यू इलेक्ट्रिक मोटर, जे / एस में नुकसान के कारण थर्मल पावर है; ए - इंजन से गर्मी हस्तांतरण, यानी। इंजन और पर्यावरण के बीच 1oC, J / s-deg के तापमान अंतर पर प्रति यूनिट समय में इंजन द्वारा जारी गर्मी की मात्रा; C मोटर की तापीय क्षमता है, अर्थात। इंजन के तापमान को 1 ° C, J / deg तक बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा।

समीकरण में चरों को अलग करने पर, हमारे पास है

हम समता के बाईं ओर को शून्य से लेकर समय टी के कुछ वर्तमान मान तक और इलेक्ट्रिक मोटर के प्रारंभिक ओवरहीटिंग τ0 से लेकर ओवरहीटिंग τ के वर्तमान मूल्य तक की सीमा में एकीकृत करते हैं:

τ के समीकरण को हल करने पर, हमें इलेक्ट्रिक मोटर को गर्म करने के लिए एक समीकरण प्राप्त होता है:

आइए हम C / A = T को निरूपित करें और इस अनुपात का आयाम निर्धारित करें:

चावल। 2. विद्युत मोटर के ताप को दर्शाने वाले वक्र

चावल। 3. हीटिंग समय स्थिरांक का निर्धारण

इसे मात्रा T कहा जाता है, जिसमें समय तापन समय स्थिर विद्युत मोटर का आयाम होता है। इस अंकन के अनुसार, ताप समीकरण को फिर से लिखा जा सकता है

जैसा कि आप समीकरण से देख सकते हैं, जब हमें - स्थिर-अवस्था सुपरहीट मान मिलता है।

जब इलेक्ट्रिक मोटर पर लोड बदलता है, तो नुकसान की मात्रा बदल जाती है और इसलिए Q का मान बदल जाता है। इससे τу के मान में बदलाव होता है।

अंजीर में। 2 विभिन्न भार मानों के लिए अंतिम समीकरण के अनुरूप ताप वक्र 1, 2, 3 दिखाता है। जब τу अनुमेय ओवरहीटिंग τn के मान से अधिक हो जाता है, तो इलेक्ट्रिक मोटर का निरंतर संचालन अस्वीकार्य है। जैसा कि समीकरण और रेखांकन (चित्र 2) से होता है, सुपरहीट में वृद्धि स्पर्शोन्मुख है।

जब हम मान t = 3T को समीकरण में प्रतिस्थापित करते हैं, तो हमें τ का मान मिलता है जो τy से लगभग केवल 5% कम है। इस प्रकार, समय t = 3T के दौरान, ताप प्रक्रिया को व्यावहारिक रूप से पूर्ण माना जा सकता है।

यदि हीटिंग कर्व (चित्र 3) के साथ किसी भी बिंदु पर आप हीटिंग कर्व के लिए एक स्पर्शरेखा खींचते हैं, तो उसी बिंदु के माध्यम से एक ऊर्ध्वाधर खींचें, फिर स्पर्शोन्मुख का खंड डी, स्पर्शरेखा और ऊर्ध्वाधर के बीच बंद, पैमाने पर भुज अक्ष का T के बराबर है। यदि हम समीकरण में Q = 0 लेते हैं, तो हमें मोटर शीतलन समीकरण मिलता है:

अंजीर में दिखाया गया कूलिंग कर्व। 4, इस समीकरण से मेल खाती है।

हीटिंग का समय विद्युत मोटर के आकार और पर्यावरणीय प्रभावों के खिलाफ इसके संरक्षण के रूप से निर्धारित होता है। खुली और संरक्षित कम-शक्ति वाली इलेक्ट्रिक मोटरों के लिए, हीटिंग का समय 20-30 मिनट है। बंद हाई-पावर इलेक्ट्रिक मोटर्स के लिए, यह 2-3 घंटे तक पहुंचता है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, इलेक्ट्रिक मोटर हीटिंग का घोषित सिद्धांत अनुमानित है और किसी न किसी धारणा पर आधारित है। इसलिए, प्रयोगात्मक रूप से मापा गया ताप वक्र सैद्धांतिक रूप से काफी भिन्न होता है। यदि, प्रायोगिक ताप वक्र के विभिन्न बिंदुओं के लिए, चित्र में दिखाया गया निर्माण। 3, यह पता चला है कि T का मान बढ़ते समय के साथ बढ़ता है। इसलिए, समीकरण के अनुसार की गई सभी गणनाओं को अनुमानित माना जाना चाहिए। इन गणनाओं में हीटिंग वक्र के शुरुआती बिंदु के लिए ग्राफिक रूप से निर्धारित स्थिर टी का उपयोग करने की सलाह दी जाती है। T का यह मान सबसे छोटा है और जब इसका उपयोग किया जाता है, तो यह इंजन की शक्ति का एक निश्चित मार्जिन प्रदान करता है।

चावल। 4. इंजन कूलिंग कर्व

प्रयोगात्मक रूप से मापा गया शीतलन वक्र ताप वक्र से भी अधिक सैद्धांतिक रूप से भिन्न होता है। वेंटिलेशन की अनुपस्थिति में कम गर्मी हस्तांतरण के कारण इंजन के बंद होने के अनुरूप शीतलन समय निरंतर हीटिंग समय स्थिरांक से काफी लंबा है।