А втоматика элементтері мен құрылғылары

8. Электр машиналарының жылулық режимдері және қозғалтқыш қуатын таңдау

8.1 Электр машиналарын жылыту және суыту

Электр машинасы оның жұмыс жасау кезіндегі жылу алмасу мен жылу бөлуге қатысты алғанда күрделі объект болып саналады. Машина тоқ ағып жатқан кезде орамдардың бөлінетін жылу есебінен, сондай-ақ, айнымалы магнит ағындарының әсерінен болатын болат өзекшелердегі жылу есебінен де жылиды. Электр машиналарындағы жылу бос ауа қуысы арқылы желдеткішпен ауа жіберу есебінен қоршаған ортаға таралады және статор мен ротор арсындағы бос ауа арқылы арнайы бос ауа арналарына жіберіледі.

Машина дұрыс таңдалған болып есептеледі, егер ол оған тапсырылған қызметтерді орындайтын болса және қызып кетпейтін болса, яғни оның орамының оқшаулағышы мүмкін болатын шектен аспайтын қызу температурасына шыдайтын болуы қажет дегенді білдіреді. Егер де машина температурасы жұмыс жасау кезінде мүмкін болатын шектен төмен болса, онда бұл машинаның толықтай қолданылмағандығын білдіреді және оның қуаты мен сәйкесінше оның массасы мен габариттері жоғары болғандығы. Бұл температура мен машинаның қызмет ету мерзімңне байланысты болады және орамдарға арналып жасалған оқшауланған материалдардың жылуға қарсы тұра алуымен анықталады. Материалдардың жылуға қарсылығы үлкен болған сайын машина дәл сондай масса мен габариттер болған жағдайдағы қуатты жоғарылата алады. Машинаны дұрыс қолдануға қол жеткізу үшін интенсивті суытуды қолданады (қозғалтқыштардағы генераторлардағы және түрлендіргіштердегі желдеткіштер; трансформаторлардағы түтіктер)

Электр машиналарында қолданылатын барлық оқшаулағыш материалдарды олардың жылуға қарсылығына байланысты келесі негізгі мынадай кластарға бөледі.

А классы – мақтадан, целюлоза және жібектен жасалған, электр оқшаулағыш сырлармен сіңірілген табиғи талшықты маиериалдар (мүмкін болатын шектің температура r_доп=120⁰С)

Е классы – синтетикалық органикалық пленкалар, сырлар және талшықты материалдар(r_доп=125⁰С)

В классы – слюдадан, асбесттен және шыны талшығынан жасалған, құрамында органикалық байланыcтырушы заттары бар материалдар (r_доп=130⁰С)

F классы – тура В класындағыдай ұүрамында синтетикалық байланыстырушы және сіңіруші заттары бар материалдар (r_доп=155⁰С)

Н классы – бұл да В класындағыдай құрамында кремнеорганикалық байланыстырушы және сіңіруші заттары бар материалдар (r_доп=150⁰С)

С классы – слюда, шын, кварц, органикалық байланыстырушы құрамдары бар немесе болмайтын керамикалық материалдар (r_доп>150⁰С, материалдардың физикалық, химялық және электрлік қасиеттерімен шектеледі.)

Машинадан бөлінетін жылу немесе қызу температурасы жоғалтуларға, сондай-ақ ауқымды шектерде өзгеретін оның суыту жағдайларына да байланысты болады. Егер де өнеркәсіп орындарындағы ауаның температурасы мен тығыздығын өзгеріссіз деп санайтын болса, онда температура түрлі кеңдіктегі ашық ауада жұмыс жасайтын қозғалтқыштардың температурасы –60⁰С-дан +50⁰С-ға дейін тербеліп тұрады. Әсіресе, температураның кенеттен болатын тербелісіне ауа тығыздығының өзгерісі қосылатын, авиациялық және ғарыштық аппаратуралардағы суыту жағдайлары қатты өзгеріске ұшарайды. Ашық ғарышта жұмыс жасау кезінде суыту тек сәулелену есебінен ғана болады.

Машинаның жеке бөліктеріндегі жылу алмасу бір текті болмайды, өйткені машинаның түрлі бөліктеріндегі суыту жағдайлары да әртүрлі болады. Соған қарамастан жылыту мен суыту процестерін анализдеу кезінде, машина біртекті дене ретінде қарастырылады және ондағы жылу бөліну барлық көлемде біртегіс болып жүреді.

Өзгермейтін жүктеме кезіндегі қозғалтқышты жылыту процесін қарастырайық, яғни кедергінің өзгеріссіз моментіндегі, сәйкесінше бірлік уақытында қозғалтқышьан бөлінетін жылу моментіндегі процесс.

Жылытудың дифференциалдық теңдеуі мына түрге ие болады:

(8.1)

Мұндағы r – қозғалтқыш температурасының қоршаған орта температурасына асуы; ⁰С; t – уақыт, С; Q – қозғалтқышта бөлшінетін жоғалтулар;, кал/с; А – қозғалтқыштың жылу беруі,кал/⁰С*с; С – қозғалтқыштың жылу сыйымдылығы, кал/⁰С.

Ardt қосылғышы қозғалтқыштың dt уақытта қоршаған ортаға беретін жылуының мөлшерін анықтады, ал Сdr қосылғышы – осы уақыттағы қозғалтқыштың жұтатын жылуының мөлшері.

(8.1) формуласын Ardt-ға бөліп, теңдеуді мына түрге келтіреміз

,

оның шешімі жылудың жылулық уақыт тұрақтысы бар экспонента болып табылады Т_т=C/A [c].

Уақыт бойынша қозғалтқыштың температурасының өзгерісі:

(8.2)

мұндағы – орнатылған қозғалтқыш температурасының қоршаған орта температурасынан асуы, бұл кезде .

8.1 – суретте (8.2) теңдеуге сәйкес, түрлі жүктемелердегі температура өзгерісінің уақытқа тәуелділігі көрсетілген. Жылытудың мүмкін болатын температурасына , сәйкес келетін горизонталь сол немесе басқа жүктеме кезіндегі қозғалтқыштың қосылу уақытын t_дп анықтайды. Аз немесе тең жүктеме кезінде қозғалтқыштың жұмыс уақыты шектелмейді.

Қозғалтқышты ажыратқанда суыту процесінің дифференциалдық теңдеуі келесі түрде болады:

(8.3)

Мұнда жылжымайтын қозғалтқыштың жылу беруі айналымдағы қозғалтқыштікінен аз болады. Сондықтан суыту уақытының жылулық тұрақтысы жылытудікіне қарағанда көп болады, бұл кезде олардың қатысы қозғалтқыш құрылымына тәуелді болады және желдеткіші жоқ жабық қозғалтқыштар үшін 0,95, сыртқы желдеткіші бар жабық қозғалтқыштар үшін 0,45-0,55 және ішкі желдеткіші бар жабық қозғалтқыштар үшін 0,25-0,35 – ке тең болады.

Ажыратылған күйде қозғалтқыш температурасы (8.3) теңдеуге сәйкес, экспонента бойынша (8.2-сурет) төмендейді.