Нагрів та режими роботи електродвигунів
Під час роботи електродвигуна частина електричної енергії перетворюється на теплову. Це пов'язано з втратами енергії на тертя в підшипниках, на вихрові струми і перемагнічування сталі статора і ротора, а також в активних опорах обмоток статора і ротора. Втрати енергії в обмотках статора та ротора пропорційні квадрату величини їх струмів. Струм статора і ротора пропорційний навантаженню на валу. Інші втрати у двигуні майже не залежать від навантаження.
При постійному навантаженні на валу у двигуні виділяється певну кількість теплоти в одиницю часу.
Підвищення температури двигуна відбувається нерівномірно. Спочатку вона зростає швидко: майже вся теплота йде на підвищення температури, і лише невелика кількість її йде в навколишнє середовище. Перепад температур (різниця між температурою двигуна та температурою навколишнього повітря) поки що невеликий. Однак у міру збільшення температури двигуна перепад зростає і тепловіддача в довкілля збільшується. Зростання температури двигуна сповільнюється.
Схема вимірювання температури електродвигуна: а - за схемою з перемикачем; б - за схемою зі штепсельною вилкою.
Температура двигуна припиняє зростати, коли вся теплота, що знову виділяється, буде повністю розсіюватися в навколишнє середовище. Така температура двигуна називається встановленою. Величина температури двигуна, що встановилася, залежить від навантаження на його валу. При великому навантаженні виділяється велика кількість теплоти в одиницю часу, значить, вище температура двигуна.
Після вимкнення двигун охолоджується. Температура його спочатку знижується швидко, оскільки перепад її великий, та був у міру зменшення перепаду - повільно.
Величина допустимої температури двигуна обумовлюється властивостями ізоляції обмоток.
Більшість двигунів загального застосування для ізоляції обмотки використовуються емалі, синтетичні плівки, просочені картони, бавовняна пряжа. Гранично допустима температура нагріву цих матеріалів 105 °С. Температура обмотки двигуна при номінальному навантаженні повинна бути на 20. 25 °С нижче гранично допустимої величини.
Значно нижча температура двигуна відповідає роботі з малим навантаженням на валу. При цьому коефіцієнт корисної дії двигуна та коефіцієнт його потужності невеликі.
Режими роботи електродвигунів
Розрізняють три основні режими роботи двигунів: тривалий, повторно-короткочасний та короткочасний.
Тривалим називається режим роботи двигуна при постійному навантаженні тривалістю не менше, ніж необхідно для досягнення температури, що встановилася при незмінній температурі навколишнього повітря.
Повторно-короткочасним називається такий режим роботи, при якому короткочасне постійне навантаження чергується з відключеннями двигуна, причому під час навантаження температура двигуна не досягає встановленого значення, а під час паузи двигун не встигає охолонути до температури навколишнього повітря.
Короткочасним називається такий режим, при якому за час навантаження двигуна температура його не досягає значення, а за час паузи встигає охолодитися до температури навколишнього повітря.
Малюнок 1. Схема нагріву та охолодження двигунів: а - тривалого режиму роботи, б - повторно-короткочасного, в - короткочасного
На рис. 1 зображені криві нагріву та охолодження двигуна та підведеніпотужності Р для трьох режимів роботи. Для тривалого режиму роботи зображені три криві нагріву та охолодження 1, 2, 3 (рис. 1, а), що відповідають трьом різним навантаженням на його валу. Крива 3 відповідає найбільшому навантаженню на валу; при цьому підводиться потужність P3&P2&P2. При повторно-короткочасному режимі двигуна (рис. 1 б) температура його за час навантаження не досягає встановилася. Температура двигуна підвищувалася б за пунктирною кривою, якби час навантаження був більш тривалим. Тривалість включення двигуна обмежується 15, 25, 40 та 60% часу циклу. Тривалість одного циклу tц приймається рівною 10 хв і визначається сумою часу навантаження N та часу паузи R, тобто.
Для повторно короткочасного режиму роботи випускаються двигуни з тривалістю роботи ПВ 15, 25, 40 і 60%: ПВ = N : (N + R) * 100%
На рис. 1 зображені криві нагріву і охолодження двигуна при короткочасному режимі роботи. Для цього режиму робляться двигуни з тривалістю періоду постійного номінального навантаження 15, 30, 60, 90 хв.
Теплоємність двигуна - величина значна, тому нагрівання його до температури, що встановилася, може тривати кілька годин. Двигун короткочасного режиму за час навантаження не встигає нагрітися до температури, що встановилася, тому він працює з більшим навантаженням на валу і більшою потужністю, що підводиться, ніж такий же двигун тривалого режиму роботи. Двигун повторно короткочасного режиму роботи також працює з більшим навантаженням на валу, ніж такий же двигун тривалого режиму роботи.Чим менша тривалість включення двигуна, тим більше допустиме навантаження на його валу.
Для більшості машин (компресори, вентилятори,картоплечистки та ін) застосовуються асинхронні двигуни загального застосування тривалого режиму роботи. Для підйомників, кранів, касових апаратів використовуються двигуни повторно-короткочасного режиму роботи. Двигуни короткочасного режиму роботи використовуються для машин, що використовуються під час ремонтних робіт, наприклад електричних талей та кранів.