Технические науки/ 5. Энергетика

Аспирант Гончарова Н.В.

Таврический государственный агротехнологический университет, Украина

Анализ влияния температуры окружающей среды

на скорость теплового износа изоляции обмотки

асинхронного электродвигателя

Анализ повреждений асинхронных двигателей показывает, что основной причиной их выхода из строя является разрушение изоляции из-за перегрева. Температура нагрева обмоток электродвигателя зависит от теплотехнических характеристик двигателя и параметров окружающей среды. Часть выделяемого в двигателе тепла идет на нагрев обмоток, а остальное отдается в окружающую среду. На процесс нагрева влияют такие физические параметры, как теплоемкость и теплоотдача.

В зависимости от теплового состояния электродвигателя и окружающего воздуха степень их влияния может быть различной. Если разность температур двигателя и окружающей среды невелика, а выделяемая энергия значительна, то ее основная часть поглощается обмоткой, сталью статора и ротора, корпусом двигателя и другими его частями. Происходит интенсивный рост температуры изоляции. По мере нагрева все больше проявляется влияние теплоотдачи. Процесс устанавливается после достижения равновесия между выделяемым теплом и теплом, отдаваемым в окружающую среду.

Следовательно, для нормальной работы электрооборудования необходимо, чтобы тепло, выделяющееся в виде потерь, непрерывно рассеивалось или отводилось в окружающие пространство. Эту задачу выполняет среда, окружающая электрооборудование.

Рассмотрим влияние температуры окружающей среды на процесс теплового износа изоляции асинхронного электродвигателя.

Аналитические зависимости, которые описывают механизм развития тепловых процессов при действии температуры окружающий среды:

- скорость теплового износа изоляции обмотки электродвигателя:

(1)

где ε_н – номинальная скорость теплового износа изоляции, бч/ч;

В – коэффициент, характеризующий класс изоляции, К;

θ_н – абсолютная номинальная температура изоляции обмотки, К;

θ – абсолютная текущая температура изоляции обмотки в данном режиме работы, К;

- абсолютная температура обмотки:

(2)

где J_ср – температура окружающей среды, °С;

- текущее превышение температуры обмотки:

(3)

где τ_у – установившееся превышение температуры обмотки при перегрузке, ˚С;

τ_нач – начальное значение превышения температуры обмотки, ˚С; τ_нач = τ_н;

t – время перегрузки, с;

Т – эквивалентная постоянная времени нагрева, с;

- установившиеся превышение температуры обмотки:

(4)

где а – коэффициент потерь мощности асинхронного двигателя;

α – температурный коэффициент сопротивления, 1/˚С;

τ_н – номинальное превышение температуры обмотки, ˚С;

k – кратность перегрузки по току.

В качестве объекта исследования принимаем асинхронный электродвигатель АИР100L4У3. Паспортные данные электродвигателя:

- номинальная мощность Р_н = 4,0 кВт;

- номинальный ток І_н = 8,5 А;

- коэффициент, характеризующий класс изоляции В = 10200 К;

- номинальное превышение температуры обмотки τ_н = 90 ˚С;

- абсолютная температура обмотки θ_н = 403 К;

- номинальная скорость теплового износа изоляции ε_н = 1 бч/ч;

- эквивалентная постоянная времени нагрева Т = 1358 с;

- коэффициент потерь мощности а = 0,54.

Принимаем следующие значения постоянных величин:

- начальное превышение температуры обмотки τ_нач = 20 ˚С;

- кратность тока перегрузки k = 1,3;

- коэффициент сопротивления α = 0,004 1/˚С.

Задаемся значениями времени перегрузки асинхронного электродвигателя, которые равны t = 0; 1Т; 1,5Т; 2Т; 2,5Т; 3Т, а также значениями температуры окружающей среды J_ср = 10 ˚С; 20˚С; 30 ˚С; 40˚С. Результаты исследования влияния температуры окружающей среды на скорость теплового износа изоляции обмотки асинхронного электродвигателя приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Графические зависимости скорости теплового износа изоляции обмотки электродвигателя АИР100L4У3 при температурах

окружающей среды J_ср = 10 ˚С; 20˚С; 30 ˚С; 40˚С

Выводы: при увеличении температуры окружающей среды ухудшается тепловой режим работы электродвигателя за счет повышения абсолютной температуры обмотки, что в свою очередь приводит к увеличению скорости теплового износа изоляции.

Литература:

1. Овчаров В.В. Эксплуатационные режимы работы и непрерывная диагностика электрических машин в сельскохозяйственном производстве. / В.В. Овчаров. – К.: Изд-во УСХА, 1990. – 168 с.

2. Кузнецов Н.Л. Надежность электрических машин. / Н.Л. Кузнецов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 432 с.