Conditions thermiques et puissance nominale du moteur

Lorsque le moteur électrique tourne, il perd pour couvrir la part de l'énergie électrique consommée qui est gaspillée. Des pertes se produisent dans la résistance active des enroulements, dans l'acier lorsque le flux magnétique change dans le circuit magnétique, ainsi que des pertes mécaniques dues au frottement dans les roulements et au frottement des pièces rotatives de la machine contre l'air. À la fin, toute l'énergie perdue est convertie en énergie thermique, qui est utilisée pour chauffer le moteur et se dissiper dans l'environnement.

Les pertes moteur sont constantes et variables. Les constantes comprennent les pertes dans l'acier et les pertes mécaniques dans les enroulements où le courant est constant, et les pertes variables dans les enroulements du moteur.

Dans la période initiale après la mise en marche, la majeure partie de la chaleur dégagée dans le moteur va augmenter sa température, et moins va dans l'environnement. Ensuite, à mesure que la température du moteur augmente, de plus en plus de chaleur est transférée dans l'environnement, et il arrive un moment où toute la chaleur générée est dissipée dans l'espace.L'équilibre thermique s'établit alors et l'augmentation supplémentaire de la température du moteur s'arrête. Cette température d'échauffement du moteur est appelée régime permanent. La température en régime permanent reste constante dans le temps si la charge du moteur ne change pas.

La quantité de chaleur Q qui est libérée dans le moteur en 1 s peut être déterminée par la formule

où η- efficacité du moteur ; P2 est la puissance de l'arbre moteur.

Il découle de la formule que plus la charge sur le moteur est élevée, plus il génère de chaleur et plus sa température stationnaire est élevée.

L'expérience du fonctionnement des moteurs électriques montre que la principale cause de leur dysfonctionnement est la surchauffe de l'enroulement. Tant que la température de l'isolation ne dépasse pas la valeur admissible, l'usure thermique de l'isolation s'accumule très lentement. Mais à mesure que la température augmente, l'usure de l'isolant augmente fortement. Croyez pratiquement qu'une surchauffe de l'isolant tous les 8 ° C réduit sa durée de vie de moitié. Ainsi, un moteur avec isolation en coton des enroulements à charge nominale et température de chauffage jusqu'à 105 ° C peut fonctionner pendant environ 15 ans, en cas de surcharge et que la température monte à 145 ° C, le moteur tombera en panne après 1,5 mois.

Selon GOST, les matériaux isolants utilisés en électrotechnique sont divisés en sept classes en termes de résistance à la chaleur, pour chacune desquelles la température maximale admissible est définie (tableau 1).

L'excès admissible de la température de l'enroulement du moteur au-dessus de la température ambiante (en URSS + 35 ° C est accepté) pour la classe de résistance à la chaleur Y est de 55 ° C, pour la classe A - 70 ° C, pour la classe B - 95 ° C , pour la classe I — 145 ° C, pour la classe G au-dessus de 155 ° C.L'échauffement d'un moteur donné dépend de l'importance de sa charge et de son mode de fonctionnement. À une température ambiante inférieure à 35 ° C, le moteur peut être chargé au-dessus de sa puissance nominale, mais de manière à ce que la température de chauffage de l'isolation ne dépasse pas les limites autorisées.

Caractéristique du matériau Classe de résistance à la chaleur Température maximale admissible, °C Tissus de coton non imprégnés, fils, papier et matériaux fibreux de cellulose et de soie Y 90 Les mêmes matériaux, mais imprégnés de liants A 105 Certains films organiques synthétiques E 120 Mica, amiante et matériaux de fibre de verre contenant des liants organiques V 130 Les mêmes matériaux en combinaison avec des liants synthétiques et des agents d'imprégnation F 155 Les mêmes matériaux mais en combinaison avec du silicium, des liants organiques et des composés d'imprégnation H 180 Mica, matériaux céramiques, verre, quartz, amiante, utilisés sans liants ou avec des liants inorganiques G plus de 180

Sur la base d'une quantité connue de chaleur B dissipée lorsque le moteur tourne, on peut calculer un excès de température moteur τ°C au-dessus de la température ambiante, c'est-à-dire température de surchauffe

où A est le transfert de chaleur du moteur, J / deg • s ; e est la base des logarithmes naturels (e = 2,718) ; C est la capacité thermique du moteur, J / ville ; τО- l'augmentation initiale de la température du moteur à τ.

La température du moteur en régime permanent τу peut être obtenue à partir de l'expression précédente en prenant τ = ∞... Alors τу = Q / А... À τо = 0, l'égalité (2) prend la forme

On note alors le rapport C/A sur T

où T est la constante de temps de chauffage, s.

La constante de chauffage est le temps nécessaire au moteur pour chauffer jusqu'à la température de régime permanent en l'absence de transfert de chaleur vers l'environnement. En présence de transfert de chaleur, la température de chauffage sera inférieure et égale à

La constante de temps peut être trouvée graphiquement (Fig. 1, a). Pour ce faire, une ligne tangente est tracée depuis l'origine des coordonnées jusqu'à ce qu'elle coupe une droite horizontale passant par le point a, correspondant à la température de chauffage stationnaire. Le segment ss sera égal à T et le segment ab sera égal au temps Ty pendant lequel le moteur atteint une température de régime permanent τу… Il est généralement pris égal à 4T.

La constante de chauffage dépend de la puissance nominale du moteur, de sa vitesse, de sa conception et de sa méthode de refroidissement, mais ne dépend pas de l'ampleur de sa charge.

Riz. 1. Courbes d'échauffement et de refroidissement du moteur : a — définition graphique de la constante d'échauffement ; b — courbes de chauffage à différentes charges

Si le moteur, après avoir chauffé, est déconnecté du réseau, à partir de ce moment il ne génère plus de chaleur, mais la chaleur accumulée continue à se dissiper dans l'environnement, le moteur se refroidit.

L'équation de refroidissement a la forme

et la courbe est représentée sur la Fig. 1, un.

Dans l'expression, To est la constante de temps de refroidissement. Elle diffère de la constante de chauffage T car le transfert de chaleur du moteur au repos diffère du transfert de chaleur du moteur en marche.L'égalité est possible lorsque le moteur déconnecté du réseau dispose d'une ventilation externe. Habituellement, la courbe de refroidissement est plus plate que la courbe de chauffage. Pour les moteurs à flux d'air extérieur, To est environ 2 fois supérieure à T. En pratique, on peut supposer qu'après un intervalle de temps de 3To à 5To, la température moteur devient égale à la température ambiante.

Avec une sélection correcte de la puissance nominale du moteur, la température de surchauffe en régime permanent doit être égale à l'échauffement admissible τaddcorrespondant à la classe d'isolation du fil de bobinage. Les différentes charges P1 <P2 <P3 d'un même moteur correspondent à certaines pertes ΔP1 <ΔP2 <ΔP3 et aux valeurs de la température de surchauffe établie (Fig. 1, b). À charge nominale, le moteur peut fonctionner pendant une longue période sans surchauffe dangereuse, tandis que lorsque la charge augmente jusqu'au temps de commutation autorisé, elle ne sera pas supérieure à t2 et à la puissance, pas supérieure à t3.

Sur la base de ce qui précède, nous pouvons donner la définition suivante de la puissance nominale du moteur. La puissance nominale du moteur est la puissance de l'arbre à laquelle la température de son enroulement dépasse la température ambiante d'une quantité correspondant aux normes de surchauffe acceptées.