Срок службы изоляции и допустимы нагрев.

Применяемые при изготовлении электрических машин материалы имеют определенную нагревостойкость, поэтому для любых режимов работы температура их частей не должна превышать некоторого предельно допустимого значения.

Нагрев электрической машины обычно лимитируется допустимой температурой изоляционных материалов, которая в свою очередь устанавливается исходя из необходимого срока службы изоляции - примерно 10 лет. В электромашиностроении применяются несколько классов изоляции, каждый из которых имеет определенную допустимую температуру нагрева ( табл. 1.2).

Таблица 1.2

Небольшое превышение допустимой температуры, вообще говоря, не означает, что двигатель "сгорит", однако при этом происходит интенсивное старение изоляции обмоток и резкое сокращение срока эксплуатации машины, обусловленное потерей диэлектрической прочности изоляции.

Температура изоляции обмоток определяется не только уровнем внутренних тепловыделений, но и температурой окружающей среды. Принято указывать уровень допустимых тепловых потерь в электрической машине в расчете на температуру окружающей среды, равную 40° С, поэтому чаще оказывается удобным оперировать превышением температуры по отношению к температуре среды.

Под допустимым тепловым режимом следует понимать такой режим, при котором срок службы изоляции будет не меньше заданного. В процессе эксплуатации двигателя идет непрерывный износ изоляции, связанный с ее нагреванием, и темп этого процесса определяется характером температурного режима.

В тех случаях, когда двигатель работает при неизменной температуре изоляции, оценить скорость процесса старения изоляции или срок службы сравнительно не сложно. Известны зависимости, связывающие срок службы изоляции данного класса - время, в течение которого сохраняются заданные диэлектрические свойства, с определенным постоянным уровнем температуры в течение срока службы. На рис. 1.1 приведены графики этих зависимостей для некоторых классов изоляции.

Чаще всего зависимость срока службы от температуры Т(Q) аппроксимируется экспонентами вида

Т = Re^g(Q), (1.1)

где R - постоянный коэффициент;

g(Q) - функция , определяемая классом изоляции.

Нетрудно запомнить простое эмпирическое правило, гласящее, что срок службы изоляции уменьшается вдвое при увеличении рабочей температуры на 8 - 10 °С.

В большинстве практических случаев режимы работы электродвигателей таковы, что температура изоляции в процессе работы не остается постоянной и для оценки срока службы изоляции нельзя воспользоваться графиками рис. 1.1.

а)

б)

Рис. 1.1. Зависимости срока службы изоляции от температуры:

а) логарифмический масштаб; б) натуральный масштаб (фрагмент)

Постоянная нагрева Т_н, её физический смысл.

Время достижения перегревом своего устано­вившегося значения зависит от постоянной времени нагрева дви­гателя. Так как теплоемкость двигателя пропорциональна его объе­му, а теплоотдача — площади его поверхности, то двигатели боль­шей мощности, имеющие большие габаритные размеры, имеют, как правило, и большую постоянную времени нагрева. Обычно постоянная времени нагрева двигателей лежит в пределе от не­скольких минут до нескольких часов.

Отметим, что физический смысл постоянной времени нагрева Т_н состоит в том, что она равна времени нагрева двигателя до установившегося перегрева Т_уст, если бы отсутствовала отдача тепла в окружающую среду.