Lektsii_El_privod

условий теплоотдачи.

Постоянные времени нагрева и охлаждения можно определить

различными экспериментальными методами, которые справедливы также для

значения: закрытого, без наружного охлаждения или с принудительной независимой вентиляцией - 0,9... 1; закрытого, с наружным охлаждением от собственного вентилятора на валу двигателя - 0,45...0,55; защищенный, с

вентиляцией от собственного вентилятора на валу двигателя - 0,25.. .0,35.

Правильный выбор мощности двигателя предполагает соблюдение условия, при котором установившаяся температура равна допустимой, т. е.

где - допустимое превышение температуры, определяемое классом изоляции, примененной в двигателе.

При различных нагрузках нагревание двигателя происходит по разным кривым, как это показано на рис.7.7. Постоянная времени нагрева двигателя остается неизменной, чему отвечают равные отрезки на соответствующих асимптотах. Значения установившихся температур , ,

расположены тем выше, чем больше нагружен двигатель [22]. Это и понятно, так как большей нагрузке соответствуют большие потери.

Рис.7.7. Кривые нагрева электродвигателя при различной продолжительности нагрузки.

Значение установившейся температуры пропорционально потерям в двигателе = Q/A.

Если нагрузка двигателя во время работы изменяется, то изменяется и количество теплоты, выделяемое в разные периоды времени, чему соответствуют различные отрезки экспоненциальных кривых нагрева и охлаждения. При переменной нагрузке кривая нагрева (рис.7.8) будет ломаной. С увеличением нагрузки растут потери и температура двигателя.

При снижении ее, например, до значения, обусловленного холостым ходом,

потери уменьшаются и температура двигателя соответственно снижается.

Таким образом, при переменной нагрузке температура двигателя непрерывно изменяется.

Рис.7.8. Изменение температуры электродвигателя при переменной нагрузке.

7.3. Параметры, влияющие на мощность двигателя

В выражение (7.25) входят основные параметры, влияющие на мощность электродвигателя: теплоотдача двигателя при работе (нагрузке)

номинальный КПД двигателя. Для повышения мощности электродвигателя

при сохранении его габаритных размеров и расхода активных материалов,

идущих на его изготовление, необходимо:

увеличивать теплоотдачу двигателя, т.е. улучшать условия охлаждения. Для этого корпуса двигателей закрытого исполнения делают ребристыми, а у двигателей защищенного исполнения предусматривают вентиляционные каналы; применяют принудительный обдув от собственного вентилятора, а

для крупных двигателей - и от отдельного, специально для этого предназначенного;

повышать нормированное превышение температуры, т.е. использовать более

нагревостойкую изоляцию при изготовлении двигателя;

повышать КПД двигателя за счет технологически чистой меди, идущей на изготовление обмоток, за счет применения высоколегированной текстурованной (холоднокатаной) стали, образующей

магнитную систему двигателя, и т. д.

Номинальную нагрузку электродвигателя рациональнее устанавливать по

нормированному превышению температуры чем по нормированной температуре. Поэтому установлены нормы не только на предельно допускаемые температуры нагрева изоляции разных классов, но и на предельно допускаемые превышения температуры изоляции.

Для измерения температуры в доступных местах применяют термометры.

Но термометром нельзя измерить температуру внутренних, наиболее нагретых, частей обмотки. Другой способ измерения, называемый методом сопротивления, состоит в определении средней температуры обмотки по изменению ее омического сопротивления при нагревании.

Если сопротивление обмотки, измеренное в холодном состоянии при

допустимые значения температур обмоток на 5…10° ниже действительных

предельных температур для данных классов изоляции. Это объясняется тем,

что методы определения температуры не гарантируют получения максимальных значений в отдельных точках обмоток.

Таблица 7.2

Нормированные значения превышения температуры в зависимости от класса нагревостойкости изоляции двигателей

Если температура окружающей среды ниже +40°С, то нагрузку электродвигателя увеличивать не следует. Объясняется это тем, что при большей разности температур между температурой электрической машины и

температурой окружающей среды, превышающей значение норм,

происходит не тепловой износ изоляции, а физический, который вызывает ее разрушение силами теплового напряжения. Тепловой износ изоляции имеет

место лишь при значительных температурах электрической машины. Таким

образом, номинальная мощность, указываемая на паспортном щитке электродвигателя, предельна с точки зрения допустимого нагрева двигателя и диктуется классом нагревостойкости используемой в двигателе изоляции.

На основании (7.25) и данных таблицы 7.2 можно сделать вывод, что при применении в электродвигателях более нагревостойкой изоляции

повышается их мощность без изменения массогабаритных показателей, а

соответственно без увеличения расхода активных материалов, идущих на их

изготовление. Например, при применении изоляции класса

нагревостойкости Н вместо изоляции класса А мощность электродвигателя повышается примерно в 2 раза.

Современные электродвигатели основного (базового) исполнения в соответствии с ГОСТ51689-2000 могут иметь сервис-фактор, равный 1,1 или

1,15, т.е. допускать длительную перегрузку на 10 и 15% соответственно при номинальных напряжениях и частоте. При этом превышение температуры обмоток двигателей будет не более допустимого на 10%. Двигатели могут работать длительно при температуре окружающей среды, превышающей максимальную рабочую. В этом случае во избежание недопустимого превышения температуры обмоток отдаваемая двигателем мощность должна быть снижена до следующих значений приведенных в табл. 7.3.

Таблица 7.3.

Зависимость отдаваемой мощности электродвигателя от температуры окружающей среды

Двигатели, имеющие сервис-фактор 1,15, допускают длительную эксплуатацию при номинальной мощности и номинальном напряжении при температуре окружающей среды до +50 С. В соответствии с ГОСТ 28173 (МЭК 34-1): двигатели выдерживают 1,5 кратную перегрузку по току в течение 2 минут; могут эксплуатироваться при отклонении напряжения +5%

или отклонении частоты +2% и одновременных отклонениях напряжения и частоты, ограниченных зоной «А» (рис.7.9 ), при этом параметры двигателей могут отличаться от номинальных, а превышения температуры обмоток могут быть более предельных на 10 С;

Рис.7.9. Предельные значения напряжения U и частоты f для электродвигателей в относительных единицах.

Двигатели могут стабильно работать при отклонении напряжения +10%

или отклонении частоты от +3 до -5% и одновременных отклонениях напряжения и частоты, ограниченных зоной «В» ( Рис.7.9),

продолжительность работы двигателей в крайних пределах зоны «В» рекомендуется ограничивать.

7.4. Расчет мощности двигателя по допустимому нагреву

Мощность электрического привода зависит от мощности используемого в его составе двигателя, который должен иметь в процессе работы допустимую температуру нагрева, надежно запускаться при возможных снижениях питающего напряжения, устойчиво работать при возникновении различных внешних возмущений.

Основой расчета мощности электродвигателя привода в любом режиме

работы служит его нагрузочная диаграмма, которая показывает изменение выбранного показателя нагрузки L двигателя в течение характерного периода времени, т.е. нужно иметь зависимость L = f(t). Показателем нагрузки L

могут быть: ток 1 потребляемый двигателем; момент нагрузки М на его валу;

мощность Р на валу или потребляемая двигателем из сети (рис. 7.10 ).

Рис.7.10. Нагрузочная диаграмма электродвигателя.

Нагрузочные диаграммы ЭП обычно получают экспериментальным путем, регистрируя изменения мощности или тока с помощью самопишущих приборов. Иногда диаграммы строят с помощью обычных ваттметров или амперметров, записывая их показания через определенные промежутки времени. В нагрузочной диаграмме, полученной с помощью самопишущего ваттметра, учтены и потери в электродвигателе. Поэтому для получения зависимости полезной мощности от времени необходимо вводить поправку на значение этих потерь, умножая ординаты графика на КПД электродвигателя при данной нагрузке. Если диаграмма построена расчетным путем, такая поправка не вводится. Нагрузочные диаграммы электродвигателей служат основой дня определения мощности, так как только с их помощью выявляются действительные условия работы электродвигателя. Полученную произвольную нагрузочную диаграмму

(обычно криволинейную) заменяют одной из номинальных,

характеризующих

режим работы S1…S8.

Значение и продолжительность той или иной нагрузки ЭП определяются

технологическим процессом. Для хорошо изученных машин и механизмов нагрузки рассчитывают по соответствующим формулам, приводимым в справочной литературе [11].

В случае изменяющейся нагрузочной диаграммы, которую невозможно заменить номинальной (стандартной) используют методы эквивалентных величин. При этом на основании нагрузочной диаграммы рассчитывают эквивалентную нагрузку, действующую на валу двигателя ЭП. Далее с учетом возможных технологических пауз в работе ЭП рассчитывают

номинальная мощность (ток) двигателя.

Эквивалентный показатель нагрузочной диаграммы определяют по

i – го участка нагрузочной диаграммы ЭП; n - число участков нагрузочной

В длительном режиме работы S1, когда продолжительность непрерывной

работы двигателя ЭП превышает 90 мин и двигатель полностью использован по нагреву, достигнув установившейся

С учетом занижения неустановившихся расчетных температур двигателя по общей теории нагрева из-за принятых допущений целесообразно для компенсации возникающей погрешности считать, что все потери мощности в

Если в общем случае периоды нагрузки электродвигателя чередуются с его

периодическими отключениями, то при правильно выбранной мощности двигателя его превышение температуры должно изменяться от некоторого