10.4 Номинальные режимы электродвигателей

Выбор двигателей по мощности и перегрузочной способности производится на основе номинальных данных двигателя, указываемых в каталогах.

Номинальные режимы работы электропривода регламентированы по 8 различным режимам работы по международной классификации, из которых 3 режима являются основными, а 4 – дополнительными (или так называемыми рекомендуемыми режимами).

Каждый из режимов характеризуется диаграммой мощности и графиком изменения температуры их нагрева. Кроме того, некоторые из этих режимов характеризуются специальными параметрами.

S1 - Длительный (номинальный) режим. Нагрузочная диаграмма данного режима электропривода характеризуется длительностью работы с постоянной мощностью, за которую температура перегрева двигателя успевает достигнуть за переходный период установившегося значения. Переходный процесс приведен на рис.10.2,а.

S2 – Кратковременный (номинальный) режим. Периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения машины. За период включения машины на номинальную нагрузку нагрев двигателя не достигает установившегося значения, а за периоды пауз он остывает до температуры окружающей среды. Установлены длительность периода работы с неизменной номинальной нагрузкой: 10 мин, 30 мин, 60 мин и 90 мин.

а) б)

Рис.10.2 Номинальные режимы:

а) – S1- длительный; б) – S2 - кратковременный

Если по истечении времени t_н двигатель не отключается, его температура, как показано на рис.10.2,б, продолжает возрастать до t^o_уст>>t^o_доп, что может повлечь за собой ускоренный износ изоляции и даже выход двигателя из строя.

S3 - Повторно-кратковремееный (номинальный) режим. Кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения. За рабочий и периоды паузы температура машины не достигает установившихся значений.

Главной характеристикой повторно-кратковременного режима является продолжительность включения двигателя

(10.7)

причем номинальные значения ПВ_н составляют 15, 25, 40, 60 и 100%. В каталогах приводятся номинальные данные для всех номинальных ПВ, в том числе и для ПВ_н=100%, что соответствует работе двигателя режима S3 в продолжительном режиме S1.

а) б)

Рис.10.3 Повторно-кратковременные режимы:

а) – номинальный S3; б) - с частыми пусками S4.

Двигатель повторно-кратковременного режима проектируется для работы в основном режиме ПВ_н=25% или ПВ_н=40%. При этом должна быть обеспечена требуемая перегрузочная способность

λ_25%=M_max/M_н25%=2÷2.5.

Максимальный момент двигателя обеспечивается его конструктивными данными и не зависит от ПВ. Поэтому при работе двигателя режима S3 в продолжительном режиме его перегрузочная способность составит λ_100%=M_max/M_н100%=4÷5.

S4 – Повторно-кратковременный режим с частыми пусками (рис.10.3,б).

В этом режиме периоды пуска t_п и неизменной кратковременной номинальной нагрузки t_p чередуются с периодами отключения t_o. За рабочий период и за период пауз (периоды достаточно коротки), перегрев отдельных частей машины не достигает установившихся значений. Пусковые потери (в отличие от режима S3) оказывают существенное влияние на нагрев машины.

Основные параметры этого режима те же, что и для режима S3, и дополнительно характеризуется:

- числом включений в час, если нет специально установленных;

- коэффициентом инерции со значениями 1,2; 1,6; 2,5; 4, равными отношению суммы приведенного к валу двигателя момента инерции механизма и якоря (ротора) к моменту инерции якоря (ротора).

S5 - повторно-кратковременный с частыми реверсами (рис.10.4,а).

Для этого режима периоды пуска, кратковременной неизменной номинальной нагрузки и электрического торможения чередуются с периодами отключения машины. Пусковые и тормозные потери при работе в этом режиме существенно влияют на нагрев машины.

Длительности рабочих периодов и пауз не вызывают перегрева отдельных частей машины до установившихся значений, нагрев может достичь до максимально допустимой температуры.

а) б)

Рис.10.4 Режимы электропривода привода: а) – повторно-кратковременный режим S5 с частыми пусками и электрическим торможением;

б) – кратковременный перемежающийся режим S6.

S6 - Перемежающийся номинальный режим (рис.10.4,б).

Кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами холостого хода (паузами в нагрузке). За рабочие периоды не допускается перегрева машины, нагрев достигает лишь до максимально допустимой температуры, а за время работы вхолостую двигатель не успевает охладиться до установившейся минимальной температуры холостого хода.

S7 - Перемежающийся номинальный режим с частыми реверсами и электромеханическим торможением.

а) б)

Рис.10.5 Перемежающиеся режимы: а) S7 – с частыми реверсами и электрическим торможением; б) S8 – с несколькими скоростями в цикле.

В этом режиме периоды реверса чередуются с периодами неизменной номинальной нагрузки (рис. 10.5,а), причем периоды неизменной номинальной нагрузки не вызывают перегрева машины до установившихся значений.

Cущественное влияние на перегрев двигателя оказывают потери при реверсе. Режим работы S7 характеризуется числом реверсов в час:

Z=30; 60; 120; 240 реверсов/час,

а также коэффициентами инерции (FJ) соответственно величинам Z:

(FJ)=1,2; 1,6; 2,5; 4.

S8 - Перемежающийся номинальный режим работы с двумя и более скоростями в цикле (рис.10.5,б).

В данном режиме периоды работы при неизменной номинальной нагрузке чередуются с периодами работы на другой скорости вращения при соответствующем этой скорости другом значении неизменной номинальной нагрузки.

Периоды неизменной нагрузки на каждой из скоростей вращения не вызывают роста температуры нагрева машины до установившихся значений. Существенное влияние на перегрев электрической машины оказывают потери при переходе с одной скорости на другую.

Режим S8 характеризуется продолжительностью нагрузки (ПН) на отдельных скоростях вращения. Для приведенного на рис.10.5,б продолжительности нагрузки на 2 скоростях будут:

ПН₁=(t_п+_р1)/t_ц ; ПН₂=(t_т1+t_р2)/t_ц

В данном режиме частота циклов нормирована значениями: Z=30; 60; 120; 240 циклов/час при соответствующих коэффициентах инерции (FJ)=1,2; 1,6; 2,5; 4.

Сравнивая рассмотренные режимы работы электродвигателей по нагреву, следует отметить, что для всех повторно-кратковременных режимов (S3, S4, S5) основным параметром является их продолжительность включения:

. (10.8)

Для всех перемежающихся режимов (S6, S7, S8) основным параметром является продолжительность нагрузки:

. (10.9)

Для режима S6 .

Для режима S7 , то есть всегда .

Для режима S8 следует относить к данной скорости вращения.

Для всех дополнительных режимов работы (S4, S5, S7, S8) вводится коэффициент инерции (FJ), а также частота (Z) включений включений в час, реверсов в час или циклов в час.