8.3. Допустимые по нагреву режимы работы электродвигателей

В зависимости от габаритов и исполнения двигателей их тепловые постоянные времени имеют значения от нескольких десятков минут до нескольких часов, т.е. процессы нагрева и охлаждения являются инерционными. В связи с этим степень нагрева двигателя зависит не только от перечисленных факторов, но и от времени его работы с той или иной нагрузкой.

Влияние времени работы на тепловые процессы иллюстрирует рис. 8.3.

Здесь показаны процессы нагрева и охлаждения двигателя в двух различных режимах работы: при работе с постоянной нагрузкой P на валу в течение относительно большого отрезка времени > (а) и при работе с такой же нагрузкой в течение относительно малого времени < , с последующей длительной паузой.

В первом случае температура двигателя успевает достигнуть практически установившегося значения. Поэтому критерий допустимости данного режима работы двигателя по условиям нагрева в данном случае имеет вид

,

где - допустимая температура нагрева двигателя.

Во втором случае максимальное значение температуры оказывается ниже установившегося значения, соответствующего данной нагрузке.

В связи с этим наиболее общим критерием допустимости использования электрического двигателя для выполнения некоторого заданного графика нагрузки является следующий критерий

,

где - максимальная температура двигателя в процессе выполнения заданного графика нагрузки.

Из общего выражения температуры двигателя как суммы температуры окружающей среды и превышения температуры, зависящего от нагрузки на валу, очевидно, что нагрузки, допустимые по нагреву двигателя, должны указываться не только с учётом временных факторов графика нагрузки, но и температуры окружающей среды. При этом имеют значения также и условия охлаждения двигателя (естественное, самовентиляция, принудительное охлаждение), исполнение двигателя (открытое, защищенное, закрытое и т.д.), поскольку темп изменения температуры определяется коэффициентом теплоотдачи А.

Рис. 8.3. Влияние времени работы на тепловые процессы

а) длительный режим; б) кратковременный

Изолирующие материалы, лимитирующие нагрев двигателя, по степени нагревостойкости делятся на 6 основных классов по предельно допустимой температуре: А - 105 , Е – 120, В – 130, F - 155, H - 180, C>180 .

Температурный режим является важным, но не единственным фактором старения изоляции. На её долговечность существенно влияют величина и характер изменения во времени рабочего электрического напряжения с высокими значениями (например, частотно-управляемые асинхронные и синхронные двигатели). К числу значимых факторов износа относятся и механические напряжения, способ крепления и вибрация изолированных токоведущих проводников в машине, разрушение изоляции под действием влаги, влиянием электрической короны и внутренних электрических микроразрядов в пазах высоковольтных машин и т.д. Поэтому выбор класса изоляции и её номинального температурного режима – это лишь один из взаимосвязанных вопросов комплексной проблемы обеспечения качества и надёжности работы электрических двигателей в электроприводе.

В связи с большим разнообразием реальных графиков нагрузки различных производственных механизмов ГОСТ 183-7 предусматривает указание номинальных данных двигателей для ряда стандартных видов графиков нагрузки, отражающих специфику нагрева и охлаждения двигателей с учётом временных и некоторых других параметров. Они обозначаются следующим образом:

S1 – продолжительный режим;

S2 – кратковременный режим с длительностью периода неизменной нагрузки 10, 30, 60 и 90 мин;

S3 – повторно-кратковременный режим с продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60%; продолжительность одного цикла принимают равной 10 мин;

S4 – повторно – кратковременный режим с частыми пусками с продолжительностью включения 15, 25, 40 и 60%; продолжительность одного цикла принимают равной 10 мин при коэффициенте инерции F1 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4; 6,3; и 10,0;

S5 – повторно-кратковременный режим с частыми пусками и электрическим торможением с продолжительностью включения 15, 25, 40 и 60%; числом включений в час 30,60, 120 и 240 при коэффициенте инерции F1 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4;

S6 – перемежающийся с продолжительностью нагрузки 15, 25,40и 60%; с продолжительностью одного цикла равной 10мин;

S7 – перемежающийся с частыми реверсами при электрическом торможении с числом реверсов в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции F1 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4;

S8 – перемежающийся с двумя и более частотами вращения с числом циклов в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции F1 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4.

Номинальные данные электрических машин для этих режимов даются при работе их на высоте до 1000м над уровнем моря, температуре окружающей среды +40 и охлаждающей воды +30. При отличии реальных условий работы от указанных выше, допустимая нагрузка машины должна быть скорректирована с учётом коэффициентов пересчёта.