Лабораторно — практична № 4 дослідження теплових режимів електродвигуна. І. Мета роботи:

Закріпити теоретичні та отримати практичні навики по дослідженню процесу нагрівання електродвигуна і вивчити способи знаходження його сталої температури і постійної часу нагрівання.

П. Задачі досліджень

1. Експериментально одержати і побудувати криву нагрівання електродвигуна при тривалому номінальному навантаженні на його валу.

2. Визначити графічним і аналітичним методами постійну часу нагрівання електродвигуна.

3. Перерахувати номінальну потужність електродвигуна з урахуванням температури навколишнього середовища.

Ііі. Методичні вказівки

Правильний вибір потужності електродвигунів має велике народногосподарське значення, який в багатьох випадках визначає початкові витрати і вартість експлуатаційних затрат в електроприводах. Застосування електродвигунів недостатньої потужності може привести до порушення нормальної роботи машини, до зниження її продуктивності, виникнення аварій і передчасного виходу з ладу електродвигуна. Використання двигунів перевищеної потужності погіршує економічні показники, веде до їх подорожчання і великим втратам енергії. Потужність електродвигуна вибирається, виходячи з необхідності забезпечити виконання заданої роботи електропривода при додержанні нормального теплового режиму і допустимого механічного перевантаження електродвигуна.

Вирішальну роль у виборі електродвигуна грає допустиме нагрівання його обмоток, тому в переважній більшості випадків вибір потужності двигуна здійснюється по нагріванню, а потім він перевіряється по перевантаженій здібності.

Нагрівання двигуна проходить за рахунок втрат, які виникають при перетворенні електричної енергії в механічну. Номінальні втрати потужності визначаються через номінальну потужність Р_н електродвигуна і його номінальний коефіцієнт корисної дії:

Кількість тепла Q, яке виділено за одиницю часу (Дж/с), чисельно дорівнює втратам потужності, виражених в Ватах. При номінальному режимі:

Кожному навантаженню двигуна відповідають певні втрати, а при усталеному режимі, кінцеві перевищення температури двигуна над температурою навколишнього середовища. Ізоляція обмоточного проводу, із якого зроблена обмотка, розрахована на цілком визначену температуру нагріву Q _доп. Так, для найбільш розповсюджених класів ізоляції А і Е ця температура складає відповідно 105 ^оС і 120 ^оС.

Перевищення допустимої температури веде до різкого зменшення строку служби ізоляції, а звідси, і всієї машини. При цьому треба мати на увазі, що втрати потужності в міді пропорційні квадрату струму (I²R); тому навіть невеликі перевантаження приводять до значного перегріву обмоток електродвигуна.

Під час роботи електродвигуна температура його постійно підвищується і якщо б двигун, при цьому не віддавав тепла в навколишнє середовище, вона підвищувалася б до нескінченності. Проте за рахунок тепловіддачі в навколишнє середовище, яка збільшується з підвищенням різниці температури між двигуном і навколишнім середовищем, нагрів двигуна сповільнюється.

При деякій температурі нагрівання наступає усталена рівновага, при якій кількість тепла виділена в двигуні, становиться рівною кількості тепла, яке віддається двигуном в навколишнє середовище. Температура двигуна досягає усталеного значення.

Рівняння теплового балансу має наступний вигляд:

де Q - кількість тепла, яке виділене в двигуні за одиницю часу, Дж/с;

Q dt - кількість тепла, яке виділене в двигуні за нескінченно малий проміжок часу dt, Дж;

А - тепловіддача двигуна, тобто кількість тепла, яке виділяється двигуном в навколишнє середовище за одиницю часу при різниці температур між двигуном і навколишнім середовищем, рівній 1⁰С, Дж/с.град.;

А - кількість тепла, яке виділяється електродвигуном в навколишнє середовище за одиницю часу при різниці температур між двигуном і навколишнім середовищем, рівною ⁰С, Дж/с;

А dt - кількість тепла, яке виділяється двигуном в навколишнє середовище за нескінченно малий проміжок часу dt при різниці температур між двигуном і навколишнім середовищем, рівною ⁰С, Дж;

С - теплоємність двигуна, тобто кількість тепла, яка необхідна для підвищення температури двигуна на 1 ⁰С, Дж/град.;

Сd - кількість тепла, яка необхідна для підвищення температури двигуна на нескінченно малу величину dt , Дж.

Процес нагрівання двигуна характеризується залежністю перевищення температури двигуна над температурою навколишнього середовища у функції часу:

Рішаючи диференційне рівняння (рівняння теплового балансу) отримаємо рівняння нагрівання електродвигуна:

де _у - усталене значення перевищення температури електродвигуна над температурою навколишнього середовища, град.;

постійна часу нагрівання електродвигуна, с;

₀ - початкове перевищення температури електродвигуна над температурою навколишнього середовища, град.

Якщо на початку роботи температура електродвигуна дорівнює температурі навколишнього середовища, то ₀ = 0 і рівняння нагрівання електродвигуна матиме вигляд:

Графічне побудування цього рівняння дає експоненційну криву, відображену на рис 4.1.

При t = ,  = _у. Отже, _у - це знячення усталеного перевищення температури над температурою навколишнього середовища, яке досягається через нескінченно великий проміжок часу, коли кількість тепла,яке віділяється в двигуні, стає рівним кількості тепла,яке віддає двигун в навколишнє середовище. Практично вважається, що температура двигуна досягає усталеного значення через проміжок часу t = ( 4...5) Т_н.

Постійна часу нагрівання Т_н характеризує швидкість нагрівання електродвигуна. Вона чисельно визначає час, протягом якого двигун нагрівся б до усталеної температури, якщо була б відсутня віддача тепла в навколишнє середовище.

Рис. 4.1. Визначення постійної часу нагрівання