Пуск производят вхолостую при М₀~М_Г = 18 /^приведенный маховой момент GDnp = 120 нм¹.

Решение. Определяем номинальный момент

Л/_н = 9,55 — = 9,55^^69 нм.

п_п 970

Находим максимальный момент М_маьс — М_н1,8 я« 124 нм. Находим начальный пусковой момент

Ми нач = ^н- 1Д — 69- 1,1 = 76 НМ.

(272)

Определяем величину пускового момента по формуле

Mu-

М.,

: + М_п

124 + 76

^; 100 нм.

Определяем продолжительность разгона электропривода по формуле (265).

tu

GD^s_npn_n

120 • 970

' 375 (М_п —• М_с) ~ 375(100—18)

; 3,8

сек.

Вопросы для самопроверки

1. Напишите и объясните уравнение движения электропривода

2. Что такое маховой момент?

3. Как делают приведение моментов сопротивления и моментов инерции в электроприводе?

4. Как делают приведение маховых моментов электропривода? 5 Как определяют время разбега электропривода?

6. Как определяют время торможения электропривода?

Глава xl нагрев и охлаждение электрических машин, выбор мощности электродвигателей по нагреву

§ 1. Нагрев п охлаждение электрических машин и трансформаторов при работе

Преобразование электрической энергии в механическую и наоборот сопровождается потерями, которые превращаются в тепловую энергию. Выделяемое при этом тепло частично отдается в окружающую среду, а часть его идет на нагревание частей машины.

В начальный период работы машина имеет температуру окружающей среды, и поэтому почти все тепло, выделяв-

440

мое в матине, идет на нагревание ее частей, вследствие чего температура машины быстро повышается.

По мере нагрева машины увеличивается разность температур машины и окружающей среды, вследствие чего количество тепла, выделяемого машиной в окружающую среду, также увеличивается.

Через некоторое время температура машины достигает такой величины, при которой все тепло, выделяющееся в машине, отдается в окружающую среду. В этом случае наступает тепловое равновесие, и температура машины достигает установившегося значения.

Уравнение теплового баланса электрической машины при постоянной длительной нагрузке имеет следующий

^вид: Qdt — Axdt Сd% (дж), (274)

где Q — общее количество тепла, выделяемое электрической машиной в единицу времени t (дж/сек)\

А — теплоотдача электрической машины, т. е. количество тепла, выделяемое ею в окружающую среду в единицу времени при разности температур в 1° (дж/сек-град);

г — превышение температуры машины над температурой окружающей среды, выраженное в градусах;

С — теплоемкость электрической машины, т. е. количество тепла, необходимое для повышения ее температуры на 1° (дж/град).

После интегрирования получаем

X =

Q

А

(1-е

tA

^с) +4>е

tA

С

(275)

Обозначим в этом уравнении

<²⁷⁶)

где Ту — значение установившейся температуры перегрева, которое достигается электрической машиной через бесконечно большой промежуток времени (град).

(сек), (277)

это постоянная времени нагрева, характеризующая скорость нагревания электрической машины. Постоянную

441

Т_п можно представить себе как время, в течение которого электрическая машина достигла бы установившейся температуры Ту, если бы не было отдачи тепла в окружающую среду.

После этих замен уравнение нагрева примет вид

^:Ту (1

t

tZ

') + ^то^{е н} (град),

(278)

где е — основание натуральных логарифмов, е = 2,718; т₀ — начальное превышение температуры (град); t — время, для которого определяется превышение температуры т (сек).

Если в начальный момент времени температура пере- грева т₀ = 0, то уравнение нагрева примет следующий вид:

t

т = Ту (1 — е ^Тп) (град). (279)

На рисунке 300 изображена кривая 1 нагрева машины в зависимости от времени нагрева, построенная в соот- ветствии с уравнением (279).

Если провести касательную к кривой т = f (t) в ее началь- ной части, то она отсечет отре- зок на пунктирной линии, про- веденной параллельно оси абс- цисс на высоте т_у, численно равный постоянной времени нагрева Т_н.

Из этой кривой видно, что вначале температура машины растет быстро, а по мере ее нагрева возрастание температу-

ры машины замедляется. Теоретически температура ма- шины может достигнуть установившегося значения т_у через бесконечно большое время, но практически уже через период времени £ = 47’_н разница между т и т_у будет меньше 2%.

Кривая 2 охлаждения машины является зеркальным отражением кривой нагрева 1 (рис. 300).

Изменение температуры машины при ее охлаждении выражают следующим равенством:

Рис 300 Кривые нагрева и охлаждения электриче- ской машины

(град).

(280)

442

Все сказанное о нагреве и охлаждении электрических машин относится также и к трансформаторам.

Величина постоянной времени нагрева Т_и зависит от конструкции и размеров электрической машины. Элект- рические машины небольшой мощности (защищенные) имеют постоянную времени нагрева порядка 10—20 мин, а крупные электрические машины порядка нескольких часов.

При неодинаковых по величине длительных нагрузках нагрев электрической машины происходит по разным кри- вым. Чем больше нагрузка, тем выше находятся значения установившихся температур нагрева т_у, так как с увели-

чением нагрузки увеличиваются потери и нагрев машины (рис.

301).

Постоянная времени нагре- ва Т_и остается неизменной при любой нагрузке.

При повышении температу- ры окружающей среды темпе- ратура нагрева машины соот- ветственно увеличивается.

Для улучшения охлаждения электрической машины ее части обдуваются вентилятором.

В машинах мощностью до 1 квтп, а также в мощных тихо-

ходных машинах открытого исполнения вентиляторы на валу не ставят, эти машины охлаждаются естественным способом.

Большинство электрических машин охлаждаются вен- тилятором, установленным на валу машины, т. е. самовен- тиляцией. Самовентиляция бывает внутренняя, когда воздух продувается вентилятором через машину, и на- ружная, когда вентилятор обдувает ребристую поверх- ность корпуса машины воздухом.

Если воздух проходит вдоль оси машины в зазоре между ротором и статором или по вентиляционным каналам, то такую систему вентиляции называют аксиальной (рис. 302, а), а при прохождении воздуха перпендикулярно к оси машины по радиально расположенным вентиляционным каналам получают радиальную систему вентиляции (рис. 302, б).

Рис 301 Кривые нагрева электрической машины при различных по величине длительных нагрузках.

443

В машинах большой мощности применяют независимую систему вентиляции. Независимая система вентиляции может быть протяжной или замкнутой. При протяжной системе через машину специальным вентилятором проду- вают воздух, подаваемый извне, который затем выбрасы- вается наружу. При замкнутой системе вентиляции в ма-

шине циркулирует опре- деленное количество одной и той же охлаждающей среды, охлаждаемой в специальных охладите- лях.

При замкнутой системе вентиляции в качестве ох- лаждающей среды в ма- шинах большой мощности применяют водород. Он в 14 раз легче воздуха, это снижает потери на венти- ляцию. Теплопроводность водорода в 6—7 раз боль- ше теплопроводности воз- духа, поэтому водород интенсивнее охлаждает машину.

Трансформаторы не- большой мощности (в не- сколько киловольт-ампер)

изготовляют сухими с естественным воздушным охлажде- нием.

Сердечники трансформаторов средней и большой мощности помещают в бак с минеральным трансформаторным маслом, которое способствует улучшению охлаждения трансформатора, так как теплопроводность масла примерно в 10 раз больше, чем воздуха.

При работе трансформатора масло соприкасается с обмотками и сталью сердечника, нагревается и поднимается вверх, затем, опускаясь по трубам или ребрам бака вниз, отдает им свое тепло, охлаждаясь таким образом (рис. 303, а). Вследствие этого создается непрерывная естественная циркуляция масла, при которой выделяющееся в трансформаторе тепло передается маслу, от масла — баку, а от бака —■ воздуху.

Л (г.

\ <^|

|![Т^ГТГ’'^,Т'"Ч1]

1^)4

\

з

> ■ ⁴ - ^г

I

щЗг

Рис. 302. Системы вентиляции: а — аксиальная; б — радиальная.

444

В трансформаторах большой мощности для охлаждения масла делают специальные радиаторы-охладители, которые искусственно охлаждают масло вентиляторами.

На рисунке 303, а показано, как циркулирует масло в баке трансформатора при его работе, а на рисунке 303, б показано распределение превышений температуры отдельных частей трансформатора по высоте его бака. Больше всего нагревается при работе обмотка трансфор-

а б

Рис. 303. Распределение превышений температуры отдель- ных частей трансформатора по высоте его бака:

а — циркуляция масла в баке; б — распределение повышений тем- пературы: 1 — обмотки, 2 — сердечника, з — масла, 4 — поверхно- сти труб.

матора (кривая 1), причем вследствие того, что в средней части условия охлаждения обмотки хуже, чем в ее крайних частях, здесь температура обмотки самая высокая. Температура "сердечника (кривая 2) вверху выше, чем внизу, так как температура масла (кривая 3) в верхних слоях выше вследствие того, что нагретое масло поднимается вверх. Распределение повышения температуры поверхности трубы показано кривой 4\ температура поверхности трубы вверху самая высокая, так как в нее сверху поступает нагретое масло, а по мере продвижения масла к низу трубы оно охлаждается и температура поверхности трубы понижается.

445