Учебники 80278

23. НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Для двигателей нормируется не допустимая температура, а допустимое превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды. За стандартную принимается t0 = 35 С.

Расчет тепловых процессов в двигателях ведется с допущениями:

1.Двигатель рассматривается как однородное тело, обладающее бесконечно большой теплопроводностью с одинаковой температурой во всех точках.

2.Теплоотдача пропорциональна разности температур двигателя и среды.

3.Температура среды постоянна.

4.Теплоемкость двигателя, мощность тепловых потерь и теплоотдача не зависит от температуры нагрева.

Уравнение теплового баланса:

где Q - потери двигателя или количество тепла, выделяющееся в нем за время.

S - наружная поверхность двигателя;

кал

с - удельная теплоемкость массы двигателя г.град .

d- приращение перегрева;

-повышение температуры над окружающей средой;

-коэффициент теплоотдачи на один градус разности темпера-

кал

тур с единицы площади в единицу времени, .

см2 .гр. сек.

Интегрируя, получаем:

При t = 0, = нач.

72

Если начальное превышение температуры двигателя равно нулю, то н = 0, тогда

73

Таким образом, двигатель достигает своей конечной установившейся температуры за период (3 4)Т (рис. 57).

Для периода охлаждения уравнение теплового баланса будет:

Рис. 57. Зависимости нагрева и охлаждения электродвигателя во времени

24. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ (БЕЗМАХОВИКОВЫХ)

Различные условия работы производственных механизмов обуславливают различные режимы работы электроприводов, которые классифицируют на восемь режимов с условным обозначением от S 1 до S 8. Классификация режима, на который спроектирован двигатель проставляется в паспортной табличке. S1 - продолжительный с постоянной номинальной нагрузкой (рис. 58).

74

При этом режиме tн = (3 4)Т - время нагрева. S2 - кратковременный с номинальным нагревом (на щитке указано время работы при номинальной мощности) - серийно не выпускается

tн 3Т, t0 3Т0, где Т0 - постоянная времени охлаждения. Т0 = Т,

= 0,25 ÷ 0,98, где - коэффициент зависящий от способа вентиляции (без вентиляции - 0,95, с самовентиляцией - 0,25). S3 - повтор- но-кратковременный с номинальным нагревом. На щитке указывается продолжительность включения ПВ, tн 3Т, t0 3Т0.

быть 15 %, 25 %, 40 %, 60 %. Продолжительность цикла 10 мин. Например, если на щитке указано Рн = 10 кВт, ПВ = 40 %, то двигатель может работать с номинальной нагрузкой 10 кВт в течение 4 мин и последующие 6 мин должен стоять.

Рис. 58. Режимы работы электродвигателя

S4 - повторно-кратковременный с номинальной нагрузкой с частыми пусками (рис. 59). tн ≤ 3Т, t0 3Т0.

Рис. 59. Режимы работы электродвигателя

75

Режим характеризуется продолжительностью включения, числом пуска в час, коэффициентом инерции привода Fi. ПВ – 15 %,

25 %, 40 %, 60 %, число включения – 30, 60, 100, 240 в час. Коэффи-

циент инерции – отношение суммарного, приведенного к валу двигателя момента инерции привода к моменту инерции двигателя (Yр):

S 5 – повторно-кратковременный с номинальными частыми пусками и электрическим торможением, ПВ – 15 %, 25 %, 40 %,

60 %, Fi =2; 6,3; 10.

S6 – перемежающийся с номинальным нагревом (двигатель в период отсутствия нагрузки не включается). Продолжительность цикла – 10 мин. ПН – 15 %, 25 %, 40 %, 60 % (рис. 60).

нагрузки.

S 7 - перемежающийся с номинальной нагрузкой с частыми реверсами (работа без остановки). Число реверсов в час – 30, 60, 120, 240. Fi =2; 6,3; 10 (рис. 60).

S8 – перемежающийся с номинальной нагрузкой с двумя или более угловыми скоростями без остановки. ПН – 30 %, 60 %, 120 %, 240 %. Fi =1,2; 1,6; 2; 2,5; 4 (рис 60).

Рис. 60. Режимы работы электродвигателя S6, S7, S8

76

Основными считаются длительный S 1, кратковременный S 2

иповторно-кратковременный S3, S6.

25.РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ

БЕЗ МАХОВИКА

25.1. Продолжительный режим работы с постоянной нагрузкой

За время работы двигателя устанавливается стабилизированная температура нагрева, которая не будет превышать допустимую, если двигатель по своей номинальной нагрузке совпадает с эксплуатационной, то есть номинальная мощность двигателя должна быть

где К = 1,1 1,2 коэффициент зипса; Рн – номинальное ус. пр. в (н); Vп – скорость прессования (м/с);

- общий КПД (0,6 0,85).

25.2. Продолжительно-переменная нагрузка

Определение номинальной мощности при длительной переменной нагрузке производят по методу средних потерь с возможным уточнением по методу эквивалентных величин (тока, момента, мощности) (рис. 61).

Рис. 61. Продолжительно-переменная нагрузка

77

25.2.1. Метод средних потерь

Это метод необходим для исключения возможности перегрева двигателя, поскольку для определения необходимой мощности надо найти такую нагрузку, которая была бы, в отношении нагрева двигателя эквивалентна данной ступенчатой нагрузке. Это значит, что в течение времени цикла при работе с эквивалентной мощностью в электродвигателе должно выделиться столько же тепла, сколько выделяется за цикл работы по графику нагрузки:

Равенство может иметь место лишь в том случае, если за время цикла в обоих случаях потери энергии в двигателе будут равны:

Таким образом:

В каталогах для каждого электродвигателя приводятся значения КПД при мощностях на валу 25 %, 50 %, 75 %, 100 %, 125 % от номинальной (рис. 62). По этим данным и имея в виду, что при

Рис. 62. Зависимость КПД асинхронного двигателя от мощности

78

Потери определяются по формуле:

0,85 - коэффициент, учитывающий перемены нагрузки в сети. Затем выбирают двигатель по мощности ближайший к Nпр ≤ Nн. Определяют потери мощности при номинальной нагрузке:

н

В итоге должно выполняться условие:

25.2.2. Метод эквивалентного тока

Метод уточняющий или заменяющий предыдущий в случае, если нет данных по КПД двигателя. Потери в двигателе разделяются на постоянные и переменные. Причем переменные потери, как указывалось раньше, пропорциональны квадрату тока:

79

При правильном выборе двигателя должно соблюдаться усло-

вие:

Метод эквивалентного тока пригоден для любого двигателя, однако, его использование связано с необходимостью построения графика зависимости тока от времени за рабочий цикл механизма.

25.2.3. Метод эквивалентных моментов

Метод является производным от метода эквивалентного тока, так как для большинства двигателей момент пропорционален току. Исключение составляют двигатели последовательного возбуждения при нагрузках значительно меньше номинальных:

Критерий М э М н .

25.2.4. Метод эквивалентной мощности

Для двигателей, скорость которых не регулируется и мало зависит от нагрузки (двигатель с параллельным возбуждением, асинхронный двигатель):

80