Режимы нагрева аппаратов

Различают установившийся режим нагрева и нагрев аппаратов в переходных режимах.

Процесс нагрева считается установившимся, если с течением времени температура частей аппарата не изменяется. Температура считается установившейся, если за 1 ч нагрева она возрастет не более чем на 1°С. В установившемся режиме все выделяющееся тепло отдается в окружающее пространство.

Переходный процесс при нагреве и охлаждении электрического аппарата представляет собой зависимость изменения превышения температуры аппарата над температурой окружающей среды во времени.

Тепло, выделяющееся в аппарате, частично отдается в окружающее пространство, частично идет на повышение его температуры.

Количество тепла, отдаваемого в окружающее пространство, определяется с помощью уравнения теплового баланса:

, (1.8)

где - мощность тепловых потерь в теле, Вт;

С=сМ - теплоемкость тела, Втс,

- удельная теплоемкость единицы массы, Вт*с/(кг*⁰С);

- масса тела, кг;

- изменение температуры тела;

- коэффициент теплообмена (является сложной функцией температуры и других физических параметров);

- площадь охлаждения, м².

- превышение температуры аппарата над температурой окружающей среды.

Если P=const, то решение уравнения (1.8) имеет вид

= (1.9)

где - превышение температуры в начале процесса (t=0);

- установившееся превышение температуры,;

Т – постоянная времени нагрева, T = .

Зависимости показаны на рис. 1.2, где кривые 1 и 2 соответствуют нагреву при=0 (кривая 2) и при, отличном от нуля, (кривая 1).

Зависимость при отключении аппарата (кривая 3) изменяется в соответствии с выражением

, (1.10)

Рис. 1.2. Переходный процесс нагрева и охлаждения

Лекция №2 Нагрев аппаратов в переходных режимах

Кратковременный режим работы аппарата характеризуется тем, что при включении температура его не достигает установившейся, а при отключении аппарат остывает до температуры окружающей среды. Графики нагрева и остывания для кратковременного режима работы приведены на рис. 2.1.

Рис. 2.1. График нагрева и охлаждения аппарата

при кратковременном режиме работы

Обычно длительность прохождения тока кратковременного режима выбирается так, чтобы температура токоведущих частей не превышала допустимого значения.

Если принять, что - установившееся превышение температуры в случае бесконечно длительного времени прохождения тока, то из (1.8) можно найти время, по истечении которого превышение температуры будет равно допустимому:

, (2.1)

откуда

. (2.2)

Из (2.2) видно, что чем больше постоянная времени нагрева Т, тем больше время нахождения аппарата под током. В моменты времени и(см. рис. 2.1) аппарат необходимо отключить, после чего происходит его охлаждение до температуры окружающей среды.

Используя (1.8) и выразив ичерез ток, получим:

(2.3)

.

Откуда связь между допустимым током длительного режима и допустимым током кратковременного режимаравна:

(2.4)

Для характеристики кратковременного режима вводится понятие коэффициента перегрузки =/, который показывает, во сколько раз может возрасти допустимая нагрузка по току при кратковременном режиме по сравнению с длительным режимом:

. (2.5)

При работе в перемежающемся и повторно-кратковременном режимах ток циклически изменяется, не спадая до нулевого значения.

На рис. 2.2 показан график изменения тока и превышения температуры аппаратов при перемежающемся режиме работы.

Рис. 2.2. График изменения тока (нагрузки) и превышения

температуры при перемежающемся режиме работы

В период работы через аппарат проходит ток; установившееся превышение температуры при этом равно. В периодчерез аппарат проходит ток, и этому току соответствует установившееся превышение температуры. Так как>, то в периодаппарат охлаждается.

Через некоторое время работы максимальные и минимальныепревышения температуры соседних циклов станут одинаковыми и наступит так называемый квазистационарный режим, в котором в конце интервалапревышение температуры достигнет, а в конце интерваладостигнет значения.

Используя (1.8), получается, что

. (2.6)

Для периода , когда аппарат охлаждается, справедливо выражение

. (2.7)

При , тогда получается:

. (2.8)

Подставив из (2.8) в (2.6) и решая (2.6) относительно, получим

. (2.9)

Значение не должно превышать максимально допустимое превышение температуры. Если выразить установившееся превышение температуры через соответствующие токи длительных режимов, то есть:

(2.10)

(2.11)

(2.12)

где - допустимый эквивалентный ток длительного режима, то из (2.9)-(2.12) следует

. (2.13)

Частным случаем перемежающегося режима является повторно-кратковременный режим, когда ток = 0. Времяназывается временем паузы=. Так как= 0, то= 0. Обозначив=, из (2.13) получим для повторно-кратковременного режима

. (2.14)

Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения ПВ или ПВ%

, (2.15)

где – время цикла работы.

С учетом (2.15) коэффициент перегрузки по току определяется из (2.14)

. (2.16)

Из (2.16) видно, что при неизменном значении ПВ% коэффициент перегрузки p по току и ток зависят от отношения. При возрастании отношениятепловая нагрузка аппарата увеличивается, а коэффициент перегрузки по току уменьшается.