МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(Минсельхоз России)

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. ПРОФ. И.И.ИВАНОВА»

Кафедра Электротехники и мж Лабораторная работа №4 проверка номинальной мощности электродвигателя по нагреву и определение постоянной времени нагрева

по дисциплине «Электропривод»

Курск – 2007

Составили: профессор Серебровский В.И.

преподаватель Назаренко Ю.В.

Лабораторная работа №4

Проверка номинальной мощности электродвигателя по нагреву и определение постоянной времени нагрева

Цель работы:

1. Изучить тепловой режим двигателя при длительной постоянной нагрузке.

2. Построить экспериментальную кривую нагрева двигателя и найти постоянную времени нагрева различными способами, а также номинальную мощность двигателя.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Мощность, которую можно снимать с вала электродвигателя ограничивается его нагревом. В процессе преобразования электрической энергии в механическую происходит потеря энергии в виде тепла в отдельных деталях машины. Наименее теплостойким материалом является изоляция. При нагреве свыше допустимого предела срок службы резко сокращается. Поэтому длительная и большая перегрузка электродвигателя не допустима.

Температура нагрева двигателя зависит также и от температуры окружающей среды. Чем она выше, тем меньше должна быть нагрузка на валу. Указанная в паспорте двигателя мощность соответствует температуре окружающей среды +35⁰С. При этой нагрузке изоляция нагревается до допустимой величины. Для наиболее широко применяемой изоляции класса А (хлопчатобумажная пропитанная в масле ткань, лаки) допустимая температура равна +105⁰С.

Таблица 4.1

Класс изоляции	А	Е	В	F	Н	С
Предельно допустимая температура, 0С	105	120	130	155	180	Более 180

Но учитывая, что различные части двигателя нагреваются неодинаково, ее принимают равной 95 ⁰С. Таким образом, при номинальной мощности температура изоляции не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 60⁰С.

Рассмотрим процесс нагрева двигателя при работе с постоянной нагрузкой. В первый момент после включения в сеть выделяемая энергия расходуется главным образом на нагрев двигателя, а часть ее расходуется в окружающую среду. Но спустя некоторое время наступает равновесие, когда количество выделяемого в машине тепла равно количеству тепла, отдаваемого в окружающую среду. При этом разность температур двигателя окружающей среды, называется превышением температуры двигателя, принимает установившееся значение.

Аналитически процесс нагрева описывается формулой:

, (1)

где – установившееся значение превышения температуры;

– начальное превышение температуры;

– постоянная времени нагрева.

Если перед включением в работу температуры двигателя и окружающей среды были равны, то

На рисунке 1показаны кривые нагрева при (кривая 1) и при (кривая 2). После включения двигателя в работу его температура повышается и через определенное время наступает тепловое равновесие, превышение температуры двигателя достигает установившегося значения (строго говоря, это время равно бесконечности, но для практических расчетов его принимают конечным).

Величиной характеризующей быстроту, с которой происходит переход из одного теплового состояния в другое, является постоянная времени нагрева Т. Постоянная нагрева Т определяется как время, в течении которого превышение температуры двигателя достигло бы значения (для данной нагрузки), если бы не было отдачи тепла в окружающую среду. Принято считать, что переходный тепловой процесс заканчивается через время t = (4...5)Т.

Постоянная времени зависит от конструктивных параметров электродвигателя, его теплоемкости и теплоотдачи.

Для того, чтобы получить опытным путем установившееся значение повышения температуры, требуется значительное время. Такой путь не обязателен. Можно, имея часть экспоненциальной кривой, определить асимптоту графически (рис.2). Приращения ординат ₁ и ₂, соответствующие приращениям времени t₁ и t₂, откладывают на оси ординат. Через две точки проводят прямую до пересечения с осью ординат. В точке пересечения получается ордината асимптоты (штриховая линия).

Постоянную времени нагрева можно определить тремя способами:

1. Метод касательной кривой нагрева (рис. 1). Касательную к кривой нагрева можно проводить в любой точке. Отрезок, отсекаемый на асимптоте вертикалью из точки касания и касательной, равен постоянной времени нагрева Т.

2. Определение постоянной времени нагрева по трем точкам. На кривой нагрева выбирают три точки, соответствующие двум приращениям времени

(рис. 3). Постоянную времени нагрева определяют по формуле:

(2)

3. Определение постоянной времени нагрева по времени t = Т для = 0,632_уст.

Одним из свойств экспоненты является то, что при t = T ордината кривой нагрева равна - 0,632_уст. Для определения Т нужно подсчитать = 0,632_уст. и по кривой нагрева определить время t = T, соответствующее этому значению.

Имея кривую нагрева, можно определить номинальную мощность электродвигателя. Величина установившегося превышения зависит от количества тепла Q, выделяемого в двигателе, и коэффициента теплоотдачи А.

(3)

Кривая нагрева электродвигателя

Рис. 1.

. Определение Определение постоянной времени

по части кривой нагрева нагрева Т различными способами

Рис. 2. Рис. 3.

В свою очередь, если пренебречь постоянными потерями, можно считать что Q пропорционально квадрату нагрузки Р.

Следовательно:

, (4)

где - установившееся значение превышения температуры

при номинальной нагрузке. Для изоляции класса Е 75⁰С

- установившееся значение превышения температуры при нагрузке Р

Из выражения (4)

, (5)

Если температура окружающей среды 0₀ отличается от стандарта 35⁰С, допустимая нагрузка двигателя также отличается от паспорта. Для пересчета мощности при температуре окружающей среды, не равно 35⁰С, можно воспользоваться формулой

(6)

где =35⁰С-₀ – разница температур стандартной 35⁰С и окружающей среды;

_доп – допустимое превышение температуры двигателя (для данного класса изоляции), (для класса Е _доп=120⁰С);

 - отношение постоянных потерь к переменным (для асинхронных двигателей =0,5…0,7).

УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с установкой для снятия кривой нагрева электродвигателя (рис.4) и вычертить ее электрическую схему.

Электрическая схема установки для исследований теплового режима двигателя.

Рис. 4.

Опыт по изучению теплового режима двигателя производится на асинхронном короткозамкнутом двигателе АД. Для изменения температуры в один из пазов статора вложена термопара, концы которой выведены на зеркальный гальванометр. Если между холодными и горячими спаями имеется разность температур, в контуре возникает электродвижущая сила, пропорциональная превышению температуры двигателя. Изменив гальванометром величину ЭДС, можно по градуированной кривой определить.

Нагрузка на валу двигателя создается генератором постоянного тока Г, который в свою очередь, нагружен сопротивлением Rн. Для регулирования напряжения генератора последовательно с обмоткой возбуждения включено сопротивление Rp. При пуске необходимо следить за тем, чтобы агрегат вращался в сторону, указанную стрелкой, что необходимо для самовозбуждения генератора.

2. Собрать электрическую схему и включить установку. Дать электродвигателю нагрузку (величина нагрузки задается преподавателем) и снять кривую нагрева =f(t). Измерения проводить через 5 минут в течении 45-50 минут. В процессе опыта следить за тем, чтобы ток двигателя поддерживался постоянным. Опытные данные записать в таблицу 4.2.

3. Построить кривую нагрева, определить установившееся значение превышения температуры двигателя и постоянную времени нагрева Т тремя способами.

4. Определить номинальную мощность двигателя, пользуясь формулой (5). Мощность Р, снимаемую с вала двигателя, определяют по показаниям ваттметра с учетом КПД.

Таблица 4.2

Время, t, мин	Показания гальванометра, t 0,C	Превышение температур,  , град	Напряжение, U, B	Сила тока I, A	Мощность подводимая, P, Вт
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45

сos  = 0,7 =0.73 =t_дв-t_{окр.среды} P_подв= UIcos P=P_подв

5. Построить кривую нагрева для номинальной мощности двигателя. Для удобства расчета значения  можно брать при t=T, t=2Т, t=3T и т.д. (по

формуле 1)

6. Пересчитать мощность двигателя на работу при температуре окружающей среды, не равной 35⁰С, по формуле (6). Значение Θ задается преподавателем (Θ=t_окр⁰С).

Контрольные вопросы

1. От чего зависит температура и превышение температуры нагрева двигателя?

2. Каков физический смысл постоянной времени нагрева?

3. Какие из перечисленных ниже величин зависят от нагрузки (установившееся превышение температуры, постоянная времени нагрева, начальное превышение температуры)?

4. Как по кривой нагрева определить номинальную мощность двигателя?

5. Как рассчитать мощность двигателя, если известно, что температура окружающей среды в любое время не превышает +10⁰С?

6. В каком случае начальное превышение температуры двигателя не равно нулю?

Отчет по лабораторной работе должен содержать

Цель работы.

Краткие сведения из теории.

Электрическую схему установки для исследования теплового режима электродвигателя.

Результаты эксперимента, сведенные в таблицу 4.2.

Кривую нагрева, построенную на основе экспериментальных данных.

Графические построения для определения установившегося превышения температуры _уст и постоянной времени нагрева Т по результатам эксперимента (Т определить тремя способами).

Расчеты по пунктам 4, 5, 6 указаний к выполнению работы.

Выводы по работе о характере кривой нагрева и о качестве определения _уст, Т, Рн.

12

11

3

6

4

5

5

8

6

7