5.2 Номинальные режимы работы электродвигателей

         Под номинальным режимом работы элек­трической машины понимается режим, для которого она предназначена предприятием-изготовителем (ГОСТ 17154-71). Для этого режима в каталогах и паспорте двигателя указываются: номинальная полезная меха­ническая мощность на валу,  Вт,  кВт или МВт; номинальное напряжение, В,  кВ (в том числе номинальное напряжение системы воз­буждения, номинальное напряжение ротора АД с контактными кольцами); номинальный ток,  А,  кА (в том числе ток возбуждения, ток ротора); номинальная частота враще­ния, об/мин (или номинальная угловая скорость,  рад/с); номинальный КПД,  %; номинальный коэффициент мощности.

         В соответствии с ГОСТ 183-74 (СТ СЭВ 1346-78) установлено восемь номи­нальных режимов работы электрических ма­шин, которые имеют условные обозначения S1—S8 и определяются следующим обра­зом.

S1 - Режим продолжительной нагрузки — работа при постоянной нагрузке, достаточно длительная для достижения теплового равно­весия, т. е. температура всех частей элек­трической машины достигает установивше­гося значения. Соответствующие этому ре­жиму диаграммы изменения нагрузки М (полезного механического момента на валу двигателя), мощности тепловых потерь   и температуры τ показаны на рис. 5.3.

Рисунок 5.3 - Диаграммы полезного момента М, мощности тепловых потерь и темпе­ратуры двигателя τ  при работе в режи­меS1

  S2 - Режим кратковременной нагрузки — работа при постоянной нагрузке в течение заданного времени, меньшего, чем требуется для получения теплового равновесия, с после­дующим отключенным неподвижным состоя­нием, имеющим достаточную продолжитель­ность для достижения машиной температуры окружающей среды. Характеризующей вели­чиной является продолжительность кратко­временной работы. Определяются следующие значения продолжительности кратковремен­ной работы: 10, 30, 60 и 90 мин. Соответ­ствующие режиму S2 диаграммы показаны на рис. 5.4.

Рисунок   5.4 -   Диаграммы М,     и τ при рабо­те двигателя в режиме S2

    S3 - Режим повторно-кратковременной на­грузки — последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых со­стоит из периодов работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного со­стояния; длительность этих периодов не до­статочна для достижения теплового равнове­сия за время одного рабочего цикла, а нали­чие пускового тока существенно не влияет на нагрев. Соответствующие диаграммы пока­заны на рис. 5.5.

         Для режима S3 характеризующей вели­чиной является относительная продолжитель­ность включения

                                             ,                                (5.10)

 

где — период работы при номинальных условиях; — период отключенного непо­движного состояния (паузы);— продол­жительность цикла.

         Определяются следующие значения отно­сительной продолжительности работы: 15, 25, 40 и 60 %. Продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принима­ется равной   10 мин.

Рисунок   5.5 -  Диаграммы  М,    и τ  при  работе двигателя  в режиме S3

S4 - Режим повторно-кратковременной нагрузки, включая пуск, — последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов пуска, работы при   постоянной   нагрузке   и   отключенного неподвижного состояния; длительность этих периодов недостаточна для достижения теп­лового равновесия за время рабочего цикла. Диаграммы, соответствующие этому режиму, показаны на рис. 5.6.

Рисунок  5.6 - Диаграммы М и τ при работе двигателя в режиме S4

S5 - Режим повторно-кратковременной на­грузки, включая электрическое торможе­ние, — последовательность идентичных ра­бочих циклов, каждый из которых состоит из периодов пуска, работы при постоянной нагрузке, быстрого электрического торможе­ния и отключенного неподвижного состоя­ния; длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за вре­мя одного цикла. Соответствующие этому режиму диаграммы показаны на рис. 5.7.

Рисунок 5.7 - Диаграммы М,  и τ  при работе дви­гателя  в режиме S5

        

Для режимов работы S4 и S5 характе­ризующими величинами являются: относи­тельная продолжительность включения, число включений в час, коэффициент инерции и постоянная кинетической энергии.

         Под относительной продолжительностью включения понимается для режима S4

                                        ,                        (5.11)

 

для режима S5

                                     ,               (5.12)

 

 где,   кроме   известных   величин,    и   — периоды соответственно пуска и торможения.

         Продолжительность цикла, с, находится по формуле

                                                  ,                                                   (5.13)

где  — число включений (циклов) в час.

         Под коэффициентом инерции понимается отношение суммы момента инерции двига­теля и приведенного к валу двигателя мо­мента инерции механизма к моменту инерции двигателя

                                                .                                     (5.14)

 

         Постоянная кинетической энергии — от­ношение кинетической энергии, запасенной ротором при номинальной частоте вращения (угловой скорости), к номинальной полной мощности или произведению номинальных напряжения и тока в машинах постоянного тока.

         Для режимов работы S4 и S5 опреде­ляются следующие значения величин: ПВ= 15, 25, 40 и 60 %; z= 30, 60, 90, 120, 180, 240 и 360 вкл./ч; — 1,2;  1,6; 2; 2,5 и 4.

  S6 - Режим продолжительной работы при переменной нагрузке — последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из ко­торых состоит из периодов работы при по­стоянной нагрузке и на холостом ходу; длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за вре­мя одного рабочего цикла. Соответствующие диаграммы приведены на рис. 5.8.

Рисунок 5.8 - Диаграммы   M,  и   τ   при   работе двигателя в режимеS6

Характе­ризующей величиной является продолжи­тельность работы

                                     ,                                    (5.15)

 

где — период работы на холостом ходу механизма.

         Определяются следующие значения ПР = 15, 25, 40 и 60 %. Продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимается  равной   10 мин.

S7 - Режим продолжительной нагрузки, включая электрическое торможение, — после­довательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов пуска, работы при постоянной нагрузке и электрического торможения; длительность рабочего периода недостаточна для достиже­ния теплового равновесия за время одного цикла.

         Диаграммы, соответствующие этому ре­жиму, показаны на рис. 5.9.

         Для режима работы S7 характеризую­щими величинами являются: число включе­ний в час, коэффициент инерции и постоянная кинетической энергии. Определяются следующие значения величин: z — 30, 60, 90, 120, 180, 240 и 360 вкл./ч; = 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4.

Рисунок  5.9 - Диаграммы  M,  и   τ  при   работе двигателя в режиме S7

S8 - Режим   работы  при  периодическом изменении частоты  вращения и нагрузки —

последовательность идентичных рабочих цик­лов, каждый из которых состоит из периодов ускорения, работы при постоянной нагрузке, соответствующей заданной частоте враще­ния, затем одного или нескольких периодов работы при других постоянных значениях нагрузки, соответствующих другим частотам вращения;   длительность   каждого   рабочего периода недостаточна для достижения тепло­вого равновесия за время одного рабочего цикла. Соответствующие данному режиму диаграммы для случая трех периодов ча­стоты вращения показаны на рис. 5.10.

Рисунок  5.10 - Диаграммы ,М,   и  при работе двигателя  в режимеS8

 

         Для режима работы S8 характеризую­щими величинами являются число включе­ний в час, относительная продолжительность работы (ПР) для каждой внешней нагрузки и соответствующей ей частоты вращения, а также коэффициент инерции и постоянная кинетической энергии. Относительная про­должительность работы в данном случае для каждой из нагрузок определяется по фор­муле

                                                       ,                                     (5.16)

 

где — период работы при постоянной1-й нагрузке; — период переходного процесса (ускорения или замедления) при переходеj-му значению частоты вращения (угловой скорости) и соответствующей ей нагрузке.

         Например, для диаграммы рис. 5.10:

;

; .

 

         Для режима работы S8 определяются следующие значения величин: z = 30, 60, 90, 120, 180, 240 и 360 вкл./ч; = 1,2; 1,6; 2; 2,5;  4;  ПР= 15,  25,  40 и  60%.

         В каталогах на электрические машины приводятся данные для номинальных режимов S1, S2 и S3. Задача выбора электриче­ской машины по мощности заключается в том, чтобы правильно сопоставить ее рабо­чий режим с номинальным, обеспечив мак­симальное использование выбранного дви­гателя по условиям нагрева.