Основы теории нагрева и выбора электродвигателей по мощности Общие сведения о нагревании и охлаждении двигателей

При электромеханическом преобразовании энергии в двигателе часть ее превращается в тепло, в результате чего двигатель во время работы нагревается. Допустимый нагрев двигателя определяется теплостойкостью применяемых для изоляции его обмоток изоляционных материалов. Он лимитируется допустимой температурой нагрева этих материалов. Отдача части тепла, выделяемого в двигателе, в окружающую среду ограничивает его нагрев и повышение температуры двигателя по истечение некоторого времени прекращается. Наступает установившийся тепловой режим, при котором количество тепла, выделяемого в двигателе, равно количеству тепла, отдаваемого в окружающую среду.

Изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах, делятся на следующие классы нагревостойкости:

Класс Изоляции	Допусти­мая t° нагрева	Основные компоненты	Для каких двигателей применяется данный класс изоляции
A	105°	Х/б ткани, шелк, пряжа, бумага	МПТ серии П до 2,2кВт АД серии ФК, А, АО
E	120°	Синтетические эмали, синтетическая и орга­ни­ческая пленки и т.п.	Двигатели малой мощности
B	130°	Слюда, асбест. стеклово­локно, связующие органического происхождения	Двигатели серии 2П, 4А (двигатели старых серий П, АО, А2, АК2)
F	155°	То же, но связующие синтетические	Двигатели серий 2П, 4А, MTF, MTKF
H	180°	То же, но связующие кремнийорганические	МТН, МТКН, Д
C	> 180°	Слюда, керамика, кварц, связующие неорганические

Соблюдение установленных ограничений по допустимой температуре нагрева обеспечивает срок службы изоляции электрических машин для новых серий двигателей 15-20 лет.

Небольшое превышение допустимой температуры не означает, конечно, что двигатель сразу «сгорит». Однако оно приведет к интенсивному старению изоляции и сокращению срока эксплуатации машины из-за потери диэлектрической прочности изоляции. Так, для изоляции класса «А» превышение допустимой температуры на 8–10° сокращает срок ее службы вдвое, а при повышении температуры нагрева до 150° срок эксплуатации снижается до двух месяцев.

Предельные температуры обмоток двигателей с изоляцией различных классов достигается при номинальной нагрузке и температуре окружающей среды 40°C. Для двигателей обычно нормируется не допустимая температура обмотки и других частей машины, а допустимое превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды, т.е. .

Нагрузочные диаграммы электроприводов

При выборе двигателей по мощности в качестве исходного материала необходимо знать, как должна изменяться скорость электропривода во время во время рабочего процесса и как при этом изменяется во времени М_с механизма. Зависимости _м=f(t) и М_с=f(t) называются, соответственно, тахограммой электропривода и нагрузочной диаграммой механизма. Они являются основой для расчета и построения нагрузочной диаграммы электропривода, т.е. зависимости М=f(t) электромагнитного момента двигателя от времени. Под нагрузочной диаграммой электропривода понимается также зависимость тока или мощности, развиваемой двигателем от времени. Нагрузочные диаграммы используются не только для проверки мощности предварительно выбранного электродвигателя, но и сопоставления перегрузочной способности двигателя с кратковременной перегрузкой.

Зависимости _м=f(t) и М_с=f(t) при проектировании электропривода являются либо заданными, либо в задании на проектирование должны содержаться данные, достаточные для их расчета и построения.

Все многообразие производственных механизмов с точки зрения режимов работы электропривода можно разделить на механизмы непрерывного и механизмы циклического действия.

О

собенностью механизмов непрерывного действия является продолжительный режим работы двигателя при неизменной заданной средней скорости_ср=const. При этом время пуска и торможения электропривода ничтожно мало по сравнению с общим временем работы, на нагрев двигателя оно влияния не оказывает и при построении нагрузочных диаграмм может не учитываться. Тахограмма заданной скорости имеет вид прямой 1 (см. рисунок). Зависимости М_с=f(t) для механизмов непрерывного действия многообразны и это многообразие, можно подразделить на следую­щие типовые группы:

1. Механизмы с постоянной нагрузкой М_с=const.

2. Механизмы с переменной циклической нагрузкой М_с=f(t), регулярно повторяющейся в течение длительного времени.

3. Механизмы с переменной циклической нагрузкой, зависящей от пути М_с=f().

4. Механизмы со случайным характером нагрузки.

В большинстве случаев в случайной нагрузке рассматриваемых механизмов удается выделить регулярную циклическую составляющую. Кроме того, постоянство средней скорости _ср=constдает основание для замены зависимостиМ_с=f()более удобной для расчетов зависимостьюМ_с=f(t).

Для рассматриваемой группы механизмов типовая зависимость М_с=f(t)в общем случае имеет вид циклической кривой2. Частным случаем этой зависимости является работа сМ_с=const(прямая3). Обычно для удобства расчетов реальная зависимостьМ_с=f(t)заменяется ступенчатой зависимостью (ломанная4).

Электропривод на изменение нагрузки реагирует изменением скорости двигателя и для достаточно удаленного от начала работы установившегося цикла тахограмма =f(t)имеет вид кривой5. Изменения скорости определяют значения динамического моментаи, как следствие, нагрузочная диаграмма электропривода (двигателя) всегда отличается (кривая6) от нагрузочной диаграммы механизма. Механическая инерция привода оказывает на нагрузку двигателя сглаживающее действие. При возрастании нагрузки скорость электропривода снижается и возрастающая нагрузка частично преодолевается, за счет освобождающейся из-за снижения скорости кинетической энергии, которая была запасена в период работы с малой нагрузкой, когда скорость возрастала.

О

бщим признаком механизмов циклического действия является наличие одного или нескольких включений двигателя и соответствующего числа пауз в каждом цикле. Зависимости_м=f(t)для этих механизмов весьма разнообразны, причем на отдельных участках цикла работы возможно и изменение направления вращения механизма.

В виде примера на рисунке изображена тахограмма механизма циклического действия (ломаная 1). Ломаная2– примерный вид нагрузочной диаграммы механизмаM_c=f(t). Нагрузочная диаграмма электроприводаM=f(t)имеет вид ломаной3. Из сравнения данного рисунка с предыдущим, можно сделать вывод, что механическая инерция электропривода механизмов циклического действия является фактором, увеличивающим нагрузку двигателя. Нагрузочная диаграмма электропривода этих механизмов является существенно неравномерней, чем у механизмов непрерывного действия.