6.1.1 Способы определения постоянной времени нагревания и установившегося превышения температуры

Первый способ. Строится экспериментальная кривая нагревания (рис. 15). К полученной кривой проводится касательная в начальной точке A. Отрезок АВ, отсекаемый касательной к кривой нагревания на асимптоте _уст, дает постоянную времени в масштабе оси абсцисс. Данный способ весьма приблизителен и требует знания установившегося перегрева.

Рис. 15. Первый способ определения постоянной времени	Рис. 16. Второй способ определения постоянной времени

Второй способ. На экспериментальной кривой (рис. 16) выделяется некоторый участок ab в верхней части. В точках a и b проводятся касательные к кривой нагревания и находятся tg₁ и tg₂ либо путем измерения углов ₁ и ₂, либо из соотношения катетов прямоугольных треугольников ( apq,  bp'q'). В любом приемлемом масштабе m_tg на прямых параллельных оси абсцисс и проходящих через точки a и b откладываются найденные значения тангенсов в виде отрезков fc и mn:

(33)

Через полученные точки c и n проводится прямая до пересечения с осями абсцисс и ординат. Эта прямая пересечет ось ординат в точке _уст (отрезок OD). Постоянная времени нагревания определяется как отношение:

(34)

где OD  отрезок на оси ординат, мм;

OF  отрезок на оси абсцисс, мм;

m_  масштаб температуры, °C/мм;

m_tg  масштаб тангенсов, 1/мм.

Третий способ. На кривой нагревания берутся три точки, отстоящие друг от друга на равные промежутки времени t (рис. 17). Постоянная времени в этом случае:

(35)

Установившуюся температуру можно найти по методике, описанной во втором способе расчета или графическим способом, приведенным в ГОСТ 3484.2-88 [6].

По ГОСТ 3484.2-88 на кривой нагревания берутся четыре точки, отстоящие друг от друга на равные промежутки времени (рис. 18). Измеряются приращения превышения температур ₁, ₂, ₃. Эти приращения в любом масштабе откладываются по оси  (см. рис. 18). Соответствующие точки 1, 2 и 3 должны лежать на одной прямой, которая пересечет ось ординат в точке _уст.

Рис. 17. Третий способ определения постоянной времени	Рис. 18. Способ определения установившейся температуры по ГОСТ

6.1.2 Способ определения постоянной времени охлаждения

Охлаждение двигателя в общем случае продолжается до _уст = 0, т.е. описывается уравнением (32). Постоянную времени охлаждения достаточно просто найти путем логарифмирования (32) в любой точке кривой. Примем:

(36)

где τ₀  начальное превышение температуры для опыта охлаждения, равное конечному значению в опыте нагревания двигателя.

После логарифмирования и простых преобразований:

(37)

Для определения T_ох нужно найти постоянную времени охлаждения по выражению (34) в трех  четырех точках экспериментальной кривой и взять среднее значение. Начальное превышение температуры ₀ известно из опыта нагревания.

6.2. Методические рекомендации к проведению исследований

1) Изучить электрическую схему для исследования процесса нагревания и охлаждения электродвигателя (рис. 19). Лабораторная установка представляет собой асинхронный двигатель М1, соединенный механически с машиной постоянного тока M2, которая обеспечивает необходимый тормозной момент; кроме того, имеется механическая связь с датчиком частоты вращения BV.

Асинхронный двигатель M1 получает питание от «Модуля питания», нагрузочная машина постоянного тока M2 подключена к модулю «Тиристорный преобразователь». Величина тормозного момента регулируется с помощью реостата RP1 U_упр модуля «Тиристорный преобразователь».

Для контроля температуры асинхронного двигателя использован температурный контроллер DTB4848, установленный сверху асинхронного двигателя M1, при этом температурный датчик контроллера уложен в один из пазов статора машины. Считывание информации о значении температуры в градусах Цельсия производится непосредственно с цифрового индикатора контроллера.

Рис. 19. Электрическая схема теплового испытания электродвигателя

Асинхронный двигатель M1 получает питание от «Модуля питания», нагрузочная машина постоянного тока M2 подключена к модулю «Тиристорный преобразователь». Величина тормозного момента регулируется с помощью реостата RP1 U_упр модуля «Тиристорный преобразователь».

Для контроля температуры асинхронного двигателя использован температурный контроллер DTB4848, установленный сверху асинхронного двигателя M1, при этом температурный датчик контроллера уложен в один из пазов статора машины. Считывание информации о значении температуры в градусах Цельсия производится непосредственно с цифрового индикатора контроллера.

2) Собрать электрическую схему для исследования процесса нагревания и охлаждения асинхронного двигателя (рис. 19) на лабораторном стенде.

3) Привести переключатели и регулировочные элементы схемы в исходные положения:

а) автоматические выключатели «Модуля питания стенда» и «Модуля питания» отключить;

б) на модуле «Тиристорный преобразователь» кнопку «Сеть» отключить, переключатель SA1 перевести в положение «I_я», SA2 – «Момент», SA3 – «Руч», SA4 – «НМ», SA5 – «Вперед», SA6 «Разрешение» – отключить (перевести тумблер вниз), движок потенциометра RP1 U_упр установить в крайнее левое положение «0» (до упора против часовой стрелки).

4) Перед включением схемы необходимо, чтобы она была проверена преподавателем.

5) Последовательность действий при выполнении эксперимента по исследованию нагревания АД в длительном режиме:

а) включить автоматический выключатель QF1 «Модуля питания стенда» и выполнить измерение сопротивления обмотки АД R_нач с помощью мультиметра, результат записать в табл. 11. По окончании измерения сопротивления отсоединить щупы мультиметра от АД;

б) включить автоматический выключатель QF2 «Модуля питания», включить кнопку «Сеть» модуля «Тиристорный преобразователь», перевести тумблер SA6 «Разрешение» во включенное положение;

в) движком потенциометра RP1 модуля «Тиристорный преобразователь» установить заданное преподавателем значение тока якоря машины постоянного тока в пределах от 0,5 до 1,0I_н тока статора АД (величина тока якоря контролируется по показаниям цифрового индикатора модуля «Тиристорный преобразователь»). После установки заданной нагрузки АД необходимо зафиксировать в табл. 11 значение частоты вращения машины n_длит. При выполнении эксперимента следует поддерживать нагрузку двигателя неизменной при помощи тиристорного преобразователя;

г) снять кривую нагревания τ = f(t) в длительном режиме работы при постоянном токе (мощности) двигателя в течении времени t_нагр = 30 мин.Экспериментальные точки кривой нагревания снимать через равные промежутки времени t = 2 мин, результаты измерений записать в табл. 11.

д) по завершении процесса нагревания снять нагрузку с асинхронного двигателя, для этого установить RP1 в крайнее левое положение, перевести тумблер SA6 «Разрешение» в выключенное положение; отключить АД от питающей сети (выключить QF2 «Модуля питания»). С помощью мультиметра измерить сопротивление обмотки АД в «горячем состоянии» R_гор, результат записать в табл. 11, отсоединить щупы мультиметра от АД по завершению измерения;

е) снять кривую охлаждения АД τ = f(t) в длительном режиме работы в условиях принудительной вентиляции в течении времени t = 30 мин, для чего модуль «Тиристорный преобразователь» перевести в режим регулирования скорости (переключатель SA2 перевести в положение «Скорость»), включить SA6 и установить потенциометром RP1 модуля «Тиристорный преобразователь» частоту вращения АД n_длит равную нагруженному двигателю в предыдущем опыте (при нагревании АД). Экспериментальные точки кривой охлаждения снимать через равные промежутки времени t = 2 мин в течении времени t_охл = 30 мин, результаты измерений записать в табл. 11. По завершении процесса охлаждения установить потенциометр RP1 модуля «Тиристорный преобразователь» в крайнее левое положение «0», перевести тумблер SA6 «Разрешение» в выключенное положение;

Т а б л и ц а  11

Экспериментальные данные тепловых процессов АД в длительном режиме

t, мин	τ,°С
Нагревание, nдлит = _____ об/мин, Rнач = _____ Ом
1 2 . . . 30
Охлаждение, nдлит = _____ об/мин, Rгор = _____ Ом
1 2 . . . 30
Завершение процесса охлаждения, Rохл = _____ Ом

ж) по завершении процесса охлаждения с помощью мультиметра измерить сопротивление обмотки АД R_охл, результат записать в табл. 11;

з) перевести все переключатели на лабораторном стенде в исходное положение (см. п. 3).

6) Последовательность действий при выполнении эксперимента по исследованию нагревания АД в повторно-кратковременном режиме:

а) включить автоматический выключатель QF1 «Модуля питания стенда» и измерить сопротивление обмотки АД R_нач с помощью мультиметра, результат записать в табл. 12. По окончании измерения сопротивления отсоединить щупы мультиметра от АД;

б) включить автоматический выключатель QF2 «Модуля питания», включить кнопку «Сеть» модуля «Тиристорный преобразователь», перевести тумблер SA6 «Разрешение» во включенное положение;

в) снять кривую нагревания τ = f(t) при повторно-кратковременном режиме работы (величина нагрузки, длительность рабочей ступени t_вкл и паузы t_откл задаются преподавателем и записываются в табл. 12). К моменту первого включения АД температура должна быть равна температуре окружающей среды (τ₀ = 0). Замеры сопротивления обмотки АД производятся в начале и конце каждой паузы нагрузки.

Т а б л и ц а   12

Исходные данные для исследования повторно-кратковременного режима

Параметр	tвкл, мин	tоткл, мин	Tц, мин	t, мин	Iнм, А	τ0, °С
Значение

– задать величину нагрузки исследуемого АД потенциометром RP1 модуля «Тиристорный преобразователь» и установить ток якоря нагрузочной машины постоянного тока I_нм (величина тока якоря контролируется по показаниям цифрового индикатора блока «Индикация» модуля «Тиристорный преобразователь»)

– в режиме отключения нагрузки АД работает на холостом ходу, для чего следует установить крайнее левое положение движка потенциометра RP1 модуля «Тиристорный преобразователь».

В табл. 13 следует записывать значения превышения температуры τ по показаниям цифрового индикатора температурного контроллера. Измерения следует провести для четырех циклов работы АД.

д) перевести все переключатели на лабораторном стенде в исходное положение (см. п. 3).

Т а б л и ц а  13

Экспериментальные данные тепловых процессов АД в повторно-кратковременном режиме

Цикл	Режим	t, мин	τ, °С	R, Ом
–	Начальное состояние	0
1	Нагревание	t ... tвкл
	Охлаждение	tвкл + t ... Tц
2	Нагревание
	Охлаждение
3	Нагревание
	Охлаждение
4	Нагревание
	Охлаждение