14.3. Нагрівання машин при різних номінальних режимах роботи

Правильно вибраний тепловий режим навантаження електричної машини буде таким, коли її ізоляційні матеріали використовуються хоча і на межі, але без перевищення допустимих перегрівів, тобто коли кінцева температура нагрівання одночасно є і допустимою .

На основі цих уявлень ГОСТ 183-74 встановлює три основних номінальних режими роботи електричної машини: 1) довготривалий, 2) короткочасний; 3) повторно-короткочасний.

При довготривалому режимі роботи частини машини, яка працює як завгодно довго, досягають встановленої температури, що не перевищує заданої допустимої для даного класу ізоляції. Процес нагрівання описується рівнянням (14.14) і графічно зображується кривою1 нарис. 14.1.

Короткочасним режимом називається режим, що включає в себе час роботи і час паузи. Часвибирається з умови, що впродовж нього температура досягне допустимого, але не кінцевого значення, після чого настане пауза, в кінці якої температура машини буде дорівнювати температурі навколишнього середовища.

Відповідний графік теплового процесу зображено на рис. 14.3а. При навантаженні машини, що відповідає короткочасному режиму, , тобто при заданих розмірах потужність машини в короткочасному режимі більша, ніж в довготривалому. Якщо б по закінченні часумашина продовжувала б працювати, то її кінцеве перегрівання перевищувало б допустиме, що сприяло б прискореному старінню ізоляції і її псуванню. ГОСТ 2582-81 встановлює термін робочого часу хв (часовий режим) і90 хв.

Рис. 14.3. Криві нагрівання при короткочасному (а) і повторно-короткочасному (б) режимах роботи електричної машини

Повторно-короткочасний режим характеризується наявністю циклів, що складаються з робочого часу і паузи. Співвідношення між ними вибирають так, щоб за час роботи перегрів не перевищив допустимого, а за час паузи температура трохи знизилася, але не до температури навколишнього середовища. Режим характеризуєтьсявідносною тривалістю ввімкнення ;

Графік теплового процесу у цьому режимі зображений на рис. 14.36. Почавиш роботу при , поки не досягне деякого встановленого режиму, що характеризується зигзагоподібною кривою. При цьому температура машини коливається між максимальним значенням і мінімальним.

Тривалість робочого циклу хв, в іншому випадку двигун вибирають, як при довготривалому режимі. Згідно ГОСТ 2582-81 значенняТВ складають15, 25, 40, 50 і60%.

Очевидно, в повторно-короткочасному режимі потужність машини буде меншою, ніж в короткочасному, але більшою, ніж в довготривалому.

14.4. Охолодження машин і трансформаторів

Велике навантаження сучасних машин вимагає застосування Інтенсивних охолоджуючих систем. У переважній більшості машини охолоджують атмосферним повітрям, і тільки в потужних синхронних генераторах в якості охолоджуючого агента використовують водень і навіть воду.

Ведуться роботи по створенню великих електричних машин із застосуванням рідкого гелію. В цих машинах використовується явище надпровідності, тобто властивість провідника втрачати опір при температурах, що близькі до абсолютного нуля (-273°С).

Такі машини отримали назву кріогенних, від грецького слова "кріос", що значить холод. Зниження втрат у кріогенних машинах дозволяє істотно підвищити їх ККД і зменшити розміри, створюючи машини дуже значної одиничної потужності.

Необхідним елементом кріогенної машини є кріостат, тобто ізольований від зовнішнього середовища резервуар, заповнений рідким гелієм. Всередині кріостату розміщують охолоджувану обмотку або навіть повністю всю машину.

Силові трансформатори, як правило, мають масляне охолодження. Масло циркулює в резервуарі або охолоджувачах або у випадку інтенсивного охолодження, в спеціальних радіаторах, які піддаються обдуванню. Але існують також силові трансформатори із повітряним або газовим охолодженням. Тут охолоджуючим газом є шестифториста сірка , коефіцієнт теплопередачі якої у 2.18 рази більший, ніж у повітрі.

За способом охолодження машини поділяються на. декілька, груп. Машини дуже малої потужності мають звичайне охолодження. Машини з внутрішньою само вентиляцією охолоджується за допомогоювмонтованих вентиляторів, які насаджені на вал і обертаються разом з ротором машини. Існує ізовнішня самовентиляція, коли зовнішня поверхня обдувається за допомогою насадженого на виведений кінець валу вентилятора, а внутрішні частини машини закриті для доступу зовнішньо повітря.

Потужні машини мають незалежне абопримусове охолодження. Повітря при цьому подається всередину машини спеціальним вентилятором:, що має незалежний привід. Незалежна вентиляція може бутипротяжною абозамкненою. В останньому випадку значно простіше попередити забруднення машини пилюкою, що завжди є в повітрі. Особливе значення замкнена система вентиляції має для локомотивів промислового транспорту, що працюють у надзвичайно запиленому середовищі.

Вентиляція повітрям електричних машин буває осьовою, коли повітря спеціальними каналами і по поверхні ротора проходить в осьовому напрямку, аборадіальною, коли повітря проходить радіальними каналами всередині ротора і статора машини. Може бути ізмішана радіально-осьова вентиляція.

В машинах постійного струму повітря, як правило, подається зі сторони колектора. При цьому досягається найкращий ефект охолодження такого відповідального вузла, як колектор. Щітковий пил, наявність якого сприяє виникненню колового вогню, також найкраще видаляється при подачі повітря в першу чергу на колектор.

Витрати охолоджуючого середовища, необхідного для відведення тепла з машини або трансформатора, складає

де с - теплоємність охолоджуючого середовища;- температура нагрітого охолоджуючого середовища, що виходить, з машини.

Для повітря ; в залежності системи вентиляції, конструкції машини і її потужності. Отже, на 1000 Вт втрат необхідна кількість повітря

Для тягових двигунів локомотивів витрати охолоджуючого повітря складає приблизно 0,05 . Для трансформаторного масла; відповідно його об'ємні витрати в 1400 разів менші, ніж повітря.

Контрольні запитання

1. Що таке перегрів і які існують способи його визначення?

2. Чим визначається кінцевий перегрів частини машини?

1. Що таке стала часу перегрівання, що вона характеризує і чим визначається? Через скільки сталих часу можна, вважати тепловий процес встановленим?

2. Які існують основні номінальні режими роботи, чим вони відрізняються за допустимим навантаженням від електричних машин?

3. Як охолоджують електричні машини і трансформатори?

Частина 15. Габаритні розміри і маса електричних у машин і трансформаторів