Лабораторна робота 7 дослідження перехідних процесів при нагріванні та охолодженні електродвигуна змінного струму

Мета роботи: дослідження перехідних процесів при нагріванні та охолодженні електродвигуна змінного струму

1 Основні теоретичні положення

Вибір потужності електродвигуна, як правило, здійснюють, виходячи з умови його нагрівання і проводять перевірку на перевантажувальну здатність. Номінальну потужність двигуна визначають згідно режимів його роботи.

Розрізняють три основні режими роботи: тривалий, короткочасний і повторно-короткочасний.

В даній роботі досліджуються тривалий і повторно-короткочасний режими роботи двигуна.

При тривалому режимі роботи тривалість робочого періоду настільки велика, що температура τ двигуна встигає досягнути усталеного значення τ _у.

Повторно-короткочасний режим – це режим, коли за період роботи температура двигуна не встигає досягнути усталеного значення τ _у, а за період паузи не встигає знизитись до температури навколишнього середовища.

Характеристикою повторно-короткочасного-режиму є коефіцієнт увімкнення

, (6.1)

де t_р – час роботи, хв;

t_ц – час циклу, хв;

t₀ – час паузи, хв.

Коефіцієнт ε на практиці часто виражають у відсотках і називають тривалістю ввімкнення ТВ, %

. (6.2)

Стандартом встановлені такі чотири значення ТВ%: 15, 25, 40, 60, для яких тривалість циклу не повинна перевищувати 10 хв.

Для визначення номінальної потужності двигуна в тривалому і повторно-короткочасному режимах треба побудувати криві нагрівання і охолодження двигуна або частини цих кривих.

Рівняння нагрівання двигуна має вигляд:

, ºС. (6.3)

де – температура перегрівання (перевищення температури двигуна над температурою навколишнього середовища), °С;

τ_у – стала температура перегріву, °С;

t – час, хв;

T _н = С/А – постійна часу нагрівання, с, хв;

С – теплоємність двигуна, Дж/ºС;

А – тепловіддача двигуна, Дж/ºС·с.

Якщо початкова температура перегріву дорівнює 0, то рівняння (6.3) матиме вигляд:

, ºС, (6.4)

Рівняння охолодження двигуна

ºС, (6.5)

де T₀ = С/А₀ – постійна часу охолодження, с, хв;

А₀ – тепловіддача двигуна при охолодженні, тобто при нерухомому роторі, Дж/ºС·с;

τ₀ – початкова температура перегріву, ºС.

Внаслідок погіршення умов тепловіддачі при охолодженні порівняно з робочим періодом постійна часу охолодження завжди буде більша від постійної часу нагрівання, тобто Т₀ >Т_н , так як А₀<А. Відношення Т_н двигуна, що обертається, до Т₀ нерухомого двигуна називається коефіцієнтом погіршення тепловіддачі.

. (6.6)

Для сучасних електродвигунів з самовентиляцією цей коефіцієнт знаходиться переважно в межах 0,25…0,35.

Постійна часу нагрівання Т_н(Т₀) може бути визначена дослідним шляхом одним із трьох методів: за значенням температури перегріву, що встановилась, методом дотичних і методом трьох температур.

Всі ці методи базуються на знятті температурної кривої найбільш нагрітих ділянок двигуна, якими є лобові частини обмотки.

Температура вважається практично сталою, якщо вона протягом години підвищується не більше, як на один градус за Цельсієм (ºС).

Так як при знятті всієї температурної кривої (до температури, що встановилась τ_у потрібно декілька годин, то випробування переважно закінчують при температурі перегрівання, яка дорівнює 80-85% від τ_у, а температуру, що встановилась, визначають графічним шляхом (рис. 6.1).

Рисунок 6.1 – Графічний метод визначення температури перегріву

Через рівні проміжки часу Δt (10-15 хв) визначають за кривою прирости температури перегрівання Δτ₁=τ₂-τ₁,Δτ₂=τ₃-τ₂ тощо. Вліво від осі координат по горизонталі через τ₁, τ₂, τ₃ тощо, відкладають прирости Δτ₁, Δτ₂, Δτ₃, …, Δτ_п. Отримані точки з’єднують прямою лінією, перетин якої з віссю ординат дає температуру, що встановилась, τ_у.

За відомою τ_у і температурною кривою з формули 6.4 можна знайти постійну часу нагрівання Т_н, так як

при t= Т_н ,

при t=2 Т_н ,

при t=3 Т_н .

Значення τ₁, τ₂, τ₃ відкладають по осі ординат (рис. 6.2) і по осі часу знаходять Т_н, 2Т_н, 3Т_н. За шукані значення приймається середнє значення цих величин.

Рисунок 6.2 – Визначення постійної часу нагріву

На рисунку 6.3 Т_н визначено методом дотичної. Дотичні проводять в трьох-чотирьох точках, Т_н знаходять як середнє з визначених значень.

Постійна часу нагрівання Т_н може бути визначена також за методом трьох температур, для застосування, якого достатньо використання частини температурної кривої (рисунок 6.1).

с(хв.). (6.7)

Всі ці методи використовують для знаходження Т­_н і для визначення постійної часу охолодження Т₀, але з деякою відмінністю, тобто при визначенні Т₀ за значенням τ_у величини τ₁, τ₂, τ₃ відкладаються вниз від початкового значення температури перегріву Т₀.

Рисунок 6.3 – Визначення постійної часу нагрівання методом дотичної

Користуючись методом дотичної, необхідно мати на увазі, що при охолодженні τ_у=0 і відрізки Т₀ необхідно знаходити на осі абсцис.

Метод трьох температур може бути замінений на метод двох температур. При цьому необхідно користуватися рисунком 6.4 і формулою

с(хв). (6.8)

Рисунок 6.4 – Визначення постійної часу охолодження методом двох температур