2.2. Нагрівання і охолодження двигунів

Вихідними даними для розрахунку потужності і вибору типу електроприводу є технологічні та конструктивні вимоги щодо умов регулювання швидкості та середовища, в якому він буде експлуатуватись. Основним елементом будь-якого електропривода є електродвигун. Тому від правильного його вибору залежать такі показники як економічність та довговічність: недостатня потужність зумовлює зниження продуктивності виробничого механізму та скорочує строк служби; надлишкова потужність збільшує капітальні витрати, зменшує ККД електропривода і коефіцієнт потужності, що призводить до завантаження мережі живлення змінного струму реактивною потужністю.

Потужність двигуна визначається допустимою температурою нагрівання його обмоток. Використання більш термостійкої ізоляції призводить до збільшення потужності при тих же габаритах двигуна.

Якщо двигун розглядати як однорідне тіло і тепловіддачу вважати пропорційною першій степені різниці температури двигуна і оточуючого середовища, то процес нагрівання при номінальному навантаженні буде описуватись рівнянням

, /2.1/

де - усталене значення температури, яке наступає, коли кількість теплоти, що виділяється у двигуні, дорівнює кількості теплоти, що віддається у навколишнє середовище; - стала часу нагрівання двигуна

Розв’язку рівняння /2.1/ відповідає крива 1 на рис.2.1.

У самовентильованих двигунів відкритого виконання малої і середньої потужності стала часу нагрівання , у двигунів закритого типу великої потужності - .

При відключенні самовентильованого двигуна і його зупинці стала часу охолодження значно більша, ніж як показано на рис.2.1.

Це зв’язано з тим, що при зупинці самовентильованого двигуна зменшується його тепловіддача. Коефіцієнт погіршення

тепловіддачі при нерухомому якорі чи роторі

Рис.2.1 ,

де і - тепловіддачі відповідно при нерухомому двигуні і при номінальний кутовій швидкості.

Наближені значення коефіцієнта у двигунів різного виконання такі:

Виконання двигуна

Закритий з незалежною вентиляцією

Закритий без примусового охолодження

Закритий самовентильований

Самовентильований захищений

З графіків слідує, що час нагрівання до буде дорівнювати безмежності. Тому приймають, що нагрівання закінчується тоді, коли температура досягне значення , що відповідає часу .

Нагрівання будь-якого двигуна залежить від втрат енергії в його елементах: в обмотках, в сталі, підшипниках тощо. Ці втрати залежать від характеру зміни статичного навантаження і умов протікання перехідних процесів. В залежності від характеру навантаження розрізняють такі номінальні режими роботи:

тривалий;

короткочасний;

повторно-короткочасний.

2.3. Тривалий режим роботи

Тривалим номінальним називають режим роботи електродвигуна з незмінним навантаженням, який триває скільки часу, що температура всіх його частин досягає усталеного значення. Практично тривалий номінальний режим можна визначити, якщо відома стала часу нагрівання двигуна.

Нехай стала часу асинхронного трифазного самовентильованого двигуна з короткозамкненим ротором потужністю і ККД складає . Його плануємо використати в якості привода відцентрової помпи, яка буде працювати не менше . Згідно графіка, наведеного на рис.2.1, час нагрівання двигуна до усталеної температури . Оскільки , що більше , то режим роботи буде тривалим.

При тривалому номінальному режимі роботи розрахункова потужність двигуна повинна дорівнювати потужності, яку споживає, наприклад, помпа

,

де - витрата помпи; - густота перекачуваної води; - висота піднімання; - прискорення сили тяжіння; - ККД відцентрованої помпи; - ККД клино-пасової передачі.

Оскільки номінальна потужність двигуна , то за каталогом вибираємо двигун потужністю . Номінальні швидкості двигуна і помпи бажано, щоби були однаковими. Якщо, наприклад, , то вибираємо двигун потужністю , номінальною швидкістю і клино-пасову передачу з коефіцієнтом передачі .

Якщо швидкість помпи потрібно регулювати, наприклад, в діапазоні , то необхідно визначити потужність на мінімальний швидкості і порівняти її з потужністю двигуна на цій же швидкості з врахуванням його охолодження. Визначити можна так:

- визначаємо втрати потужності в помпі при

;

- визначаємо момент холостого ходу помпи при номінальній швидкості

;

- на підставі залежності можна записати, що момент холостого ходу при буде дорівнювати

- момент на валу помпи при

- потужністю помпи при

;

- потужність самовентильованого двигуна при

;

- потужність помпи, приведена до валу двигуна

.

Оскільки , то електродвигун на мінімальній швидкості не буде перегріватись.

2.4. Короткочасний режим роботи

Короткочасний режим характеризується тим, що за час роботи двигун не встигає нагріватись до усталеної температури, а за час відключення встигає охолонути до температури оточуючого середовища (рис.2.2).

Якщо вибрати двигун, розрахований на тривалий режим роботи з потужністю , то за час температура досягне значення , що значно менше допустимої температури (крива 1 на рис.2.2). Двигун в даному випадку буде недовикористаний за нагріванням, тобто потужність його буде завищена. Тому потрібно вибрати двигун та-

кої потужності, щоби за час роботи його температура досягла (крива 2 на рис.2.2).

Рис.2.2 Отже, короткочасним буде режим, коли , а для самовентильованих

двигунів малої і середньої потужності.

Розрахунок потужності двигунів при короткочасному навантаженні і використанні двигунів, призначених для тривалого режиму роботи, виконують виходячи з допустимих нагрівання і перевантаження:

,

де - допустима перевантажувальна здатність двигунів.

Для двигунів постійного струму ; для асинхронних двигунів при пуску двигуна з навантаження. При пуску двигуна без навантаження з врахуванням того, що напруга в мережі живлення може знизитись на 10% від номінального значення.

Заводи випускають двигуни спеціально для короткочасного режиму роботи і нормованою тривалістю в , , і . Для таких двигунів їх номінальна потужність . При двигун буде повністю використання за потужністю.