Тепловые режимы работы электродвигателей

Работа двигателей по характеру изменения нагрузки на их валу, а тем самым по виду их нагрева и охлаждения подразделяются на восемь режимов S1...S8.

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ S1 двигателя характеризуется неизменной нагрузкой в течение времени, за которое перегрев его частей достигает установившегося значения

,

где t_P – время работы двигателя.

Режим S1 характеризуется неизменными потерями в течение всего времени работы. Работа двигателя в режиме S1 может происходить с постоянной или переменной циклической нагрузкой.

График изменения мощности на валу Р, момента М, потерь мощности Р и перегрева для режима S1 при постоянной нагрузке представлены на рисунке.

Так как двигатель выбирается по условию , то выполняется и условие , и .

Если нагрузка на валу двигателя периодически меняется, то также периодически будут менятся потери в двигателе и его температура. Проверка двигателя в этом случае выполняется методами средних потерь или эквивалентных величин

КРАТКОВРЕМЕННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ S2 характеризуется чередованием периодов неизменной нагрузки с периодами отключения двигателя. При этом за время работы t_P превышение температуры не достигнет установившегося значения, а за время паузы t₀ двигатель охлаждается до температуры окружающей среды

.

ГОСТ 183–74 устанавливает стандартные значения продолжительности рабочего периода – 10, 30, 60 и 90 мин.

Графики, характеризующие кратковременный режим работы S2, представлены на рисунке.

Если двигатель рассчитан на продолжительный режим работы, то при кратковременном режиме его перегрев к концу рабочего периода не достигнет установившегося значения. В этом случае двигатель будет недоиспользован по нагреву, а тем самым по своей мощности.

Для полного использования в кратковременном режиме работы двигателя, предназначенного для продолжительного режима, его следует перегружать по мощности на валу. Тогда к концу рабочего периода его перегрев достигнет допустимого уровня. Для количественной оценки перегрузки и нагрева двигателяиспользуются коэффициенты термической и механической перегрузок.

Коэффициентом термической перегрузки р_т называется отношение потерь мощности при кратковременном режиме Р_к к номинальным потерям мощности Р_н

.

Коэффициентом механической перегрузки р_м называется отношение мощности нагрузки двигателя в кратковременном режиме Р_к к номинальной мощности Р_н в продолжительном режиме

.

Коэффициенты механической и термической перегрузок связаны между собой выражениями

где – коэффициент постоянных потерь; -постоянные потери, - переменные потери.

Если пренебречь постоянными потерями, то ,

.

Зависимость коэффициентов термической и механической перегрузок при кратковременном режиме работы от относительной длительности рабочего периода t_p/T_н показана на рисунке.

При отношениях допустимый по условиям нагрева коэффициент механической перегрузки примерно равен 2,5 , что в среднем соответствует перегрузочной способности двигателей общепромышленных серий. Вследствие этого при меньших отношениях полное использование таких двигателей по нагреву ограничивается их перегрузочной способностью. Другими словами, при малых отношениях двигатели недоиспользуются по нагреву и поэтому в этом случае можно вообще не проводить проверку двигателя по нагреву, а следует ограничиться только его проверкой по условиям перегрузки.

Полное использование двигателей по нагреву возможно только при больших значениях . Промышленность выпускает специальные двигатели, рассчитанные для кратковременного режима работы. Они имеют повышенную перегрузочную способность, что позволяет полнее использовать их по нагреву.

Время работы этих двигателей нормируется. Это значит, что двигатель, имеющий, например, номинальную мощность Р_н=10 кВт при t_р=30 мин, может развивать в течение 30 минут мощность 10 кВт, не перегружаясь. Затем он должен быть отключен от сети пока не охладится.

В общем случае проверка таких двигателей по нагреву может выполняться по двум вариантам. Если данные нагрузочной диаграммы соответствуют номинальным данным, то проверки по нагреву не требуется. Если же данные нагрузочной диаграммы отличаются от паспортных данных, то следует рассчитывать эквивалентную мощность, приведя её к ближайшему стандартному времени t_{р ст}

,

где t_p – действительное время кратковременной работы двигателя из нагрузочных диаграмм.

Для более точной оценки можно воспользоваться выражением

.

Если рассчитанная по формуле допустимая мощность Р_к превышает эквивалентную мощность, т.е. Р_к Р_экв, то двигатель будет работать в нормальном тепловом режиме, не перегреваясь сверх допустимого уровня.

Двигатели, предназначенные для кратко-временного режима работы, нецелесообразно использовать в продолжительном режиме из-за присущих им повышенных постоянных потерь мощности. Иногда такие двигатели не могут работать в продолжительном режиме даже вхолостую, перегреваясь при этом выше допустимого уровня.

Повторно-кратковременный режим работы S3 характеризуется кратковременными рабочими периодами t_р неизменной нагрузки, которые чередуются с периодами t_о отключения двигателя (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры могли достигнуть установившихся значений

.

Графики нагрузки для повторно-кратковременного режима работы представлены на риcунке.

Режим характеризуется относительной продолжительностью включения

, % .

Для повторно-кратковременного режима работы выпускаются специ-альные двигатели, в паспортных данных которых указывается номинальная мощность при нормативной продолжительности включения ПВ_н=15, 25, 40, 60 и 100%.

Длительность рабочего цикла для них не должна превышать 10 мин., в противном случае двигатель считается работающим в продолжительном режиме.

Если мощность нагрузки и ПВ близки к номинальным данным двигателя, то проверка его по нагреву не требуется, поскольку работа при таких параметрах нагрузочной диаграммы гарантируется изготовителем.

Рассмотрим проверку двигателя по нагреву для случая, когда продолжительность включения в реальном цикле ПВ₁ заметно отличается от нормативной величины ПВ_н, т.е. ПВ₁ ПВ_н. Пусть ПВ₁ соответствует нагрузке Р₁, а стандартной ПВ_н соответствует номинальная мощность Р_н (см. рисунок).

На основании метода средних потерь можно утверждать, что среднее превышение температуры двигателя при его работе с мощностью Р₁ Р_н при ПВ₁ ПВ_н не будет превышать допустимой температуры, если средние потери мощности за цикл при Р₁ и ПВ₁ не будут превышать потери за тот же цикл при Р_н и ПВ_н, т.е.

.

Отсюда следует, что для того, чтобы при работе с мощностью Р₁ и ПВ₁ средняя температура двигателя не превышала допустимую, между потерями мощности должно выполняться соотношение

.

Порядок проверки двигателя по нагреву состоит в следующем. Определяютя Р₁ и ПВ₁. Затем по паспортным данным двигателя для ближайшей нормативной ПВ_н находятся номинальные потери двигателя и проверяется выше приведенное условие. При его выполнении нагрев двигателя не будет превышать нормативного.

Проверка двигателя по нагреву может быть произведена также сопоставлением номинальной и эквивалентной мощности двигателя

.

Если это условие выполняется, то температура двигателя не будет превосходить допустимого значения. Когда реальная продолжительность включения не намного отличается от нормативной, произведением можно пренебречь, тогда получим

.

Проверка двигателей по нагреву, предназначенных для продолжительного режима работы, но используемых для повторно-кратковременной нагрузки, может быть выполнена с помощью вышеприведенных формул, если положить в них ПВ_н=100%.

6. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ СРЕДСТВАМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА