Методические указания №5 Нагрев

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Нижегородский государственный
технический университет им. Р. Е. Алексеева
Кафедра "Электрооборудование, электропривод и автоматика"
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ
АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Методические указания к лабораторной работе №5
по дисциплине “Электрический привод”
для студентов направления 13.03.02 всех форм обучения
Нижний Новгород
2012 г.
Электромеханическое преобразование энергии электродвигателем (ЭД) всегда
сопровождается частичной потерей электрической и механической энергии в самом ЭД,
которая, преобразуясь в тепловую, определяет нагрев его элементов. Так как
применяемые при изготовлении ЭД материалы имеют определенную нагревостойкость,
то для любых режимов работы ЭД должно соблюдаться условие, состоящее в том, чтобы
температура его частей не превосходила некоторого предельно допустимого значения.
Нагрев ЭД обычно лимитируется допустимой температурой изоляционных материалов,
которые
по
сравнению
с
остальными
материалами,
применяемыми
в
электромашиностроении, обладают весьма невысокой нагревостойкостью. Допустимая
температура изоляции обмоток ЭД устанавливается исходя из необходимого срока его
службы – примерно десять лет. В электромашиностроении применяются несколько
классов изоляции, каждый из которых имеет определенную допустимую температуру
нагрева (см. табл. 1). Наибольшее распространение получили классы изоляции "B" и "F".
Таблица 1. Классы изоляции
Класс
изоляции
“A”
“B”
“F”
“H”
“C”
Основные компоненты изоляции
Хлопчатобумажные ткани, пряжа, бумага, целлюлоза
Слюда, асбест, стекловолокно,
связующие – органические вещества
Те же; связующие – синтетические вещества
Те же; связующие – кремнийорганическиевещзества
Слюда, керамика, кварц; связующие – неорганические
вещества
Допустимая
температура
нагрева, 0С
105
130
155
180
180
Даже небольшое превышение допустимой температуры приводит к
интенсивному старению изоляции (уменьшению диэлектрической и механической
прочности) и резкому сокращению срока эксплуатации ЭД по сравнению с расчетным.
Так, при повышении температуры изоляции на 100С срок еѐ службы сокращается до 5
лет.
Для учета влияния условий, в которых работает ЭД, ГОСТ устанавливает не
абсолютную допустимую температуру его частей
3
tДОП, а еѐ превышение (перегрев) над температурой охлаждающей среды tОС, которая
принимается равной 400С. Для класса изоляции "В" допустимый перегрев частей ЭД
равен: ДОП = tДОП - tOC - 10 = 130 - 40 - 10 = 80 (0C).
Запас в 100C учитывает погрешность методов измерения температуры, которые
позволяют определить либо ее среднее значение (метод сопротивления), либо
температуру отдельных точек (методы термометра и температурных индикаторов).
При температуре охлаждающей среды ниже 400С перегрев может быть увеличен по
сравнению со стандартным значением (т.е. ЭД может быть загружен выше своей
номинальной мощности), но не более, чем на 100C. При температуре охлаждающей среды
выше 400С (но не более, чем 600С) допустимый перегрев соответственно снижается.
Таким образом, нагрев ЭД определяет правильность его выбора для заданного
режима работы: он должен работать, не перегреваясь выше допустимых значений.
В тепловом отношении ЭД представляет собой чрезвычайно сложный объект с
неравномерным распределением источников тепловой энергии, состоящий из материалов
различной теплопроводности. Направление тепловых потоков в ЭД зависит от режима
его работы. При холостом ходе, как правило, более нагрета сталь и тепловые потоки
направлены к обмоткам, при нагрузке – направление тепловых потоков обратное. В
теории электропривода для расчета тепловых процессов в ЭД пользуются так называемой
одноступенчатой теорией нагрева. Одноступенчатая теория нагрева базируется на
следующих допущениях:
– ЭД рассматривается как однородное тело, обладающее бесконечно большой
теплопроводностью (температура во всех точках объема ЭД одинакова);
– теплоотдача во внешнюю среду пропорциональна первой степени разности
температур электродвигателя и охлаждающей среды (т.е. осуществляется за счет
теплопроводности и конвекции, лучеиспусканием пренебрегают);
– условия охлаждения одинаковы по всей поверхности электродвигателя;
– теплоемкость электродвигателя, мощность тепловых потерь и теплоотдача не
зависят от температуры двигателя.
4
При указанных допущениях уравнение теплового баланса электродвигателя при
неизменной нагрузке имеет вид
Qdt = A dt + Cd ,
(1)
где Q - количество тепла, сообщаемое ЭД в единицу времени, Дж/с;
C - теплоемкость электродвигателя (количество тепла, необходимое для повышения
его температуры на 10С), Дж/К;
А - теплоотдача ЭД (количество теплоты, отдаваемой ЭД в охлаждающую среду в
единицу времени при разности температур в10С), Дж/(0Сс);
- превышение температуры двигателя над температурой охлаждающей среды
(перегрев), 0С.
Произведя в (1) разделение переменных и проинтегрировав его, получим
=
Q
(1 e
A
где
t
A
C
)
0e
t
A
C
,
(2)
- начальное превышение температуры ЭД .
Уравнение (2) при принятых выше допущениях представляет собой закон
изменения перегрева двигателя в функции времени.
Анализ уравнения (2) показывает, что установившийся перегрев у двигателя,
т.е. равенство между выделившейся в ЭД тепловой энергией Qdt и отданной им в
охлаждающую среду A dt, наступит при t= . ГОСТ на электрические машины
определяет практически установившуюся температуру частей ЭД как температуру,
изменение которой в течение одного часа не превышает 10С при условии, что нагрузка
ЭД и температура охлаждающей среды остаются практически неизменными.
Практически неизменной нагрузкой считается нагрузка, при которой
отклонения тока, напряжения и мощности ЭД от заданного режима не превышают 3%, а
тока возбуждения и частоты – не более 1%. Таким образом, процесс нагрева ЭД при
работе на практически неизменную нагрузку следует считать законченным после
момента включения спустя:
0
t = (4 5)
C
= (4 5)TH,
A
где ТН – постоянная времени нагрева (время, в течение которого превышение
температуры от = 0 достигло бы установившегося
5
значения у при Q = const и отсутствии теплоотдачи в окружающую среду), с.
На основе полученного соотношения уравнение (2) нагрева двигателя получит
вид
t
t
= y (1 e TH ) 0e TH .
(3)
Уравнение (2) является универсальным для тепловых процессов в ЭД, так как
отражает изменение его нагрева как при увеличении нагрузки, так и при ее уменьшении
(охлаждении электродвигателя). Кривые нагрева и охлаждения ЭД для различных
условий представлены на рис. 1 и 2.
1
y2
o1
2
1
3
y1
o2
0
y1
2
3
0
TH
t
0
TO
t
Рис. 1. Кривые нагрева ЭД:
Рис. 2. Кривые охлаждения ЭД:
1- при нач= 0, Q=Q1;
1- при нач= 01, Q1<Qнач;
2 - при нач= 01, Q=0;
2 - при нач=0, Q=Q1;
3 - при нач= 02, Q=0.
3 - при нач=0, Q<Q1.
Охлаждение электродвигателя при частичном уменьшении нагрузки физически
можно представить как результат взаимодействия двух противоположных процессов процесса его охлаждения от превышения температуры (достигнутого им при работе с
большей нагрузкой) до температуры охлаждающей среды и процесса нагрева от
температуры охлаждающей среды, обусловленного потерями при новой, меньшей
нагрузке.
6
Приведенные соотношения (2) – (4) справедливы лишь при постоянных
тепловых параметрах ЭД А и С. Однако у ЭД с самовентиляцией теплоотдача зависит от
скорости вращения ротора и ее изменение принято характеризовать коэффициентом
ухудшения теплоотдачи Ai=Ai/A, где Ai – теплоотдача при данной скорости, А – при
номинальной. Примерные значения коэффициента A0 для неподвижных ЭД приведены в
табл. 2.
Таблица 2. Коэффициент ухудшения теплоотдачи для различных ЭД
Исполнение двигателя
Значение
коэффициента
A0
Закрытый с независимой вентиляцией
1
Закрытый без принудительного охлаждения
0,95–0,98
Закрытый самовентилируемый
0,45–0,55
Самовентилируемый защищенного исполнения
0,25–0,35
Абсолютное значение теплоотдачи А пропорционально поверхности ЭД, т.е.
квадрату линейных размеров, а теплоемкость пропорциональна кубу линейных размеров,
поэтому постоянная времени нагрева ТН для ЭД одной серии примерно пропорциональна
линейным размерам или номинальной мощности и меняется в диапазоне от 10 мин до
2 3 ч соответственно для ЭД малых и больших мощностей.
Анализ (2) – (3) показывает, что определяющее влияние на нагрев и охлаждение
ЭД оказывают тепловые потери в ЭД, в общем случае являющиеся функцией времени Q
= f (t), вид которой определяется режимом работы электропривода и нагрузками
механизма на различных этапах его работы.
Постоянная времени нагрева зависит и от исполнения двигателя: у ЭД
открытого исполнения она меньше, чем у защищенного и закрытого, так как у последних
существенно меньше теплоотдача.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА
Из уравнений, определяющих закон изменения температуры электродвигателя,
следует, что основной величиной, характеризующей процесс нагревания, является
постоянная времени нагрева.
7
Аналитическое определение постоянной времени нагрева очень сложно даже
при использовании одноступенчатой теории нагрева и требует знания данных, которые
недоступны проектировщику и эксплуатационнику электроприводов. Поэтому еѐ
определяют, пользуясь экспериментальными данными: из кривой зависимости
превышения температуры ЭД от времени при постоянной нагрузке. Существуют
следующие способы определения ТН: исходя из физического истолкования величины
постоянной времени; интегральным методом и методом трех температур.
Определение постоянной времени нагрева исходя из ее физического смысла
При отсутствии теплоотдачи температура
ЭД во времени растет линейно. Поэтому,
исходя из физического смысла, Тн определятся
отрезком, отсекаемым на оси времени
перпендикуляром, опущенным из
точки
пересечения асимптоты у с касательной,
проведенной из начала координат = 0 (см.
рис. 3). Для доказательства возьмем первую
производную выражения (3) по времени:.
a
y
TH
1
TH
b
Sy
d
dt
0
t1
t
у
TH
e
t
TH
у
Tн
,
если
(t=0).
С
другой
d
dt
tg (см. рис.3),
Рис. 4. Определение ТН интегральным
способом
у
у t
Рис. 3. Определение ТН
; TН
следовательно TH
t.
tg
с помощью касательной
у
Определение ТН с помощью касательной справедливо для любой точки кривой, но, так
как экспериментальная кривая несколько отличается от теоретической, то практически
при определении постоянной времени нагрева берут среднее из трех значений ТН,
определенных в начале процесса, при 1=0,5 у и 2=(0,8-0,9) у.
В реальных условиях при наличии теплоотдачи температура
электродвигателя за время ТН поднимается до значения несколько
8
меньшего У. Величина этой температуры определится, если в уравнении (4)
принять t=ТН; в результате получим
0
=
(1 e
t
TH
)=
t
-1
) = 0,632 у.
(5)
Величиной
0,632
можно
воспользоваться
для
определения
постоянной времени нагрева при наличии
опытной кривой =f(t).
Определение постоянной времени
нагрева интегральным методом.
у
у (1-e
стороны,
t
В уравнении нагрева
=
y
t
TH
(1 e ) =
t
y
3
2
1
–
t
TH
0
t
второй член правой части y e
t
t
представляет собой для любого момента
Рис. 5. Определение постоянной
времени отрезок, заключенный между
времени нагрева методом трех
асимптотой и кривой нагрева. Если взять
температур
интеграл от этой величины в пределах от
t=0 до t=t1, то получим площадь S, заключенную между кривой нагрева, осью ординат,
асимптотой и вертикалью ab ( рис. 4):
8
y
e
TH
t1
S
у
t
Tн
e dt Tн
у
t
Tн
(1 e ) . Т.к.
у
t
TH
(1 e )
1,
то S = Tн 1, откуда
0
Tн
S
.То есть, для определения постоянной времени нагрева необходимо измерить
1
при соответствующем учете масштабов площадь S и ее числовое значение разделить на
1. Этот метод определения ТН более точен по сравнению с предыдущими.
Определение постоянной времени нагрева методом трех температур.
На кривой нагрева выбираются три точки, разделенные одинаковыми отрезками
времени t (рис. 5). Если принять за 0 величину перегрева 1, то уравнение нагрева (3)
запишется как
=
2
У
(1 e
При
t
TH
0
)+ 1e
=
t
TH
.
2
t
t
= У (1
Откуда
3
2
УСТ =
t
иe
TH
TH
e
1
e
1 e
TH
)+ 2e
t
TH
.
3
t
TH
2
1 e
3
2
2
1
e
t
TH
t
TH
.
После логарифмирования получим
У
2
2
1
1
9
t
TH
ln
2
1
0
t
t
t
Рис. 6. Определение установившегося
перегрева методом трех температур
Перечисленные способы определения ТН требуют знания полной кривой нагрева ЭД (от 0
до У). Если известен лишь отрезок кривой нагрева, то У можно определить также по
методу трех температур. Для этого надо приращения температуры, полученные для
каждого отрезка времени t, отложить влево от оси температур и через концы
полученных отрезков i провести прямую до пересечения
с осью
(см. рис. 6).
Ордината точки пересечения
и есть У.
Доказательство можно
получить, используя
приведенные записи
уравнения нагрева для
различныхмоментов времени.
Поскольку реальная крива
я нагрева отличается
от теоретической,
особенно на начальном
участке, когда отдача
тепла в охлаждающую
среду существенно
меньше расчетной,
то при любом способе
определения ТН рекомендуется
определять ее среднее значение, найденное для трех точек на экспериментальной кривой
( -0=0, 2=0,5 У, 3=(0,8-0,9) У).
3
2
НОМИНАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
При расчетах электропривода, как правило, не возникает задачи
непосредственного определения температуры нагрева ЭД (как уже указывалось, это
возможно только в результате эксперимента). На этапе проектирования важно оценить
параметры режима работы, при котором ЭД будет полностью использован по мощности,
а температура его частей не превысит допустимое для данного класса изоляции значение.
Возможные режимы работы электроприводов отличаются огромным
многообразием по характеру и длительности циклов, значениям нагрузок, условиям
охлаждения, соотношениям потерь в период пуска и установившегося движения и т. д.,
поэтому изготовление ЭД для каждого из
10
возможных режимов работы электропривода не имеет практического смысла.
На основании анализа реальных режимов выделен специальный класс режимов
– номинальные режимы, для которых проектируются и изготавливаются серийные ЭД.
Данные, содержащиеся в паспорте ЭД, относятся к определенному
номинальному режиму и называются номинальными данными ЭД. Заводы-изготовители
гарантируют при работе ЭД в номинальном режиме при номинальной нагрузке полное
использование его в тепловом отношении.
Отечественными и международными стандартами предусматриваются восемь
номинальных режимов с условными обозначениями S1 S8.
1. Продолжительным номинальным режимом (S1) работы ЭД называется режим
работы, при котором время работы при практически неизменной нагрузке и температуре
охлаждающей среды достаточно для нагрева всех его частей до практически
установившейся температуры. На рис. 7,а приведены зависимости мощности Р на валу
двигателя, мощности потерь Р и температуры от времени для этого режима работы.
2. Кратковременным номинальным режимом (S2) работы ЭД называется режим,
при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами
отключения ЭД; при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы перегрев ЭД
мог достигнуть установившихся значений, а периоды остановки настолько длительны,
что все его части охлаждаются до температуры охлаждающей среды (рис. 7,б).
Установленная ГОСТ длительность периодов работы в данном режиме tр: 10, 30, 60, 90
мин.
3. Повторно-кратковременным номинальным режимом работы (S3) называется
режим, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с
периодами отключения машины, при этом как рабочие периоды, так и паузы по
длительности таковы, что превышения температуры частей машины не достигают
установившихся значений (см. рис.7,в).
Продолжительность цикла не превышает 10 мин, и режим характеризуется
продолжительностью включения ПВ или ε
ПВ(%)
tp
tp
t0
100 , или
tp
tp
t0
.
(6)
Установленная ГОСТ величина ПВ для всех повторно-кратковременных режимов – 15,
25, 40, 60%. Отечественной промышленностью в основном выпускаются
электродвигатели с ПВ= 40%. Предполагается, что в этом режиме увеличение потерь в
машине за счет пусковых токов не влияет на нагрев машины, так как время пуска
существенно меньше периода работы.
11
Режимы S1, S2 и S3 являются в настоящее время основными, номинальные
данные на которые включаются отечественными заводами-изготовителями в паспорт ЭД
и каталоги.
Наличие номинальных режимов S4 – S8 имеет целью упростить задачу
эквивалентирования произвольных режимов номинальными.
4. Повторно-кратковременный номинальный режим с частыми пусками (S4). В
этом режиме пусковые потери оказывают существенное влияние на превышение
температуры частей машины. Здесь остановка двигателя после его отключения
осуществляется путем выбега или за счет механического торможения, поэтому
дополнительного нагрева обмоток двигателя при его отключении не происходит (рис.
8,а).
Данный режим характеризуется продолжительностью включения, числом
пусков в час и коэффициентом инерции привода.
ПВ(%)
tп
tп
tp
tp
t0
100 .
(7)
Нормируемое число включений в час: 30, 60, 120, 240.
P
S1
S2
P
tP
t
PT
S3
P
t
tP
PT
t0
t
PT
tЦ
t
t
t
t
t
t
а)
б)
в)
Рис. 7. Зависимости мощности на валу двигателя P, мощности потерь PT и
температуры от времени для режимов: а - S1, б - S2, в - S3.
12
Коэффициент инерции – это отношение суммарного приведенного к валу
двигателя момента инерции привода к моменту инерции ротора двигателя.
Kj
J
.
Jp
(8)
Нормированные значения коэффициента инерции для данного режима: 1,2; 1,6;
2,5; 4,0; 6,3; 10.
В условном обозначении режима указывается продолжительность включения,
число включений в час и коэффициент инерции, например:
S4 – 25%, 120 включений в час, K j 2,0.
Это означает, что двигатель рассчитан на работу при 120 включениях в час,
длительность каждого цикла равняется 30 с., из которых время пуска и время работы
составляют 7,5 с., а время паузы – 22,5 с. При этом значение суммарного приведенного
момента инерции привода не должно превышать значение момента инерции ротора
электродвигателя более чес в два раза. При больших значениях K j время пуска
увеличится, возрастут потери в двигателе и для обеспечения допустимого теплового
режима нужно соответственно увеличить время паузы, т. е. уменьшить число включений
в час.
5. Повторно-кратковременный номинальный режим с частыми пусками и
электрическим торможением (S5). В этом режиме потери при пуске и электрическом
торможении оказывают существенное влияние на превышение температуры частей
машины (рисунок 8,б). Данный режим характеризуются продолжительностью включения,
числом пусков в час и коэффициентом инерции. Продолжительность включения
ПВ (%)
tп
tп
tp
tp
tТ
tT
t0
100 .
(9)
Нормированные значения числа пусков в час такие же, как и в режиме S4.
Нормированные значения коэффициента инерции: 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4,0. На допустимое
число включений в час существенно влияют потери энергии в переходных режимах, а т.к.
они пропорциональны моменту инерции привода, то с ростом J или КJ уменьшается
допустимая частота включений.
6. Перемежающийся номинальный режим работы (S6). Этот режим отличается
от режима S3 тем, что после периода работы ЭД не отключается, а продолжает работать в
режиме холостого хода.
13
P
S4
P
S5
7.Перемежающийся
номинальный
режим
работы
с
частыми
реверсами (S7) - режим,
t П tP t 0
t
при котором
реверс
t
чередуется
с
работой
PT
P T tП tP tТ t0
двигателя
при
tЦ
tЦ
номинальной
нагрузке,
причем
за
периоды
действия
последней
t
перегрев частей двигателя
не
может
достичь
установившихся значений.
В этом режиме потери при
реверсе
оказывают
t
существенно влияют на
перегрев частей двигателя,
а)
б)
который
всѐ
время
Рис. 8. Зависимости мощности на валу двигателя P,
работает без остановки,
мощности потерь PT и температуры от времени для
находясь
под
режимов: а - S4, б - S5.
напряжением.
8. Перемежающимся номинальным режимом работы с двумя или более
скоростями (S8) называется режим, при котором периоды одной нагрузки на одной
скорости чередуются с периодами работы на другой скорости при соответствующей этой
скорости нагрузке. Периоды нагрузки на каждой из скоростей не настолько длительны,
чтобы перегрев частей ЭД мог достигнуть установившихся значений.
ВЫБОР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ
РАБОТЫ
Поскольку промышленность выпускает ЭД, рассчитанные на работу в одном из
режимов S1, S2 или S3, то при расчете мощности ЭД необходимо привести реальный
график нагрузки к одному из стандартных и по полученным эквивалентным величинам
выбрать соответствующий ЭД. Так, режимы работы S6 S8 могут быть приведены к
режиму S1, режимы S4 и S5 – к S3. Основой приведения является сопоставление
эквивалентных тепловых
14
потерь в ЭД при реальном режиме работы с номинальными потерями QH в режиме
работы, на который он рассчитан изготовителем.
Например, для режима работы S5 эквивалентные (или средние) потери QСР
будут равны (см. рисунок 8,б):
QCP
Q П t П QP t P QT t T
.
tП tP tT
Условие правильности выбора формулируется как QСР QН.
На практике чаще используются более простые и удобные методы расчета,
основанные на методе средних потерь: методы эквивалентных тока, момента и мощности
ЭД.
Поскольку потери в ЭД:
Q
K 3( I 2' )2 ( R1
R2' ) ,
где К – постоянные потери,
то при условии, что К и R не меняются в процессе работы, можно перейти к методу
эквивалентного тока:
I ЭКВ
I П2 t П I Р2 t Р I Т2 t Т
t П t Р tT
IH .
(10)
Если известно, что ЭД будет работать с постоянной величиной магнитного
потока, то можно воспользоваться методом эквивалентного момента:
M П2 t П M Р2 t Р M Т2 t Т
t П t Р tT
M ЭКВ
MH .
(11)
Если известно, что ЭД будет работать при условии постоянства скорости
вращения, то можно воспользоваться методом эквивалентной мощности:
PП2 t П PР2 t Р PТ2 t Т
t П t Р tT
PЭКВ
PH .
(12)
Рассмотренными методами можно произвести проверку предварительно
выбранного ЭД на допустимость его работы в данном режиме. Двумя последними
методами можно также произвести выбор ЭД, т.к. величины РН и МН приводятся в
каталогах, либо вычисляются из каталожных данных.
При расчете мощности ЭД для работы в режимах S3 S5 определения
15
эквивалентных величин может оказаться недостаточным. Расчеты по уравнениям
(10) (12) позволяют перейти от реального графика работы с переменной нагрузкой к
эквивалентному с неизменной нагрузкой без учета временной характеристики, т.е. ПВ.
Если реальное значение ПВР отличается от нормированного, то необходимо пересчитать
полученную эквивалентную величину к регламентированному ГОСТ значению ПВН,
например:
PР
РЭКВ
ПВ Р
.
ПВ Н
(13)
Если рассчитывается мощность ЭД при работе в режиме S2, но расчетное время
работы tP Р не совпадает с нормированным tP Н, то приведение эквивалентных величин к
каталожным производится следующим образом:
tP P
MP
M ЭКВ
1 e
TH
(a 1)(1 e
где
a
,
tP H
TH
(14)
)
K
– отношение постоянных потерь в ЭД к переменным в
VH
номинальном режиме.
Присутствующую в (14) постоянную времени нагрева ТН можно определить из
данных, приведенных в каталоге, путем сопоставления двух кратковременных режимов
"1" и "2" для одного и того же ЭД:
tP H1
TH
tP H2
TH
PH1 (1 e
)
PH2 (1 e
),
(15)
где величины с индексами "1" и "2" соответствуют первому и второму режимам
работы, указанным в каталоге.
Если для работы в кратковременном режиме будет использоваться ЭД,
предназначенный для работы в режиме S1, то его целесообразно перегрузить для полного
использования по нагреву. Для количественной оценки при этом используются
коэффициенты тепловой и механической перегрузок.
Коэффициентом тепловой перегрузки называется отношение тепловых потерь
кратковременного режима QКР к номинальным потерям QН в продолжительном режиме
при условии одинакового перегрева:
pT
16
QKP
.
QH
(16)
Поскольку в номинальном режиме работы
QKP
(1 e
A
tP H
TH
),
то pT
ДОП
QH
, а в кратковременном
A
ДОП
=
1
(1
e
tP H
TH
)
Коэффициентом механической перегрузки называют отношение допустимого по
условиям нагрева момента (мощности) в кратковременном режиме работы к
соответствующей величине номинального режима:
pM
M KP
MH
PKP
.
PH
При допущении, что тепловые потери пропорциональны квадрату тока, а
мощность пропорциональна первой степени тока, коэффициент механической перегрузки
может быть определен как:
pM
pT (a 1) a
или
pM
pT .
ПАСПОРТНЫЕ ДАННЫЕ ИССЛЕДУЕМОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Тип
Рн, кВт
Uн, В
Iн, А
nн, об/мин
К.п.д.
cos н
АОЛ41-6
1,0
220/380
4,8/2,8
930
0,77
0,72
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Ознакомиться с электрооборудованием установки ( рисунок 9) и методом
измерения температуры.
2. Снять и построить кривые нагрева и охлаждения = f (t) при одном из
номинальных режимов работы для следующих частей асинхронного электродвигателя:
железо статора, обмотка статора в пазу и в лобовой части.
3. Определить постоянную времени нагрева (охлаждения) и установившееся
значение перегрева рассмотренными в методических указаниях методами.
4. Рассчитать аналитически и построить кривую нагрева и охлаждения.
5. Определить коэффициенты тепловой и механической перегрузки.
6. Проанализировать полученные результаты.
17
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. На время пуска электродвигателя необходимо включать переключатель "SA1".
2. При исследовании режима S5 перед пуском ЭД необходимо установить в фазе
статора значение постоянного тока для динамического торможения. Для этого при
нажатой кнопке "Т" реостатом R1 по амперметру А4 устанавливается заданное значение
тока торможения: IПОСТ = 2,12 I1.
3. Ток нагрузки контролируется по амперметру А2.
4. Температура частей электродвигателя измеряется милливольтметром mV,
цена деления которого соответствует 10С. Перед началом работы необходимо установить
переключатель SA2 в одно из положений, соответствующее необходимой части
электродвигателя. Измерения производятся: каждые 5 минут для режима S1; каждую
минуту для других режимов.
5. Отчет о лабораторной работе должен включать: цель работы; паспортные
данные исследуемого ЭД; электрическую схему лабораторной установки; параметры
режима исследования; табличное и графическое представление проведенных измерений;
все необходимые расчеты; выводы студента, выполняющего работу, по полученным
результатам.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Уравнение теплового баланса, его анализ.
2. Физический смысл постоянной времени нагрева, размерность.
3. Номинальные режимы работы электродвигателей.
4. Классы изоляции и допустимые для них температуры нагрева.
5. Способы определения постоянных времени нагрева и охлаждения.
6. Кривые нагрева (холодного и предварительно нагретого электродвигателя) и
охлаждения.
7. В какой части асинхронного электродвигателя можно ожидать
наибольшего
нагрева?
8. У какого электродвигателя (при одинаковой мощности и скорости) постоянная
нагрева больше: а) защищенного; б) с самовентиляцией; в) закрытого; г) с независимой
вентиляцией?
9. Отличия теоретической и экспериментальной кривых нагрева?
10. Тепловой и механический коэффициенты перегрузки.
11. Расчет мощности ЭД методами эквивалентных величин.
12. Элементы исследуемой установки и их характеристики.
13. Порядок проведения исследований.
18
~3x220B, 50Гц
QF1
SB2
SB1
KM2
KM1
KM1.1
SB3
KM2
KK1
KM1.2
FU1
A2
A1
KM2
FU2
SA1
QF2
A4
A3
+
220B
-
R1
R2
KK1
Y1
M
SA2
mV
Рис. 9. Электрическая принципиальная схема лабораторной установки
ЛИТЕРАТУРА
1. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного
электропривода: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергия, 1979.
2. Москаленко В.В. Электрический привод. Учебн. для вузов. – М.: Высшая
школа, 1