Особенности проверки электродвигателя по нагреву при различных режимах его работы
Если двигатель работает в продолжительном режиме с постоянной нагрузкой, то, как таковая, проверка его по нагреву не требуется. В этом случае, исходя из величины нагрузки, по уравнению, индивидуальному для каждого механизма, определяется его мощность и из каталога выбирается соответствующий двигатель.
Если, работая в продолжительном режиме, двигатель имеет переменную нагрузку, то проверка его по нагреву производится так же, как для машины, работающей в повторно-кратковременном режиме.
Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения ПВ%, определяемой отношением времени Тр работы к времени Тц цикл
При этом Тр не должно превышать 10 минут, так как в противном случае режим работы следует считать продолжительным.
В настоящее время выпускаются серийные двигатели с ПВ% - 15%, 25%, 40%, 60%, 100%. Как видно из (3.12), при ПВ% = 100% реализуется продолжительный режим работы.
Как правило, продолжительность работы реального двигателя не соответствует каталожной. Поэтому при проверке двигателя по нагреву необходимо скорректировать его мощность в соответствии с реальной ПВ%, то есть мощность его должна быть повышена или понижена исходя из условия
D Рр × ПВ% р £ D Рн ×ПВ% кат , (3.24)
где D Рр, ПВ% – реальные потери и продолжительность включения соответственно;
D Рн, ПВ% кат – номинальные потери и каталожная продолжительность включения соответственно.
Из (3.24) получаем
D Рн ³ D Рр ПВ% р / ПВ% кат. (3.25)
Если реальная продолжительность включения мало отличается от каталожной, то удовлетворительными условиями работы электродвигателя с точки зрения нагрева являются
_______________
Iн ³ Iэ Ö ПВ% р / ПВ% кат , (3.26)
_______________
Мн ³ Мэ Ö ПВ% р / ПВ% кат , (3.27)
_______________
Рн ³ Рэ Ö ПВ% р / ПВ% кат . (3.28)
Кроме этого повторно-кратковременный режим работы характеризуется частыми пусками и торможениями, в процессе которых происходит ухудшение условий охлаждения электрической машины, работающей с самовентиляцией.
Это явление учитывается коэффициентами:
bо – учитывающий ухудшение условий охлаждения во время паузы;
bп = (1+bо) / 2 - учитывающий ухудшение условий охлаждения во время пуска и торможения.
В уравнениях (3.18), (3.20), (3.22) для расчета эквивалентных величин в знаменателях времена паузы, пуска и торможения умножаются на соответствующий коэффициент b о или b п.
Величины b о имеют следующие значения:
- для двигателей открытого защищенного исполнения с вентиляцией на валу
bо = 0.25 – 0.35,
- для закрытых обдуваемых
b о = 0.3 – 0.55,
- для закрытых без обдува
b о = 0.7 – 0.98 ,
- для двигателей с принудительной вентиляцией
b о = 1.
Кратковременный режим характеризуется тем, что за время работы двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы успевает остыть до температуры окружающей среды. Для этого режима выпускаются специальные двигатели, время работы которых нормируется и составляет 15, 30, 60 и 90 минут. Это означает, что двигатель с номинальной мощностью, например в 1 кВт, в течение указанного в каталоге времени развивает мощность 1 кВт, но затем на длительное время должен быть отключен от сети.
Однако часто случается так, что по каким-либо причинам применение специальных двигателей, предназначенных для кратковременного режима, является невозможным. В этом случае выбираются двигатели с продолжительным режимом, но при работе в кратковременном режиме при М = Мн такие двигатели будут недоиспользованы по мощности, так как температура их не достигнет допустимой. Поэтому для кратковременного режима работы двигатель должен выбираться таким образом, чтобы его статический момент превышал номинальный, то есть двигатель был бы перегружен. Здесь следует отметить, что при выборе для кратковременного режима работы короткозамкнутого асинхронного двигателя, предназначенного для продолжительного режима, необходимо убедиться, что величина его пускового момента достаточна для пуска под нагрузкой.
Для определения величины перегрузки используются коэффициенты термической и механической перегрузок. Коэффициент рт термической перегрузки определяется как отношение потерь D Рк мощности при кратковременном режиме к потерям D Рн при номинальном продолжительном режиме при равных значениях температуры перегрева в обоих режимах:
рт = D Рк / DРн, или (3.29)
рт = 1 / ( 1-е –tр / Тн),
где Тн – постоянная времени нагрева в номинальном режиме;
tр – время работы двигателя в кратковременном режиме.
Коэффициент механической перегрузки – это отношение допустимого по условиям нагрева момента Мк при кратковременном режиме к номинальному моменту Мн при продолжительном режиме
рм = Мк / Мн. (3.30)
Взаимосвязь этих коэффициентов определяется из уравнения теплового баланса и выглядит следующим образом:
____________
рм = Ö рт (а + 1 ) – а , (3.31)
где а = Кп / Vн – коэффициент потерь;
Кп – постоянные потери;
V – переменные потери.
Определение коэффициента «а» производится в следующем порядке.
Рассчитывается величина переменных потерь:
- для машины постоянного тока
Vн = I 2 н Rя , (3.32)
где Rя – активное сопротивление якорной цепи;
- для асинхронной машины
Vн = 3 I 2 н р Rр + 3 I 2 нс Rс, (3.33)
где Rс, Rр – активные сопротивления статора и приведенное ротора соответственно;
Iнс, Iнр – номинальные токи статора и приведенный ротора соответственно.
В номинальном режиме
hн = Рн / ( Рн + DРн), (3.33)
то есть
DРн = Рн (1 - hн ) / hн. (3.34)
Отсюда постоянные потери определяются следующим образом:
К = DРн – Vн. (3.35)
В зависимости от того, каким методом производится проверка двигателя по нагреву, из нагрузочной диаграммы определяется Iэ, Мэ или Рэ. На основании полученных результатов рассчитывается момент Мк, который может развивать двигатель, предназначенный для работы в продолжительном режиме, но работающий в кратковременном режиме в течение времени tр.
_______________________
Мк = Мн рм = Мн Ö [ (а + 1 ) / ( 1-е –tр / Тн) ] - а . (3.36)
Если Мк ³ Мэ, то двигатель удовлетворяет условиям нагрева.