Теплові режими роботи електродвигунів

Робота двигунів за характером зміни навантаження на їх валу, а тим самим - за видом їх нагрівання й охолодження підрозділяється на вісім режимів S1...S8.

ТРИВАЛИЙ РЕЖИМ РОБОТИ S1 двигуна характеризується незмінним навантаженням протягом часу, за який перегрівання його частин досягає сталого значення

,

де t – час роботи двигуна.

Режим S1 характеризується незмінними втратами протягом усього часу роботи. Робота двигуна в режимі S1 може відбуватися з постійним або змінним циклічним навантаженням.

Графік зміни потужності на валу Р, моменту М, втрат потужності Р й перегріву для режиму S1 при постійному навантаженні зображено на рис. 5.14.

Рис. 5.14

Оскільки двигун вибирається за умовою , то виконується й умова

, і .

Якщо навантаження на валу двигуна періодично змінюється, то також періодично будуть змінюватись втрати у двигуні і його температура. Перевірка двигуна в цьому випадку виконується методами середніх втрат або еквівалентних величин

КОРОТКОЧАСНИЙ РЕЖИМ РОБОТИ S2 характеризується чергуванням періодів незмінного навантаження з періодами відключення двигуна. При цьому за час роботи t перевищення температури не досягне сталого значення, а за час паузи t₀ двигун охолоджується до температури навколишнього середовища

.

ДЕРЖСТАНДАРТ 183-74 встановлює стандартні значення тривалості робочого періоду - 10, 30, 60 й 90 хв.

Графіки, що характеризують короткочасний режим роботи S2, представлені на рис. 5.14.

Якщо двигун розрахований на тривалий режим роботи, то при короткочасному режимі його перегрів до кінця робочого періоду не досягне сталого значення. У цьому випадку двигун буде недовикористаний по нагріванню, а тим самим по своїй потужності.

Рис. 5.15

Для повного використання в короткочасному режимі роботи двигуна, призначеного для тривалого режиму, його варто перевантажувати за потужністю на валу. Тоді до кінця робочого періоду його перегрів досягне припустимого рівня. Для кількісної оцінки перевантаження й нагрівання двигуна використовують коефіцієнти термічного й механічного перевантажень.

Коефіцієнтом термічного перевантаження р_т називається відношення втрат потужності при короткочасному режимі Р_к до номінальних втрат потужності Р_н

.

Коефіцієнтом механічного перевантаження р_м називається відношення потужності навантаження двигуна в короткочасному режимі Р_к до номінальної потужності Р_н у тривалому режимі

.

Коефіцієнти механічного й термічного перевантажень пов'язані між собою виразами

де – коефіцієнт постійних втрат; -постійні втрати, - змінні втрати.

Якщо знехтувати постійними втратами, то ,

.

Залежність коефіцієнтів термічного й механічного перевантажень при короткочасному режимі роботи від відносної тривалості робочого періоду t_p/T_н показана на рис. 5.16.

Рис. 5.16

При відношенях припустимий за умовами нагрівання коефіцієнт механічного перевантаження приблизно дорівнює 2,5 , що в середньому відповідає перевантажувальній здатності двигунів загальпромислових серій. Внаслідок цього при менших відношеннях повне використання таких двигунів по нагріванню обмежується їх перевантажувальною здатністю. Інакше кажучи, при малих відношеннях двигуни недовикористовуються по нагріванню. В цьому випадку можна взагалі не проводити перевірку двигуна по нагріванню, а доцільно обмежитися лише його перевіркою за умовами перевантаження.

Повне використання двигунів по нагріванню можливе лише при більших значеннях . Промисловість випускає спеціальні двигуни, розраховані для короткочасного режиму роботи. Вони мають підвищену перевантажувальну здатність, що дозволяє повніше використати їх по нагріванню.

Час роботи цих двигунів нормується. Це значить, що двигун, який має, наприклад, номінальну потужність Р_н=10 кВт при t_р=30 хв, може розвивати протягом 30 хв. потужність 10 кВт, не перевантажуючись. Потім він повинен бути відключений від мережі поки не охолоне.

У загальному випадку перевірка таких двигунів по нагріванню може виконуватися за двома варіантами. Якщо дані навантажувальної діаграми відповідають номінальним даним, то перевірки за нагріванням не потрібно. Якщо ж дані навантажувальної діаграми відрізняються від паспортних даних, то варто розраховувати еквівалентну потужність, привівши її до найближчого стандартного часу t_{р ст}

,

де t_p – дійсний час короткочасної роботи двигуна з навантажувальних діаграм.

Для більш точної оцінки можна скористатися виразом

.

Якщо розрахована за формулою припустима потужність Р_к перевищує еквівалентну, тобто Р_к Р_екв, то двигун буде працювати в нормальному тепловому режимі, не перегріваючись понад припустимий рівень.

Двигуни, призначені для короткочасного режиму роботи, недоцільно використовувати в тривалому режимі через властиві їм підвищені постійні втрати потужності. Іноді такі двигуни не можуть працювати в тривалому режимі навіть вхолосту, перегріваючись при цьому вище припустимого рівня.

ПОВТОРНО-КОРОТКОЧАСНИЙ РЕЖИМ РОБОТИ S3 характеризується короткочасними робочими періодами t_р незмінного навантаження, які чергуються з періодами t_о відключення двигуна (паузами), причому як робочі періоди, так і паузи не настільки тривалі, щоб перевищення температури могли досягти сталих значень

.

Графіки навантаження для повторно-короткочасного режиму роботи наведені на рис. 5.17.

Рис. 5.17

Режим характеризується відносною тривалістю ввімкнення

, % .

Для повторно-короткочасного режиму роботи випускаються спеціальні двигуни, у паспортних даних яких вказується номінальна потужність при нормативній тривалості ввімкнення ТВ_н=15, 25, 40, 60 й 100%.

Тривалість робочого циклу для них не повинна перевищувати 10 хв., у іншому випадку двигун вважається працюючим в тривалому режимі.

Якщо потужність навантаження й ТВ близькі до номінальних даних двигуна, то перевірки його по нагріванню не потрібно, оскільки робота при таких параметрах навантажувальної діаграми гарантується виготовлювачем.

Розглянемо перевірку двигуна по нагріванню для випадку, коли тривалість включення в реальному циклі ТВ₁ помітно відрізняється від нормативної величини ТВ_н, тобто ТВ₁ ТВ_н. Нехай ТВ₁ відповідає навантаженню Р₁, а стандартнму значенню ТВ_н відповідає номінальна потужність Р_н (рис. 5.18).

Рис. 5.18

На підставі методу середніх втрат можна стверджувати, що середнє перевищення температури двигуна при його роботі з потужністю Р₁ Р_н при ТВ₁ ТВ_н не буде перевищувати припустимої температури, якщо середні втрати потужності за цикл при Р₁ і ТВ₁ не будуть перевищувати втрати за той само цикл при Р_н і ТВ_н, тобто

.

Таким чином для того, щоб при роботі з потужністю Р₁ і ТВ₁ середня температура двигуна не перевищувала припустиму, між втратами потужності повинно виконуватися співвідношення

.

Порядок перевірки двигуна по нагріванню полягає в наступному. Визначаються Р₁ і ТВ₁. Потім за паспортним даними двигуна для найближчої нормативної ТВ_н перебувають номінальні втрати двигуна й перевіряється вище наведена умова. При його виконанні нагрівання двигуна не буде перевищувати нормативного.

Перевірка двигуна по нагріванню може бути зроблена також порівнянням номінальної й еквівалентної потужності двигуна

.

Якщо ця умова виконується, то температура двигуна не буде перевишувати припустимого значення. Коли реальна тривалість ввімкнення не набагато відрізняється від нормативної, добутком можна знехтувати, тоді одержимо

.

Перевірка двигунів по нагріванню, призначених для тривалого режиму роботи, але використовуваних для повторно-короткочасного навантаження, може бути виконана за допомогою вищенаведених формул, якщо покласти в них ТВ_н=100%.