При различных режимах работы

При работе электродвигателя в нем имеют место потери мощности. В результате, часть электрической энергии, подводимая к двигателю, превращается в тепло и двигатель нагревается. Потери мощности в двигателе можно разделить на постоянные, не зависящие от тока нагрузки, и переменные, пропорциональные квадрату тока нагрузки. С ростом мощности, отдаваемой двигателем рабочей машине, растет ток, увеличиваются потери мощности и температура нагрева двигателя. Выделяющаяся в двигателе тепловая энергия частично отдается в окружающую среду за счет теплоотдачи, частично вызывает увеличение нагрева двигателя. Теплоотдача пропорциональна разности температур поверхности двигателя и окружающей среды. На начальном этапе нагрева, когда температура двигателя близка к температуре окружающей среды, теплоотдача мала, почти все выделяющееся тепло идет на нагрев двигателя и температура быстро растет. С ростом температуры двигателя теплоотдача увеличивается и степень роста температуры двигателя замедляется. Наконец, при некоторой температуре все тепло, выделяемое в двигателе, будет отдано в окружающую среду и температура двигателя изменятся не будет. Температура, до которой нагревается двигатель, называется установившейся. Чем больше мощность, развиваемая данным двигателем, тем до большей установившейся температуры он нагревается. В процессе нагрева температура изменяется по закону:

,

где - температура двигателя, - время работы, - постоянная времени нагрева, - начальная температура нагрева, например, температура окружающей среды.

Постоянная времени нагрева двигателя:

,

где - теплоемкость двигателя, - теплоотдача двигателя.

Время нагрева двигателя до установившейся температуры примерно .

Постоянная времени нагрева растет с ростом габаритов и мощности двигателя и лежит в пределах от нескольких минут, до нескольких часов. В реальных условиях постоянная времени может изменяться, так как изменяются условия охлаждения двигателя. Например, у двигателей с вентилятором на валу при работе на пониженной скорости теплоотдача уменьшается из-за ухудшения условий охлаждения.

Наиболее чувствительной к нагреву является электроизоляция двигателя. Если изоляция работает в пределах допустимой температуры, то нормативный срок службы двигателя составляет 15-20 лет. Превышение допустимой температуры ведет к преждевременному разрушению изоляции обмоток двигателя и сокращению срока его службы. Например, нагрев изоляции сверх допустимого уровня на 8 снижает ее срок службы в два раза.

Изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах, по нагревостойкости делятся на следующие основные классы:

класс А с допустимой температурой 105 ; к этому классу относятся хлопчатобумажные ткани, бумага, пропитанные соответствующими лаками;

класс Е с допустимой температурой 120 ; к этому классу относятся эмали, синтетические пленки;

класс В с допустимой температурой 130 ; к этому классу относятся слюда, асбест, стекловолокно и другие не горючие материалы с связующими составами органического происхождения;

класс F с допустимой температурой 155 ; этот класс включает те же материалы, что и класс В, но пропитанные более теплостойкими связующими;

класс H с допустимой температурой 180 ; к этому классу относятся те же материалы, что и к классу В, но с кремний-органическими связующими;

класс С с допустимой температурой более 180 ; сюда относятся слюда, стекло, керамика, кварц без связующих составов.

Чем выше класс изоляции, тем она дороже. Основными классами изоляции, применяемыми при изготовлении двигателей, в настоящее время являются классы В, F, H.

В каталогах указывается номинальная мощность двигателя, в качестве которой принимается наибольшая полезная мощность на валу двигателя при температуре окружающей среды не выше 40 , с которой двигатель может работать без ограничения времени, при этом температура его изоляции не превысит допустимую.

Если нагрев близок к нормативному или равен ему, это свидетельствует о хорошем использовании установленной мощности двигателя. Если нагрев двигателя существенно меньше нормального, то это будет свидетельствовать о несоответствии мощности двигателя требуемой. Значит мощность двигателя завышена, что увеличивает стоимость и габариты установки, приводит к увеличению эксплуатационных расходов из-за снижения КПД и . Если нагрев двигателя больше нормального (допустимого), то это приводит к ускоренному старению изоляции и выходу двигателя из строя раньше положенного срока.

Существующая классификация предусматривает восемь типовых режимов работы электрических машин, из которых три являются основными и из них вытекают остальные пять. Условное обозначение режимов S1-S8.

Продолжительным S1 называется режим, при котором электродвигатель работает при постоянной нагрузке, продолжающейся столько времени, что температура всех его частей достигнет установившейся.

Кратковременным S2 называется режим, в котором периоды неизменной нагрузки чередуется с периодами отключения двигателя, при этом за время включения температура двигателя не достигает установившегося значения, а за время отключения все части двигателя охлаждаются до температуры окружающей среды. Стандартные значения продолжительности включения 10, 30, 60, и 90 минут.

Повторно-кратковременным S3 называется режим, в котором кратковременные периоды неизменной нагрузки (время работы ) чередуется с периодами отключения двигателя (паузами ) причем в рабочие периоды температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время паузы он не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Максимальная продолжительность цикла мин. Если это условие не выполняется, то режим считается продолжительным. Данный режим характеризуется относительной продолжительностью включения:

Стандартные значения ПВ% составляют 15, 25, 40 и 60%.

Наглядными примерами механизмов, работа которых соответствует указанным режимам, являются: продолжительный режим – насос, компрессор; кратковременный режим – задвижка, кран, управляемые электродвигателем; повторно-кратковременный – механизмы мостового крана (подъем, мост, тележка).

Условие выбора мощности электродвигателя при продолжительном режиме работы:

,

где - номинальная (паспортная) мощность двигателя, - мощность рабочей машины, - коэффициент полезного действия рабочей машины и механической передачи. Так как шкала мощностей электродвигателей дискретна, то необходимо из ряда выбирать двигатель ближайший больший по мощности.

В кратковременном режиме мощность двигателя может быть меньше мощности рабочей машины . Для точного выбора необходимо знать время работы и постоянную времени нагрева. Допустимая перегрузка ограничивается допустимой перегрузкой двигателя по моменту ( ).

В повторно-кратковременном режиме для выбора мощности двигателя пользуются понятием эквивалентной мощности. Это неизменная во времени мощность, при которой потери энергии в двигателе такие же, как и при переменной во времени мощности.

,

где - время работы с мощностью .

Для повторно-кратковременного режима