Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

ной шкалы). Зависимость Ай = / (t) дает возможность графически определить постоянную нагревания Т. В самом деле, дифференцируя уравнение (40-7) по времени t, получают для начального момента времени t = 0:

/(/•&

где Vo — угол, образованный с осью ординат касательной, проведен­ ной к линии нагревания для момента t = 0, т. е. в ее начальной точке. Следовательно, для получения Т достаточно провести касательную к линии Ай — f (t) в точке О до пересечения с прямой Айу; отрезок AB дает искомое значение Т.

Уравнение (40-7) показывает, что тело достигает установившегося превышения температуры Айу = const только через бесконечно боль­ шое время. Но можно легко показать, что температура тела относи­ тельно быстро достигает практически конечной величины. В самом деле, пусть t = Т, 2Т, 3Т и т. д. Тогда по формуле (40-7) получаются

Таким образом, уже при t — АТ можно считать, что практически тепловой режим тела установился, так как разница между Ай и Айу меньше 2%.

Если тело сначала имеет превышение температуры Дйу, а затем

Решая это уравнение, получают следующий конечный результат:

Линия 2, определяемая уравнением (40-10), показана на том же рис. 40-1.

40-3. Условия рассеяния тепла

Ближайшее изучение теплового процесса показывает, что рассея­ ние тепла в окружающую среду происходит главным образом: путем лучеиспускания и путем конвекции.

Втех пределах температуры, с которыми приходится встречаться

вэлектрических машинах, можно считать, что количество тепла (?Л) рассеянное в одну секунду путем лучеиспускания, прямо про­

479

порционально коэффициенту лучеиспускания Хл, превышению тем­ пературы Дф и теплорассеивающей поверхности S , т. е.

ленно равен количеству тепла в ваттах, которое отводится путем лу­ чеиспускания с 1 ж2 при превышении температуры тела на 1° С.

По опытным данным, І л ~ (6 -г- 8) вт/(град -м2).

Процесс передачи тепла конвекцией состоит в том, что ближайшие к нагретому телу частицы среды нагреваются, становятся легче и вследствие этого поднимаются кверху, уступая свое место другим, еще не нагретым частицам среды; последние в свою очередь нагре­ ваются, тоже поднимаются вверх и т. д. В практических пределах температур количество тепла, рассеянное путем конвекции,

Эта формула подобна формуле (40-11). Поэтому все входящие в нее величины измеряются в тех же единицах и определяются так же, как выше.

Если конвекция с поверхности твердого тела происходит естест­ венным путем (т. е. она не усилена искусственно, например дутьем), то, по опытным данным, Хк ~ (8 ■—10) вт/(град -м2).

Если поверхность тела обдувается, то коэффициент конвекции можно определить по эмпирической формуле:

ном обдуве поверхности к ѵ уменьшается (для станин тяговых двига­ телей, работающих на линии, к ѵ za 0,5); v — относительная скорость воздуха и охлаждаемой поверхности, м/сек.

40-4. Нагревание электрических машин

Полученные выводы могут быть отнесены к реальным электриче­ ским машинам при условии, что в эти представления вводятся соот­ ветствующие поправки. При этом прежде всего нужно иметь в виду, что машина состоит из целого ряда частей, каждая из которых имеет свои характеристики, т. е. массу, поверхность, теплоемкость и коэф­ фициент теплорассеяния, и в каждой из которых выделяется опре­ деленное количество тепла. Другими словами, общую теорию нагре­ вания приходится применять не ко всей электрической машине в це­ лом, а к каждой отдельной части ее. Так, при нагревании машины постоянного тока говорят о температуре следующих частей: обмотки якоря, обмоток главных полюсов, обмотки добавочных полюсов, іадмпенсационной обмотки, если таковая имеется, коллектора и иод-

480

шшшиков. При нагревании трансформатора имеют в виду темпера­ туру обмоток, сердечника и масла.

Основная причина расхождения между теоретической и опытной линиями нагревания состоит в том, что постоянная времени нагрева­ ния Т в действительности изменяется главным образом вследствие изменения коэффициента теплорассеяния X. Однако опыт показы­ вает, что влияние этой причины невелико и что, следовательно, линии на рис. 40-1 можно рассматривать как типичные.

40-5. Номинальные режимы работы электрических машин

Согласно ГОСТ 183—66, устанавливаются восемь номинальных режимов работы электрической машины в зависимости от характера работы, т. е. соче­ тания периодов различной нагрузки и длительности ее.

Продолжительным номинальным режимом работы называется режим работы электрической машины при неизменной номинальной нагрузке, продолжаю­ щейся столько времени, что превышения температуры всех частей электрической машины при неизменной температуре охлаждающей среды достигают практи­ чески установившихся значений. Условное обозначение режима — Si.

Кратковременным номинальным режимом работы называется режим работы электрической машины, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения машины; при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей электриче­ ской машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть практически установившихся значений, а периоды остановки электрической машины настолько длительны, что все части ее нрпходят в прак­ тически холодное состояние. Условное обозначение режима — S2. Установлены номинальные кратковременные режимы с длительностью периода неизменной нагрузки 10, 30, 60 и 90 мин.

Повторно-кратковременным номинальным режимом работы называется режим работы электрической машины, при котором кратковременные периоды неизменной поминальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами отключения машины (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей элек­ трической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть практически установившихся значений.

Повторно-кратковременный номинальный режим . работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ), равной отношению про­ должительности рабочего периода к продолжительности рабочего периода и паузы (цикла). Пусковые периоды практически не оказывают влияния на пре­ вышения температуры отдельных частей машины. Условное обозначение ре­ жима — S3. Установлены номинальные повторно-кратковременные режимы с продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60%, продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимают равной 10 мин.

Повторно-кратковременным номинальным режимом работы с частыми пу­ сками называется режим работы электрической машины, при котором периоды пуска и кратковременной неизменной номинальной нагрузки чередуются с нерио - дами отключения машины, прячем как рабочие периоды, так и паузы не на­ столько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей электри­ ческой машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть практически установившихся значений. В этом режиме пуско­ вые потери оказывают существенное влияние на превышения температуры от­

дельных частей машины.

Повторно-кратковременный режим с частыми пусками характеризуются относительной продолжительностью включения, числом пусков в час и коэф­ фициентом инерции. Относительная продолжительность включения равна отпо-

481

шению продолжительности пуска и работы с неизменной номинальной нагрузкой к продолжительности цикла. Условное обозначение режима — 54.

Коэффициентом инерции называется отношение суммы приведенного к валу двигателя момента инерции приводимого механизма и момента инерции ротора к моменту инерции ротора двигателя. Условное обозначение коэффициента инерции — FI. Установлены номинальные повторно-кратковременные режимы с частыми пусками с продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60%, числом включений в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции (FI) 1,2; 1,6; 2,5 и 4.

Повторно-кратковременным номинальным режимом работы с частыми пусками и электрическим торможением называется режим работы электрической машины, при котором периоды пуска, кратковременной неизменной номиналь­ ной нагрузки и электрического торможения чередуются с периодами отключе­ ния машины, причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей электрической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть практически установившихся значений.

Повторно-кратковременный номинальный режим с частыми пусками и электрическим торможением характеризуется относительной продолжитель­ ностью включения, числом пусков в час и коэффициентом инерции. Относи­ тельная продолжительность включения равна отношению продолжительности пуска, работы с неизменной номинальной нагрузкой и электрического тормо­ жения к продолжительности цикла. Условное обозначение режима — 55. Установлены номинальные повторно-кратковременные режимы с частыми пу­ сками и электрическим торможением с продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60%, числом включений в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции (FI ) 1,2; 1,6; 2,5 и 4.

Перемежающимся номинальным режимом работы называется режим работы электрической машины, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами холостого хода (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько дли­ тельны, чтобы превышения температуры отдельных частей электрической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть практически установившихся значений. Перемежающийся номинальный режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки (ПН), равной отношению продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла. Условное обозначение режима — 56. Установлены номинальные перемежаю­ щиеся режимы работы с продолжительностью нагрузки (ПН) 15, 25, 40 и 60%, продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимают равной

10 мин.

Перемежающимся номинальным режимом работы с частыми реверсами назы­ вается режим работы электрической машины, при котором периоды реверса чередуются с периодами неизменной номинальной нагрузки, причем периоды неизменной номинальной нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть установившихся значений.

В этом режиме потерн при реверсировании оказывают существенное влияние на превышения температуры отдельных частей машины. Перемежающийся

Установлены номинальные перемежающиеся режимы с частыми реверсами при электрическом торможении с числом реверсов в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции (FI) 1,2; 1,6; 2,5 и 4.

Перемежающимся номинальным режимом работы с двумя и более скоро­ стями вращения называется режим работы электрической машины, при котором периоды работы при неизменной номинальной нагрузке на одной скорости вращения чередуются с периодами работы на другой скорости вращения при соответствующей этой скорости вращения неизменной номинальной нагрузке. Число ступеней скорости вращения может быть более двух, причем соответст­ венно увеличивается число чередующихся периодов. Периоды неизменной нагрузки на каждой из скоростей вращения не настолько длительны, чтобы

482

превышения температуры отдельных частей электрической машины при практи­ чески неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть практи­ чески установившихся значений. В этом режиме работы потери при переходе от одной скорости вращения к другой оказывают существенное влияние на превышения температуры отдельных частей машины.

Перемежающийся номинальный режим с двумя и более скоростями враще­ ния характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции и относи­ тельной продолжительностью нагрузки на отдельных ступенях скорости вра­ щения, которая определяется отношением продолжительности пуска (или элек­ трического торможения) и работы с неизменной номинальной нагрузкой к про­ должительности цикла. Условное обозначение режима — 58.

Установлены номинальные перемежающиеся с двумя и более скоростями вращения режимы работы с числом циклов в час 30, 60, 120 и 240 при коэффи­ циенте инерции (FI) 1,2; 1,6; 2,5 и 4. Продолжительность нагрузки (ПН) на каждой из скоростей вращения устанавливается по согласованию между потре­ бителем и поставщиком.

Номинальные режимы 51, 52, 53 и 56 являются основными, режимы работы 54, 55, 57 и 58 — дополнительными (рекомендуемыми).

40-6. Нагревание при повторно-кратковременном режиме работы

Предполагается, что машина начинает работу в режиме повторно­ кратковременной нагрузки с холодного состояния. Пусть время ра­ бочего периода будет 7Х, время паузы t2. Если потери при продолжи­

циклах работы нагревание идет параллельно соответствующим

ния 3. Спустя некоторое время режим практически устанавливается, и превышение температуры частей машины колеблется в пределах от Дймак0 до Дймин; причем Аймаке меньше Дйу продолжительного режима работы. Это позволяет увеличить нагрузку так, чтобы Аймаке = Дйу. Таким образом, мощность машины при повторно-крат­ ковременном режиме работы будет больше мощности ее при продол­ жительном режиме работы.

483