Файл: Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие.pdf

Подставляя значение тока (16-16) и э. д. с. (16-17) в выражение механической энергии, получим:

Следовательно, энергия потерь в сопротивлениях цепи якоря будет равна:

A> = A - A u = J v > l - J ? ± = j

Таким образом, при пуске двигателя с независимым возбуждением вхолостую потребляемая из сети энергия равна удвоенному запасу кинетической энергии вращающегося якоря; при этом половина энергии сообщается якорю в виде кинетической энергии, а другая половина расходуется на нагревание сопротивлений цепи якоря, независимо от того, изменялась ли величина пусковых сопротивлений или она оставалась постоянной во время пуска.

Пуск двигателя постоянного тока с независимым возбуждением п о д н а г р у з к о й , когда на валу имеется постоянный статический момент, вызывает увеличение потребляемой из сети мощности на пре­ одоление статического момента. Потери энергии при пуске возрастают. При этом возрастают в равной мере механическая энергия и электри­

с моментом М с.

Таким образом, энергия, потребляемая из сети за время пуска электропривода с двигателем независимого возбуждения, при наличии

статического момента на валу больше энергии при пуске на холостом ходу.

Потери энергии при пуске электроприводов с двигателями посто­ янного тока последовательного и смешанного возбуждения также определяются запасом кинетической энергии во вращающихся массах, нагревом сопротивлений в якорной цепи и потерями в рабочей машине! Однако потери энергии в цепи якоря на холостом ходу из-за непосто­ янства магнитного потока не будут точно равны запасу кинетической энергии вращающихся масс, как в шунтовом двигателе.

223

вхолостую, без нагрузки, развиваемый двигателем момент равен дина­ мическому моменту

Электромагнитная мощность двигателя

Р8в= Лід0> = У(и0^ .

Мощность потерь в роторе пропорциональна скольжению, следо­ вательно, потери энергии в роторе за время пуска составляют:

A, = J a l - J (f = J ^ - .

Следовательно, потери энергии в сопротивлениях цепи ротора асинхронного двигателя за время пуска равны запасу кинетической энергии вращающегося ротора. Кроме того, при пуске асинхронного двигателя большие пусковые токи вызывают заметные потери в обмот­ ках статора. Общие потери за время пуска асинхронного двигателя составляют:

где гг — активное сопротивление фазы статора;

Ri — приведенное к виткам статора сопротивление линии ротора. Таким образом, потери энергии в двигателе за время пуска зависят в первую очередь от величины маховых масс, а также от конечной ско­

рости вращения (со0) и продолжительности времени пуска. Снизить потери при пуске можно путем уменьшения величины приведенного момента инерции привода, применяя ступенчатое повышение подво­ димого напряжения с целью постепенного увеличения скорости иде­ ального холостого хода (например, пуск в системе Г—Д). Для сокра­ щения продолжительности времени пуска необходимо увеличить момент двигателя.

При работе двигателей в качестве электрического тормоза также происходит дополнительный нагрев обмотки. В р е ж и м е э л е к ­

2 2 4

17. ВЫБОР ТИПА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИВОДА РАБОЧЕЙ МАШИНЫ

17.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электродвигатели приводов работают в двигательном и тормозном режимах, преобразуя электрическую энергию в механическую или, наоборот, механическую энергию в электрическую. Преобразование энергии из одного вида в другой сопровождается неизбежными поте­ рями, которые в конечном итоге превращаются в тепло. Часть тепла рассеивается в окружающую среду, а остальная часть вызывает пре­ вышение температуры самого двигателя над температурой окру­ жающей среды.

Материалы, применяемые для изготовления электродвигателей (сталь, медь, алюминий, изоляционные материалы), обладают раз­ личными физическими свойствами, которые изменяются от темпе­ ратуры. Изоляционные материалы наиболее чувствительны к нагреву и обладают наименьшей нагревостойкостью по сравнению с другими материалами, используемыми в двигателе. Поэтому надежность работы двигателя, его технико-экономические характеристики и номи­ нальная мощность определяются н а г р е в о м м а т е р и а л о в , применяемых для изоляции обмоток.

тикой установлено, что, например, хлопчатобумажная волокнистая изоляция, 'погруженная в минеральное масло при температуре около 90 °С, может надежно работать в течение 15—20 лет. В течение этого срока происходит постепенный износ изоляции, то есть ухудшаются ее механическая прочность, эластичность и другие свойства, необхо­ димые для нормальной работы. Повышение рабочей температуры всего на 8—10 °С сокращает время износа этого вида изоляции до 8—10 лет (примерно в 2 раза), а при рабочей температуре 150 °С износ наступает через 1,5 месяца. Работа при температуре около 200 °С приводит эту изоляцию в негодность через несколько часов.

Потери, вызывающие нагрев изоляции двигателя, зависят от нагрузки. Малая нагрузка увеличивает время износа изоляции, но приводит к недоиспользованию материалов и повышению стоимости двигателя. Наоборот, работа двигателя с большой нагрузкой резко сокращает его надежность и срок службы, и также может оказаться экономически нецелесообразной. Поэтому рабочую температуру изо­ ляции и нагрузку двигателя, то есть его номинальную мощность, выбирают из технико-экономических соображений с таким рас­ четом, чтобы время износа изоляции и срок службы двигателя в усло­ виях нормальной эксплуатации был примерно 15—20 лет.

Применение изоляционных материалов из неорганических веществ (асбеста, слюды, стекла и др.), обладающих более высокой нагрево­ стойкостью, позволяет снизить вес и габариты двигателей и увеличить мощность. Однако нагревостойкость изоляционных материалов опре-

226

деляется в первую очередь свойствами лаков, которыми пропитывают изоляцию. Пропиточные составы даже из кремнийорганических соеди­ нений (силиконов) обладают сравнительно невысокой нагревостой­ костью.

Изоляционные материалы, применяемые в электромашиностроении, разделяются по нагревостойкости на несколько классов. Для каждого класса стандартом установлена предельно допустимая (максимальная) рабочая температура:

на основе целлюлозы (бумага, картон, фибра, хлопчатобумажная пряжа), натурального шелка и полиамидных волокон, пропитанные масляными, масляно-смоляными лаками или погруженные в мине­ ральное масло. К этому классу относится изоляция эмаль-проводов на основе масляно-смоляных лаков.

Кл а с с Е образуют пластмассы на основе фенолформальдегидных смол с целлюлозным наполнением (текстолит, гетинакс и триацетатная пленка), а также изоляции эмаль-проводов на основе поливинилформалевых лаков.

Кл а с с В образуют изоляционные материалы на основе асбеста, слюды, стекловолокна в сочетании со связующими и пропитывающими органическими и масляно-битумными составами (миканиты, стекло­ текстолит, стеклоткань и др.).

К л а с с F включает в себя изоляционные материалы также на основе асбеста, слюды и стекловолокна, но с более нагревостойкими связующими и пропитывающими составами.

К к л а с с у Н относятся изоляционные материалы на основе асбеста, слюды и стекловолокна, в которых связующими и пропиты­ вающими составами служат кремнийорганические смолы. Сюда отно­ сится также кремнийорганическая резина.

П р а в и л ь н о в ы б р а н н ы й д в и г а т е л ь д л я п р и ­

ности. При выборе мощности двигателя исходят прежде всего из его нагрева, а точнее нагрева его изоляции. Мощность двигателя будет

рабочей температуры изоляции, недоиспользованию дорогостоящих материалов, к увеличению капитальных затрат и ухудшению энерге­ тических показателей.

Мощность двигателя будет недостаточной по отношению к требу­ емой, если рабочая температура его изоляции превышает предельно до­ пустимую, что может привести к неоправданным капитальным затратам на замену двигателя, в результате преждевременного износа изоляции.