Файл: Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие.pdf

Ссвыше 180 Слюда, керамические материалы,

стекло, кварц, асбест, применяемые без связующих составов или в соче­ тании с неорганическими связующими составами.

В процессе работы электродвигателя происходит взаимное на­ гревание отдельных его частей, в результате чего температура двигателя постепенно повышается. Это происходит до тех пор, пока количество тепла, выделяемое в электродвигателе, не ока­ жется равным количеству тепла, отдаваемого им в окружающую среду. При этом прекращается дальнейший нагрев двигателя и наступает установившийся тепловой режим.

На практике часто имеют место случаи, когда электродвига­ тели отключаются раньше, чем наступает длительный устано­ вившийся тепловой режим. После отключения греющие потери в электродвигателе оказываются равными нулю, поэтому при

95

этом происходит процесс охлаждения двигателя. Снижение тем­ пературы электродвигателя происходит и при снижении нагрузки в результате уменьшения греющих потерь в его обмотках.

При рассмотрении тепловых процессов электрическая машина в целом в простейшем случае представляется как однородное тело, имеющее одинаковую температуру во всех точках, поэтому теплопроводность его принимают равной бесконечности. При этом считается, что окружающая среда обладает бесконечно большой теплоемкостью и температура ее не изменяется при отдаче тепла нагретым телом. Исходя из этого, уравнение теп­ лового баланса при неизменной нагрузке в данном случае будет иметь вид:

где: Q — количество тепла, выделяемое двигателем в единицу времени • дж/сек\

С— теплоемкость двигателя (дж/град), т. е. количество тепла, необходимое для повышения температуры дви­ гателя на 1°С;

А— теплоотдача двигателя (дж/сек ■град), под которой

понимается количество тепла, выделяемое телом в ок­ ружающую среду в единицу времени при разности температур равной 10 С;

т— превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды, ° С.

Преобразуя выражение (4,3), получим:

(4.4)

После интегрирования выражения (4,4), имеем:

Постоянная интегрирования К, входящая в выражение (4,5), определится из начальных условий нагрева при t = 0 , т = т0:

96

Подставляя значение К в выражение (4,5), будем иметь:

времени нагрева. Оно представляет собой время, в течение кото­ рого двигатель достиг бы установившейся температуры, при отсутствии отдачи тепла в окружающую среду (постоянная вре­ мени характеризует скорость нагревания двигателя).

Решая выражение (4,8) относительно т, получим следующую

При t = оо получим установившуюся температуру двигателя:

Уравнению(4,12) соответствует кривая 2 на рис. 4.1. Первая сос­ тавляющая уравнения (4,11) представляет собой кривую нагрева при отсутствии подвода тепла к двигателю Q = 0 и ту = 0 , по­ этому уравнение нагрева принимает вид:

Выражение (4,13) представляет собой кривую охлаждения

(рис. 4,3).

97

г

Рис. 4-1. Кривые нагрева электродвигателя

На рис. 4,2 представлена кривая нагрева электродвигателя. Теоретически установившаяся температура двигателя достигается за время, равное бесконечности. В действительности эта темпера­ тура достигается гораздо раньше. Так при t = 4Т температура двигателя составляет порядка 98% от установившейся темпера­ туры (т = 0,98ту). Поэтому обычно считается, что двигатель дос­ тигает установившейся температуры за время t = (4 -f- 5) Т.

Рис. 4-2. Кривая нагрева электродвигателя и графи­ ческое определение по­ стоянной времени нагрева

Постоянная времени нагрева в значительной мере зависит от типа двигателя. Для самовентилируемых двигателей открытого типа в частности, для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, постоянная времени составляет порядка

Т = 20 — 30 мин.

98

Для двигателей закрытого исполнения постоянная времени Т оказывается большей, чем для двигателей открытого исполнения, так как теплоотдача у них меньше, поэтому Т для них будет больше.

Постоянная времени зависит от теплоемкости двигателя и его теплоотдачи и не зависит от его нагрузки. Величина А и С зави­ сят только от способа охлаждения, габаритов и конструкции ма­ шины.

Графически постоянная времени определяется как отрезок времени между точкой касания и точкой пересечения соответст­ вующей касательной с линией установившегося нагрева кривой нагрева. Это следует из того, что если в выражение (4,12) поло­ жить t = Т, то:

Это означает, что температура электродвигателя за время Г из­ менится на 0,632ту.

Необходимо отметить, что опытная кривая нагрева отличается от теоретической, вследствие этого определение постоянной времени нагрева по опытной кривой является не точным. Повы­ шение точности определения постоянной времени может быть достигнуто, если пользоваться средним значением Т из трех его значений, полученных в начале процесса нагрева, в середине

т

Рис. 4-3. Кривые охлаж­ дения электродвигателя Ту

о

Г

99

соответствующая отключению двигателя (кривая 1). Уравнение теоретической кривой охлаждения имеет вид:

Кривая охлаждения 2 на рис. 4,3 соответствует уменьшению наг­ рузки двигателя.

§2. Режимы работы электродвигателей по условиям нагрева

Взависимости от условий нагрева различают три основных режима работы электродвигателя: длительный, кратковремен­ ный и повторнократковременный. Каждый из этих режимов ха­ рактеризуется соответствующей продолжительностью работы и продолжительностью паузы. Рабочий период соответствует вре­ мени, в течение которого электродвигатель находится под нагруз­ кой, а период паузы промежутку времени, в течение которого электродвигатель находится в отключенном состоянии или ра­ ботает в режиме холостого хода.

При работе электродвигателя в длительном режиме работы рабочий период оказывается достаточным для того, чтобы тем­ пература его достигла своего установившегося значения. При этом необязательно, чтобы нагрузка двигателя была длительной, установившийся тепловой режим наступает и при повторно­ кратковременном режиме работы. Такие механизмы как насосы, вентиляторы, компрессоры, транспортеры и т. д. обычно рабо­ тают в длительном режиме работы с постоянной нагрузкой. На

Рис. 4-4. Нагрузочная диа­ грамма при длительной неизменной нагрузке

100

рис. 4,4 представлен график работы и изменение температуры двигателя во времени для длительного режима работы.

Р Л

Рис. 4-5. Нагрузочная диаграмма при кратковременном режиме работы

Кратковременный режим работы характеризуется тем, что в рабочий период температура электродвигателя обычно не успе­ вает достигнуть своего установившегося значения. При этом вре­ мя паузы настолько велико, что оно оказывается достаточным

РЛ

Рис. 4-6. Нагрузочная диаграмма при повторно-кратковре­ менном режиме работы

101

для того, чтобы температура электродвигателя снизилась до температуры окружающей среды. К механизмам с подобным ре­ жимом работы могут быть отнесены некоторые типы кранов, вспомогательные устройства станков и т. д. Нагрузочный график кратковременного режима работы представлен на рис. 4,5.

При длительном режиме работы длительность рабочего пе­ риода, как правило, намного превышает время паузы. При пов­ торно-кратковременном режиме работы за период работы электродвигатель не успевает нагреться до установившегося зна­ чения температуры, а за время паузы — не успевает охлаждаться до температуры окружающей среды.

Многие механизмы подъемно-транспортных устройств, куз­ нечно-прессовых машин, вспомогательные механизмы прокатных станов работают в повторно-кратковременном режиме работы. Нагрузочный график и кривые нагрева для этого режима работы представлены на рис. 4,6.

Одним из основных показателей, характеризующих повторно­ кратковременный режим работы, является относительная про­

fa = tp + ^ — время цикла, равное суммарному времени ра­ боты и времени паузы.

Глава V

В Ы БО Р М ОЩ НОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫ Х РЕЖ И М ОВ РА БО ТЫ

§1. Общие вопросы выбора мощности электродвигателя

Выбор мощности электродвигателя является одним из важ­ нейших этапов проектирования электропривода. При выборе электродвигателя помимо учета режима работы, при котором предполагается его использование, приходится руководствоваться многими другими важными факторами.

В простейшем случае задача выбора двигателя сводится к про­ верке пригодности предварительно выбранного по тем или иным соображениям стандартного электродвигателя. В идеальном случае расчетная мощность электродвигателя полностью соот­ ветствует номинальной мощности исполнительного механизма,

102