Нагревание и охлаждение электрических машин

Все виды потерь, происходящие в электрической машине, преобразуются в теплоту, которая частично идет на нагревание машины, а частично отдается в окружающую среду. Условно принято считать, что нагрев происходит равномерно по всему объему машины, а рассеивание теплоты происходит также равномерно со всей ее поверхности. В этих условиях уравнение теплового баланса имеет вид

где q — количество теплоты, выделяемое в машине в единицу времени (Дж/с):

∑Р - суммарные потери мощности в двигателе, Вт; тс dτ — количество теплоты, расходуемое на нагревание машины; m— масса нагреваемой машины; с— удельная теплоемкость материала машины, т.е. количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг этого материала на 1°С; τ— превышение температуры нагрева машины над температурой окружающей среды; Sλτ— количество теплоты, рассеиваемое с поверхности двигателя в окружающее пространство в единицу времени; λ — коэффициент теплового рассеяния, т.е. количество теплоты, рассеиваемое с единицы поверхности машины в 1 с при превышении температуры на 1°С.

В начальный период работы машина имеет температуру нагрева, не отличающуюся от температуры окружающей среды Θ₁т.е. τ = 0. В этом случае рассеяния теплоты в окружающую среду не происходит, т.е. Sλτ dt = 0 и вся выделяемая в двигателе теплота идет на его нагревание. Затем, когда температура нагрева двигателя начинает превышать температуру окружающей среды, т.е. τ > 0, часть теплоты, выделяемой в двигателе, начинает рассеиваться в окружающую среду. И, наконец, когда температура нагрева машины достигает установившегося значения Θ_уст = const,вся выделяемая в машине теплота рассеивается в окружающую среду, т.е. наступает режим теплового равновесия:

а) установившаяся температура перегрева не зависит от массы машины m, а определяется количеством теплоты q, выделяемой в ней в единицу времени, т.е. мощностью потерь электрической машины АР;

б) установившаяся температура перегрева обратно пропорциональна площади охлаждаемой поверхности Sи коэффициенту теплового рассеяния λ, т.е. зависит от интенсивности охлаждения машины; в машинах со специальными способами охлаждения (искусственно вентилируемых) τ_уст меньше чем у машин с естественной вентиляцией (при их одинаковой конструкции и условиях работы).

Если машина включается в сеть, когда ее температура равна температуре окружающей среды Θ₁, то зависимость температуры перегрева этой машины τот времени t выражается равенством:

где е = 2,718 — основание натуральных логарифмов; Т_Н — постоянная времени нагревания, показывающая время (с), необходимое для нагревания машины до установившейся температуры, если бы не было теплового рассеяния с ее поверхности.

График нагревания τ = f (t ), построенный по (18.5), представляет собой экспоненциальную кривую, которая показывает, что машина нагревается до установившейся температуры перегрева τ_уст лишь спустя продолжительное время (рис. 18.1, а). Процесс нагревания сначала идет интенсивно, а затем, по мере приближения к установившейся температуре перегрева, замедляется. Теоретически машина достигает установившейся температуры перегрева за время t = ∞. Проведя касательную к графику нагревания в его начальной части, получим отрезок, который в масштабе времени определяет постоянную времени нагревания. Таким образом, физически величину Т_Н можно рассматривать как время, в

Рис. 18.1 Графики нагревания (а) и охлаждения (б) электрической машины

течение которого превышение температуры достигло бы установившегося значения τ_уст, если бы график нагревания представлял собой прямую линию. Принято считать, что в реальных условиях температура перегрева достигает установившегося значения за время нагревания t = (4 - 5) Т_Н.

Если машину отключить от сети, прекратив этим ее дальнейшее нагревание, то тепловое рассеяние с ее поверхности будет происходить за счет накопленной в ней теплоты. При этом температура перегрева машины будет понижаться до τ = 0, т.е. пока температура не станет равной температуре окружающей среды. Этот процесс остывания протекает по графику охлаждения (рис. 18.1, б), построенному по уравнению:

Принято считать, что температура перегрева машины достигает практически нулевого значения за время охлаждения t = (4 —5)Т₀.

Таким образом, постоянные времени нагревания и охлаждения характеризуют скорость процессов. Например, машина нагревается тем быстрее, чем меньше постоянная времени нагревания.

Итак, в процессе работы электрическая машина нагреваете, при этом для разных ее частей установлены предельно допустимые температуры перегрева.

Наиболее чувствительна к перегреву электрическая изоляция обмоток. Под действием температур, превышающих допустимые значения, ускоряется процесс теплового старения изоляции, ухудшающий ее изоляционные и механические свойства. Электроизоляционные материалы, применяемые в электротехнических изделиях, разделяются на пять классов нагревостойкости, обозначаемых А, Е, В, F и Н. В электрических машинах применяют изоляцию трех наиболее нагревостойких классов: В, F и Н. В процессе работы машины изоляция обмоток нагревается неравномерно, при этом измерение температуры нагрева в наиболее горячих точках технически невозможно. Поэтому, согласно действующему стандарту, предельные температуры нагревания изоляции обмоток принимают ниже предельно-допустимых значений соответствующего класса нагревостойкости:

Чрезмерный перегрев неблагоприятно влияет и на другие части машины, например, подшипники, контактные кольца и др.

Температура нагрева какой-либо части машины Θ₂ при известной температуре ее перегрева τи температуре окружающей среды Θ₁ =40 °С:

Для машин, работающих в условиях повышенных температур окружающей среды, например, в условиях металлургического производства, температуру Θ₁, принимают более 40 °С.

Режимы работы электрических машин. В соответствии с действующим стандартом, существуют три основных номинальных режима работы электрических машин, различающиеся характером изменения нагрузки.

1.Продолжительный номинальный режим — когда при неизменной номинальной нагрузке Р_нработа машины продолжается так долго, что температура перегрева всех ее частей успевает достигнуть установившихся значений τ_уст. Условное обозначение режима S1. Различают продолжительный режим с неизменной нагрузкой P = const(рис. 18.2, а)и продолжительный режим с изменяющейся нагрузкой (рис. 18.2, б). Например, двигатели насосов, транспортеров, вентиляторов работают в продолжительном режиме с неизменной нагрузкой, а двигатели прокатных станов, металлорежущих станков и т. п. работают в продолжительном режиме с изменяющейся нагрузкой.

2.Кратковременный номинальный режимS2 — когда периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами включения двигателя (рис. 18.2, в). При этом, периоды нагрузки

Рис. 18.2. Номинальные режимы работы электрических машин:

а—с неизменной нагрузкой, б— с изменяющейся нагрузкой, в — кратковременный номинальный режим, г — повторно-кратковременный номинальный режим

двигателя t_н настолько кратковременны, что температуры перегрева всех частей двигателя не достигает установившихся значений, а периоды отключения двигателя настолько продолжительны, что все части двигателя успевают охладиться до температуры окружающей среды. Стандартом установлена длительность периодов нагрузки 10; 30; 60 и 90 мин. В условном обозначении кратковременного режима указывается продолжительность периода нагрузки, например S2 — 30 мин. В кратковременном режиме работают приводные двигатели шлюзов, разного рода заслонок и других запорных устройств, регулирующих подачу рабочего вещества (нефть, газ и др.) через трубопроводы к объекту потребления.

3) Повторно-кратковременный номинальный режим S3 - когда кратковременные периоды номинальной нагрузки двигателя t_н чередуются с периодами отключения двигателя (паузами), причем за период нагрузки превышение температуры всех частей не успевает достигнуть установившихся значений, а за время паузы части двигателя не успевают охладиться до температуры окружающей среды. Общее время работы двигателя в повторно-кратковременном режиме разделяется на периодически повторяющиеся циклы продолжительностью t_ц = t_н + t_п.

При повторно-кратковременном режиме график нагревания двигателя имеет вид пилообразной кривой (рис. 18.2, г). При достижении двигателем установившегося значения температуры перегрева, соответствующего повторно - кратковременному режиму τ_уст.к температура перегрева двигателя продолжает колебаться on τ_min до τ_m_ах. При этом, τ_уст.к меньше установившейся температуры перегрева, которая наступила бы, если бы режим работы двигателя был продолжительным (τ_уст.к < τ_уст). Примерами повторно кратковременного режима являются работа электроприводов лифтов, подъемных кранов, экскаваторов и других устройств, для работы которых характерна цикличность (чередование периодов на грузки с паузами).

Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения, %,

Действующим стандартом предусмотрены номинальные повторно-кратковременные режимы с ПВ 15, 25, 40 и 60% (для продолжительного режима ПВ = 100%). В условном обозначении повторно-кратковременного режима указывают величину ПВ например, S3 — 40%.

Рассмотренные три номинальных режима считают основными. В каталогах на двигатели, предназначенных для работы в каком либо из этих режимов, указаны номинальные данные, соответствующие режиму работы.

Помимо рассмотренных трех основных режимов, стандартом предусмотрены еще пять дополнительных режимов.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: