Сделай Сам Свою Работу на 5

Нагрев и охлаждение двигателей





Глава 4. Нагрев и охлаждение электродвигателей. Определение мощности и выбор двигателей для электроприводов

Общие сведения

 

От выбора мощности и частоты вращения двигателя зависят первоначальные капитальные затраты и долговечность электропривода, технико-экономические показатели работы исполнительных органов или рабочей машины в целом.

Исходными данными для расчета мощности и выбора типа электропривода являются технологические и конструктивные требования, которые обеспечивают высокоэффективное использование производственного механизма, высокую производительность, надежность и точность его работы.

Номинальную мощность электродвигателя определяют исходя из обеспечения нормальной работы рабочей машины, а также обеспечения пуска и преодоления всех сопротивлений на валу двигателя во время работы с соблюдением нормального теплового режима.

При использовании двигателя завышенной мощности снижаются энергетические показатели электропривода.

Установка двигателей заниженной мощности не обеспечивает нормальную работу рабочей машины, снижает ее производительность, может привести к аварии и преждевременному выходу двигателя из строя.



 

Нагрев и охлаждение двигателей

 

Решающую роль в определении мощности электродвигателя играет нагрев его обмоток. Нагрев обусловлен различными потерями мощности в двигателе (потери в обмотках статора и ротора, на гистерезис и вихревые токи, трение в подшипниках и т.п.), которые учитываются коэффициентом полезного действия:

(4.1)
 

где SDP - суммарные потери мощности в электродвигателе, выделяемой в виде теплоты; Pн - номинальная мощность электродвигателя; hн - номинальный КПД электродвигателя.

Вследствие непрерывного выделения тепла при работе двигателя его температура постепенно повышается. Повышение температуры продолжается до тех пор, пока количество теплоты, отдаваемое поверхностью двигателя, не станет равным количеству теплоты, выделяемому электродвигателем. Наибольшая допустимая температура нагрева двигателя ограничивается термической стойкостью его изоляции, которая является самым ответственным элементом машины, определяющим срок службы электродвигателя с максимальным использованием его мощности.



Для двигателей нормируется как предельно допустимая температура обмотки t П.Д и других частей машины, так и предельно допустимое превышение температура обмотки tП.Д над температурой окружающей среды. Величина tП.Д определяется разностью между предельно допустимой температурой изоляции двигателя и стандартной температурой окружающей среды tСТ, которая равна 40°С:

. (4.2)

Согласно ГОСТ 183-66 изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах и аппаратах, делятся по нагревостойкости на классы (табл.4.1).

Наибольшее количество двигателей общего назначения изготовляется с изоляцией классов B и F. Изоляция обмотки класса B принята в двигателях до 5-го габарита включительно, класса F в двигателях 6 и 7 - го габаритов. Электродвигатели сельскохозяйственного назначения изготовляются с изоляцией класса F.

 

Таблица 4.1 Классификация изоляционных материалов по нагревостойкости

 

Класс изоляции Предельно допустимая температура , 0С Характеристика изоляционного материала
А         Материалы из хлопка, бумаги, волокнистой целлюлозы, шелк, пропитанные или погруженные в масло жидкие диэлектрики, а также эмали и лаки, применяемые при изготовлении эмалированной проволоки
Е     Синтетические органические пленки и др.
В         Неорганические материалы (на основе слюды, асбеста, стекловолокна и др.), применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами
F     Материалы класса В, но применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами
H         Материалы класса B, но применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами
С более Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые с неорганическими связующими составами или без них




Уравнение нагрева и охлаждения электродвигателянаходится из теплового баланса двигателя при неизменной нагрузке:

Qdt = Cdt + Atdt, (4.3)

где Q– количество теплоты, выделяемое двигателем в единицу времени dt; А - теплоотдача двигателя - количество теплоты, отдаваемое двигателем в окружающую среду в единицу времени dt при разности температур 1°С; t – превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды; С – теплоемкость двигателя - количество теплоты, необходимое для повышения температуры двигателя на 1°С; t – время нагрева.

Уравнение теплового баланса показывает, что количество теплоты Qdt, выделяемое двигателем за время dt, равно сумме количества теплоты Cdt, израсходованной на повышение температуры тела двигателя, и количества теплоты Atdt, рассеиваемой поверхностью двигателя в окружающую среду.

Решив дифференциальное уравнение (4.3) относительно τ при начальных условиях t=0, t =t0, получим уравнение нагрева двигателя:

, (4.4)

где tу; t0 - соответственно конечное (установившееся) и начальное значения превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды; Тн – постоянная времени нагрева двигателя - время, в течение которого превышение температуры от t=0 достигло бы установившегося значения tу при Q=const и отсутствии теплоотдачи в окружающую среду, Tн=С/А.

При t0=0 уравнение (4.4) примет следующий вид:

(4.5)

Анализ уравнений (4.4) и (4.5) показывает, что двигатель нагревается до τу за бесконечно большой промежуток времени. Однако на практике его нагрев считается законченным, когда температура достигает (0,95…0,98)τу, чему соответствует время работы (4…5) Тн.

Согласно уравнениям (4.4) и (4.5) на рис. 4.1 построены кривые нагрева двигателя для двух начальных условий, но при одинаковых нагрузках: 1) при τ0 =0это кривая 1, описываемая уравнением(4.4), и 2) τ0 >0кривая 2, описываемая уравнением (4.5). Здесь же представлена кривая 3, которая построена при τ0 =0 и соответствует уравнению (4.5), получена она при меньшей нагрузки двигателя, чем для кривых 1 и 2.

Если предположить, что процесс нагрева двигателя происходит без отдачи теплоты в окружающую среду, превышение температуры его изменяется по линейному закону (тонкие прямые линии на рис.4.1). Отсюда следует, что постоянная времени нагрева двигателя равна отрезку, заключенному между перпендикуляром к оси абсцисс, проведенной через точку касания касательной к экспоненциальной кривой t=f(t) и точку пересечения касательной с асимптотой (ось ординат на рис.4.1).

Отключенный нагретый двигатель охлаждается до тех пор, пока его температура не достигнет температуры окружающей среды.

Рис.4.1 .Кривые нагрева двигателя

 

Уравнение охлаждения электродвигателя можно получить из выражения (4.3), если принять Q=0 и решить данное дифференциальное уравнение при начальных условиях t=0, τ=τ0:

, (4.6)

где Т0 - постоянная времени охлаждения двигателя.

Рис.4.2. Кривые охлаждения двигателя

 

Кривые, отображающие процесс охлаждения двигателя, представлены на рис.4.2. Кривая 1 соответствует уменьшению температуры нагрева двигателя с до при снижении нагрузки на двигатель, кривые 2 и 3 – соответствуют отключению его от сети и охлаждению при начальных температурных условиях и .

При отключении самовентилируемого двигателя и его остановке постоянная времени охлаждения Т0 значительно больше, чем постоянная времени нагрева Тн. Это объясняется тем, что при остановке самовентилируемого двигателя уменьшается его теплоотдача.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.