metodichka_chast_2 (811780), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

При изучении тепловых процессов в электродвигателе в целях упрощения задачи принимают следующие допущение: электродвигатель рассматривается как однородное твердое тело, все точки которого имеют одинаковую температуру и поверхность которого способна равномерно рассеивать тепло. В начальный период работы электродвигателя при неизменной нагрузке выделяемое в нем тепло идет на нагревание его частей. Температура электродвигателя при этом быстро повышается и увеличивается отдача тепла в окружающую среду. По истечению определенного времени температура электродвигателя, постепенно повышаясь, достигает такой величины, при которой все выделяющееся тепло будет отдаваться в окружающую среду. Тогда дальнейший рост температуры электродвигателя прекратится: баланс температуры электродвигателя при постоянной неизменной нагрузке выразится следующим равенством:

,

где – количество тепла, выделяемое в электродвигателе в единицу времени, Дж/сек;

C – теплоемкость электродвигателя, т.е. количество тепла, необходимое для повышения температуры электродвигателя на один градус Дж/°С;

τ– превышение температуры электродвигателя над температурой окружающей среды ( температура перегрева), °С;

А – теплоотдача электродвигателя, т.е. количество тепла, отдаваемое электродвигателем в окружающую среду в единицу времени при разности температур в один градус, Дж/сек°С.

Решение уравнения относительно τ позволяет получить зависимость

где τ_у– установившаяся величина перегрева электродвигателя, °С;

τ_о – начальное превышение температуры (при τ = 0) °С;

t – время, для которого определяется повышение температуры, с;

– постоянная величина нагрева, характеризующая скорость нарастания температуры электродвигателя, сек.

Постоянную можно представить как время, в течение которого электродвигатель нагрелся бы до установившегося значения τ_у, если бы не было отдачи тепла в окружающую среду.

Если в начальный момент включения электродвигатель имел температуру окружающей среды (т.е. электродвигатель находится в так называемом холодном состоянии), то τ_о = 0 и уравнение нагревания принимает вид: .

Зависимость представлена кривой на рис.11а. Величина является асимптотой этой кривой. Величина τ теоретически может быть равной τ_уприt= ∞. Практически процесс нагревания считается законченным, когда:

. Например, при .

т.е. разница междуτ иτ_у меньше двух процентов.

При отключении от сети нагретого электродвигателя он начнет охлаждаться. Приток тела Qи определяемый им перегрев τ_у становится равным нулю. Приравнивая в предыдущем уравнении τ_у= 0, получим уравнение охлаждения электродвигателя .

Если перегрев электродвигателя в начальный момент охлаждения составлял τ_у, то кривая охлаждения 2, рис.11а будет зеркальным воображением кривой нагрева 1.

Рис.11. Графики мощности и нагрева

Из рассмотрения полученных уравнений следует, что процессы нагревания и охлаждения электродвигателя зависят практически от двух величин: τ_у и Т. Величина τ_у прямо пропорциональна количеству тепла, выделяемого,восновном, потерями в обмотках машины и обратно пропорциональна коэффициенту теплоотдачи, который в значительной степени зависит от вентиляции машины: чем лучше вентиляция, тем меньше τ_у. Величина Т зависит от размеров электродвигателя и его конструкции: чем меньше размеры электродвигателя, тем больше его теплоемкость.

Электродвигатель может периодически или эпизодически отключаться от сети на некоторое время. Поэтому нагрев электродвигателя в процессе его работы не остается постоянным, а претерпевает изменения во времени. В соответствии со стандартом установлены три основных номинальных режима работы электродвигателей в зависимости от характера и длительности его работы: длительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Поддлительным понимается режим, при котором в течение периода нагрузки температура электродвигателя достигает установившегося значения. Различают длительный режим с малоизменяющейся /постоянной/ и переменной нагрузками. Примерами механизмов, работающих в длительном режиме с малоизменяющейся нагрузкой, могут служить центробежные насосы, компрессоры, вентиляторы. В длительном режиме с переменной нагрузкой работают приводы черпаковой цепи и барабанного грохота, графики которых приведены на рис.11б.

Кратковременным называется режим, при котором в период нагрузки температура электродвигателя не достигает установившегося значения, а за время паузы электродвигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды. В режиме кратковременной нагрузки работают некоторые вспомогательные приводы драг: рамоподъемной лебедки, свайной лебедки, механизмы саморазгружающихся шлюзов и др. Графики мощности и перегрева для кратковременного режима работы приведены на рис.11б.

Повторно-кратковременный режим характеризуется периодами нагрузки и пауз (рис.11г) причем за период нагрузки температура электродвигателя не успевает достигнуть установившегося значения, а за время паузы электродвигатель не успевает полностью охладиться. Характерным показателем для повторно-кратковременного режима работы является так называемая относительная продолжительность включения, под которой понимается отношение времени работы электродвигателя к общей продолжительности цикла. Для крановых электродвигателей эта величина, обозначаемая ПВ, стандартизирована и составляет 15, 25, 40 и 60%. Она указывается на щитке электродвигателя. Примерами механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме, могут служить крановые механизмы, носовые лебедки драг.

2.3. Выбор электродвигателя при различных номинальных режимах работы

Длительный режим работы. Если электродвигатель должен работать длительно с постоянной или малоизменяющейся нагрузкой, то определение его мощности производится расчетным путем по эмпирическим формулам с учетом поправочных коэффициентов. Например, расчетная мощность электродвигателя (мощность на валу) для привода насоса может быть определена по формуле:

, кВт,

где - производительность насоса, м³/сек;

Н - полная высота напора, м;

γ - плотность жидкости, н/м³;

- к. п. д. насоса и к. п. д. передачи.

Расчетная мощность электродвигателя Р_р должна быть равна или несколько меньше номинальной мощности Р_н, принятой по каталогу.

При выборе по каталогу типа электродвигателя следует руководствоваться приведенными выше соображениями в отношении условий окружающей среды, способа сопряжения электродвигателя с рабочей машиной, рода тока, напряжения, скорости вращения. К электроприводу предъявляется ряд других требований, например, повышение пусковых моментов, скольжения.

Пример. Определить мощность и выбрать электродвигатель для привода центробежного насоса производительностью = 0,01 м³с и частотой вращения 1450 об/мин. Расчетная высота подачи напора воды Н =22 м, к. п. д. насоса η_н= = 0,5, к. п. д. передачи η_п=1.

Решение. Расчетная мощность на валу электродвигателя, согласно

Принимаем к установке асинхронный короткозамкнутый электродвигатель закрытого типа АО2-42-4, Р_н=5,5 кВт, η_н=1450 об/мин.

Выбор электродвигателя, работающего в длительном режиме с переменной нагрузкой, производится на основании нагрузочного графика, представляющего зависимость тока, момента, мощности от времени I, M, . Примерный вид нагрузочного графика приведен на рис.11. Здесь криволинейная форма графика с целью упрощения расчетов заменена ступенчатой с постоянной нагрузкой на каждом участке времени.

Чтобы определить мощность электродвигателя, работающего в длительном режиме с переменной нагрузкой, необходимо предварительно найти такой продолжительный режим постоянной по величине нагрузки; который был бы эквивалентен заданному режиму переменной нагрузки в отношении нагрева электродвигателя.

Продолжительный режим с постоянной нагрузкой эквивалентен режиму с переменной нагрузкой, если в том и другом случаях за одно и то же время цикла выделится одно и то же количество тепла, т.е. если ,

где – количество тепла , выделяемое в секунду при работе электродвигателя с постоянной нагрузкой;

₁, ₂, ₃ – количество тепла, выделяемое в секунду при работе электродвигателя с нагрузками.

Количество тепла, выделяемое в секунду, пропорционально потерям в электродвигателе за то же время. В соответствии с этим можно написать, что

Отсюда получаем формулу (принимая R= const), эквивалентного или среднеквадратичного тока: .

Приведенная формула соответствует графику нагрева с прямоугольными участками. Если график содержит участки, где величины токов не остаются постоянными в отдельные периоды времени (рис.12), то эквивалентный ток определяется по формуле .

Например, для участков имеющих вид треугольника (t₁ на рис. 12), эквивалентный ток будет равен ; для участков, имеющих вид трапеций (t_2, t_3, t₄ на рис. 12).

Рис.12 Замена криволинейного графика нагрузки отрезками призмой

Имея значение I_э выбирают в каталоге электродвигатель (зная предварительно род тока, напряжение, скорость вращения и другие данные), соблюдая условие . Выбранный по нагреву электродвигатель должен быть проверен на перегрузочную способность. Такая проверка нужна в тех случаях, когда нагрузочный график содержит непродолжительные и большие по величине пики нагрузки. При этом должно быть выполнено условие:

для электродвигателей постоянного тока ;

для электродвигателей переменного тока

где λ - допустимые коэффициенты перегрузки электродвигателя, принятые по каталогу;

I_нб - наибольшее значение тока, определяемое на нагрузочного графика;

0,9 – коэффициент, учитывающий снижение напряжения на 10% в эксплуатационных условиях.

Характеристики

Список файлов книги