Проверка двигателей по нагреву прямым методом

Электрический двигатель при работе может нагреваться лишь до определённой, допустимой температуры, определяемой нагревостойкостью изоляционных материалов. Соблюдение установленной изготовителем допустимой температуры нагрева обеспечивает нормативный срок службы двигателя 15...20 лет. Превышение допустимой температуры ведёт к преждевременному разрушению изоляции обмоток и сокращению срока службы. Так для изоляции класса А превышение температуры нагрева на 8...10⁰ С сокращает срок службы вдвое.

В современных двигателях применяются следующие классы изоляции (основными классами являются B, F, H).

класс изоляции	А	Е	B	F	H	C
Предельно допустимая температура,^0С						>180

Сущность проверки двигателя по нагреву состоит в сопоставлении допустимой для него температуры с той, которую он имеет при работе. Очевидно, что если рабочая температура двигателя не превышает допустимую, то двигатель работает в допустимом тепловом режиме, и наоборот. Обычно оценивается не абсолютная температура, а перегрев, или превышение температуры t, которое представляет собой разность температур двигателя θ_д и окружающей среды θ_с

.

При выполнении тепловых расчетов принимается стандартная температура окружающей среды, равная 40⁰ С.

Двигатель будет работать в допустимом тепловом режиме при выполнении условия

,

где - максимальный перегрев при работе двигателя; - допустимый перегрев двигателя, определяемый классом изоляции.

Проверка этого условия может быть выполнена прямым методом, предусматривающим построение кривой нагрева (t) за цикл работы двигателя.

В связи с невозможностью проведения точного изучения теплового режима работы обычно принимают следующие допущения:

· двигатель рассматривается как однородное тело, имеющее бесконечно большую теплопроводность и одинаковую температуру во всех точках;

· теплоотдача во внешнюю среду пропорциональна разности температур двигателя и окружающей среды;

· окружающая среда обладает бесконечно большой теплоёмкостью, т.е. в процессе нагрева двигателя её температура не меняется;

· теплоёмкость двигателя и его теплоотдача не зависят от температуры двигателя.

Составим уравнение теплового баланса

,

где потери мощности в двигателе, или количество тепла, выделяемое в двигателе за 1с; количество теплоты, выделяемое в двигателе за время dt; – количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду; – количество теплоты, поглощаемое двигателем; – теплоотдача двигателя – количество теплоты, отдаваемое двигателем в окружающую среду за 1с при разности температур двигателя и окружающей среды в 1⁰ С, (); C – теплоёмкость двигателя – количество теплоты, необходимое для повышения температуры двигателя на 1⁰ С, ().

Разделим обе части уравнения на Adt

,

где – постоянная времени нагрева двигателя; – установившееся превышение температуры двигателя.

Физическое толкование постоянной времени нагрева состоит в том, что это время нагрева двигателя до установившегося превышения температуры при отсутствии теплоотдачи теплоты в окружающую среду.

Тепловые процессы двигателя при принятых допущениях описывается линейным дифференциальным уравнением первого порядка. При постоянных потерях его решение имеет вид

_нач.

Уравнение нагрева может быть использовано как при нагреве, так и при охлаждении.

Количественно ухудшение теплоотдачи характеризуется коэффициентом ухудшения теплоотдачи при неподвижном роторе

,

где А ₀, А – теплоотдача соответственно при неподвижном двигателе и номинальной скорости.

Примерные значения коэффициента для двигателей с различной системой охлаждения представлены в таблице.

исполнение двигателя
закрытый с независимой вентиляцией
закрытый без принудительного охлаждения	0,95...0,98
закрытый самовентилируемый	0,45...0,55
защищенный самовентилируемый	0,25...0,35

Постоянная времени охлаждения при неподвижном двигателе

.

Так как , то , т. е. охлаждение неподвижного двигателя происходит медленнее, чем его нагрев.

На рисунке приведены кривые нагрева двигателя для различных _нач и Р. Большим потерям мощности в двигателе соответствует большее значение установившегося превышения температуры.

Время достижения перегревом своего установившегося значения зависит от постоянной времени нагрева двигателя. Так как теплоёмкость двигателя пропорциональна его объёму, а теплоотдача —площади, то двигатели большей

б

мощности, имеющие большие габариты, имеют и большую постоянную времени нагрева (её величина составляет от нескольких минут до нескольких часов).

Охлаждение двигателя на рисунке сопровождается снижением перегрева по кривой 1 при уменьшении нагрузки и по кривым 2 и 3 при отключении двигателя от сети.

Порядок проверки двигателя по нагреву прямым методом состоит в следующем. По известному графику нагрузки двигателя определяются потери мощности на отдельных участках цикла и с их помощью находятся значения установившегося перегрева на каждом участке по формуле

.

Далее для участков работы (нагрева) и паузы (охлаждения) определяются постоянные времени нагрева и охлаждения

.

Затем по уравнению нагрева строится кривая (t), при этом начальным значением _{нач i} на каждом следующем участке является его конечное значение _{кон i -1} на предыдущем участке.

Из построенной таким образом кривой перегрева (t) находится его максимальное значение и проверяется выполнение условие

.

Дата добавления: 2014-01-15