Нагрев и охлаждение двигателей

Нагрузочные диаграммы

Нагрузочные диаграммы механизма и двигателя. Нагрев и охлаждение ЭД

Цель: изучить процессы нагрева и охлаждения двигателей в различных режимах работы.

механизма – зависимости М_С(t) и ω(t) – являются исходными данными для выбора двигателя. Нагрузочные диаграммы могут иметь любой вид, однако всегда можно выделить цикл, т.е. промежуток времени t_Ц, через который диаграмма повторяется. Если характер работы таков, что режимы воспроизводятся плохо (лифт, подъемный кран), строят диаграммы для наиболее тяжелого цикла. На рисунке 14.1 приведены требуемые нагрузочная диаграмма и тахограмма ω(t) механизма и двигателя. Для предварительного выбора двигателя по нагрузочной диаграмме механизма можно найти средний момент статической нагрузки

, (14.1)

где М_Сi – момент статической нагрузки на i-том интервале;

t_i – продолжительность i-того интервала;

n – число интервалов, где М_С = const.

Номинальный момент искомого двигателя может быть найден, как

М_Н = k_ДМ_С.ср, (14.2)

где k_Д = 1.1…1.3 – коэффициент, учитывающий динамические режимы.

В качестве номинальной скорости следует взять ω_МАКС, если регулирование однозонное вниз от основной скорости или ω_МИН, если регулирование однозонное вверх от основной скорости.

По найденным таким образом значениям М_Н и ω_Н можно выбрать двигатель по каталогу, определить его момент инерции, построить механические характеристики, кривые переходных процессов и перейти к построению нагрузочной диаграммы двигателя М(t). На основании последней производится проверка выбранного двигателя по перегрузочной способности и по нагреву. Проверка по перегрузочной способности сводится к проверке выполнения условия

, (14.3)

где М_МАКС – максимальный момент из нагрузочной диаграммы двигателя;

М_{ДОП –} допустимый по перегрузке момент двигателя.

Для ДПТ и синхронных двигателей нормального исполнения М_ДОП = (2 - 2.5) М_Н, для асинхронного двигателя с учетом возможности снижения напряжения питания на 10% М_ДОП = 0.8 М_К. Асинхронные двигатели дополнительно проверяются по пусковому моменту; для нормального пуска должно выполняться условие

, (14.4)

где М_С.МАКС – максимальный момент статической нагрузки, при котором должен осуществляться пуск привода;

М_{П –} пусковой момент двигателя.

Допущения:

1. Двигатель рассматривается, как однородное тело, имеющее бесконечно большую теплопроводность и одинаковую температуру во всех точках.

2. Теплоотдача во внешнюю среду пропорциональна первой степени разности температур двигателя и окружающей среды;

3. В процессе нагрева двигателя температура окружающей среды не изменяется.

4. Теплоемкость двигателя и его коэффициент теплоотдачи не зависят от температуры двигателя.

Уравнение теплового баланса

, (14.5)

то есть потери мощности в двигателе распределяются на тепло, запасенное в двигателе, и тепло, отведенное в окружающую среду. Иначе,

, (14.6)

где

А – теплоотдача двигателя, Дж/с·˚С;

С – теплоемкость двигателя, Дж/˚С;

-превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды, ˚С.

Решение уравнения (2):

, (14.7)

где

τ_уст – установившееся превышение температуры двигателя, ˚С;

Т_н – постоянная времени нагрева двигателя, с.,

. (14.8)

Кривые 1, 2 нагрева двигателя на рисунке 14.2 иллюстрируют процесс нагрева двигателя при пуске с различной нагрузкой, кривая 3 - процесс увеличения нагрузки на валу машины. Т_Н определяется по касательным, проведенным к соответствующим кривым.

На рисунке 14.3 приведены кривые охлаждения двигателя для случаев снижения нагрузки (кривая 1) и отключения двигателя от сети при различной нагрузке (кривые 2,3).

Найденные закономерности позволяют выделить т иповые режимы работы двигателей по нагреву.

Продолжительный режим работы двигателя (S1) – режим работы двигателя при неизменной нагрузке, продолжающийся столько времени, что температура двигателя достигает установившегося значения. Этому режиму соответствует условие t_Р >3T_Н (рисунок 14.4).

При кратковременном режиме работы (S2) за время работы t_Р перегрев двигателя не успевает достичь установившейся величины, а за время паузы t₀ двигатель охлаждается до температуры окружающей среды (рисунок 14.5). При этом t_Р < 3T_Н, а t₀ >3T_Н.

Повторно-кратковременный режим (S3) соответствует условиям t_Р < 3T_Н, t₀ <3T_Н, т.е. за время работы перегрев не достигает τ_УСТ, а за время паузы не становится равным нулю (рисунок 14.6).

При достаточно долгом повторении циклов процесс устанавливается, т.е. температура перегрева в начале и конце цикла одинакова и ее колебания происходят около среднего уровня τ_СР. Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения ε или ПВ:

;. (14.9)

При повторно-кратковременном режиме ограничивается как ε (ε ≤ 0.6), так и время цикла (t_Ц ≤10 мин.).

Дата добавления: 2014-01-05