bunner
bunner

Содержание
Предыдущий § Следующий


9.7. Режимы нагрузки электрических машин

В зависимости от характера изменения нагрузки электрические машины могут работать в различных номинальных режимах: продолжительном, кратковременном, повторно-кратковременном и перемежающемся.

Продолжительный режим. Продолжительный режим работы электрической машины (рис. 9.25, а) —такой режим, при котором

part9-54.jpg

Рис. 9.25. Работа машины при продолжительном (а) и кратковременном (б) режимах

part9-55.jpg

машина работает с неизменной нагрузкой и время работы настолько велико, что превышение температуры над температурой окружающей среды достигает установившегося значения:

x=i~ = bP/(SnjlkT0). (9.68)

Мощность, при которой Тоо=Ттах, называется номинальной длительной мощностью Роо. Она является основным параметром, характеризующим нагрузочную способность электрической машины при продолжительном режиме работы. Под величиной Рх понимают наибольшую мощность, которую может отдать машина (в двигателях— Лиех, в генераторах Рэл) при непрерывной работе в течение неограниченного времени и нормально действующей вентиляции при условии, что температура отдельных ее частей не превышает установленных значений, определяемых классом применяемой изоляции. Обычно при работе с номинальной длительной мощностью Р.» превышение температуры частей машины достигает установившегося значения через 3... 6 ч для машин средней и большой мощности и через 10... 30 мин для микромашин, после чего вся выделяющаяся теплота отдается окружающей среде.

Кратковременный режим. Под кратковременным режимом (рис.

9.25, б) понимают такой режим, в течение которого превышение температуры электрической машины достигает предельно допустимого значения для данного класса изоляции ттах, но не достигает установившегося значения too. В этом режиме машина работает в. течение сравнительно небольшого периода времени /Кр, перерыв же в работе tnep достаточно велик, чтобы она успела охладиться до температуры окружающей среды ФОкр. Для машин общего применения ГОСТ устанавливает следующие продолжительности рабочего периода: 10, 30, 60 и 90 мин. Однако в условиях эксплуатации продолжительность рабочего периода tKP может быть самой различной.

При работе машины с мощностями Р2 и Р3, большими, чем Pi = = Рсо (с перегрузкой), значения т«,2 и т«,3 больше, чем ттах (рис.

9.26, а). Следовательно, продолжительная работа машины при таких мощностях недопустима и время ее работы должно быть ограничено. Чем больше отдаваемая мощность Р (а следовательно, и потери АР), тем больше значения т» и тем интенсивнее растет превышение температуры в процессе нагревания. Таким образом, чем больше нагрузка машины, тем меньшее время она может работать до достижения значения тгаах- Например, при работе машины с мощностью Рз>Р* допустимое время работы U<t%. И, наоборот, чем меньше время работы машины, тем большую мощность она может развивать. Допустимую продолжительность кратковременного режима tKP, при которой превышение температуры ткр не больше ттах, можно определять по формуле

TKP = to.(l-e-Vr). (9-69)

Следовательно, при кратковременном режиме можно допустить значения т«. в (1—e-*w IT)~l раз большие, чем при длительном ре-


жиме работы. Во столько же раз могут быть увеличены и допустимые значения потерь мощности ДР. Поэтому машины заданной мощности, рассчитанные для кратковременного режима, имеют значительно меньшие габариты и массу, чем машины, рассчитанные для длительной работы.

На рис. 9.26, б показана зависимость продолжительности работы машины от степени ее перегрузки по потерям: kn=AP/AP<x,. При

Рис. 9.26. Диаграмма нагревания машины при кратковременном режиме (а) и зависимость допустимого времени работ от степени перегрузки (б)

кратковременных перегрузках длительностью в 2...3 мин можно считать, что нагревание происходит без отдачи теплоты (адиабатически). При этом значение т растет по линейному закону:

Повторно-кратковременный режим. Электрические машины часто работают в повторно-кратковременном режиме (рис. 9.27, а), когда периоды работы машины под нагрузкой tp периодически чередуются с периодами отключения машины (паузами) tn, вследствие чего общее время работы машины разбивается на периодически повторяющиеся циклы продолжительностью tn=tp+tn. Согласно ГОСТу время цикла £ц при работе машины в этом режиме не должно превышать 10 мин. Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения в процентах:

Стандартные значения ПВ составляют 15, 25, 40 и 60%.

При работе машины в повторно-кратковременном режиме кривая нагревания 3 приобретает пилообразный характер (рис. 9.27, б, в), так как периоды нагревания чередуются с периодами охлаждения. Во время рабочего периода tp значение т возрастает по

part9-56.jpgpart9-57.jpgpart9-58.jpg

некоторой кривой, соответствующей кривой нагревания машины /, во время паузы tn она уменьшается по кривой, соответствующей кривой охлаждения 2.

При достижении установившегося режима превышение температуры колеблется в пределах между Ттах И Ттт, ПрИЧеМ ЗНЭЧеНИе

Ттах меньше превышения температуры -Too, которую имела бы машина при непрерывной работе с той же нагрузкой. Следовательно, при повторно-кратковременном режиме можно допустить большие нагрузки, чем при длительной непрерывной работе. Отношение потерь мощности в машине, работающей при повторно-кратковременном и продолжительном режимах (характеризующих нагрузку машины), при которых достигаются одинаковые установившиеся превышения температуры,

part9-59.jpg

где АРпв и АРоо — потери мощности при повторно-кратковременном и продолжительном режимах; Гн и Т — постоянные времени для неподвижной и работающей машины.

В практике при определении мощности, которую может развивать электрическая машина при повторно-кратковременном режиме, часто исходят из эквивалентного тока:

где /р — действительный ток машины в рабочий период tp.

Если машина рассчитана на работу при повторно-кратковременном режиме ПВ1; то при работе ее в режиме ПВ2 ток, определяющий развиваемую мощность Р, нужно увеличить или уменьшить пропорционально:

Рис. 9 27. График изменения температуры при работе машины в повторно-кратковременном режиме

part9-60.jpgpart9-61.jpgpart9-62.jpg

Из формулы (9.74) следует, что при ПВ = 60% машина может реализовать мощность, приблизительно равную 1,ЗР<», при ПВ = -=40%—мощность \,6Рпс, при ПВ = 25% — мощность Х\ при ПВ=15% — мощность 2,6/эоо, где Рх — мощность при длительном режиме работы (при ПВ=100%).

Перемежающийся режим. В этом режиме (рис. 9.28) кратковременные периоды работы под нагрузкой (рабочие периоды) черр »у-ются с периодами холостого хода (паузами), при которых АР=АРо-

Перемежающийся режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки в процентах:

Рис. 9.28. График изменения температуры и потерь при работе машины в перемежающемся режиме

где tp— время работы; /0 — время холостого хода.

Стандартные значения ПН составляют 15, 25, 40 и 60%. Продолжительность цикла ^ц не должна превышать 10 мин. Характер изменения т и О при этом режиме такой же, как и при повторно-кратковременном. За время tv и /о температура машины О и превышение температуры т не достигают установившихся значений.

Дополнительные номинальные режимы. Помимо основных номинальных режимов работы ГОСТ устанавливает в качестве дополнительных (рекомендуемых) следующие режимы:

а) повторно-кратковременный с частыми пусками при ПВ=15, 25, 40 и 60%;

б) повторно-кратковременный с частыми пусками в электрическим торможением при ПВ=15, 25, 40 и 60%;

в) перемежающийся с частыми реверсами и электрическим торможением;

г) перемежающийся с двумя частотами вращения.

В дополнительных номинальных режимах устанавливается стандартное число включений в час (для режимов а и б), число реверсов в час (для режима в) и число циклов в час (для режима г), равные 30, 60, 120 и 240 при коэффициентах инерции 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 и 4 (отношение суммы приведенного к валу двигателя момента инерции приводного механизма и момента инерции ротора к моменту инерции ротора).

Работа при переменной нагрузке. В эксплуатации возможны самые разнообразные режимы, не отвечающие нормативам ГОСТа. Наиболее типичен режим с быстро изменяющейся нагрузкой, аналогичный повторно-кратковременному, когда в течение цикла температура частей машины существенно не изменяется.

part9-63.jpgpart9-64.jpg

Для определения возможности выполнения электрической машиной заданного графика нагрузки обычно применяют метод эквивалентного тока. В основу этого метода положено предположение о том, что переменные потери пропорциональны току нагрузки во второй степени:

При изменении нагрузки машины (рис. 9.29) ток / также изменяется. Поэтому суммарные потери энергии за все время 2/ работы машины

Если бы машина работала с постоянной нагрузкой, эквивалентной по количеству выделенной теплоты (по результирующим потерям мощности) данному графику, то потери энергии были бы

где /Экв — ток машины при постоянной нагрузке.

Приравнивая Д№пер=Л№пост, определяем эквивалентный ток

который нагревает электрическую машину так же, как и при работе ее с изменяющейся нагрузкой. По значению /Экв и номи-нальному напряжению £/ном можно определить номинальную мощность машины, необходимую для выполнения заданного графика нагрузки. Метод эквивалентного тока можно применять только при условии постоянства потерь APFe и ДРмех- Если электрическая машина работает при изменяющихся магнитном потоке и частоте вращения, то этот метод может давать значительные погрешности из-за изменения ДРпост. Его нельзя применять для асинхронных двигателей с двойной «беличьей» клеткой и глубокопаз-ных двигателей, так как у них при пусковых и тормозных режимах сильно изменяется сопротивление ротора.

Если машина работает при переменной нагрузке по какому-то графику, когда цикл работы превышает 10 мин, то уже нельзя пре-

Рис. 9.29. График изменения мощности Р и перегрева х при изменяющейся нагрузке

part9-65.jpgpart9-66.jpgpart9-67.jpgpart9-68.jpg

небрегать изменением температуры машины внутри цикла и метод эквивалентного тока неприменим. В этом случае следует пользоваться кривыми нагревания электрической машины, построенными по формуле (9.10) или снятыми экспериментально.

Пусть график нагрузки машины имеет вид, показанный на рис. 9.30, а, и нужно установить, не превзойдет ли температура обмотки допустимых пределов.

part9-69.jpg

Рис. 9.30. График изменения нагрузки (а) и температуры (б) машины при произвольной нагрузке

На первом этапе работы с мощностью Р\ машина нагревается в соответствии с уравнением

Через промежуток времени t\ превышение температуры становится Ti (рис. 9.30, б) и машина переходит в режим работы с мощностью Л>, большей Р\. В соответствии с этим процесс нагревания меняется и его можно рассчитывать по общей формуле

либо определить графически, перейдя на новую экспоненту, заранее построенную для работы с мощностью Р2.

Через промежуток времени t2 превышение температуры становится т2 и машина переходит в режим работы с мощностью Р3. Так как установившееся превышение температуры Тооз, соответствующее мощности Р3, меньше достигнутого превышения тг, температура машины при работе с мощностью Р3 уменьшается. Текущее значение превышения температуры можно найти по кривой охлаждения (рис. 9.30, б, кривая 4).

Через интервал времени t3 установившееся превышение температуры становится тз и т. д.

На рис. 9.31 приведена сетка кривых нагревания и охлаждения, построенная по экспериментальным данным для якоря двигателя постоянного тока мощностью 320 кВт. Эта сетка позволяет доста-


точно точно определить среднюю температуру обмотки якоря при любом графике нагрузки.

part9-70.jpg

Рис. 9.31. Сетка кривых нагревания и охлаждения двигателя мощностью 320 кВт


Содержание
Предыдущий § Следующий

bunner bunner bunner bunner