Выбор мощности электрической машины для кратковременного режима работы

Упрощенный график потерь электродвигателя при кратковременном режиме работы, а также кривые нагрева и остывания электрической машины приведен ниже:

grafik-poter-i-izmeneniya-temperatury-elektrodvigatelya-pri-kratkovremennom-rezhime-raboty

С точки зрения правильного использования электродвигателя целесообразно иметь при кратковременном режиме работы в конце периода температуру электрической машины, допустимую для данного класса изоляции. Поэтому, используя для кратковременной работы двигатели предназначенные для длительного режима работы, можно и даже нужно заставлять работать их с перегрузкой в такой мере, чтобы в конце периода работы температура изоляции не превосходила допустимой. То есть при кратковременной работе допустимы большие потери Qк по сравнению с потерями при номинальном длительном режиме Q, проще говоря должно соблюдаться условие Qк> Q. Отношение потерь электродвигателя, обеспечивающих одинаковый перегрев в кратковременном режиме заданной продолжительности, и в длительном режиме называется коэффициентом термической перегрузки:

koefficient-termicheskoj-peregruzki-elektrodvigatelya

Очевидно, что предельно допустимая температура перегрева двигателя в длительном режиме должна равняться предельно допустимой температуре перегрева данного класса изоляции:

predelno-dopustimaya-temperatura-nagreva-dlya-opredelennogo-tipa-izolyacii-elektrodvigatelya

Так как в данном случае продолжительность работы составит t = ∞. При кратковременной работе электродвигателя длительного режима за время tk должна быть достигнута та же максимально допустимая для изоляции температура перегрева τдоп.:

maksimalno-dopustimaya-dlya-izolyacii-temperatura-peregreva-elektrodvigatelya-kratkovremennogo-rezhima-raboty

С увеличением нагрузки в кратковременном режиме, а следовательно, и потерь Qк время достижения предельной температуры изоляции сокращается, что видно из кривой:

sravnenie-processov-nagreva-elektrodvigatelya-pri-dlitelnom-i-kratkovremennom-rezhimax-raboty

Пользуясь выражениями (1) и (2) можно установить зависимость между продолжительностью кратковременной работы и коэффициентом термической перегрузки, приравняв правые части упомянутых выше выражений:

zavisimost-mezhdu-prodolzhitelnostyu-kratkovremennoj-raboty-i-koefficientom-termicheskoj-peregruzki

zavisimost-mezhdu-prodolzhitelnostyu-kratkovremennoj-raboty-i-koefficientom-termicheskoj-peregruzki-2

Зависимость коэффициента термической перегрузки от отношения продолжительности кратковременной работы к постоянной нагрева приведена ниже:

zavisimost-koefficienta-termicheskoj-peregruzki

Коэффициент термической перегрузки может быть выражен через постоянные и переменные потери электродвигателя длительного режима:

vyrazhenie-koefficienta-termicheskoj-peregruzki-elektrodvigatelya-vyrazhennyj-cherez-postoyannye-i-peremennye-poteri

Где: ξ – отношение токов в кратковременном и длительном режимах.

Если пренебречь постоянными потерями, то коэффициент термической перегрузки будет равен σ = ξ2. Подставляя (5) в выражение для длительности кратковременного режима (4), получим:

dopustimaya-dlitelnost-kratkovremennoj-raboty

Выражение (6) позволяет определить допустимую длительность кратковременной работы при заданном соотношении постоянных и переменных потерь и степени перегрузки электродвигателя по току. Отсюда можно определить допустимую перегрузку по току для заданной длительности работы tk:

dopustimaya-peregruzka-po-toku-dlya-zadannoj-dlitelnosti-raboty-elektrodvigatelya

Выражение (7) показывает, что при сохранении величины потерь длительного режима неизменной и при одном и том же значении коэффициента термической перегрузки уменьшение соотношения постоянных и переменных потерь влечет за собой уменьшение кратности тока кратковременного режима.

Полагая, что момент, развиваемый электрической машиной, пропорционален току, перегрузка по моменту будет пропорциональна sigma .

Соотношение (3) дает возможность определения постоянной времени нагрева Θ, а именно:

opredeleniya-postoyannoj-vremeni-nagreva

В каталогах электродвигателей серии МТ даются мощности и КПД для длительного и часового режимов работы, что позволяет определить Q и Qk.

Для кратковременных режимов работы необходимо применять двигатели специальных серий. В двигателях длительного режима работы повышение температуры всех его элементов достигает установившегося состояния по истечению промежутка времени, превышающего 4-5 кратное значение постоянной нагрева.

При работе в кратковременном режиме температура перегрева не достигает установившихся значений и различные элементы машины достигнут допустимого перегрева через различные промежутки времени. На рисунке ниже приведены кривые нагрева обмотки возбуждения, коллектора и обмотки якоря двигателя постоянного тока длительного режима, работающего кратковременно:

krivye-nagreva-elementov-mashiny-postoyannogo-toka

Как видно из указанного рисунка, допустимая длительность кратковременной работы определяется элементом, имеющим наименьшую постоянную нагрева. В рассматриваемом случае для увеличения длительности кратковременной работы необходимо кривую нагрева обмотки возбуждения приблизить к кривой нагрева обмотки якоря. По этой причине в двигателях, предназначенных для кратковременной работы, потери в отдельных элементах должны быть распределены таким образом, чтобы к концу периода работы они достигали предельно допустимых температур перегрева. ГОСТ ограничивает перегрузочную способность электрических машин. При использовании электродвигателя длительного режима для кратковременной работы, благодаря возможности перегружать машину, можно считать, что номинальная мощность в кратковременном режиме повышается, то есть Qk ном> Q∞ ном и Рк ном> P∞ ном.

Отсюда следует, что перегрузочная способность по току электродвигателя в длительном режиме будет выше, чем в кратковременном:

peregruzochnaya-sposobnost-elekrodvigatelya-v-dlitelnom-i-kratkovremennom-rezhimax

Естественно, что электрические машины кратковременного режима должны иметь перегрузочную способность не меньшую, чем электрические машины в длительном режиме работы.

Нецелесообразность использования электродвигателя для длительного режима в кратковременном режиме определяется еще и энергетическими соображениями. Электрические машины для длительного режима работы конструируются таким образом, чтоб наибольшее значение коэффициента полезного действия лежало в пределах 0,75 – 1 Рном. При этом постоянные и переменные потери будут равны друг другу qпост = qперем. При работе в кратковременном режиме из-за перегрузки переменные потери будут больше постоянных, и работа будет протекать при значительно сниженном КПД машины.

На рисунке ниже приведена кривая КПД электродвигателя, на которой отмечены номинальные значения КПД при длительном и кратковременном режимах работы, а рядом соотношение потерь в обоих режимах:

sootnoshenie-poter-i-kpd-elektrodvigatelej-pri-dlitelnoj-i-kratkovremennoj-rabote

Для улучшения КПД электродвигателя кратковременного режима необходимо снизить переменные потери за счет увеличения меди. Так же нецелесообразно использовать электрическую машину кратковременной работы для длительной. В силу специфических соотношений потерь допустимая мощность будет резко снижена. Постоянные потери будут вызывать значительный нагрев машины. В отдельных случаях электродвигатель для кратковременной работы не может длительно работать даже вхолостую.

Электродвигатели кратковременного режима маркируются по допустимой длительности непрерывной работы. ГОСТ установлены следующие длительности кратковременной работы: 30 мин, 60 мин, 90 мин. На щитке электродвигателя данной серии в обязательном порядке, кроме номинальной мощности указывается и допустимая длительность кратковременной работы. В тех случаях, когда график нагрузки кратковременной работы отличен от идеального, представляющего прямоугольник, реальный график заменяют эквивалентным ему по нагреву прямоугольным:

zamena-slozhnogo-grafika-poter-ekvivalentnym-pryamougolnym

В случае использования графика потерь расчет ведется по средним потерям за период работы tk. При заданном графике тока расчет ведется по эквивалентному току, отнесенному к продолжительности работы tk.

В случае несовпадения длительности кратковременной работы tk действ и каталожных значений, необходимо потери идеализированного графика пересчитать на каталожную длительность, исходя из одинаковой конечной температуры перегрева:

pereschet-poter-elektrodvigatelya-na-katalozhnuyu-dlitelnost-raboty-isxodya-iz-temperatury-peregreva

Где: Qк кат и tк кат – длительность и потери кратковременной работы, имеющиеся в каталоге; Qк действ и tк действ – то же, но в действительном режиме.

По найденной величине Qк кат  из каталога выбирается ближайший большей мощности электродвигатель.

При отсутствии подходящих электродвигателей для кратковременного режима довольно часто используют электрические машины повторно-кратковременного режима работы. В этом случае приближенно считают, что длительность работы в 30 мин. соответствует коэффициенту продолжительности включения равному 15%, для 60 мин. ПВ= 25%, а для 90 мин ПВ = 40%.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *