Электродвигатель, выбранный для длительного режима работы, должен быть в состоянии работать сколько угодно долго без перегрева сверх допустимого предела.
Наиболее простым случаем является работа электродвигателя при постоянной или слабо меняющейся нагрузке на валу машины.
Примерами таких механизмов могут послужить центробежные насосы насосных станций, дымососы, вентиляторы, компрессоры, конвейерные ленты. Нагрузка перечисленных механизмов может быть неизменной в течении длительного времени. В таком режиме работы влияние пусковых режимов на процессы нагрева будет ничтожным.
В этих случаях по соответствующим технологическим зависимостям определяют необходимую статическую мощность, учитывающую потери в передачах между рабочей машиной и электрической машиной и по каталогу подбирается ближайший по мощности электродвигатель. Выбранный таким образом двигатель будет пригоден для работы, если температура окружающей среды не будет превышать стандартной в 35 0С. В случаях, когда температура окружающей среды отличается от стандартной, необходимо производить выбор двигателя с учетом этого обстоятельства. Если температура окружающей среды ниже стандартной, то в отдельных случаях электрическая машина может быть загружена выше номинальной мощности. А в случае, когда температура окружающей среды выше стандартной, необходимо предусмотреть недогрузку машины для того, чтобы температура изоляции не превзошла допустимую.
Последнее имеет место в электроприводах дымососов крупных котельных, где температура окружающей среды может достигать 50 – 60 0С, в дутьевых вентиляторах нагревательных печей и прочем подобном оборудовании. В связи с этим необходимо уметь определять требуемое изменение номинальной мощности машины.
В основу последующих расчетов положим допущение, что конечное превышение температуры машины над температурой окружающей среды пропорционально потерям электродвигателя.
Электрическая машина правильно выбранной мощности при номинальной нагрузке и стандартной температуре окружающей среды при длительном режиме работы должна иметь превышение температуры не выше допустимого для данного класса изоляции, то есть:
Где: А – теплоотдача тела; qпост – постоянные потери электродвигателя; qпер.ном. – переменные потери электродвигателя при номинальной нагрузке;
Обозначим отношение постоянных потерь двигателя к номинальному значению переменных потерь через γ, то есть:
Тогда выражение (1) примет вид:
Значение коэффициента γ для различных типов двигателей может меняться в пределах γ = 0,4 – 1,1 в зависимости от конструкции и быстроходности. В случае работы электрической машины при температуре окружающей среды отличной от стандартной (35 0С) на ±Δτ, для сохранения той же предельно допустимой температуры нагрева изоляции допустимое превышение температуры изоляции должно быть уменьшено или увеличено на значение Δτ. При этом, соответствующим образом должен быть изменен и режим работы машины, то есть ток машины должен быть Iх = ξIном.
Установившийся перегрев будет равен:
Разделив (4) на (2) получим:
Из (5) найдем, что допустимая степень загрузки двигателя при отклонении температуры окружающей среды от стандартной будет равна:
Выражение (6) показывает, что с ростом постоянных потерь γ мощность электродвигателя при температуре среды, превышающей стандартную, уменьшается. При Δτ = τдоп./(γ+1) имеем ξ = 0, то есть двигатель будет нагреваться до предельно допустимой температуры за счет только потерь холостого хода.
Определение допустимой нагрузки электрической машины при отклонении температуры охлаждающей среды от стандартной (35 0С) может быть сделано графически с помощью графика, указанного ниже:
Здесь в левом квадранте в осях координат υ и Q построена прямая, характеризующая величину потерь электродвигателя, рассеиваемых в окружающую среду при заданной температуре последней. В случае использования изоляции класса А эта прямая пройдет через точку υ = 350 и точку с координатами υ = 950 и Qном. В правом квадранте в осях Q и Р построена кривая потерь электрической машины в функции от полезной мощности.
При изменении температуры окружающей среды до υх прямая, характеризующая рассеиваемое тепло, пойдет параллельно предыдущей, из точки υх.
Пересечение этой прямой с вертикалью, проходящей через точку 950, определит допустимые потери электродвигателя Qх. C помощью кривой Q = f(P) правого квадранта легко может быть определена допустимая нагрузка электродвигателя.
График показывает, что незначительное повышение температуры охлаждающей среды существенно снижает допустимую нагрузку электрической машины, вследствие чего при некоторой температуре машина не может работать, не перегреваясь, даже вхолостую.
