Материал: Лекция 36 Нагревание и охлаждение ЭМ

согласно ГОСТ 183–66, электрические машины изготовляются для трех основных номинальных режимов работы.

Продолжительным номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы при неизменной номинальной нагрузке, продолжающейся столько времени, что превышения температуры всех частей электрической машины при неизменной температуре охлаждающей среды достигают практически установившихся значений.

Кратковременным номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки при неизменной температуре охлаждающей среды чередуются с периодами отключения машины: при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей электрической машины могли достигнуть практически установившихся значений, а периоды остановки электрической машины настолько длительны, что все части ее приходят в практически холодное состояние.

Согласно ГОСТ 183 – 66, машины с кратковременным режимом работы изготовляются с длительностью рабочего периода 15, 30, 60 и 90 мин.

Повторно-кратковременным номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) при неизменной температуре охлаждающей среды чередуются с кратковременными периодами отключения машины (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей электрической машины могли достигнуть установившихся значений.

Повторно-кратковременный номинальный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ), т.е. отношением продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (суммарной продолжительности рабочего периода и паузы).

ГОСТ 183–66 предусматривает изготовление машин с повторнократковременным режимом работы с продолжительностью включения

(ПВ) 15, 25, 40 и 60 %.

Кроме перечисленных трех основных номинальных режимов работы, в ГОСТ 183–66 имеются в виду еще четыре дополнительных номинальных режима работы, при которых нагрузка имеет циклический характер.

Большинство электрических машин изготовляется для продолжительного режима работы.

Допустимые превышения температуры частей электрических машин. С целью обеспечения нормальных сроков службы электрических машин температуры отдельных частей машины, и в особенности температура изоляции обмоток, должны быть ограничены.

Рабочая температура изоляции и отдельных частей машины

зависит не только от нагрузки машины, но и от температуры окружающей или охлаждающей среды 0 . От нагрузки машины зависит только превышение температуры отдельных ее частей. Между перечисленными величинами существует зависимость

0 .

По изложенным причинам ГОСТ 183–66 и стандарты на отдельные типы машин нормируют предельно допустимые превышения температуры доп и одновременно фиксируют значение максимально

допустимой температуры окружающей среды 0 40 °С.

Способы определения превышений температур обмоток не гарантируют получения их максимальных значений, а метод сопротивления позволяет установить только среднее превышение температуры обмотки. Поэтому в стандартах в зависимости от способа измерения температуры и конструкции обмотки устанавливаются значения доп ,

которые на 5..15 °С меньше доп 0 .

Наиболее надежные результаты дает метод сопротивления и метод заложенных термодетекторов. Последние представляют собой термометры сопротивления или термопары, заложенные между катушками в пазах и в других частях машины при ее изготовлении. Термометры сопротивления изготовляются из тонкой медной проволоки, и температура определяется по изменению ее сопротивления.

Для указанных методов измерения стандарты устанавливают при0 40 °С в большинстве случаев допустимые превышения темпера-

туры: 60 °С – для класса изоляции А, 70 °С – для класса Е, 80 °С – для класса В, 100 °С – для класса F, 125 °С – для класса Н. Если температура окружающей среды больше или меньше 40 °С, то стандарты разрешают определенные изменения допустимых превышений температуры. Допустимые кратковременные перегрузки электрических машин также нормируются стандартами.

Нагревание электрических машин при различных режимах работы. Нагревание при продолжительном режиме работы. Такое

нагревание происходит по кривой рис. 7.1, а или 7.2. При этом должно быть доп для данного класса изоляции.

При проектировании электрических машин производятся также тепловые расчеты с целью установления превышений температуры отдельных частей машины. Тепловой расчет для продолжительного режима работы является основным, так как он лежит в основе расчетов превышений температур при кратковременном и повторнократковременном режимах работы.

Тепловые расчеты электрических машин достаточно сложны и рассматриваются подробнее в курсах проектирования электрических машин. Здесь укажем только ход расчета для продолжительного режима работы, когда превышения температуры достигают установившихся значений.

Величины потерь в определенных частях машины известны из электрического расчета машины. Из конструктивной схемы устанавливаются направления тепловых потоков и количество тепла, отдаваемое с охлаждаемых поверхностей. Затем определяются скорости воздуха или другой охлаждающей среды у отдельных охлаждаемых поверхностей и вычисляются: 1) по формуле (7.1) перепад температуры в изоляции обмоток из 1 2 ; 2) по этой же формуле (7.1) перепад температуры в сердечнике на участке от обмотки до охлаждаемой поверхности с ; 3) по формуле (7.8) превышение температуры охлаж-

даемой поверхности над температурой охлаждающей среды по . Кроме того, при движении газов и жидкостей по каналам необходимо учесть средний подогрев самой охлаждающей среды охл . Превышение температуры обмотки над температурой поступающей в машину охлаждающей среды обм выражается суммой

Величина об не должна превышать допустимого значения по

ГОСТ 183–66 и др.

Скорости охлаждающей среды у тех или иных поверхностей, а также величины соответствующих коэффициентов теплоотдачи удается установить лишь приблизительно ввиду сложности аэродинамических явлений и картины распределения тепловых потоков в машине. Поэтому тепловые расчеты дают достаточно точные результаты лишь при наличии достаточных экспериментальных данных.

Нагревание при кратковременном режиме работы. Чтобы опре-

делить превышение температуры различных частей машины кр при

кратковременном режиме работы, сначала находят по способу, указанному выше, превышение температуры в случае, если бы машина

работала при заданной мощности продолжительно, а также устанавливают постоянные времени нагревания Т . Зная продолжительность кратковременного режима tкр . можно вычислить достигаемые при

этом режиме превышения температуры по формуле (7.19):

Значения кр должны укладываться в установленные пределы.

Очевидно, кр , и так как допустимые превышения темпера-

туры доп для всех режимов одинаковы, то при кратковременном ре-

жиме можно допустить значения в

1

tкр

1 e T

раз больше, чем при продолжительном режиме работы. Во столько же раз могут быть больше допустимые значения потерь в машине. Поэтому при данных габаритах машин и расходе материалов мощности машин с кратковременным режимом работы больше мощностей машин с продолжительным режимом работы.

Нагревание при повторно-кратковременном режиме работы.

Предположим, что машина начинает работу в режиме повторнократковременной нагрузки с холодного состояния. Пусть время рабочего периода равно tр , а время паузы t0 .

Нагревание машины в первый рабочий период идет по участку 0–1 кривой нагревания 1 (рис. 7.3), которая может быть начерчена, если известны постоянная времени нагревания Тн и установившееся

превышение температуры при работе в продолжительном режиме

с данной мощностью.

Затем наступает пауза, и машина начинает охлаждаться. Охлаждение идет по участку 1 2 кривой 11 (рис. 7.3). Эта кривая может

быть также начерчена, если известны и постоянная времени охла-

ждения Тохл . Если условия вентиляции во время паузы такие же, как и в рабочем периоде, то Тохл Тн . Если же, например, во время паузы машина стоит и не вентилируется, то Тохл Тн . Охлаждение после первого периода работы идет по такому участку кривой II, начало которого соответствует значению , достигнутому в конце этого периода работы. Перенеся участок 1 2 кривой II параллельно самому себе в положение 1–2, получим участок кривой 0–1–2 изменения за время первого цикла работы.

Рис. 7.3. построение кривой нагревания при повторнократковременном режиме

Во время второго периода работы нагревание идет по тому участку кривой 1, начало которого соответствует значению , достигнутому в конце первой паузы в работе.

Подобным образом можно построить зубчатую кривую III нагревания машины при повторно-кратковременном режиме работы. Она состоит из участков кривых I и II, смещенных параллельно самим себе на соответствующие интервалы времени работы tp и пауз t0 , поме-

ченные в нижней части рис. 7.3.

Спустя некоторое время температурный режим повторнократковременной работы практически устанавливается и общий подъем кривой III прекращается. Превышение температуры машины при