МЕХАНИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА И НАГРЕВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ

После изучения данной главы студент должен: знать

  • • положения и теоретические основы нагрева двигателя;
  • • методологические принципы выбора двигателя по нагреву при различных нагрузках;

уметь

  • • применять теоретические знания при подборе двигателя, соответствующего нагрузке, создаваемой рабочей машиной;
  • • грамотно ориентироваться в паспортных данных двигателя при его выборе; владеть
  • • навыками работы с техническими справочниками по электрическим машинам;
  • • спецификой выбора двигателя по нагреву при различных нагрузках.

Уравнение нагрева

Все электрические двигатели при работе нагреваются из-за потерь энергии, которые превращаются в теплоту. Потери в электродвигателе подразделяются на два вида:

1) постоянные, не зависящие от нагрузки на валу двигателя

где АРмех — механические потери от трения в подшипниках и ротора о воздух; АРмагн — потери на гистерезис, вихревые токи; АРвозб — потери в обмотках возбуждения двигателей постоянного тока; АРдоб — неучтенные добавочные потери (принимается 1%);

2) переменные потери, зависящие от нагрузки на двигатель

где I — ток, потребляемый двигателем при данной нагрузке; R — активное сопротивление обмотки.

Общая сумма потерь составляет

где Q — тепловая мощность потерь в двигателе.

При постоянной нагрузке мощность, потребляемая двигателем, постоянна = const), следовательно, постоянен и ток (/ = const), а следовательно, и потери постоянны (Q = const).

Электрическая машина состоит из неподвижных и вращающихся частей. Части такой машины изготавливаются из материалов, имеющих различные теплотехнические свойства.

Рассеяние теплоты с внешней поверхности двигателя при постоянном нагреве (выделении теплоты в двигателе) подчиняется законам теплового излучения, теплопроводности и конвекции. Метод расчета реального теплового процесса такого неоднородного тела, каким является двигатель, очень сложен.

Упрощенное решение этой сложной задачи возможно, если двигатель представить в виде однородного твердого тела с едиными тепловыми свойствами в любой его точке.

Для вывода уравнения нагрева двигателя сделаем ряд допущений:

  • 1) полагаем, что двигатель — однородное тело;
  • 2) температура окружающей среды постоянна (0окр= const);
  • 3) теплоотдача двигателя в окружающую среду прямо пропорциональна разности температур двигателя и окружающей среды

  • 4) величины теплоотдачи А и теплоемкости двигателя С не зависят от температуры нагрева двигателя;
  • 5) Q - dt— количество теплоты, выделяющееся в двигателе.

Тогда уравнение теплового баланса будет иметь вид

Это уравнение показывает, что количество теплоты Q, выделившееся в двигателе за время dt, равно сумме количества теплоты Сdx, израсходованной на повышение температуры тела двигателя, и количества теплоты А • т dt, рассеянной поверхностью двигателя в окружающую среду. Разделив левую и правую части на А • dt, получим

или

Обозначим как Т постоянную времени нагрева, равную С/А. Тогда уравнение нагрева примет вид

Продифференцировав это уравнение при начальных условиях t = О, 0 = 0нач> то = 0цач “ 0(жр> получим уравнение нагрева в общем виде:

Данное уравнение показывает, что изменение превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды во времени т = f(t) происходит по экспоненте.

При постоянной нагрузке по истечении бесконечно большого промежутка времени, т.е. при t = получим

Тогда уравнение нагрева примет вид

Графическое выражение данного уравнения представлено на рис. 8.1.

График изменения температуры и превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды

Рис. 8.1. График изменения температуры и превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды

При т0 = 0 = (0нач - 0окр) получим При t = 3T

т.е. за время t = ЗТ двигатель нагревается до установившегося значения превышения температуры с погрешностью до 5%. При времени t = АТт = = 0,98туст, т.е. погрешность снижается до 2%.

Постоянная времени Т — это величина, характеризующая длительность переходного теплового процесса или тепловую инерционность двигателя. Чем больше Т, тем дольше достигается туст.

Промышленность выпускает двигатели в различном исполнении, предназначенные для разных условий работы. Для защищенных двигателей, предназначенных для работы в пыльных или влажных помещениях, мощностью Р = 1,0-=-10 кВт, Т = 12-=-25 мин. Для закрытых двигателей той же мощности, не имеющих отверстий для охлаждения, Т = 2(Н40 мин.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >