Лекция №6. Выбор мощности электродвигателей. Нагрев и охлаждение электродвигателя

1. Лекция №6.Выбор мощности электродвигателей. Нагрев и охлаждение электродвигателя.

1.
2.
3.
4.
1
Основные положения.
Уравнения теплового баланса, нагрева и
охлаждения электродвигателя.
Способы определения постоянной нагревания.
Факторы, определяющие мощность
электродвигателей.
Электропривод. Ч.1

2. Основные положения.

Мощность электродвигателей выбирается, исходя из
необходимости обеспечить выполнение заданной
работы электропривода, при соблюдении нормального
теплового режима и допустимой механической
перегрузки двигателя.
2
Поэтому выбор мощности двигателя производится
исходя из основного условия: обеспечения его
номинального нагрева для конкретного режима
работы.
Электропривод. Ч.1

3. Основные положения.

Затем мощность двигателя в зависимости от его
режима работы и характера нагрузки уточняется по
дополнительным условиям:
•обеспечению пуска электропривода с учетом
возможного снижения напряжения;
•перегрузочной способности (обеспечение
статической и динамической устойчивости ЭП);
•перегреву при затяжном пуске;
•частоте включений.
3
Электропривод. Ч.1

4. Основные положения.

Основой расчета мощности электродвигателя в
любом режиме служит нагрузочная диаграмма,
показывающая зависимость выбранного показателя
нагрузки электродвигателя от времени:
М f ( t ); Р f ( t ); I f ( t ).
Нагрузочные диаграммы электропривода получают
расчетным путем или экспериментально.
4
Электропривод. Ч.1

5. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

В тепловом отношении электрическая машина –
сложный объект: она неоднородна по материалу,
имеет рассредоточенные внутренние источники тепла,
интенсивность которых зависит от режима, от режима
работы также зависит направление тепловых потоков,
теплоотдача зависит от скорости и т.п.
5
Электропривод. Ч.1

6. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

В целях упрощения решения принимают ряд
допущений:
•отдельные части электрических машин однородны с
бесконечно большой теплопроводностью, благодаря
чему температура всех его точек одновременно
достигает одинакового значения температуры;
•теплоту, отдаваемую излучением, ввиду малости не
учитывают;
6
Электропривод. Ч.1

7. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

•теплоотдача электродвигателя пропорциональна
первой степени превышения температуры
электродвигателя над температурой окружающей
среды;
•нагрузка на валу электродвигателя, потери мощности
и температура окружающей среды в момент
рассмотрения неизменны.
7
Электропривод. Ч.1

8. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

В электродвигателе в виде теплоты выделяется
энергия ΔРdt, одна часть которой сdτ будет затрачена
на нагрев самого двигателя, а другая Аτdt будет
отдана в окружающую среду. Таким образом
справедливо равенство
Рdt A dt cd , Дж
8
Электропривод. Ч.1

9. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

Разделим переменные
( Р A )dt cd
dt
c d
.
Р A
После интегрирования получим
c
t ln( Р A ) K
A
Постоянную интегрирования К получим из условия,
что при t=0, τ=τ0:
c
К ln( Р A 0 ).
A
9
Электропривод. Ч.1

10. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

Подставив полученное значение К в предыдущее
уравнение получим
c
c
c P A
t ln( P A ) ln( P A 0 ) ln
.
A
A
A P A 0
Решим уравнение относительно τ:
А
P A
t ln
.
с
P A 0
10
Электропривод. Ч.1

11. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

Потенцируя левую и правую часть получим
А
t
е с
Отсюда
( P A 0
А
t
)е с
P A ;
А
A 0 с t P
е
;
А
А
A
А
А
t
t
P
с
с
1 е
0е .
А
P
11
А
t
е с
P A
P A 0
Электропривод. Ч.1

12. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

Обозначим
У
Р
-установившееся превышение температуры;
А
с
Тн
-постоянная времени нагревания,
Ан
получим
t
t
У 1 е Тн 0 е Тн .
12
Электропривод. Ч.1

13. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

Постоянная времени нагрева Тн характеризует скорость
нагревания двигателя.
Постоянную нагревания можно представить как время, в
течение которого двигатель достиг бы установившейся
температуры, если бы отдача тепла в окружающую
среду отсутствовала.
13
Электропривод. Ч.1

14. Уравнения теплового баланса, нагрева и охлаждения электродвигателя.

В реальных условиях при наличии теплоотдачи
температура двигателя за время Тн повысится лишь до
значения
Т
н
у 1 е Тн
14
1 е 1 0 ,632 .
у
у
Электропривод. Ч.1

15. Способы определения постоянной нагревания.

Постоянная времени нагрева может быть определена
следующими методами:
•по значению уст;
•по методу касательных;
•по методу трех температур.
15
Электропривод. Ч.1

16. Способы определения постоянной нагревания.

Температура, С
По значению уст. При t=Тн =0,632 уст.
0,632τуст
0
Тн
Время, мин.
16
Электропривод. Ч.1

17. Способы определения постоянной нагревания.

По методу касательных.
н
17
н1 н 2 н 3
3
.
Электропривод. Ч.1

18. Способы определения постоянной нагревания.

По методу трех температур.
18
t
Тн
.
_
ln 2 _ 1
3 2
Электропривод. Ч.1

19. Способы определения постоянной нагревания.

Средняя постоянная времени нагрева в минутах может
быть рассчитана по соотношению
m н н
Тн 6
.
Pн ( 1 н )
Ухудшение теплоотдачи электродвигателя в
неподвижном состоянии по отношению к теплоотдаче
при вращении учитывают коэффициентом β0
о А0 / Ан Т 0 Т н / 0 .
19
Электропривод. Ч.1

20. Способы определения постоянной нагревания.

Значение коэффициента β0 для электродвигателей
различного исполнения составляет:
•закрытого с посторонней принудительной вентиляцией
– 0,9…1;
•закрытого с наружным охлаждением от собственного
вентилятора – 0,45…0,55;
•защищенного с самовентиляцией – 0,25…0,35.
20
Электропривод. Ч.1

21. Факторы, определяющие мощность электродвигателей.

В номинальном режиме работы потери мощности ΔРн
электродвигателя связаны с мощностью на валу Рн
через КПД
1 н
Рн Рн
, у н Рн / Ан Рн Ан у н
н ( 1 )
Рн Ан у н н ( 1 ) /( 1 н ).
21
Электропривод. Ч.1

22. Факторы, определяющие мощность электродвигателей.

Основные параметры, влияющие на мощность
электродвигателя по нагреву:
•теплоотдача электродвигателя при нагрузке Ан;
•нормированное (предельно допустимое) превышение
температуры, зависящее от нагревостойкости изоляции
электродвигателя;
•КПД электродвигателя.
22
Электропривод. Ч.1

23. Факторы, определяющие мощность электродвигателей.

Для повышения мощности электродвигателя при
сохранении его габаритов, а следовательно и расхода
активных материалов необходимо:
•увеличивать теплоотдачу электродвигателя при
нагрузке Ан;
• повышать нормированное (предельно допустимое)
превышение температуры, зависящее от нагревостойкости
изоляции электродвигателя;
23
•Повышать КПД электродвигателя.
Электропривод. Ч.1

24. Факторы, определяющие мощность электродвигателей.

Все изоляционные материалы, идущие на
изготовление электрических машин, подразделяют на
5 классов нагревостойкости: А, Е, В, F, Н.
Каждый класс изоляции характеризуется предельно
допустимой температурой нагрева, до которой
изоляция не теряет своих диэлектрических свойств.
24
Электропривод. Ч.1

25. Факторы, определяющие мощность электродвигателей.

Номинальную нагрузку электродвигателя более
рационально устанавливать по нормированному
превышению температуры.
Если температура окружающей среды ниже 400С, то
нагрузку электродвигателя увеличивать не следует.
25
Электропривод. Ч.1

26. Факторы, определяющие мощность электродвигателей.

Температурная характеристика классов изоляции
Класс изоляции
Предельно допустимая
температура, С
Предельно допустимое превышение температуры, С
26
А
Е
В
F
Н
105 120 130 155 180
60
75
80
100 125
Электропривод. Ч.1

27. Факторы, определяющие мощность электродвигателей.

Согласно известному правилу Монзингера
превышение температуры обмотки статора над
номинальным значением на каждые 100С,130C
соответственно для классов изоляции B и F
сокращает срок службы изоляции в два раза.
н / 2 д н / 10 ,
27
н / 2 д н / 13 .
Электропривод. Ч.1