- •1. Основные сведения об электро-
- •1.2. Краткий исторический обзор развития
- •2. Механика электропривода
- •2.1. Уравнение движения
- •2.2. Приведенное механическое звено
- •2.3. Совместная работа электродвигателя и
- •2.3.1. Механические характеристики рабочего
- •2.3.2. Механические характеристики электродвига-
- •2.4. Установившийся режим работы электро-
- •3. Механические и электромеханичес-
- •3.1. Электромеханическое преобразование электрической энергии в механическую
- •3.2. Механические и электромеханические характе
- •3.2.1. Построение механических и электромеха-
- •3.2.2. Механическая и электромеханическая характеристики в относительных единицах
- •3.2.3. Искусственные электромеханические и
- •3.2.3.1. Реостатные характеристики
- •3.2.3.2. Изменение магнитного потока
- •3.2.3.3. Изменение питающего напряжения
- •3.2.4. Режимы работы электродвигателя и
- •3.2.4.1. Двигательный режим работы
- •3.2.4.2. Режимы торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения
- •3.2.5. Режим пуска дпт нв
- •3.3. Механические и электромеханические харак
- •3.3.1 Искусственные характеристики дпт пв
- •3.3.2. Тормозные режимы электродвигателя постоян-
- •3.3.3 Режим реостатного пуска дпт пв
- •3.4. Электромеханические и механические
- •3.5. Электромеханические и механические
- •3.5.1. Общие сведения
- •3.5.2. Электромеханические и механические характеристики асинхронного двигателя
- •3.5.3. Построение механических и электромехани-
- •3.5.4. Искусственные характеристики
- •3.5.4.1 Реостатные характеристики
- •3.5.4.2.Изменение напряжения питания
- •3.5.4.3.Изменение числа пар полюсов
- •3.5.4.4 Изменение частоты питающей сети
- •3.5.5. Механические характеристики асинхрон-
- •3.5.5.1 Рекуперативное торможение
- •3.5.5.2. Торможение противовключением
- •3.5.5.3. Динамическое торможение
- •3.5.6. Реостатный пуск асинхронного двигателя
- •3.6. Механическая и угловая характеристики
- •3.5.1. Электромеханическое преобразование энергии
- •3.5.2. Пуск синхронного двигателя
- •3.5.3. Режимы торможения сд
- •3.5.4. Компенсация реактивной мощности
- •3.7 Механические характеристики
- •3.7.1. Многодвигательные электроприводы с
- •3.7.2. Многодвигательные электроприводы с
- •4. Переходные процессы в электро-
- •4.1. Общие сведения о переходных процессах
- •4.1.1. Время ускорения и замедления привода
- •4.1.2 Графическое и графо – аналитическое ре-
- •4.2. Механические переходные процессы
- •4.2.1. Механические переходные процессы при линей-
- •4.2.2. Механические переходные процессы в ре-
- •4.2.3. Механические переходные процессы в режиме
- •4.2.4. Переходные процессы при реостатном пуске
- •4.2.5. Переходные процессы при линейном изменении
- •4.2.5.1. Пуск на холостом ходу
- •4.2.5.2. Пуск двигателя при реактивном стати-
- •4.2.5.3. Переходные процессы при торможении
- •4.2.6. Механические переходные процессы при не-
- •4.3. Электромагнитные переходные процессы
- •4.3.1. Форсирование эпп в обмотке возбуждения
- •4.4. Электромеханические переходные
- •4.4.1. Электромеханические переходные процессы при
- •4.4.2. Переходные процессы при изменении магнитно-
- •4.4.3. Переходные процессы при экспоненциальном
- •4.5. Тепловые переходные процессы
- •5. Выбор мощности
- •5.1. Режимы работы электроприводов
- •5.1.1. Длительный режим работы (s1)
- •5.1.2. Кратковременный режим работы (s2)
- •5.1.3. Повторно-кратковременный режим
- •5.2. Нагрузочные диаграммы электроприводов
- •5.3. Выбор мощности электродвигателя для
- •5.3.1. Метод средних потерь
- •5.3.2. Методы эквивалентных величин
- •5.4. Выбор мощности электродвигателя
- •5.5. Выбор мощности электродвигателя для
- •3.7. Механические характеристики многодвигатель-
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14.
4.5. Тепловые переходные процессы
При преобразовании электрической энергии в механическую часть ее теряется в двигателе (потери на трение в подшипниках, стали, меди, вентиляционные потери), обусловливая нагрев электрической машины.
Величину мощности тепловых потерь определяют по формуле
, (4.50)
где – потребляемая двигателем мощность, кВт; – мощность двигателя на валу, кВт; – к.п.д. двигателя.
Вследствие выделения тепла температура двигателя повышается и при отсутствии теплоотдачи в окружающую среду может достигнуть значительной величины. Однако этого не происходит благодаря рассеянию тепла в окружающую среду. Двигатель достигает установившейся температуры, при которой наступает равновесие между количествами тепла, выделяющегося в двигателе, и отдаваемого в окружающую среду. Для простоты анализа переходных процессов принимают следующие допущения:
а) двигатель представляет собой однородное тело;
б) количество тепла, отдаваемого двигателем, пропорционально разности температур двигателя и окружающей среды;
в) в процессе нагрева двигателя температура окружающей среды не изменяется;
г) основную роль в отдаче тепла играет теплопроводность.
Уравнение баланса тепловой энергии в двигателе при сделанных допущениях имеет следующий вид
, (4.51)
где – теплоотдача, количество теплоты, выделяемое двигателем, вращающимся с номинальной угловой скоростью, в окружающую среду за 1 с при превышении температуры двигателя на над температурой окружающей среды, ; С – теплоемкость двигателя, количество тепло-
161
ты, необходимое для повышения температуры двигателя на , ; – превышение температурой двигателя температуры окружающей среды , .
В (4.50) член характеризует теплоту, выделившуюся в двигателе, которая идет частично на нагрев его ( ) и в количестве выделяется в окружающую среду.
Разделим уравнение (4.50) на произведение
, (4.52)
где – установившееся превышение температуры двигателя, ;
– постоянная времени нагрева, .
После подстановки и в (4.51) получим линейное не-
однородное дифференциальное уравнение первой степени
. (4.53)
Решением (4.53) согласно (4.8) является уравнение экспоненты
, (4.54)
где и – соответственно начальное и конечное превышение температурой двигателя температуры окружающей среды в процессе ее нагрева.
Физический смысл постоянной времени нагрева определяется как время, в течение которого двигатель нагрелся бы от до установившегося превышения температуры при и отсутствии теплоотдачи. Действительно, если , то уравнение (4.51) примет вид
;
162
проинтегрировав его при , получим .
Откуда
н.
График переходного процесса двигателя показан на рис. 4.18 (кривая 1).
Теоретически время переходного процесса согласно (4.54)
стремится к бесконечности, на практике принимают . Постоянные времени нагрева достаточно велики и лежат в пределах от 10 мин (для машин малой мощности) до 3 ч (для машин большой мощности). Постоянную времени нагрева можно определить по экспериментальной кривой нагрева двигателя, проведя касательную к кривой на участке
Рис. 4.30. График теплового переходного процесса: 1 – кривая нагрева двигателя, 2 – кривая охлаждения двигателя при снижении нагрузки, 3 – кривая охлаждения двигателя при отключении двигателя от сети
(рис. 4.30), поскольку только после этих температур действительный график приближается к экспоненциальному. При снижении нагрузки на валу двигателя снижаются потери ,
163
а следовательно, произойдет уменьшение температуры двигателя. Постоянная времени охлаждения в случае неизменной скорости вращения равна , то есть и кривая описывается уравнением (4.54), в котором и принимают согласно рис. 4.30 (кривая 2). В случае отключения двигателя от сети для самовентилируемых машин снижается теплоотдача. Из-за отсутствия вентиляции охлаждение идет с другой постоянной времени, равной , где – теплоотдача при неподвижном двигателе. Постоянную времени охлаждения можно выразить через постоянную времени нагрева и коэффициент ухудшения теплоотдачи при неподвижном роторе .
, (4.54)
где .
Примерные значения для двигателей различного исполнения:
– закрытый с независимой вентиляцией 1,0
– закрытый без принудительного охлаждения 0,95…0,98
– закрытый самовентилируемый 0,45…0,55
– самовентилируемый защищенный 0,25…0,35
Охлаждение двигателя при идет менее интенсивно, чем нагревание (рис. 4.30, кривая 3). Если двигатель работает с переменной нагрузкой, то нагрев его происходит в зависимости от нагрузки и связанной с ней потерями мощности . Кривая превышения температуры двигателя при переменном значении потерь мощности дана на рис. 4.31.
Необходимым условием нормальной работы двигателя
является, чтобы его максимальное превышение температуры
не было больше предельно-допустимого значения
164
для данного класса изоляции.
Перегрев обмоток приводит к преждевременному старению изоляции и сокращению срока службы двигате- ля. Например, для класса изоляции превышение допустимой температуры ( ) на каждые 8 приводит к сокращению срока службы двигателя в 2 раза. Поэтому так важно знать тепловые переходные процессы в двигателях электроприводов для обеспечения их нормальной длительной работы.
Рис. 4.31. Кривая превышения температуры двигателя
в зависимости от потерь