Режимы работы электроприводов

Как отмечалось в главе 4, в процессе электромеханического преобразования электрической энергии происходят тепловые потери, вызывающие нагрев электродвигателя. При этом температура электродвигателя зависит от исполнения, условий охлаждения и характера изменения нагрузки на валу, то есть режима работы электропривода. Различают восемь режимов работы электроприводов, обозначаемых буквой S с цифрой, указывающей номер режима. Все режимы работы связаны с тепловыми процессами, протекающими в электродвигателях. Выпускают электродвигатели общего применения на три режима от S1 до S3.

Длительный режим работы (S1). В этом режиме время работы ^_а6 достаточно велико и двигатель достигает установившегося значения температуры превышения Ху над окружающей средой. Иными словами, время работы /_раб больше или равно трем-четырем постоянным времени нагрева 7_нагр электродвигателя. В качестве примера можно назвать двигатели вентиляторов, насосов и т. п., где период работы измеряется часами, сутками. График изменения превышения температуры для постоянной нагрузки приведен на рисунке 5.1.

При этом важно, чтобы установившаяся температура двигателя не превышала допустимую для каждого класса изоляции температуру. Различают семь температурных классов.

Класс изоляции Y, А Б В F Н С Допустимая температура, ‘С 90 105 120 130 150 180 > 180.

Если в процессе эксплуатации температура обмоток двигателя не превышает допустимой для данного класса, то срок ее службы достигает 15…20 лет.

Ориентировочно срок службы изоляции Т в зависимости от длительно действующей температуры 0, год.

где D — эмпирический коэффициент, например, для класса изоляции, А ?)= 7,15−10⁴; а — коэффициент, характеризующий влияние температуры на старение изоляции, например, для класса изоляции А" = 0,088.

Из приведенной формулы следует, что для класса изоляции, А превышение на 8 °C сверх допустимой снижает срок службы в 2 раза. За температуру окружающей среды принимают стандартные значения 0_О1ф._ст ⁼ 40 °C. При этом работа двигателя с номинальной мощностью не вызывает нагрева обмоток до температуры,.

Рис. 5.1. Номинальный режим S1:

Ту — установившаяся температура превышения двигателя; Р— мощность на валу; АР— тепловые потери.

Рис. 5.2. Номинальный режим S2.

Рис. 5.3. Номинальный режим S3.

превышающей предельно допустимую для данного класса изоляции 0д_оп.

Кратковременный режим работы (S2). Этот режим характерен тем, что рабочий период недостаточен по длительности, чтобы двигатель достиг установившегося значения температуры превышения, а пауза так велика, что двигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды. Такой режим работы присущ двигателям в приводах разводных мостов, шлюзов, зажимов колонн металлорежущих станков. Диаграмма изменения х для кратковременного режима работы приведена на рисунке 5.2.

По ГОСТу стандартные длительности кратковременной работы электродвигателей составляют: 15, 30, 60 и 90 мин. При несовпадении реальной продолжительности работы со стандартной пересчитывают потери в двигателе, приводя к стандартной длительности.

Повторно-кратковременный режим работы (S3). Данный режим занимает промежуточное положение между режимами S1 и S2 и характерен тем, что в рабочий период /_раб двигатель не успевает достичь установившегося значения температуры превышения т_у, а во время паузы /_пауз он не может охладиться до температуры окружающей среды (рис. 5.3). Время цикла t_u = /_раб + /_пауз не должно превышать 10 мин. Продолжительность включения (ПВ%) двигателя.

Стандартная продолжительность включения составляет 15; 25; 40; 60%.

В повторно-кратковременном режиме работают двигатели электроприводов механизмов кранов, лифтов, некоторых металлорежущих станков.

Режимы S1… S3— основные. Номинальные данные на них включают в паспорт машины. Режимы S4 и S5 — разновидности повторно-кратковременного режима, для них характерны частые пуски и отключения, причем в режиме S4 торможение реализуют двигателем, а в S5 с помощью механического тормоза или только трения (при выбеге); в режиме S6 чередуется работа двигателя под нагрузкой и на холостом ходу; в режиме S7 цикл работы состоит из рабочего участка с постоянной нагрузкой и реверса (с допустимой частотой реверсов в час); перемежающийся режим S8 имеет в каждом цикле работы две и более скоростей с переходом от одной скорости к другой в режиме разгона или торможения двигателя.

Условия нагрева машин для рассмотренных случаев, как видно из приведенных диаграмм, неодинаковы, что обусловило различие в методах выбора мощности электродвигателя в зависимости от его режима работы.

Рациональный выбор мощности электродвигателя имеет важное хозяйственное значение, поскольку двигатель заниженной мощности не сможет обеспечить номинальную производительность рабочего механизма и вследствие перегрева обмоток преждевременно выйдет из строя. Напротив, двигатель завышенной мощности будет недоиспользован и это приведет к повышенным капитальным затратам и возрастанию потерь энергии из-за снижения КПД и коэффициента мощности двигателя. Важность этого вопроса наиболее отчетливо видна, если учесть, что электродвигатели практически вытеснили во всех областях хозяйства другие виды двигателей. В основу правильного выбора мощности электродвигателя положены следующие требования: обеспечение заданной производительности механизма, соблюдение нормального теплового режима и допустимой механической перегрузки двигателя.