Все в мире является энергией

Нагрев конкретной электрической машины зависит от режима ее работы, т. е. от соотношения длительности периодов работы и пауз между ними или периодов работы с полной и частичной нагрузкой, от частоты включения машины и характера протекания переходных процессов. Для различных режимов работы электрических машин ГОСТ устанавливает следующие термины.

Практически неизменная нагрузка машины — нагрузка, при которой отклонение тока и напряжения якоря и мощности машины от заданного режима не превышает + 3 %, а тока возбуждения и частоты - не более ±1%.

Практически неизменная температура охлаждающей среды — температура охлаждающей газообразной среды, изменяющаяся в течение одного часа не более чем на 1 °С, или температура охлаждающей жидкой среды (при непосредственном охлаждении), изменяющаяся в течение 1 ч не более чем на 0,5 "С.

Практически установившаяся температура частей электрической машины — температура, изменение которой в течение 1 ч не превышает 1 °С при условии, что нагрузка

машины и температура охлаждающей среды остаются практически неизменными.

Практически повторяющаяся температура какой-либо части электрической машины при повторно-кратковременных или перемежающихся режимах работ — температура в конце рабочего периода или в конце паузы, изменение которой от одного рабочего периода к другому не превышает 2°С в течение 1 ч работы машины при условии, что нагрузка машины во время рабочих периодов, продолжительность включения, продолжительность нагрузки и пауз, а также температура охлаждающей среды остаются практически неизменными.

По времени включения машины, соотношение продолжительности работы и пауз, а также по характеру изменения нагрузки режимы работы электрических машин подразделяют на продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и перемежающийся.

Продолжительным режимом (условное обозначение S1) называют режим, при котором время работы машины при практически неизменных нагрузке и температуре охлаждающей среды достаточно для нагрева всех ее частей до практически установившейся температуры. Режим характеризуется неизменными потерями (рис. 3.2, а) в течение всего времени работы машины.

Кратковременным режимом работы (S2) называют режим, при котором периоды неизменной нагрузки чередуются с периодами отключения машины (рис. 3.2,6), причем за время работы температура частей машины не успевает достигнуть установившегося значения, а за время пауз (отключения машины) машина охлаждается до практически холодного состояния, т. е. до практически установившейся температуры, отличающейся от температуры охлаждающей среды не более чем на 1 °С. Установленная ГОСТ длительность периодов работы в данном режиме — 10, 30, 60 и 90 мин. Она должна быть указана в условном обозначении режима работы, например S2 —30 мин, S2 — 60 мин.

Повторно-кратковременный режим отличается от кратковременного регламентированными продолжительностью включения под неизменную нагрузку и продолжительностью периодов отключения (пауз), причем время работы машины всегда меньше времени, необходимого для нагрева ее частей до установившейся температуры, а время пауз меньше необходимого для остывания машины до практически холодного состояния. Продолжительность включений (ПВ) уста-

Рис. 3.2. Изменение нагрузки, потерь и температуры

a-Sl; 6-S2; в-S3; г - S4;

электрических машин при различных режимах работы d-S5, e-S6, ж-SI, 3-S8

навливается в процентах продолжительности одного цикла работы, включающего в себя время работы и время паузы. Продолжительность включения для всех повторно-кратковременных режимов принята равной 15, 25, 40 и 60% продолжительности одного цикла.

В повторно-кратковременном режиме S3 продолжительность цикла установлена равной 10 мин.

Работа машины и паузы периодически чередуются. Продолжительность включения, %, определяется по формуле

где N, R — время (продолжительность) работы и паузы, с.

Характер изменения потерь и нагрева машины во времени при режиме работы S3 иллюстрирует рис. 3.2, в.

В условном обозначении режима указывают продолжительность включения в процентах; например S3-25%, S3-40%. Для режима S3 предполагается отсутствие влияния на нагрев машины увеличения потерь за время пуска, так как продолжительность пускового периода много меньше периода работы машины.

Повторно-кратковременный режим S4 определяет эксплуатацию машины с частыми пусками, при которых длительность одного цикла определяется числом включений в час: 30, 60, 120 или 240 при определенном коэффициенте инерции FI, равном 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4,0; 6,3 или 10. Коэффициент инерции — это отношение суммы момента инерции ротора и приведенного к валу двигателя момента инерции приводного механизма к моменту инерции ротора.

В условном обозначении режима указывается продолжительность включения в процентах, число включений в час и коэффициент инерции, например S4 —25%, 120 включений в час, FI — 2,0. Это означает, что двигатель при коэффициенте инерции FI = 2,0 рассчитан на работу при 120 включениях в час, длительность каждого цикла составляет 60/120 = 0,5 мин, из которых время пуска (D) и время работы (N) составляет 25%, т. е. 7,5 с, а время паузы (К) — 22,5 с.

Из-за малой длительности каждого цикла время пуска (разгона) машины соизмеримо с временем ее работы, поэтому увеличение потерь в пусковом периоде оказывает непосредственное влияние на нагрев машины (рис. 3.2, г). Времена пуска, работы и паузы связаны следующим соотношением, %:

Повторно-кратковременный режим с частыми пусками и электрическим торможением (S5) отличается от рассмотренного тем, что в конце каждого цикла происходит электрическое торможение двигателя. Эксплуатация двигателей рассчитана при коэффициентах инерции FI, равных 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; и 4,0. Продолжительность включения, %, определяется из соотношения

где N — время работы с неизменной нагрузкой; V— время холостого хода.

В условном обозначении режима указывается ПН в процентах, например S6—40%.

В перемежающемся режиме с частыми реверсами при электрическом торможении (S7) длительность цикла работы определяется числом включений в час — 30, 60, 120 или 240 при определенном коэффициенте инерции FI - 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 или 4,0. Из-за малой длительности неизменной нагрузки потери в пусковые периоды и во время реверсов оказывают существенное влияние на нагрев частей двигателя (рис. 3.2, ж). В условном обозначении указываются число включений в час и коэффициент инерции, на-

где D — время пуска; N — время работы; F — время электрического торможения; R — пауза. Число включений в час принято таким же, как и в режиме S4 (рис. 3.2, д).

В условном обозначении режима указывают продолжительность включения, %, число включений в час и коэффициент инерции, например S5 —40%, 60 включений в час, FI - 1,2.

В перемежающемся режиме периоды работы при определенных нагрузке и частоте вращения чередуются с периодами холостого хода двигателя, или реверсами при электрическом торможении, или с работой при другой частоте вращения. Продолжительность работы с неизменной нагрузкой (ПН) определяется в процентах длительности одного цикла - 15, 25, 40 или 60%.

В перемежающемся режиме (S6) длительность одного цикла принята 10 мин. Влияние пусковых потерь на нагрев частей двигателя не учитывается (рис. 3.2, е), Нагрузка двигателя перемежается с холостым ходом двигателя. Продолжительность нагрузки, %, определяется по формуле

пример S7 — 120 включений в час, FI — 2,5. В перемежающемся режиме с двумя и более частотами вращения (S8) определена последовательная смещ периодов работы с неизменной нагрузкой на одной частоте вращения, периодами работы на другой частоте вращения с иной, но также неизменной нагрузкой, соответствующей этой частоте. Режим определяется числом циклов в час — 30, 60, 120 или 240, коэффициентом инерции FI = 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 и 4,0 и относительной (в процентах к длительности цикла) продолжительностью нагрузки на каждой из частот вращения (ПН,, ПН₂, ...), которая рассчитывается по формулам

где !>! — время разгона; N_lt N₂, N₃ — время работы; Fj, F₂, F₃ ~ время электрического торможения на каждой из частот вращения.

Изменение потерь двигателя при переходе на другую частоту вращения с другой нагрузкой и при электрическом торможении оказывает существенное влияние на нагрев частей машины (рис. 3.2, з).

В условном обозначении режима указываются число включений в час, коэффициент инерции, нагрузка, соответствующая каждой из частот вращения, и ее относительная продолжительность в процентах общей длительности цикла, которая устанавливается по соглашению между заказчиком и изготовителем. Примеры обозначений: S8 — 60 включений в час. FI - 2,0; 22 кВт; 740 об/мин; 40%; 55 кВт; 1470 об/мин; 60%.

При эксплуатации машин в повторно-кратковременных или перемежающихся режимах с указанными в паспорте продолжи-тельностями включения и нагрузки, коэффициентом инерции FI и числом пусков в час практически повторяющаяся температура их частей не превышает допустимую, установленную для данного типа машины и класса нагревостойкости ее изоляции.

Возможность эксплуатации машины в измененном по сравнению с паспортным режиме, например с иными ПВ или ПН, числом пусков в час или с другим F_v при одновременном изменении рабочей нагрузки рассматривается в § 6.3.

Кроме основных режимов работы элек-

трических машин (SI— S8), регламентированных ГОСТ 183-74, в практике эксплуатации электрических двигателей можно выделить режим кратковременной нагрузки с продолжительностью включения, существенно меньшей 10 мин, режим чередующихся реверсов, характерный, в частности, для рольганговых двигателей, и режим стохастической нагрузки, характерный для гор-но-шахтного и бурильного оборудования.

Режим кратковременной нагрузки с малой продолжительностью рабочего цикла является частным случаем режимов S2, S3 и отличается от них тем, что время работы в этом режиме соизмеримо с временем пуска двигателя. В связи с этим потери в двигателе необходимо рассматривать как функции времени, а не как постоянные величины.

Режим чередующихся реверсов относится к режиму S7, но отличается от него симметричным графиком мощности при различном направлении вращения. Кроме того, рабочий цикл по времени соизмерим с временем реверса, и поэтому при расчете потерь необходимо учитывать апериодические составляющие тока и магнитного потока.

Резким стохастической (случайной) нагрузки характеризуется вероятностными характеристиками момента нагрузки (сопротивления) на валу:

математическим ожиданием (МО), характеризующим среднее значение нагрузочного момента;

дисперсией или среднеквадратичным отклонением (СКО), оценивающим разброс значений М„ относительно МО;

корреляционной функцией, устанавливающей связь между сечениями случайного процесса М_я (t);

плотностью распределения вероятности М„.

Эти характеристики определяются согласно ГОСТ 11.004-84 и ГОСТ 11.006-74.

В отличие от предыдущих режимов график случайной нагрузки не может быть выражен детерминированной функцией времени. Поэтому и тепловое состояние двигателя оценивается вероятностными характеристиками случайной функции нагрева во времени.

Все виды стохастических нагрузок в основном представляются как стационарные случайные процессы, т. е. такие процессы, которые имеют постоянное значение МО, СКО и корреляционную функцию, зависящую лишь от временного интервала между сечениями случайного процесса.

Для этого режима характерно то, что все переменные двигателя — ток, потери,

КПД, cos ф и др. — характеризуются не только своими средними значениями, но и диапазоном изменения случайной составляющей этих величин относительно своего среднего значения. В частном случае при нулевом отклонении случайной составляющей момента нагрузки от его среднего значения режим стохастической нагрузки сводится к одному из режимов SI —S8.