Процесс теплообмена в электродвигателе зависит:
а) от величины нагрузки;
б) от тепловых параметров,
в) от характера нагрузки, т.е. от её распределения во времени.
Характер нагрузки имеет столь существенное значение, что двигатели изготавливаются с расчётом на работу в определённых условиях. Стандартом предусмотрено восемь номинальных режимов работы S 1… S 8. самые востребованные - первые три. Остальные, по сути, являются развитием и уточнением режима S 3, до недавнего времени они не входили в нормативные документы.
Продолжительный режим(S1) соответствует работе двигателя с постоянной нагрузкой P = const и мощностью потерь Δ P = const. При этом двигатель нагревается до установившейся температуры θу. В таком режиме обычно работают приводы насосов, вентиляторов, компрессоры, бумагоделательные машины и др.
При кратковременном режиме(S2) время работы t р двигателя меньше 3 T н, поэтому он не успевает нагреться до установившейся температуры. Длительность паузы в работе при кратковременном режиме такова, что двигатель охлаждается до температуры окружающей среды. Этот режим характерен для приводов различных механизмов: шлюзов, разводных мостов, серводвигателей бортовых систем и др.
Повторно-кратковременный режим(S3) соответствует циклической работе двигателя, при которой за время работы tр он не достигает установившейся температуры θу, а за время паузы tо – не охлаждается до температурыокружающей среды. Главной характеристикой повторно-кратковременногорежима является продолжительность включения двигателя.
Номинальными продолжительностями включения являются 15%, 25%, 40% и60%. Мощность, ток и скорость вращения, указанные в справочных данныхдвигателей, рассчитанных на работу в повторно-кратковременном режиме,соответствуют определённой продолжительности включения. Типичнымимеханизмами с повторно-кратковременным режимом работы являются краны, различные металло- и деревообрабатывающие станки и т.п.
Выбор мощности двигателя для привода является важнейшей задачей,т.к. завышение мощности приводит не только к лишним затратам при егоприобретении, но также к дополнительным эксплуатационным расходам,связанным с работой двигателя при низком КПД. С другой стороны, занижение мощности уменьшает производительность оборудования и может привести к отказу двигателя в работе. Кроме того, даже небольшое занижениемощности приводит к повышению рабочей температуры, что существенно
уменьшает надёжность привода и сокращает время наработки на отказ. Например, повышение рабочей температуры изоляции на 8…10 °С вызывает еёускоренное старение и вдвое сокращает срок службы.
При длительном режиме работы мощность двигателя Pд выбирают помощности приводимого в движение механизма P из условия Pд ≥ P. При этом мощность Pд должна быть ближайшей из серии двигателейданного типа.
В случае длительногорежима работы с переменной нагрузкой мощность двигателя рассчитывают методом средних потерь по нагрузочной диаграмме. Для этого сначала по среднему значению мощности нагрузкивыбирают двигатель Pд ≈ (1,1…1,3)Pср.
Затем по справочным данным зависимости КПД двигателя от нагрузкиη(P/ Pном)
(рис. 13.6, б) определяют потери в двигателе для каждого интервала работы с постоянной мощностью нагрузки, где ηk – КПД двигателя на k-м интервале, и рассчитывают среднее значениепотерь.
Если ΔPср ≈ ΔPном, то выбор сделан правильно. В противном случае выбирают следующий двигатель из серии и повторяют расчёт.
Метод средних потерь точен, но трудоёмок. Его можно заменить приближёнными методами, если выполняются какие-либо дополнительные условия работы привода.
Если потери в стали, механические потери и сопротивления обмоток несущественно изменяются при изменении нагрузки, что эквивалентно условиям
Ф ≈ const, n ≈ constи R ≈ const,
то средние потери будут пропорциональны квадрату тока, потребляемого двигателем. Тогда двигатель можно выбрать методом эквивалентного тока.
В случае, если момент двигателя пропорционален току, например, в двигателе постоянного тока с магнитоэлектрическим возбуждением и нагрузка задана вращающим моментом, то выбор удобнее производить по эквивалентному моменту нагрузки.
Методы эквивалентного тока и момента используются в основном дляпредварительного выбора двигателя. Для этой цели, если n ≈ const, можноиспользовать также метод эквивалентной мощности.
При кратковременном режиме работы двигатель в течение времени tрработает с нагрузкой мощностью P (рис. 13.7), а затем отключается и охлаждается до температуры окружающей среды.
Привыборе двигателя по условию Pд = P он не успеетза время работы tр достичь допустимого превышения температуры θдоп = ΔPном / A
(кривая 1 нарис. 13.7), т.е. двигатель будет недоиспользованпо нагреву. Поэтому нужно выбрать двигательменьшей мощности Pд< P так, чтобы за время работы он достиг допустимой температуры.
Коэффициент тепловой перегрузки определяется соотношением времени работы tр и постоянной времени нагрева Tн.
Двигатели, предназначенные для кратковременной работы, выпускаютсяс нормированным значением продолжительности работы tр =10, 30, 60, 90мин. Следовательно, выбранный по каталогу двигатель может быть загруженноминальной мощностью в течение указанного времени и будет полностьюиспользован по нагреву.
При повторно-кратковременном режиме работы выбор мощности двигателя производится в соответствии с продолжительностью включения. Еслипродолжительность включения меньше минимального стандартного значения 15%, то выбор двигателя производится так же, как для кратковременногорежима. В случае продолжительности включения больше, чем 60%, двигатель выбирают как для продолжительного режима работы. При соответствиинагрузочной диаграммы режиму S3 и стандартном значении продолжительности включения выбор двигателя производится просто по каталогу.
На практике часто встречаются режимы работы, когда за время включения меняется мощность нагрузки (рис. 13.8, а). Тогда нагрузочная диаграммавначале приводится к стандартному виду S3. Для этого по выражению подсчитывают эквивалентную мощность Pэ, а также суммарное время включённого Σtр и отключённого Σtосостояний. Затем определяется расчётнаяпродолжительность включения.