3.3. Режими роботи електричних машин
Нагрівання конкретної електричної машини залежить від режиму її роботи, т. Е. Від співвідношення тривалості періодів роботи і пауз між ними або періодів роботи з повної і часткової навантаженням, від частоти включення машини і характеру протікання перехідних процесів. Для різних режимів роботи електричних машин ГОСТ встановлює наступні терміни.
Практично незмінна навантаження машини - навантаження, при якій відхилення струму і напруги якоря і потужності машини від заданого режиму не перевищує + 3%, а струму збудження і частоти - не більше ± 1%.
Практично незмінна температура охолоджуючої середовища - температура охолоджуючої газоподібного середовища, що змінюється протягом однієї години не більше ніж на 1 ° С, або температура охолоджуючої рідкого середовища (при безпосередньому охолодженні), що змінюється протягом 1 год не більше ніж на 0,5 "С.
Практично встановилася температура частин електричної машини - температура, зміна якої протягом 1 год не перевищує 1 ° С за умови, що навантаження
машини та температура охолоджуючої середовища залишаються практично незмінними.
Практично повторюється температура будь-якої частини електричної машини при повторно-короткочасних або перемежовуються режимах робіт - температура в кінці робочого періоду або в кінці паузи, зміна якої від одного робочого періоду до іншого не перевищує 2 ° С протягом 1 год роботи машини за умови, що навантаження машини під час робочих періодів, тривалість включення, тривалість навантаження і пауз, а також температура охолоджуючої середовища залишаються практично незмінними.
За часом включення машини, співвідношення тривалості роботи і пауз, а також за характером зміни навантаження режими роботи електричних машин поділяють на тривалий, короткочасний, повторно-короткочасний і перемежовується.
Тривалим режимом (умовне позначення S1) називають режим, при якому час роботи машини при практично незмінних навантаженні і температурі охолоджуючої середовища досить для нагрівання всіх її частин до практично сталою температури. Режим характеризується незмінними втратами (рис. 3.2, а) протягом всього часу роботи машини.
Короткочасним режимом роботи (S2) називають режим, при якому періоди незмінною навантаження чергуються з періодами відключення машини (рис. 3.2,6), причому за час роботи температура частин машини не встигає досягти сталого значення, а за час пауз (відключення машини) машина охолоджується до практично холодного стану, т. е. до практично сталою температури, що відрізняється від температури охолоджуючої середовища не більше ніж на 1 ° С. Встановлена ГОСТ тривалість періодів роботи в даному режимі - 10, 30, 60 і 90 хв. Вона повинна бути вказана в умовному позначенні режиму роботи, наприклад S2 -30 хв, S2 - 60 хв.
Повторно-короткочасний режим відрізняється від короткочасного регламентованими тривалістю включення під незмінну навантаження і тривалістю періодів відключення (пауз), причому час роботи машини завжди менше часу, необхідного для нагрівання її частин до сталої температури, а час пауз менше необхідного для охолодження машини до практично холодного стану . Тривалість включень (ПВ) уста-
Мал. 3.2. Зміна навантаження, втрат і температури
a-Sl; 6-S2; в-S3; г - S4;
електричних машин при різних режимах роботи d-S5, e-S6, ж-SI, 3-S8
новлюється в процентах тривалості одного циклу роботи, що включає в себе час роботи і час паузи. Тривалість включення для всіх повторно-короткочасних режимів прийнята рівною 15, 25, 40 і 60% тривалості одного циклу.
У повторно-короткочасному режимі S3 тривалість циклу встановлена рівної 10 хв.
Робота машини і паузи періодично чергуються. Тривалість включення,%, визначається за формулою
де N, R - час (тривалість) роботи і паузи, с.
Характер зміни втрат і нагріву машини в часі при режимі роботи S3 ілюструє рис. 3.2, в.
В умовному позначенні режиму вказують тривалість включення в процентах; наприклад S3-25%, S3-40%. Для режиму S3 передбачається відсутність впливу на нагрів машини збільшення втрат за час пуску, так як тривалість пускового періоду багато менше періоду роботи машини.
Повторно-короткочасний режим S4 відповідальна за експлуатацію машини з частими пусками, при яких тривалість одного циклу визначається числом включень в годину: 30, 60, 120 або 240 при певному коефіцієнті інерції FI, рівному 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4,0; 6,3 або 10. Коефіцієнт інерції - це відношення суми моменту інерції ротора і приведеного до валу двигуна моменту інерції приводного механізму до моменту інерції ротора.
В умовному позначенні режиму вказується тривалість включення в процентах, число включень на годину і коефіцієнт інерції, наприклад S4 -25%, 120 включень на годину, FI - 2,0. Це означає, що двигун при коефіцієнті інерції FI = 2,0 розрахований на роботу при 120 включених в годину, тривалість кожного циклу становить 60/120 = 0,5 хв, з яких час пуску (D) і час роботи (N) становить 25 %, т. е. 7,5 с, а час паузи (К) - 22,5 с.
Через малої тривалості кожного циклу час пуску (розгону) машини порівнянно з часом її роботи, тому збільшення втрат в пусковому періоді безпосередньо впливає на нагрів машини (рис. 3.2, г). Часи пуску, роботи і паузи пов'язані наступним співвідношенням,%:
Повторно-короткочасний режим з частими пусками і електричним гальмуванням (S5) відрізняється від розглянутого тим, що в кінці кожного циклу відбувається електричне гальмування двигуна. Експлуатація двигунів розрахована при коефіцієнтах інерції FI, рівних 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; і 4,0. Тривалість включення,%, визначається зі співвідношення
де N - час роботи з незмінним навантаженням; V- час холостого ходу.
В умовному позначенні режиму вказується ПН у відсотках, наприклад S6-40%.
У переміжному режимі з частими реверсами при електричному гальмуванні (S7) тривалість циклу роботи визначається числом включень в годину - 30, 60, 120 або 240 при певному коефіцієнті інерції FI - 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 або 4,0. Через малої тривалості незмінною навантаження втрати в пускові періоди і під час реверсів істотно впливають на нагрівання частин двигуна (рис. 3.2, ж). В умовному позначенні вказуються число включень на годину і коефіцієнт інерції, на-
де D - час пуску; N - час роботи; F - час електричного гальмування; R - пауза. Число включень в годину прийнято таким же, як і в режимі S4 (рис. 3.2, д).
В умовному позначенні режиму вказують тривалість включення,%, число включень на годину і коефіцієнт інерції, наприклад S5 -40%, 60 включень на годину, FI - 1,2.
У переміжному режимі періоди роботи при певних навантаженні і частоті обертання чергуються з періодами холостого ходу двигуна, або реверсами при електричному гальмуванні, або з роботою при іншій частоті обертання. Тривалість роботи з незмінним навантаженням (ПН) визначається у відсотках тривалості одного циклу - 15, 25, 40 або 60%.
У переміжному режимі (S6) тривалість одного циклу прийнята 10 хв. Вплив пускових втрат на нагрівання частин двигуна не враховується (рис. 3.2, е), Навантаження двигуна перемежовується з холостим ходом двигуна. Тривалість навантаження,%, визначається за формулою
приклад S7 - 120 включень на годину, FI - 2,5. У переміжному режимі з двома і більше частотами обертання (S8) визначена послідовна зміщений періодів роботи з незмінним навантаженням на одній частоті обертання, періодами роботи на іншій частоті обертання з іншої, але також незмінним навантаженням, що відповідає цій частоті. Режим визначається числом циклів в годину - 30, 60, 120 або 240, коефіцієнтом інерції FI = 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 і 4,0 і відносної (у відсотках до тривалості циклу) тривалістю навантаження на кожній з частот обертання (ПН. ПН2.), Яка розраховується за формулами
час електричного гальмування на кожній з частот обертання.
Зміна втрат двигуна при переході на іншу частоту обертання з іншого навантаженням і при електричному гальмуванні має суттєвий вплив на нагрів частин машини (рис. 3.2, з).
В умовному позначенні режиму вказуються число включень на годину, коефіцієнт інерції, навантаження, відповідна кожної з частот обертання, і її відносна тривалість у відсотках загальної тривалості циклу, яка встановлюється за згодою між замовником і виготовлювачем. Приклади позначень: S8 - 60 включень на годину. FI - 2,0; 22 кВт; 740 об / хв; 40%; 55 кВт; 1470 об / хв; 60%.
При експлуатації машин в повторно-короткочасних або перемежовуються режимах із зазначеними в паспорті Продовж-ність включення і навантаження, коефіцієнтом інерції FI і числом пусків в годину практично повторюється температура їх частин не перевищує допустиму, встановлену для даного типу машини і класу нагрівостійкості її ізоляції.
Можливість експлуатації машини в зміненому в порівнянні з паспортними режимі, наприклад з іншими ПВ або ПН, числом пусків в годину або з іншим Fv при одночасній зміні робочого навантаження розглядається в § 6.3.
Крім основних режимів роботи електро-
тричних машин (SI- S8), регламентованих ГОСТ 183-74, в практиці експлуатації електричних двигунів можна виділити режим короткочасного навантаження з тривалістю включення, істотно меншою 10 хв, режим чергуються реверсів, характерний, зокрема, для рольгангових двигунів, і режим стохастичною навантаження , характерний для гір-но-шахтного і бурильного устаткування.
Режим короткочасного навантаження з малою тривалістю робочого циклу є окремим випадком режимів S2, S3 і відрізняється від них тим, що час роботи в цьому режимі можна порівняти з часом пуску двигуна. У зв'язку з цим втрати в двигуні необхідно розглядати як функції часу, а не як постійні величини.
Режим чергуються реверсів відноситься до режиму S7, але відрізняється від нього симетричним графіком потужності при різному напрямку обертання. Крім того, робочий цикл за часом можна порівняти з часом реверсу, і тому при розрахунку втрат необхідно враховувати апериодические складові струму і магнітного потоку.
Різким стохастичною (випадкової) навантаження характеризується імовірнісними характеристиками моменту навантаження (опору) на валу:
математичним очікуванням (МО), що характеризує середнє значення моменту навантаження;
дисперсією або середньоквадратичним відхиленням (СКВ), які оцінюватимуть розкид значень М "щодо МО;
кореляційної функцією, яка встановлює зв'язок між перетинами випадкового процесу Мене (t);
щільністю розподілу ймовірності М ".
Ці характеристики визначаються відповідно до ГОСТ 11.004-84 та ГОСТ 11.006-74.
На відміну від попередніх режимів графік випадкової навантаження не може бути виражений детермінованою функцією часу. Тому і тепловий стан двигуна оцінюється імовірнісними характеристиками випадкової функції нагріву в часі.
Всі види стохастичних навантажень в основному видаються як стаціонарні випадкові процеси, т. Е. Такі процеси, які мають постійне значення МО, СКО та кореляційну функцію, залежну лише від тимчасового інтервалу між перетинами випадкового процесу.
Для цього режиму характерно те, що всі змінні двигуна - струм, втрати,
ККД, cos ф та ін. - характеризуються не тільки своїми середніми значеннями, але і діапазоном зміни випадкової складової цих величин щодо свого середнього значення. В окремому випадку при нульовому відхиленні випадкової складової моменту навантаження від його середнього значення режим стохастичною навантаження зводиться до одного з режимів SI -S8.