Общие сведения о нагревании двигателей и нагрузочных диаграммах электроприводов

При электромеханическом преобразовании энергии в двигателе часть ее превращается в тепло, в результате чего двигатель во время работы нагревается. Допустимый нагрев двигателя определяется теплостойкостью применяемых для изоляции его обмоток изоляционных материалов. Он лимитируется допустимой температурой нагрева этих материалов. Отдача части тепла, выделяемого в двигателе, в окружающую среду ограничивает его нагрев и повышение температуры двигателя по истечение некоторого времени прекращается (при данной нагрузке). Наступает установившийся тепловой режим, при котором количество тепла, выделяемого в двигателе, равно количеству тепла, отдаваемого в окружающую среду (если нагрузка двигателя остается неизменной).

Изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах, делятся на следующие классы теплостойкости:

Соблюдение установленных ограничений по допустимой температуре нагрева обеспечивает срок службы изоляции электрических машин 15-20 лет.

Небольшое превышение t°_доп не означает, конечно, что двигатель сразу выйдет из строя. Однако оно приведет к интенсивному старению изоляции и сокращению срока эксплуатации машины из-за потери диэлектрической прочности изоляции.

Предельные температуры обмоток двигателей с изоляцией различных классов достигается при номинальной нагрузке и температуре окружающей среды 40°C.

При выборе двигателей по мощности в качестве исходных данных необходимо знать, как должна изменяться скорость электропривода во время рабочего процесса и как при этом изменяется во времени М_с механизма. Зависимости w_м=f(t) и М_с=f(t) называются, соответственно, тахограммой и нагрузочной диаграммой механизма. Эти зависимости при проектировании электропривода являются либо заданными, либо в задании на проектирование должны содержаться данные, достаточные для их расчета и построения. Они являются основой для расчета и построения нагрузочной диаграммы электропривода, т.е. зависимости электромагнитного момента двигателя от времени М=f(t). Под нагрузочной диаграммой электропривода понимается также зависимость P=f(t) и I=f(t).

Все многообразие производственных механизмов с точки зрения режимов работы электропривода можно разделить на механизмы непрерывного и механизмы циклического действия. Механизмы непрерывного действия характеризуются продолжительным режимом работы двигателя при неизменной заданной средней скорости w_ср=const. Время пуска и торможения электропривода таких механизмов ничтожно мало по сравнению с общим временем работы, на нагрев двигателя оно влияния не оказывает и при построении нагрузочных диаграмм может не учитываться. Тахограмма заданной скорости имеет вид прямой 1 (рис. 6.1.1).

Зависимости М_с=f(t) для механизмов непрерывного действия можно подразделить на следующие типовые группы:

1. Механизмы с постоянной нагрузкой М_с=const.

2. Механизмы с переменной циклической нагрузкой М_с=f(t), регулярно повторяющейся в течение длительного времени.

3. Механизмы с переменной циклической нагрузкой, зависящей от пути М_с=f(S).

4. Механизмы со случайным характером нагрузки.

Для рассматриваемой группы механизмов типовая зависимость М_с=f(t) в общем случае имеет вид циклической кривой 2 (см. рис. 6.1.1). Частным случаем этой зависимости является работа с М_с=const (прямая 3). Обычно для удобства расчетов реальная зависимость М_с=f(t) заменяется ступенчатой (ломанная 4).

На изменение нагрузки электропривод реагирует изменением скорости двигателя и для достаточно удаленного от начала работы установившегося режима тахограмма w=f(t) имеет вид кривой 5. Изменения скорости вызывают М_дин и, как следствие, нагрузочная диаграмма электропривода (двигателя) всегда отличается (кривая 6) от нагрузочной диаграммы 2 механизма, т.к. механическая инерция привода оказывает на нагрузку двигателя сглаживающее действие.

Общим признаком механизмов циклического действия является наличие одного или нескольких включений двигателя и соответствующего числа пауз в каждом цикле, причем на отдельных участках цикла работы возможно и изменение направления вращения механизма. В виде примера на рис. 6.1.2 изображена диаграмма M_c=f(t) и тахограмма w=f(t) механизма циклического действия (ломаная 1 и 2), а также нагрузочная диаграмма электропривода (ломаная 3). Из сравнения данного рисунка с предыдущим, можно сделать вывод, что механическая инерция электропривода механизмов циклического действия является фактором, увеличивающим нагрузку двигателя.