Проверка двигателей по нагреву прямым методом

Проверка двигателей по нагреву прямым методом

Электрический двигатель при работе может нагреваться лишь до определенной, допустимой температуры, определяемой в пер­вую очередь нагревостойкостью применяемых изоляционных ма­териалов. Соблюдение установленных заводом-изготовителем ог­раничений по допустимой температуре нагрева, заложенных в пас­портные данные двигателя, обеспечивает нормативный срок его службы в пределах 15-20 лет. Превышение допустимой темпера­туры ведет к преждевременному разрушению изоляции обмоток и сокращению срока службы электрических двигателей. Так, превы­шение допустимой температуры нагрева на 8 о -10 о С сокращает срок службы изоляции класса А вдвое.

В современных двигателях применяется изоляция нескольких классов, допустимая (нормативная) температура нагрева которой составляет: класса А — до 105°С, Е — до 120°С, В — до 130°С, F — до 155°С, Н — до 180°С, С — свыше 180°С.

В настоящее время при изготовлении электрических двигателей применяется в основном изоляция классов В, F и Сущность проверки двигателя по нагреву состоит в сопоставле­нии допустимой для него температуры с его температурой при ра­боте. Очевидно, что если рабочая температура не превышает допу­стимую, то двигатель работает в допустимом тепловом режиме, и наоборот. Обычно оценивается не абсолютная температура, а так называемый перегрев τ, который представляет собой разность тем­ператур двигателя t о и окружающей среды t о _o.с

τ = t о — t о _o.c.

При выполнении тепловых расчетов берется стандартная тем­пература окружающей среды, равная 40 °С, которой соответствует номинальная мощность двигателя, указанная на его щитке. При более низкой температуре окружающей среды двигатель может быть нагружен несколько выше номинальной мощности, а при более вы­сокой температуре его нагрузка должна быть снижена или следует предпринять меры по дополнительному его охлаждению или заме­не на более мощный двигатель.

Двигатель будет работать в допустимом тепловом режиме при выполнении условия

В связи с трудностью проведения точного анализа при иссле­довании тепловых процессов в двигателях обычно принимаются следующие допущения: двигатель рассматривается как однород­ное тело, имеющее бесконечно большую теплопроводность и оди­наковую температуру во всех своих точках; теплоотдача во вне­шнюю среду пропорциональна первой степени разности темпера­тур двигателя и окружающей среды; окружающая среда обладает бесконечно большой теплоемкостью, т.е. в процессе нагрева дви­гателя ее температура не изменяется; теплоемкость двигателя и ко­эффициент его теплоотдачи не зависят от температуры. При этих условиях можно записать следующее исходное уравнение тепло­вого баланса:

ΔPdt = Aτdt + Cdτ,

где ΔP — потери мощности в двигателе, Вт; А — теплоотдача двига­теля, Дж/(с∙°С);

С — теплоемкость двигателя, Дж/°С.

Решение уравнения теплового баланса имеет вид

где τ_уст = ΔР/А — установившееся превышение температуры двига­теля, о С;

Т_т = С/А — тепловая постоянная времени нагрева или ох­лаждения двигателя, с; τ_нач — начальный перегрев двигателя, °С.

Выражение (266) может быть использовано для исследования теплового режима двигателя, как при его нагреве, так и при охлаж­дении. Необходимо лишь подставлять соответствующие значения τ_уст, τ_нач и соответствующую тепловую постоянную времени Т_т — на­грева или охлаждения.

Процессы нагрева и охлаждения некоторых типов двигателей могут характеризоваться различными тепловыми постоянными вре­мени. Связано это с тем, что тепловая постоянная времени, харак­теризующая процесс изменения температуры, обратно пропорцио­нальна теплоотдаче двигателя. Поэтому если при охлаждении дви­гателя, вызванном его остановом, условия его теплоотдачи изме­няются, то изменяется и постоянная времени.

Количественно ухудшение теплоотдачи характеризуется коэф­фициентом ухудшения теплоотдачи при неподвижном роторе

где А, А_н — теплоотдача соответственно при неподвижном двигате­ле и номинальной скорости его вращения.

Приведем примерные значения коэффициента β для двигателей:

— с независимой вентиляцией ……………1,0;

— без принудительного охлаждения ……..0,95. 0,98;

— самовентилируемых …………………..0,45. 0,55;

— защищенных самовентилируемых ……..0,25. 0,35.

Постоянная времени охлаждения двигателя Т с учетом (267) свя­зана с постоянной времени нагрева Т_н следующим соотношением: Т = T_н/β. Так как β Т_н, т.е. охлаждение неподвижного двигателя происходит медленнее, чем нагрев.

Время достижения перегревом своего устано­вившегося значения зависит от постоянной времени нагрева дви­гателя. Так как теплоемкость двигателя пропорциональна его объему, а теплоотдача — площади поверхности, то двигатели боль­шей мощности, имеющие большие габаритные размеры, имеют, как правило, и большую постоянную времени нагрева. Обычно постоянная времени нагрева лежит в пределах от нескольких ми­нут до нескольких часов.

Порядок проверки электродвигателей по нагреву прямым мето­дом состоит в следующем. По графику нагрузки двигателя опреде­ляются потери мощности на отдельных участках цикла работы и на­ходятся значения установившегося перегрева на каждом из них по формуле τ_{уст i} = ΔР_i/А_i. Далее для участков работы (нагрева) и пауз (охлаждения) двигателя определяют­ся постоянные времени нагрева и ох­лаждения. Затем по формуле (266) для каждого участка цикла строится кривая перегрева τ(t), при этом на­чальным значением τ_начi на каждом участке является конечное значение τ_{кон (i-1)} на предыдущем участке.

По построенной таким образом кривой перегрева τ(t) находится его максимальное или среднее значение и проверяется выполнение условия (266).

Дата добавления: 2019-02-08 ; просмотров: 620 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Расчет мощности электродвигателей механизмов металлорежущих станков токарной группы

При расчете мощности электродвигателя с регулированием скорости необходимо учитывать механическую характеристику механизма.

Для механизма главного движения, где осуществляется двухзонное регулирование скорости: с постоянным моментом и постоянной мощностью, мощность электродвигателя рассчитывается по формуле

где: Ммакс — максимальное сопротивление при продолжительной нагрузке и максимальное эквивалентное сопротивление при повторно-кратковременной нагрузке; ωн — максимальная скорость при регулировании с постоянным моментом (при номинальном потоке).

Для привода подач мощность определяется, исходя из максимального эквивалентного момента и максимальной скорости. При большом диапазоне регулирования скорости целесообразно применять электродвигатели с независимой вентиляцией или закрытого типа. При применении электродвигателя с самовентиляцией необходимо учитывать ухудшение его охлаждения на малых скоростях.

Для нерегулируемых двигателей, как правило, работающих в режиме S6 (если цикл не превышает 10 мин) расчет мощности осуществляется следующим образом.

Мощность электродвигателя для каждой операции определяется по формуле:

где: Pzi, η — мощность резания и кпд станка соответственно.

Кпд в зависимости от нагрузки определяется, исходя из потерь мощности, принимая за основу выражение:

где: Рнz — номинальная мощность резания; α и β — коэффициенты постоянных и переменных потерь.

С учетом коэффициент загрузки

Коэффициент полезного действия станка

Разделение потерь для определения кпд при любой нагрузке дает

Ориентировочно для практических расчетов принимается

Для приводов главного движения токарных, фрезерных, сверлильных станков кпд при постоянной нагрузке составляет 0,7. 0,8, для шлифовальных станков 0,8. 0,9. Мощность электродвигателя при холостом ходе станка определяется по формуле:

Продолжительность операции для каждого перехода определяется по формуле:

где: l — длина перехода, мм; S — подача, мм/об; n — скорость вращения шпинделя, об/мин.

Время на установку и снятие детали принимается равным 1-3 мин. По расчетной мощности и времени для каждой операции строится нагрузочная диаграмма и определяется эквивалентная мощность.

При применении электропривода с регулированием скорости при выборе двигателя по мощности берется наиболее тяжелый режим работы, как по нагрузке, так и по частоте включений в час.

Предварительный выбор электродвигателя в этом случае производят по эквивалентному моменту с учетом коэффициента запаса на динамику в пределах Kд=1,1-1,5 и наиболее вероятной продолжительности включения.

где: βi — коэффициент, учитывающий ухудшение охлаждения электродвигателя на i-м интервале при снижении скорости ниже номинальной;

βо- коэффициент ухудшения теплоотдачи при неподвижном якоре; ПВР, ПВст — расчетное и стандартное значение продолжительности включения.

Мощность двигателя определяется из формулы

Затем производится проверка на перегрузочную способность и на нагрев с учетом реального момента инерции двигателя, заготовки и механических частей станка.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Теплоотдача — двигатель

При включении двигателя в сеть и наличии на его валу нагрузки, происходит его нагрев, зависящий от тепловых потерь АР, времени нагрева /, теплоемкости С и теплоотдачи двигателя А. [16]

Дж / ч; т — время, в течение которого подводится тепло, ч; Сдв — общая теплоемкость двигателя, Дж / К, t — температура двигателя, К; а — коэффициент теплоотдачи двигателя Вт / ( м — К); F — поверхность теплоотдачи, м2; 1окР — температура окружающего воздуха, К. [17]

При таком режиме работы выбор мощности двигателя из серии, предназначенной для работы в продолжительном режиме, производится так же, как и при продолжитель — л) ной работе с переменной нагрузкой, с той лишь разницей, что принимается во внимание ухудшение теплоотдачи двигателя . Изменение условий охлаждения учитывается соответствующими коэффициентами, которые ставятся перед временами паузы, пуска и торможения в выражениях эквивалентных величин. [18]

Отметим, что при реостатном управлении потери в меди статора и ротора асинхронного двигателя (2.10) не зависят от скольжения двигателя, а определяются только моментом двигателя, следовательно, во всем диапазоне скоростей допустимый по нагреву момент равен номинальному моменту двигателя, если не учитывать ухудшения теплоотдачи самовентилируемых двигателей . [19]

Здесь ПВ — относительная продолжительность включения, определяемая для режимов S4 и S5 ( по 5.11) и (5.12); ДЯТ НОМ — мощность тепловых потерь в двигателе, соответствующая его номинальному режиму; АРТ — мощность тепловых потерь при работе двигателя с установившейся скоростью, определяемая статической нагрузкой; ро — коэффициент ухудшения теплоотдачи неподвижного двигателя ( ш 0); tn, tT — время пуска и торможения электропривода; Л № п, Д WT — энергия тепловых потерь в двигателе за периоды пуска и торможения. [20]

Теплоотдача двигателя равна количеству тепла, отдаваемого двигателем в окружающую среду в течение 1 сек при разнице в температурах и ос, равной 1 С. [21]

В соответствии с этим возрастает ток ротора и потери в двигателе. Кроме того, при сниженной скорости ухудшаются условия теплоотдачи двигателей с самовентиляцией. Указанные обстоятельства приводят к тому, что при проектировании электропривода с дросселями насыщения и асинхронным двигателем допустимую нагрузку последнего по условиям нагрева при низких скоростях вращения приходится значительно снижать. Наиболее благоприятными по характеру изменения нагрузки при дроссельном регулировании асинхронного двигателя являются механизмы с вентиляторным моментом на валу. [22]

Чтобы при тех же габаритах двигателя сохранить его номинальную мощность, необходимо искусственно усилить теплоотдачу двигателя . С этой целью закрытые обдуваемые двигатели снабжают вентилятором, насаженным на вал двигателя под защитным кожухом. [23]

Из рассмотрения рис. 6 — 2 и 6 — 6 видно, что при одной и той же постоянной времени кривая охлаждения является зеркальным отражением кривой нагрева. Равенство постоянных времени нагрева и охлаждения может быть у двигателя с независимой вентиляцией, где теплоотдача двигателя во время работы и при остановке одинакова. Для двигателей самовентилируемых значение постоянной времени охлаждения больше постоянной нагрева примерно в 2 — 3 раза по причине ухудшения условий теплоотдачи. [25]

При реостатном регулировании скорости потери в роторных цепях электропривода линейно связаны со скольжением, что приводит к низким энергетическим показателям системы. Перераспределение потерь между сопротивлениями ротора двигателя и добавочными сопротивлениями происходит таким образом, что при снижении скорости потери в АД не превышают номинального значения [18], поэтому, если не учитывать ухудшение теплоотдачи самовентилируемых двигателей , нет необходимости увеличивать установленную мощность двигателя для предотвращения его перегрева. Как следует из табл. 2.2 и 2.3, тип электропривода УРР — АДФР нельзя рассматривать как энергосберегающий, а приведенные методики расчета его энергетических показателей позволят в дальнейшем количественно оценить выигрыш в энергопотреблении при его замене частотно-регулируемым асинхронным электроприводом. [26]

Метод эквивалентного тока основан на анализе потерь, возникающих в двигателе и вызывающих его нагревание. При пониженной скорости теплоотдача двигателя ухудшается. [27]

Наконец, условия нагревания и охлаждения двигателей при повторно-кратковременном режиме отличаются от аналогичных условий при длительном режиме. Особенно сильно это отличие проявляется у двигателей с самовентиляцией, так как количество охлаждающего воздуха, поступающего в двигатель, зависит от его скорости. Во время переходных процессов и пауз теплоотдача двигателя ухудшается, что оказывает существенное влияние на допустимую нагрузку двигателя. [28]

ГОСТ 183 — 55 нормирует не максимальное значение превышения температуры при повторно-кратковременном цикле, а среднее его значение, измеренное по истечении половины времени включения. Это дает основание и при расчетах ориентироваться на это среднее значение, приняв тем самым температуру двигателя во время цикла неизменной. Если, как было ранее сказано, для обмотки это допущение неверно, то для станины двигателя, поверхность которой в конечном счете отдает все тепло, это достаточно точно, так как колебание температуры поверхности станины при цикле продолжительностью порядка 10 мин ничтожно. Хотя превышение температуры охлаждающей поверхности одинаково во время работы двигателя и во время стоянки, теплоотдача двигателя с внешним обдувом при вращении вентилятора значительно выше, чем при естественной вентиляции. Поэтому средняя за цикл теплоотдача растет с увеличением относительной продолжительности включения. [29]

Расчет мощности двигателя и предварительный его выбор

3.1.1 Построение диаграмм скорости и нагрузки производственного механизма

Для построения диаграмм воспользуемся следующими данными, представленными в техническом задании:

n₁ = 20 об/мин –частота вращения механизма на 1-ой ступени;

n₂ = 80 об/мин –частота вращения механизма на 2-ой ступени;

t₁ = 20c – время работы механизма на 1-ой ступени;

t₂ = 30c – время работы механизма на 2-ой ступени;

t = 110с – время паузы;

М_мех-ма = 2500 Н∙м – момент механизма;

J= -момент инерции механизма.

Нагрузка имеет реактивный характер, т.е. нагрузка не меняет своего знака, поэтому нагрузочная диаграмма производственного механизма строиться только в I квадранте.

Диаграмма скорости и нагрузочная диаграмма производственного механизма представлены на рисунках 3 и 4 соответственно.

Рисунок 4 – Диаграмма скорости производственного механизма

Рисунок 5 – Нагрузочная диаграмма производственного механизма

3.1.2 Определяем продолжительность включения

,

где t_работы = t₁ + t₂ = 20 + 30 = 50 с – время работы двигателя каждой ступени,

t_цикла = t₁ + t₂+ t = 20 + 30 + 110 =160 с – длительность цикла.

Т. к. продолжительность включения должна иметь только стандартные значе­ния, то принимаем ПВ_кат = 40%.

3.1.3 Определяем значение угловой скорости на ступенях

,

.

3.1.4 Определяем мощность на каждом участке работы

,

,

где М_мех – статический момент механизма.

3.1.5 Определяем коэффициент ухудшения теплоотдачи на каждом участке работы

,

где β = 0.95 ÷ 0.97 – коэффициент ухудшения теплоотдачи двигателя при скорости ω = 0;

3.1.6 Определяем среднеквадратичное значение мощности за время работы на основании тахограммы и нагрузочной диаграммы по формуле:

,

где Р_i – мощность на i-ом участке работы;

β_i – коэффициент ухудшения теплоотдачи на i-ом участке работы;

t_pi – время работы на каждой ступени;

ω_i – угловая скорость на каждом участке работы.

3.1.7 Делаем пересчет среднеквадратичной мощности на стандартную продолжительность включения

.

3.1.8 Определяем расчетную мощность электродвигателя

,

где К_з = 1.1 ÷ 1.3 – коэффициент запаса;

h — КПД передачи при максимальной частоте вращения.

По полученной расчетной мощности выбираем электродвигатель, учитывая номинальную скорость [5].

Тип электродвигателя МТМ 711-10. Ниже приведены паспортные данные двигателя:

Р2ном = 80 кВт nном = 585 об / мин I1с = 188 А R1 = 0,033 Ом Jдв = 10,25 кг* м 2 Е2н = 246 В R2 =0,0159 Ом cosjн = 0,73

cosjxx = 0,05 I0с = 115 А Х1 = 0,067 Ом Ке = 1,45 I2н = 200 А Х2 = 0,067 Ом Мкр/Мн = 2,7

3.1.9 Для выбранного двигателя определяем передаточное отношение редуктора и рассчитываем оптимальное передаточное отношение

,

где ω_ндв – номинальная угловая скорость двигателя.

,

где ω_мах = ω_р2 – максимальная угловая скорость на участке работы.

Из стандартного ряда значений передаточных отношений для редукторов принимаем .

3.1.10 Зная передаточное отношение редуктора, определяем скорости двигателя на каждой из ступеней

,

где n₁ и n₂ – частота вращения механизма на соответствующих ступенях.

3.1.11 Определяем статический момент нагрузки на валу электродвигателя на каждой ступени

где h_мех – КПД механизма,

М_мех – момент механизма.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .