Номинальные режимы работы электродвигателей

Под номинальным режимом работы элек­трической машины понимается режим, для которого она предназначена предприятием-изготовителем (ГОСТ 17154-71). Для этого режима в каталогах и паспорте двигателя указываются: номинальная полезная меха­ническая мощность на валу, Вт, кВт или МВт; номинальное напряжение, В, кВ (в том числе номинальное напряжение системы воз­буждения, номинальное напряжение ротора АД с контактными кольцами); номинальный ток, А, кА (в том числе ток возбуждения, ток ротора); номинальная частота враще­ния, об/мин (или номинальная угловая скорость, рад/с); номинальный КПД, %; номинальный коэффициент мощности.

В соответствии с ГОСТ 183-74 (СТ СЭВ 1346-78) установлено восемь номи­нальных режимов работы электрических ма­шин, которые имеют условные обозначения S1—S8 и определяются следующим обра­зом.

S1 - Режим продолжительной нагрузки — работа при постоянной нагрузке, достаточно длительная для достижения теплового равно­весия, т. е. температура всех частей элек­трической машины достигает установивше­гося значения. Соответствующие этому ре­жиму диаграммы изменения нагрузки М (полезного механического момента на валу двигателя), мощности тепловых потерь и температуры τ показаны на рис. 5.3.

 
Рисунок 5.3 - Диаграммы полезного момента М, мощности тепловых потерь и темпе­ратуры двигателя τ при работе в режи­ме S1

S2- Режим кратковременной нагрузки — работа при постоянной нагрузке в течение заданного времени, меньшего, чем требуется для получения теплового равновесия, с после­дующим отключенным неподвижным состоя­нием, имеющим достаточную продолжитель­ность для достижения машиной температуры окружающей среды. Характеризующей вели­чиной является продолжительность кратко­временной работы. Определяются следующие значения продолжительности кратковремен­ной работы: 10, 30, 60 и 90 мин. Соответ­ствующие режиму S2 диаграммы показаны на рис. 5.4.

 
Рисунок 5.4 - Диаграммы М, и τ при рабо­те двигателя в режиме S2

S3 - Режим повторно-кратковременной на­грузки — последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых со­стоит из периодов работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного со­стояния; длительность этих периодов не до­статочна для достижения теплового равнове­сия за время одного рабочего цикла, а нали­чие пускового тока существенно не влияет на нагрев. Соответствующие диаграммы пока­заны на рис. 5.5.

Для режима S3 характеризующей вели­чиной является относительная продолжитель­ность включения

, (5.10)

 

где период работы при номинальных условиях; — период отключенного непо­движного состояния (паузы); — продол­жительность цикла.

Определяются следующие значения отно­сительной продолжительности работы: 15, 25, 40 и 60 %. Продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принима­ется равной 10 мин.

 
Рисунок 5.5 - Диаграммы М, и τ при работе двигателя в режиме S3

S4 -Режим повторно-кратковременной нагрузки, включая пуск, — последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов пуска, работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного состояния; длительность этих периодов недостаточна для достижения теп­лового равновесия за время рабочего цикла. Диаграммы, соответствующие этому режиму, показаны на рис. 5.6.

 
Рисунок 5.6 - Диаграммы М и τ при работе двигателя в режиме S4

S5 - Режим повторно-кратковременной на­грузки, включая электрическое торможе­ние, — последовательность идентичных ра­бочих циклов, каждый из которых состоит из периодов пуска, работы при постоянной нагрузке, быстрого электрического торможе­ния и отключенного неподвижного состоя­ния; длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за вре­мя одного цикла. Соответствующие этому режиму диаграммы показаны на рис. 5.7.

 

Рисунок 5.7 - Диаграммы М, и τ при работе дви­гателя в режиме S5

 

Для режимов работы S4 и S5 характе­ризующими величинами являются: относи­тельная продолжительность включения, число включений в час, коэффициент инерции и постоянная кинетической энергии.

Под относительной продолжительностью включения понимается для режима S4

, (5.11)

 

для режима S5

, (5.12)

 

где, кроме известных величин, и — периоды соответственно пуска и торможения.

Продолжительность цикла, с, находится по формуле

, (5.13)

где — число включений (циклов) в час.

Под коэффициентом инерции понимается отношение суммы момента инерции двига­теля и приведенного к валу двигателя мо­мента инерции механизма к моменту инерции двигателя

. (5.14)

 

Постоянная кинетической энергии — от­ношение кинетической энергии, запасенной ротором при номинальной частоте вращения (угловой скорости), к номинальной полной мощности или произведению номинальных напряжения и тока в машинах постоянного тока.

Для режимов работы S4 и S5 опреде­ляются следующие значения величин: ПВ= 15, 25, 40 и 60 %; z= 30, 60, 90, 120, 180, 240 и 360 вкл./ч; 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4.

S6-Режим продолжительной работы при переменной нагрузке— последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из ко­торых состоит из периодов работы при по­стоянной нагрузке и на холостом ходу; длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за вре­мя одного рабочего цикла. Соответствующие диаграммы приведены на рис. 5.8.

 
Рисунок 5.8 - Диаграммы M, и τ при работе двигателя в режиме S6

Характе­ризующей величиной является продолжи­тельность работы

, (5.15)

 

где — период работы на холостом ходу механизма.

Определяются следующие значения ПР = 15, 25, 40 и 60 %. Продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимается равной 10 мин.

S7 - Режим продолжительной нагрузки, включая электрическое торможение, — после­довательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов пуска, работы при постоянной нагрузке и электрического торможения; длительность рабочего периода недостаточна для достиже­ния теплового равновесия за время одного цикла.

Диаграммы, соответствующие этому ре­жиму, показаны на рис. 5.9.

Для режима работы S7 характеризую­щими величинами являются: число включе­ний в час, коэффициент инерции и постоянная кинетической энергии. Определяются следующие значения величин: z — 30, 60, 90, 120, 180, 240 и 360 вкл./ч; = 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4.

 
Рисунок 5.9 - Диаграммы M, и τ при работе двигателя в режиме S7  

S8 - Режим работы при периодическом изменении частоты вращения и нагрузки

последовательность идентичных рабочих цик­лов, каждый из которых состоит из периодов ускорения, работы при постоянной нагрузке, соответствующей заданной частоте враще­ния, затем одного или нескольких периодов работы при других постоянных значениях нагрузки, соответствующих другим частотам вращения; длительность каждого рабочего периода недостаточна для достижения тепло­вого равновесия за время одного рабочего цикла. Соответствующие данному режиму диаграммы для случая трех периодов ча­стоты вращения показаны на рис. 5.10.

 

Рисунок 5.10 - Диаграммы , М, и при работе двигателя в режиме S8

 

Для режима работы S8 характеризую­щими величинами являются число включе­ний в час, относительная продолжительность работы (ПР) для каждой внешней нагрузки и соответствующей ей частоты вращения, а также коэффициент инерции и постоянная кинетической энергии. Относительная про­должительность работы в данном случае для каждой из нагрузок определяется по фор­муле

, (5.16)

 

где — период работы при постоянной 1-й нагрузке; — период переходного процесса (ускорения или замедления) при переходе j-му значению частоты вращения (угловой скорости) и соответствующей ей нагрузке.

Например, для диаграммы рис. 5.10:

;

; .

 

Для режима работы S8 определяются следующие значения величин: z = 30, 60, 90, 120, 180, 240 и 360 вкл./ч; = 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4; ПР= 15, 25, 40 и 60%.

В каталогах на электрические машины приводятся данные для номинальных режимов S1, S2 и S3. Задача выбора электриче­ской машины по мощности заключается в том, чтобы правильно сопоставить ее рабо­чий режим с номинальным, обеспечив мак­симальное использование выбранного дви­гателя по условиям нагрева.