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.