5.1.2. Номинальные режимы работы электрических машин

В зависимости от характера изменения нагрузки различают три основных номинальных режима работы электрических машин:

1). Продолжительный номинальный режим – режим работы при неизменной номинальной нагрузке, продолжающийся столько времени, что превышение температуры всех частей машины при неизменной температуре окружающей среды достигает установившихся значений τуст. Условное обозначение режима S1.

2). Кратковременный номинальный режим – режим работы, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения машины; при этом периоды нагрузки настолько кратковременны, что температура всех частей машины не достигает установившегося значения, а периоды отключения машины настолько длительны, что все её части успевают охладиться до температуры окружающей среды. Условное обозначение режима S2.

3). Повторно-кратковременный номинальный режим – режим работы, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения машины (паузами), причём за период нагрузки превышение температуры всех частей машины не успевает достигнуть установившихся значений, а за время паузы части машины не успевают охладиться до температуры окружающей среды. При этом общее время работы разбивается на периодически повторяющиеся циклы:

tц = tн + tп,

где tц – период цикла; tн - период нагрузки; tп – период паузы. Повторно кратковременный режим характеризуется относительною продолжительностью включения (ПВ) (%):

ПВ = (tн/ tц) × 100.

Условное обозначение режима S3.

Кроме перечисленных трёх основных номинальных режимов ещё возможны:

- повторно-кратковременный с частыми пусками с ПВ = 15, 25, 40, 60% и числом включений в час 30, 60, 120, 240, условное обозначение режима S4;

- повторно-кратковременный с частыми пусками и с электрическим торможением, условное обозначение режима S5;

- перемежающийся с продолжительностью нагрузки НП = 15, 25, 40, 60% и продолжительностью одного цикла 10 мин, условное обозначение цикла S6;

- перемежающийся с частыми реверсами и электрическим торможением с числом реверсов в час 30, 60, 120, 240, условное обозначение режима S7;

- перемежающийся с двумя (и более) частотами вращения и числом циклов в час 30, 60, 120, 240, условное обозначение режима S8.

Тема 5.2. Охлаждение электрических машин и трансформаторов

5.2.1. Охлаждение электрических машин

Из уравнения теплового баланса

Qdt = Gcdτ + Sλτdt

следует, что теплота, выделяемая в электрической машине, лишь частично затрачивается на её нагревание (Gcdτ), а частично (Sλτdt) рассеивается с поверхности машины, главным образом путём конвекции – переносом потоками воздуха.

По способу охлаждения электрические машины разделяют на два вида:

1). Машины с естественным охлаждением – не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины, т. е. охлаждаются в основном естественным путём за счёт теплопроводности (передачи тепла внутри твёрдого тела) и конвекции (движение нагретых частиц воздуха вверх, уступая своё место менее нагретым). Естественное охлаждение применяют либо в открытых машинах большой мощности, либо в закрытых машинах небольшой мощности, работа которых не сопровождается значительным нагревом.

2). Машины с искусственным охлаждением – имеют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий движение в машине газа, охлаждающего нагретые части машины. Значительную группу этих машин составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор закреплён на валу машины; в процессе работы он «прогоняет» охлаждающий воздух через машину. Самовентиляция может быть наружной (обдувается внешняя поверхность статора) и внутренней (обдуваются внутренние части машины через специальные отверстия в статоре и подшипниковых щитах).

В электрических машинах, работающих с повышенными электродинамическими нагрузками, самовентиляция становится малоэффективной. Поэтому в таких машинах применяют независимую вентиляцию от специальных вентиляторов, имеющих собственный привод. Независимую вентиляцию применяют для мощных тяговых двигателей и генераторов, а также для электрических машин, работающих во взрывоопасной или химически активной среде. Система независимой вентиляции может быть разомкнутой (вентилятор нагнетает воздух в машину из атмосферы и затем выбрасывает его наружу) и замкнутой (вентилятор нагнетает хладагент в машину из замкнутой системы – трубопровода и охладителя). В качестве хладагента применяют воздух, водород, воду и т. д.

В гигантских электрических машинах (мощностью 6000 кВт и более) применяют замкнутую систему вентиляции, используя в качестве хладагента водород. Водородное охлаждение имеет ряд преимуществ:

- способствует снижению потерь на вентиляцию т. к водород в десять раз легче воздуха;

- водород не поддерживает горение, что снижает опасность возгорания;

- имея в (6÷7) раз большую, чем воздух теплопроводность, водород интенсивнее охлаждает машину;

- водородное охлаждение увеличивает срок службы изоляции т. к. препятствует образованию нитратов, разъедающих органические составляющие изоляционных материалов.