Нагрев эа

«-» ток: нагрев определяется потерями мощности на активном сопротивлении.

_, джоуль

i, A; R, Ом; t, сек.

«~» ток: как и на «-» токе и дополнительно эффектом близости и поверхностным эффектом.

, (3)

где ;

К_д – коэффициент добавочных потерь;

К_п – коэффициент поверхностных потерь;

К_б – коэффициент близости;

К_п и К_б по таблице справочника по ЭА;

К_п = (сети, форма проводника и его габариты); К_п при _с.

– для усредненного проводника.

К_б = (_с, γ – проводимость материала, форма и взаимное расположение проводников)

На «~» токе добавляются потери активной мощности в ферромагнитных деталях аппаратов, расположенных в переменном магнитном поле, за счет возникновения вихревых токов и перемагничивания.

Нагрев ЭА определяется тремя видами теплообмена: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Теплопроводность определяет тепловое сопротивление R_т материала, из которого выполнен ЭА:

, (4)

где S – поверхность ЭА; _i – толщина i-тых стенок, через которые проходит тепловой поток; λ_i – удельная теплопроводность « i-той» стенки.

Конвекция – это перенос тепла, связанный с перемещением микрообъемов нагретого газа или жидкости. Существует естественная и искусственная конвекция. При искусственной конвекции отвод тепла от нагретого тела производится с помощи искусственной охлаждающей среды. Конвекция характерна коэффициентом теплоотдачи , который определяется как тепло, снимаемое за 1с с поверхности в 1м² при разности температур поверхности и охлаждающей среды в 1⁰ С, в Вт/м² ∙⁰С .

Тепловое излучение или лучеиспускание – отдача телом тепла за счет излучений: ультрафиолетовых, световых, инфракрасных.

В общем тепловой поток «Ф» равен:

, , (5)

где k_т – удельный обобщенный коэффициент теплоотдачи; S – охлаждаемая поверхность; ⁰ – превышение температуры тела над температурой охлаждающей среды.

Физический смысл «k_т»: мощность, отдаваемая с единицы поверхности охлаждения при повышении температуры в 1⁰С (1 Вт∙м^-2∙⁰С^-1=10⁴ Вт∙см^-2∙⁰С^-1).

Процесс нагрева в расчетных рабочих режимах можно разделить на переходный и установившийся. Процесс нагрева считается установившимся, если с течением времени температура ЭА не изменяется. При этом характеристики охлаждающей среды остаются тоже неизменными.

Если при включении ЭА температура меняется, то наблюдается переходный процесс. По нагреву ГОСТ 183-74 для электрических машин выделяет 8 режимов, каждый из которых отличается продолжительностью включения «ПВ», числом пусков в час, временем пуска.

При продолжительном режиме работы (S1, ПВ = 100%) можно изобразить следующую картину:

Рисунок 5 – Продолжительный режим работы

Температура достигает своего установившегося значения значения при t = 3τ, где τ – постоянная времени нагрева электромашин. На рисунке 5: 1 – кривая нагрева при ₀0, где ₀- начальное превышение температуры;2 – кривая нагрева при ₀ = 0;3 – кривая охлаждения.

, с, (6)

где С_уд – удельная теплоемкость единицы массы, Вт∙с/кг∙⁰С; М- масса тела, кг; S- поверхность тела, м².

,

где t_в – время включения, с; t_р – время работы под нагрузкой, с; t_п – время паузы, с;

t_р+ t_п = t_ц, где t_ц – время цикла, с. t_в = t_ц100% = ПВ 100%.

Кратковременный режим S2 характерен ПВ < 15%, нагревом и охлаждением по примеру на рисунке 6.

Рисунок 6 – Кратковременный режим: 1 – нагрев во время включения; 2 – охлаждение до температуры окружающей среды

При повторно-кратковременном режиме S3…S8 идет чередование времени работы и времени паузы. На рисунке 7 приведен один из таких режимов, который называется перемежающимся (S6). Особенностью режима является постоянное включение двигателя, но часть времени двигатель работает под нагрузкой (t_р1, t_р3), а часть – в режиме холостого хода (t_р2). Стандартные ПВ повторно-кратковременных режимов равны 15, 25, 40, 60%. Режимы отличаются друг от друга наличием включений в течение часа, временем пуска, наличием электрического торможения, реверса или другими особенностями. Температура перегрева может достичь установившейся _у в квазистационарном режиме, в котором максимальное и минимальное  в режиме включения и пауз станут близки друг другу. Тогда у.

Рисунок 7 – Перемежающийся режим работы

При коротком замыкании (КЗ) тепловой расчетный импульс максимален и равен I²_∞∙ t_п, где I_∞ – периодический ток КЗ в установившемся режиме; t_п – приведенное время процесса КЗ, которое зависит от действительного времени t процесса КЗ и соотношения β^″ = I^″ /I_∞, где t определяется временем действия релейной защиты, а токи сопротивлением цепи КЗ. При проверке ЭА на термическую стойкость используют сравнение расчетного теплового импульса (В_к) с допустимым по паспортным данным (В_н) для ЭА:

I²_∞∙ t_п = В_к < В_н = I²_нту∙ t_нту , (7)

где I_нту и t_нту – соответственно ток и время номинальной термической устойчивости (по справочнику).