6. Режимы работы электродвигателей

Двигатель выбирают, исходя из условий работы, на основе нагрузочной диаграммы, под которой понимают графически выраженную зависимость мощности Р, момента М или тока I от времени t:

, ,.

Различают три основные режима работы, длительный, кратковременный и повторно- кратковременный.

6.1 Длительный режим.

Это режим, при котором двигатель работает под нагрузкой в течение времени, достаточного для нагрева его до установившейся температуры (рис.1а). Установившаяся температура определяется нагрузкой двигателя. Двигатель используется полностью, если установившаяся температура равна максимально допустимой для класса изоляции двигателя . В длительном режиме на судах работают электроприводы вентиляторов, насосов и других механизмов.

6.2 Кратковременный режим.

В этом режиме двигатель, работая под нагрузкой не успевает нагреться до установившейся температуры, а в период остановки остывает до температуры окружающей среды (рис.1б). Работать двигатель всегда начинает в холодном состоянии . В таком режиме на судах работают электроприводы якорно-швартовых устройств. Завод-изготовитель двигателей указывает номинальные мощности двигателя для стандартных длительностей работы – 10, 30 и 60 мин.

6.3 Повторно-кратковременный режим.

Этот режим состоит из периодов работы и пауз, причём за время работы двигатель успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает остыть до температуры окружающей среды (рис.1в). Суммарная продолжительность рабочего периода . И паузы(время цикла) не должна превышать 10 мин. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения – отношением продолжительности рабочего периодак продолжительности, выраженной в процентах:

Стандартные значения ПВ – 15, 25 ,40 ,60%.

Повторно-кратковременный режим характерен для грузоподъёмных механизмов.

7. Нагрев и охлаждение электродвигателей

7.1 Нагрев двигателя.

Работая с некоторой постоянной мощностью на валу , двигатель потребляет из сети мощность, превышающую мощностьна значение потерь, которые выражают через к.п.д. двигателя:

Потери мощности в двигателе превращаются в теплоту, вызывая нагрев до некоторой температуры, определяемую его нагрузкой. Количество теплоты , выделяемое в двигателе:

При расчёте тепловых процессов принимают следующие допущения:

- двигатель представляют в виде однородного твёрдого тела, равномерно нагревающегося по всему объёму;

- считают, что двигатель охлаждается только благодаря теплопроводности и конвекции.

При этих условиях количество теплоты, выделяемой двигателем в окружающую среду, пропорционально повышению его температурынад температурой окружающей среды.

Введём обозначения: С – теплоёмкость двигателя – количество теплоты, необходимое для нагревания двигателя на 1^oС, ; А – теплоотдача двигателя – количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду в течение 1с при разности температур двигателя и среды 1^oС, ^oС. Уравнение теплового баланса имеет вид [1]:

,

где - количество теплоты, выделяющейся в двигателе за время dt;

- количество теплоты, идущей на нагрев двигателя;

- количество теплоты, отдаваемой двигателем в окружающую среду за время dt.

Решив дифференциальное уравнение относительно , можно определить температуру двигателя в любой момент времени его работы (при условии, что температура двигателя в момент пуска равна температуре окружающей среды).

[1]

где - постоянная времени нагрева,;

- установившееся превышение температуры, которое будет достигнуто за время . В реальных условиях черездвигатель достигает температуры.

Исходя из реальных условий нагрева двигателя, постоянную нагрева Т определяют как время, в течение которого нагревается до . Действительно:

Для двигателей малой и средней мощности постоянная времени нагрева находится в пределах 10-20 мин.