Меню

Номинальные режимы работы электрических машин постоянного тока



Номинальные режимы работы электрических машин

date image2014-04-15
views image2355

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

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,

гдеtц – 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

Источник

Режимы работы электрических машин

ads

Режим работы электрической машиныэто установленный порядок чередования периодов, характеризуемых величиной и продолжительностью нагрузки, отключений, торможения, пуска и реверса во время ее работы.

Режимы работы электродвигателей в электроприводах различных рабочих машин разнообразны и определяются технологическими процессами, реализуемыми этими рабочими машинами. Для иллюстрации этих режимов работы используют нагрузочные диаграммы.Такая диаграмма представляет собой графически выраженную зависимость параметра, характеризующего нагрузку приводного двигателя (мощности Р, момента М или силы потребляемого тока I) от продолжительности t отдельных этапов, составляющих время работы электропривода. В действительности нагрузочная диаграмма двигателя может иметь вид графика любой формы: прямой горизонтальной линии, если нагрузка двигателя в рассматриваемый отрезок времени не изменялась, либо кривой линии с плавным переходом от одного уровня нагрузки к другому, если нагрузка изменялась. Плавность перехода уровней нагрузки обусловлена инерционностью процессов в электроприводе. Для упрощения расчета требуемой мощности двигателя криволинейный график нагрузочной диаграммы разбивают на прямолинейные участки, в пределах которых нагрузка условно остается неизменной (рис. 2.10). Чем больше участков с различной нагрузкой, тем меньше ошибка такой замены, но тем сложнее последующие расчеты.

Снимок

Согласно действующему стандарту ГОСТ 183—74 существует три основных режима работы двигателей, различающиеся характером изменения нагрузки.

Продолжительный режим S1

1. Продолжительный режим S1 — когда при неизменной номинальной нагрузке Рном работа двигателя продолжается так долго, что температура перегрева всех его частей успевает достигнуть установившихся значений τуст (тау установившееся).

Различают продолжительный режим с неизменной нагрузкой Р = const (рис. 2.11, а) и продолжительный режим с изменяющейся нагрузкой (рис.2.11, б). Например, электроприводы насосов, транспортеров, вентиляторов работают в продолжительном режиме с неизменной нагрузкой, а электроприводы прокатных станков, металлорежущих станков и т.п. работают в продолжительном режиме с изменяющейся нагрузкой.

1

Кратковременный режим S2

2. Кратковременный режим S2 — когда периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя (рис. 2.11, в).
При этом периоды работы (нагрузки) двигателя настолько кратковременны, что температуры нагрева всех частей двигателя не достигают установившихся значений, а периоды отключения двигателя настолько продолжительны, что все части двигателя успевают охладиться до температуры окружающей среды (допускается превышение температуры не более чем на 1 ºС).

Стандартом установлена длительность периодов нагрузки 10; 30; 60 и 90 мин. В условном обозначении кратковременного режима указывается продолжительность периода нагрузки, например S2 — 30 мин.

В кратковременном режиме работают электроприводы шлюзов, разного рода заслонок, вентилей и других запорных устройств, регулирующих подачу рабочего вещества (нефть, газ, вода и др.) посредством трубопровода к объекту потребления.

Повторно-кратковременный режим S3

3. Повторно-кратковременный режим S3 — когда кратковременные периоды работы двигателя tр чередуются с периодами отключения двигателя (паузами) tп, причем за период работы tp превышение температуры не успевает достигнуть установившихся значений, а за время паузы части двигателя не успевают охладиться до температуры окружающей среды. Общее время работы двигателя в повторно-кратковременном режиме разделяется на периодически повторяющиеся циклы продолжительностью

Читайте также:  Характеристики переменного тока тест

При повторно-кратковременном режиме работы график нагревания двигателя имеет вид пилообразной кривой (рис. 2.11, г). При достижении двигателем установившегося значения температуры перегрева, соответствующего повторно-кратковременному режиму τуст.к, температура перегрева двигателя продолжает колебаться от τmin до τmax . При этом τуст.к меньше установившейся температуры перегрева, которая наступила бы, если режим работы двигателя был продолжительным (τуст.к

Источник

5.2 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 режи­меS1

S2Режим 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

S3Режим 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

S4Режим 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)

, (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.

S6Режим 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 режимеS6

Характе­ризующей величиной является продолжи­тельность работы

, (5.15)

где — период работы на холостом ходу механизма.

Читайте также:  Аппарат для измерения напряжения электрического тока 13 букв сканворд

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

S7Режим 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 режимеS8

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 постоянной1-й нагрузке; — период переходного процесса (ускорения или замедления) при переходеj-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.

Источник

Трансформаторные подстанции высочайшего качества

Номинальные режимы и номинальные величины электрических машин

Электрические машины служат для преобразования механической энергии в электрическую (электрические генераторы), электрической энергии в механическую (электрические двигатели), а также для преобразования: частоты и числа фаз переменного тока, рода тока, например постоянного в переменный ток, постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (электромашинные преобразователи).

1. ГОСТ 183-66. Общие технические требования, предъявляемые к электрическим машинам переменного тока с номинальной мощностью свыше 50 Вт (или 50 В Ч А) при частотах до 10 000 Гц и постоянного тока с номинальной мощностью свыше 50 Вт, сформулированы в ГОСТ 183-66. Стандарт распространяется только на электрические машины общепромышленного применения. Электрические машины должны изготовляться в соответствии с требованиями этого стандарта и стандартов или технических условий на отдельные виды электрических машин.
2. Номинальный режим — режим работы, для которого машина предназначена предприятием-изготовителем. Номинальный режим указывается на заводском щитке машины.
3. Номинальные данные электрической машины (мощность, напряжение, ток, частота вращения, коэффициент мощности, коэффициент полезного действия и другие величины) характеризуют номинальный режим ее работы. Они относятся к работе машины на высоте до 1000 м над уровнем моря и при температуре газообразной охлаждающей среды до +40°C и охлаждающей воды до +30 °С (в стандартах и технических условиях может быть установлена другая температура охлаждающей воды, но не более +33 °С).
Номинальные данные машин, спроектированных до утверждения ГОСТ 183-66, относились к температуре газообразной охлаждающей среды +35° С и охлаждающей воды +25° С. Термин « номинальный » может применяться ко всем данным, относящимся к номинальному режиму, независимо от того, указаны эти данные на заводском щитке машины или нет.
4. Номинальные режимы работы электрических машин. Номинальный режим работы электрической машины должен соответствовать одному из следующих основных режимов.
а) Продолжительный режим (условное обозначение режима S1), при котором электрическая машина работает с неизменной нагрузкой, продолжающейся столько времени, что превышения температуры всех частей электрической машины при неизменной температуре охлаждающей среды достигают практически установившихся значений (рис. 15-1, а).
б) Кратковременный режим (S2) с длительностью периода неизменной номинальной нагрузки 10; 30; 60 и 90 минрежим работы, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения машины; при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей электрической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли
достигнуть практически установившихся значений, а периоды остановки электрической машины настолько длительны, что все части ее приходят в практически холодное состояние (рис. 15-1,6).
в) Повторно-кратковременный режим (S3) с продолжительностью включения (ПВ) 15; 25; 40 и 60% (продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимают равной 10 мин)-режим работы электрической машины, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами отключения машины (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей электрической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть практически установившихся значений.
Повторно-кратковременный номинальный режим работы характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью включения (ПВ), определяемой по формуле

где N — время работы; R — пауза. Пусковые потери практически не оказывают влияния на превышения температуры отдельных частей машины (рис. 15-1, в).
г) Перемежающийся режим (S6) с продолжительностью нагрузки (ПН) 15; 25; 40 и 60% (продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимают равной 10 мин) — режим работы электрической машины, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами холостого хода (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей электрической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли , достигнуть практически установившихся значений (рис. 15-1, г).
Перемежающийся номинальный режим работы характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью нагрузки (ПН), определяемой по формуле

где N — время работы; V — время холостого хода.
Помимо основных номинальных режимов работы S1, S2, S3 и S6 в качестве дополнительных (рекомендуемых) установлены режимы:
а) повторно-кратковременный с частыми пусками (S4) с ПВ 15; 25; 40 и 60%;
б) повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением (S5) с ПВ 15; 25; 40 и 60%;
в) перемежающийся с частыми реверсами при электрическом торможении (S7);
г) перемежающийся с двумя или более частотами вращения (S8).
В дополнительных номинальных режимах устанавливается: число включений в час (режимы S4 и S5), число реверсов в час (режим S7), число циклов в час (режим S8) (если в стандартах или технических условиях не установлено иное) 30; 60; 120; 240 при коэффициенте инерции (см. раздел) 1,2; 1,6; 2,5 и 4.

Читайте также:  Детали генератора постоянного тока

Рис. 15-1. Основные номинальные режимы работы электрических машин.

а — продолжительный режим S1; б — кратковременный режим S2; в — повторно-кратковременный режим S3; г — перемежающийся режим S6; J м — максимальная температура.

5. Номинальная мощность электрической машины:
а) для генераторов постоянного тока- полезная мощность на зажимах машины;
б) для генераторов переменного тока-полная электрическая мощность при номинальном коэффициенте мощности;
в) для электродвигателей — полезная механическая мощность на валу;
г) для синхронных и асинхронных компенсаторов — реактивная мощность на зажимах компенсатора.
Номинальная мощность генераторов постоянного тока и электродвигателей выражается в Вт, кВт или МВт, генераторов переменного тока и компенсаторов-в ВА, кВА или MBА. Номинальная мощность указывается на заводском щитке электрической машины.
6. Номинальное напряжение электрической машины — напряжение, соответствующее ее номинальному режиму работы.
Номинальное напряжение трехфазной электрической машины — ее междуфазное (линейное) напряжение.
Номинальное напряжение ротора асинхронной машины с контактными кольцами — напряжение разомкнутой роторной обмотки (вторичной цепи) между контактными кольцами при неподвижном роторе и при статорной обмотке (первичной цепи), включенной на номинальное напряжение.
При двухфазной обмотке ротора за его номинальное напряжение принимают наибольшее из напряжений между контактными кольцами.
Номинальное напряжение возбудительной системы электрической машины с независимым возбуждением — номинальное напряжение того независимого источника, от которого получается возбуждение.
7. Номинальное напряжение возбуждения электрической машины — напряжение на зажимах или на контактных кольцах обмотки возбуждения при питании ее номинальным током возбуждения и сопротивлении обмотки при постоянном токе, которое должно быть приведено к расчетной рабочей температуре (см. раздел).
8. Номинальный ток электрической машины — ток, соответствующий номинальному режиму работы электрической машины.
9. Номинальный ток возбуждения электрической машины — ток возбуждения, соответствующий номинальному режиму работы.
10. Номинальное изменение напряжения электрического генератора — изменение напряжения на зажимах генератора (при работе отдельно от других генераторов) при изменении нагрузки от номинальной до нулевок и при сохранении номинальной частоты вращения; кроме того, для машин с независимым возбуждением — при сохранении номинального тока возбуждения, а для машин с самовозбуждением — при обмотке возбуждения, имеющей расчетную рабочую температуру и неизменное сопротивление цепи обмотки возбуждения. Изменение напряжения выражают в процентах или в долях номинального напряжения генератора.
11. Номинальные условия применения -условия, оговоренные в стандарте или технических условиях на данную электрическую машину, при которых эта машина должна иметь номинальную частоту вращения.
12. Номинальная частота вращения электрической машины — частота вращения, соответствующая работе машины при номинальном напряжении, мощности или моменте, частоте тока и номинальных условиях применения.
13. Номинальное изменение частоты вращения электродвигателя — изменение его частоты вращения при номинальном напряжении на его зажимах (а в случае двигателя переменного тока, кроме того, при номинальной частоте) при следующих изменениях нагрузки:
а) для двигателей, допускающих нулевую нагрузку, — от номинальной нагрузки до нулевой;
б) для двигателей, не допускающих нулевой нагрузки, — от номинальной нагрузки до 1 / 4 номинальной нагрузки.
Изменение частоты вращения выражают в процентах или в долях номинальной частоты вращения.

Источник