Лекція 15 Нагрів та охолодження двигунів
Вибір двигуна для приведення в рух якого-небудь механізму пов'язаний із забезпеченням ряду вимог, основними з яких є наступні: номінальна напруга двигуна повинна відповідати напрузі мережі; момент, що розвивається, повинен забезпечувати динамічні та статичні режими без допустимого перевищення температури; перевантажувальна здатність двигуна повинна забезпечувати роботу електропривода при короткочасних пікових навантаженнях; регулювання швидкості повинно відповідати вимогам технологічного процесу тощо. Найбільш важливою вимогою є недопустимість перегріву двигуна.
Нагрів двигуна обумовлений втратами енергії в металі, провідників силового кола, у сталі магнітної системи, у підшипниках, а також втратами на вентиляцію та додаткові втрати.
Нагрів електричної машини обмежений допустимою температурою ізоляційних матеріалів, що, у свою чергу, установлюється з необхідного терміну служби ізоляції — приблизно десять років. За допустимою температурою ізоляційні матеріали машин поділяються на шість класів від 105 до 180° С.
Максимальна робоча температура частин двигуна, яка забезпечує достатній термін служби, визначається не тільки внутрішніми тепловиділеннями, але і температурою навколишнього середовища. При тепловому розрахунку двигунів температура навколишнього середовища приймається рівною 40° С.
У розрахунках замість дійсної температури зручніше оперувати перевищенням температури t, що представляє собою різницю між температурою нагрітої машини і температурою навколишнього середовища.
|
|
|
Умови нагріву різних частин двигуна різні, а тому точні врахування теплових процесів у ньому дуже складні. При вивченні законів нагріву та охолодження двигунів робиться ряд припущень. Двигун розглядається як однорідне тіло з нескінченно великою теплопровідністю, тобто температура двигуна у всіх його точках приймається однаковою.
При проходженні струму теплова енергія, що виділяється в двигуні внаслідок втрат, у початковий період нагріву витрачається, головним чином, на перевищення температури окремих його частин над температурою навколишнього середовища. Починаючи з того моменту, коли кількість теплової енергії, яку виділяє двигун в одиницю часу, стане рівною кількості теплової енергії, що розсіюється за той же час у навколишнє середовище, температура електродвигуна буде зберігатися практично постійною. Ця температура називається усталеною.
Усталене перевищення температури провідників, по яких протікає струм, та інших конструктивних вузлів двигуна
tу = Q /(aS), (8.1)
|
|
|
де Q — кількість теплоти, яка виділяється в двигуні за одиницю часу; a — коефіцієнт тепловіддачі, що характеризує теплообмін конвекцією між двигуном і навколишнім середовищем при різниці температур Dq ; S — площа поверхні, з якої здійснюється теплообмін.
Час, протягом якого відбувається нагрів двигуна до усталеного значення tу, називається часом теплового перехідного процесу. При цьому температура змінюється за аналогічними законами електромеханічного перехідного процесу (див. тему 6) — за законами експоненти.
У будь-який момент часу t перевищення температури
t = tу (1 - е - t / Тнагр) + t0 e - t / Tнагр, (8.2)
де е = 2,718 — основа натуральних логарифмів; t0 — початкове перевищення температури двигуна над температурою навколишнього середовища; Тнагр — стала часу нагріву, протягом якого двигун нагрівся б від t = 0 до усталеного значення tу при відсутності тепловіддачі та рівномірному темпі зростання температури.
Час зміни перевищення температури від початкового до усталеного значення дорівнює нескінченності [див. (8.2)]. На рис. 8.1 представлений графік зміни t без початкового (крива 2) і з початковим t0 (крива 1) перевищенням температури. З графіка видно, що перевищення температури можна вважати усталеним при (3 ... 4) Тнагр, тому що при t = 3 Tнагр перевищення температури t = 0,95 tу, а при t = 4 Tнагр значення t = 0,98 tу. На цьому графіку показане графічне визначення Tнагр. Для цього на початку координат проведена дотична до перетинання з горизонтальною лінією tу (точка А). Відрізок між точкою А та вертикаллю з точки торкання, дорівнює сталій часу Тнагр.
|
|
|
Рівняння (8.2) справедливе і для процесу охолодження двигуна. У цьому випадку змінюються початкові та кінцеві умови. Якщо позначити усталене значення при охолодженні перевищення температури через tу.охл, а початкове перевищення температури нагрітого двигуна через tу.поч, то рівняння теплового процесу при охолодженні буде мати вигляд
t = tу.охл(1 - е - t / Тохл) + tу.поч e - t / Tохл, (8.3)
де Тохл — стала часу охолодження.
В окремому випадку, коли двигун охолоджується до температури навколишнього середовища, тобто tу.охл = 0, рівняння (8.2) приймає вигляд
t = tу.поч е - t / Тохл. (8.4)
Крива охолодження, що відповідає рівнянню (8.4), показана на рис. 8.2.
|
|
|
Внаслідок зміни умов охолодження при відключенні самовентильованих двигунів у порівнянні з робочим періодом, стала часу охолодження завжди більше сталої часу нагріву, тобто Тохл > Тнагр.
Відношення Тнагр працюючого двигуна до Тохл відключеного і нерухомого називається коефіцієнтом погіршення тепловіддачі
b0 = Tнагр / Tохл. (8.5)
Значення b0 для двигунів з різними способами охолодження дорівнюють: для закритих двигунів із природним охолодженням і з незалежною вентиляцією — 1; для закритих із зовнішньою самовентиляцією — 0,45 ... 0,55; для захищених із внутрішньою самовентиляцією — 0,25 ... 0,35.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1057; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!