Режимы работы электродвигателей
Возможные режимы работы электроприводов отличаются огромным многообразием по характеру и длительности циклов, значениям нагрузок, условиям охлаждения, соотношения потерь в период пуска и установившегося движения и т.п., поэтому изготовление электродвигателей для каждого из возможных режимов работы электропривода не имеет практического смысла.
На основании анализа реальных режимов выделен специальный класс режимов — номинальные режимы , для которых проектируются и изготавливаются серийные двигатели .
Данные, содержащиеся в паспорте электрической машины , относятся к определенному номинальному режиму и называются номинальными данными электрической машины. Заводы-изготовители гарантируют при работе электродвигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке полное использование его в тепловом отношении.
Различают следующие режимы работы двигателей под нагрузкой в зависимости от ее длительности : продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.
При продолжительном режиме двигатель работает без перерыва, причем рабочий период настолько велик, что нагрев двигателя достигает установившейся температуры.
Продолжительная нагрузка может быть постоянной или изменяющейся. В первом случае температура не изменяется, во втором — изменяется вместе с изменением нагрузки. С малоизменяющейся нагрузкой в этом режиме работают двигатели конвейеров, лесопильных рам и др., с переменной продолжительной нагрузкой работают двигатели различных металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков.
При кратковременном режиме двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а в течение паузы охлаждается до температуры окружающей среды. Продолжительность кратковременной работы ГОСТ на электрические машины устанавливает равной 10, 30, 60 и 90 мин.
При повторно-кратковременном режиме двигатель за период работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы — охладиться до температуры окружающей среды. В этом режиме двигатель действует с непрерывно чередующимися периодами работы под нагрузкой и вхолостую, или паузами.
При повторно-кратковременном режиме двигатель за период работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы — охладиться до температуры окружающей среды. В этом режиме двигатель действует с непрерывно чередующимися периодами работы под нагрузкой и вхолостую, или паузами.
Продолжительность включения электротехнического изделия (электротехнического устройства, электрооборудования) — отношение времени пребывания во включенном состоянии электротехнического изделия (электротехнического изделия, электрооборудования), работающего в повторно-кратковременном режиме, к длительности цикла (ГОСТ 18311-80).
Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения ПВ = [tp/(tp + tо)] 100 %, где tp и tо — время работы и паузы при продолжительности цикла ( t ц = t р+ t о) не более 10 мин.
Повторно-кратковременный режим бывает:
с продолжительностью включения ПВ = 1 5, 25, 40 и 60% и продолжительностью цикла 10 мин,
с частыми пусками при ПВ = 15, 25, 40 и 60 % и числом включений в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции 1,2, 1,6, 2,5 и 4,
с частыми пусками и электроторможением при тех же номинальных ПВ, числе включений и коэффициенте инерции,
перемежающийся с продолжительностью цикла 10 мин при нагрузках ПВ= 15, 25, 40 и 60%,
Режимы работы электродвигателей по ГОСТ
Действующим ГОСТ предусматриваются 8 номинальных режимов , которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1 — S8.
Продолжительный режим работы S1 — работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.
Продолжительный режим работы электродвигателя S1
Кратковременный режим работы S2 — работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды.
Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего периода 15, 30, 60, 90 мин.
Кратковременный режим работы электродвигателя S2
Повторно-кратковременный режим работы S3 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.
В этом режиме цикл работы таков, что пусковой ток не оказывает заметного влияния на превышение температуры. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин. Режим характеризуется величиной продолжительности включения в процентах:
ПВ = (t р / ( t р + t п)) х 100%
Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя S3
Нормируемые значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60 %, или относительные значения продолжительности рабочего периода: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60.
Для режима S3 номинальные данные соответствуют только определенному значению ПВ и относятся к рабочему периоду.
Режимы S1 — S3 являются в настоящее время основными, номинальные данные на которые включаются отечественными электромашиностроительными заводами в каталоги и паспорт машины.
Номинальные режимы S4 — S8 введены для того, чтобы впоследствии упростить задачу эквивалентирования произвольного режима номинальным, расширив номенклатуру последних.
Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.
Перемежающийся режим работы S6 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с постоянной нагрузкой и время работы на холостом ходу, причем длительность этих периодов такова, что температура машины не достигает установившегося значения.
Перемежающийся режим работы S6: to — время холостого хода
Перемежающийся режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз.
Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7
Перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S8 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждой из которых соответствует своя частота вращения (например, этот режим реализуется при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя). Режим не содержит пауз.
Перемежающийся режим работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8
Учет режима работы имеет большое значение при подборе двигателя. Мощности двигателей, указанные в каталогах, приведены для режима S1 и нормальных условий работы, кроме двигателей с повышенным скольжением.
Если двигатель работает в режиме S2 или S3, он нагревается меньше, чем в режиме S1, и поэтому он допускает большую мощность на валу.
При работе в режиме S2 допустимая мощность может быть повышена на 50 % при длительности нагружения 10 мин, на 25 % — при длительности нагружения 30 мин, на 10% — при длительности нагружения 90 мин.
Режимы работы электродвигателей
Режимы работы асинхронного электродвигателя
При выборе электродвигателя нужно учитывать довольно много параметров, таких как: номинальная мощность, число оборотов в минуту, способ монтажного крепления, габаритные размеры, климатическое исполнение, степень защиты и так далее.
Немаловажным параметром при выборе эл двигателя является номинальный режим работы электродвигателя. В этой статье мы рассмотрим режимы работы электродвигателей и объясним, почему так важно учитывать этот фактор.
В режиме работы электродвигателя S1 агрегат продолжительное время работает от сети напряжения с неизменной нагрузкой. Постепенно разогревается до рабочей температуры, а параметры работы остаются неизменными. Большинство общепромышленных электродвигателей имеют именно такой режим работы. Характеризуется определенной относительной продолжительностью включений ПВ -100%.
При включении в сеть агрегат достигает постоянной нагрузки в течение десяти, тридцати, 60 или 90 минут. Времени недостаточно для достижения максимального нагрева, а когда не работает, электромотор остывает до внешних температур. Применяется в устройствах подающих рабочие вещества, например нефть, газ или воду. Применяется, к примеру, в запорных устройствах.
Электродвигатель так же не достигает максимального нагрева, но в отличие от S2 при остановке не остывает до внешней температуры. Применяется для привода в башенных кранах , в оборудовании для работы лифтов и эскалаторов. Агрегаты работают при ПВ 15, 25, 40, 60%.
• S4 – режим S3 с частыми пусками
Продолжительность работы и число пусков примерно одинаковы, включений в час: 30, 60, 120 и 240. Режим циклический, пуск-работа-остановка и так далее по кругу.
• S5 – Режим повторно –кратковременный с добавлением электрического торможения
В конце каждого цикла агрегат принудительно останавливается.
• S6 – Периодический режим (нагрузка на электродвигатель кратковременная)
Повторяющиеся циклы работы, однако, агрегат не успевает нагреться до постоянной температуры, но и не успевает остыть. Чередование холостого хода с нагрузкой на агрегат.
• S7 – Периодический (нагрузка кратковременна и торможение в конце)
Аналогично S6, но добавлено торможение электродвигателя в конце каждого цикла.
• S8 – Периодический режим (нагрузка кратковременна и изменяется с изменениями скорости вращения механизма)
Происходят взаимосвязанные циклические изменения нагрузки электродвигателя и скорости вращения его вала.
• S9 – Особый (периодические изменения нагрузки агрегата и частоты вращения)
Изменения происходят произвольным образом. Допускается работа с перегрузкой.
Как Вы видите, каждый режим работы предназначен для достижения определенных целей. Использовать электродвигатель с режимом несоответствующим условиям эксплуатации крайне не рекомендуется. Агрегат проработает непродолжительное время или вообще прекратит свою работу сразу после первого цикла включения. Конструктивная особенность эл двигателя каждого режима работы индивидуальна. Если Вы сомневаетесь и нужна консультация, обратитесь к нашим специалиста
Работа асинхронного двигателя при неноминальных напряжении и частоте в режиме холостого хода
Зав. кафедрой электротехники
«____» ____________200 г.
ЛЕКЦИЯ № 40
Тема: Работа асинхронного двигателя при неноминальных
напряжении и частоте
Цель:Изучить физическую сущность влияния
неноминальных условий на работу асинхронных
План:1. Работа в режиме холостого хода.
2. Работа при нагрузке.
3. Пример расчета режима работы А.Д.
Литература: 1. Бургардт К.А., Просужих Р.П.
«Корабельные электрические машины».
Часть 2. 1980., стр. 212 – 218.
Лекция обсуждена и одобрена на заседании кафедры
Протокол № _____ от «_____» _____________200 г.
Преподаватель: Просужих Р.П.
Работа асинхронных двигателей в неноминальных
Условиях
Общие положения
Асинхронные двигатели проектируют на вполне определенные условия, которые включают в себя:
— стабильность приложенного напряжения;
— стабильность частоты в сети питания;
— синусоидальность и симметричность приложенного напряжения;
— пределы температуры окружающей среды;
— влажность окружающей среды;
— положение А.Д. относительно линии горизонта;
Отклонения от этих условий вызывают необходимость изменения режима работы А.Д., могут привести к сокращению срока службы машины и другим явлениям. Поэтому необходимо рассмотреть физическую сущность явлений, которые возникают при отклонениях от номинальных условий работы асинхронного двигателя.
Работа асинхронного двигателя при неноминальных напряжении и частоте в режиме холостого хода
Для анализа явлений в этом случае воспользуемся формулой
и магнитной характеристикой машины.
Будем считать, что А.Д.
работает в режиме холостого
|
Из формулы следует, что,
если частота сети
то магнитный поток
а намагничивающий ток (ток
холостого хода I10) зависит
|
от магнитного потока
Рисунок 1 нелинейным образом.
Поскольку магнитная цепь А.Д. как правило насыщена, то увеличениенапряжения U1 на 15 – 25% сверх номинального уже ведет к увеличению тока холостого хода до значения, равного номинальномутоку обмотки статора.
Дальнейшее увеличение напряжения ведет к перегреву и выходу из строя обмотки статора. С увеличением напряжения возрастают соответственно магнитный поток машины и индукция в магнитопроводе, следовательно, растут и потери в стали. Естественно, что в этих условиях работы А.Д. под нагрузкой невозможна.
Выше было показано, что с увеличением напряжения растет максимальный вращающий момент и перегрузочная способность двигателя. Однако эти достоинства трудно реализовать в значительной степени из-за повышенного нагрева машины.
Уменьшение напряжение ведет к уменьшению магнитного потока и тока холостого хода, что неопасно в отношении нагрева. Однако при этом в квадратичной степени уменьшается максимальный вращающий момент и перегрузочная способность, возрастают скольжение ротора и соответственно потери скольжения. Следовательно, по этой уже причине увеличивается нагрев двигателя, который может вообще остановиться, если его максимальный вращающий момент станет меньше момента сопротивления на валу.
Если напряжение U1=const неизменно и равно номинальному, а частота сети f1 изменяется, то возможны два случая:
1) при увеличении частоты магнитный поток в соответствии с формулой Е1= 4,44f1w1кw1Ф1m уменьшится, что вызовет уменьшение тока холостого хода I10 и потерь в стали. Следовательно, такой режим в отношении нагрева неопасен.
Но при этом возрастает частота вращения магнитного поля
n1= 
, а значит и ротора n. Поэтому увеличение частоты допустимо лишь в определенных пределах, обусловленных прочностью двигателя и механизма, с которым он соединен.
2) при уменьшении частотымагнитный поток Ф1m, ток холостого хода и потери в стали возрастут. Поскольку допустимое по условиям нагрева увеличение магнитного потока составляет 15-25%, то допустимое уменьшение частоты оказывается в пределах (0,87÷0,8)f1н.
Дальнейшее уменьшение частоты ведет к перегреву машины, поэтому недопустимо. Естественно, что и в этих условиях нагружатьасинхронный двигатель нельзя.
Именно по этой причине в наших энергетических установках нельзя использовать асинхронные двигатели, изготовленные в США, поскольку там номинальная частота сети равна 60 Гц и
А.Д. проектируется на эту частоту.
Наши двигатели там использовать можно, но синхронные скорости там больше. 
Изложенное выше показывает, что ток холостого хода не будет превосходить значения номинального тока, если магнитный поток останется в пределах Ф1m ≤ 1,25Ф1mн. Следовательно,
при одновременном изменении напряжения U1 и частоты f1 должно быть выполнено условие 
.
При этом следует учитывать, что одновременное увеличение напряжения и частоты ограничено максимально допустимой частотой вращения установки, а одновременное уменьшение напряжения и частоты ведет к остановке двигателя.
