навливается в процентах продолжительности одного цикла работы, включающего в себя время работы и время паузы. Продолжительность включения для всех повторно-кратковременных режимов принята равной 15, 25, 40 и 60% продолжительности одного цикла.

В повторно-кратковременном режиме S3 продолжительность цикла установлена равной 10 мин.

Работа машины и паузы периодически чередуются. Продолжительность включения, %, определяется по формуле

ПВ =

D + N D + N + R

-100.

ПВ =

N + R

100,

где N, R - время (продолжительность) работы и паузы, с.

Характер изменения потерь и нагрева машины во времени при режиме работы S3 иллюстрирует рис. 3.2, е.

В условном обозначении режима указывают продолжительность включения в процентах; например S3-25%, S3-40%. Для режима S3 предполагается отсутствие влияния на нагрев машины увеличения потерь за время пуска, так как продолжительность пускового периода много меньше периода работы машины.

Повторно-кратковременный режим S4 определяет эксплуатацию машины с частыми пусками, при которых длительность одного цикла определяется числом включений в час: 30, 60, 120 или 240 при определенном коэффициенте инерции FI, равном 1,2; 16 2,0; 2,5; 4,0; 6,3 или 10. Коэффициент инерции - это отношение суммы момента инерции ротора и приведенного к валу двигателя момента инерции приводного механизма к моменту инерции ротора.

В условном обозначении режима указывается продолжительность включения в процентах, число включений в час и коэффициент инерции, например 84-25%, 120 включений в час, FI - 2,0. Это означает, что двигатель при коэффициенте терции FI = 2,0 рассчитан на работу при 120 включениях в час, длительность каждого цикла составляет 60/120 = 0,5 мин, из которых время пуска (£)) и время работы (ЛГ) составляет 25%, т. е. 7,5 с, а время паузы (Л) -22,5 с.

Из-за малой длительности каждого цикла время пуска (разгона) машины соизмеримо с временем ее работы, поэтому увеличение потерь в пусковом периоде оказывает непосредственное влияние на нагрев машины (рис. 3.2, г). Времена пуска, работы и паузы связаны следующим соотношением, %:

Повторно-кратковременный режим с частыми пусками н электрическим торможением (S5) отличается от рассмотренного тем, что в конце каждого цикла происходит электрическое торможение двигателя. Эксплуатация двигателей рассчитана при коэффициентах инерции FI, равных 1,2; 1,6; 2,0- 2,5; и 4,0. Продолжительность включения, %, определяется из соотношения

D + N + F

ПВ =-100,

D+N+F+R

где D - время пуска; N - время работы; F - время электрического торможения; R - пауза. Число включений в час принято таким же, как и в режиме S4 (рис. 3.2, д).

В условном обозначении режима указывают продолжительность включения, %, число включений в час и коэффициент инерции, например 85 - 40%, 60 включений в час, FI - 1,2.

В перемежающемся режиме периоды работы при определенных нагрузке и частоте врашения чередуются с периодами холостого хода двигателя, или реверсами при электрическом торможении, или с работой при другой частоте вращения. Продолжительность работы с неизменной нагрузкой (ПН) определяется в процентах длетельности одного цикла - 15, 25, 40 или 60 %.

В перемежающемся режиме (86) длительность одного цикла принята 10 мин. Влияние пусковых потерь на нагрев частей двигателя не учитьшается (рис. 3.2, е). Нагрузка двигателя перемежается с холостым ходом двигателя. Продолжительность нагрузки, %, определяется по формуле

где N - время работы с неизменной нагрузкой; F-время холостого хода.

В условном обозначении режима указывается ПН в процентах, например 86-40%.

В перемежающемся режиме с частыми реверсами при электрическом торможении (87) длительность цикла работы определяется числом включений в час - 30, 60, 120 или 240 при определенном коэффициенте инерции FI - 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 или 4,0. Из-за малой длительности неизменной нагрузки потери в пусковые периоды и во время реверсов оказывают существенное влияние на нагрев частей двигателя (рис. 3.2, ж). В условном обозначении указываются число включений в час и коэффициент инерции, на-

пример S7 - 120 включений в час, FI - 2,5.

В перемежающемся режиме с двумя и более частотами вращения (S8) определена последовательная смена периодов работы с неизменной нагрузкой на одной частоте вращения, периодами работы на другой частоте вращения с иной, но также неизменной нагрузкой, соответствующей этой частоте. Режим определяется числом циклов в час - 30, 60, 120 или 240, коэффициентом инерции FI = 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 и 4,0 и относительной (в процентах к длительности цикла) продолжительностью нагрузки на каждой из частот вращения (IlHi, Hj, ...), которая рассчитывается по формулам

ПН, =

ПНз =

Di+Ni+Fi +N2 + F2 + ЛГ3

F2 + N3

100; - 100; 100,

где D, - время разгона; iVi, N2, Лз - время работы; Fi, Fj, F3 - время электрического торможения на каждой из частот вращения.

Изменение потерь двигателя npi переходе на другую частоту вращения с другой нагрузкой и при электрическом торможении оказывает существенное влияние на нагрев частей мащины (рис. 3.2, з).

В условном обозначении режима указываются число включений в час, коэффициент инерции, нагрузка, соответствующая каждой из частот вращения, и ее относительная продолжительность в процентах общей длительности цикла, которая устанавливается по соглащению между заказчиком и изготовителем. Примеры обозначений; S8 - 60 включений в час. FI - 2,0; 22 кВт; 740 об/мин; 40%; 55 кВт; 1470 об/мин; 60%.

При эксплуатации машин в повторно-кратковременных или перемежающихся режимах с указанными в паспорте продолжи-тельностями включения и нагрузки, коэффициентом инерции FI и числом пусков в час практически повторяющаяся температура их частей не превышает допустимую, установленную для данного типа машины и класса нагревостойкости ее изоляции.

Возможность эксплуатации машины в измененном по сравнению с паспортным режиме, например с иными ПВ или ПН, числом пусков в час или с другим F при одновременном изменении рабочей нагрузки рассматривается в § 6.3.

Кроме основных режимов работы элек-

трических машин (S1-S8), регламентированных ГОСТ 183-74, в практике эксплуатации электрических двигателей можно выделить режим кратковременной нагрузки с продолжительностью включения, существенно меньшей 10 мин, режим чередующихся реверсов, характерный, в частности, для рольганговых двигателей, и режим стохастической нагрузки, характерный для горно-шахтного и бурильного оборудования.

Режим кратковременной нагрузки с малой продолжительностью рабочего цикла является частным случаем режимов S2, S3 и отличается от них тем, что время работы в этом режиме соизмеримо с временем пуска двигателя. В связи с этим потери в двигателе необходимо рассматривать как функции времени, а не как постоянные величины.

Режим чередующихся реверсов относится к режиму S7, но отличается от него симметричным графиком мощности при различном направлении вращени.ч. Кроме того, рабочий цикл по времени соизмерим с временем реверса, и поэтому при расчете потерь необходимо учитывать апериодические составляющие тока и магнитного потока.

Резким стохастической (случайной) нагрузки характеризуется вероятностными характеристиками момента нагрузки (сопротивления) на валу;

математическим ожиданием (МО), характеризующим среднее значение нагрузочного момента;

дисперсией или среднеквадратичным отклонением (СКО), оценивающим разброс значений М относительно МО;

корреляционной функцией, устанавливающей связь между сечениями случайного процесса Мн (0;

плотностью распределения вероятности

Эти характеристики определяются согласно ГОСТ 11.004-84 и ГОСТ 11.006-74.

В отличие от предыдущих режимов график случайной нагрузки не может быть выражен детерминированной функцией времени. Поэтому и тепловое состояние двигателя оценивается вероятностными характеристиками случайной функции нагрева во времени.

Все виды стохастических нагрузок в основном представляются как стационарные случайные процессы, т. е. такие процессы, которые имеют постоянное значение МО, СКО и корреляционную функцию, зависящую лишь от временного интервала между сечениями случайного процесса.

Для этого режима характерно то, что все переменные двигателя - ток, потери.

КПД, COS ф и др. - характеризуются не только своими средними значениями, но и диапазоном изменения случайной составляющей этих величин относительно своего среднего значения. В частном случае при нулевом отклонении случайной составляющей момента нагрузки от его среднего значения режим стохастической нагрузки сводится к одному из режимов S1 -S8.

Естественная

Искусственная

СамоВентиляция Принудительная

Наружный, обдув

Внутреннее охлаждение

3.4. Охлаждение электрических машин

Превышение температуры поверхности охлаждения электрической машины над температурой охлаждающей среды определяется выражением

ДЭ = 1:Р/(а5о,л),

где Хохл - поверхность охлаждения машины; YP - сумма потерь, отводимых с поверхности охлаждения; я - коэффициент теплоотдачи с поверхности.

Уменьшение нагрева машины может быть достигнуто снижением использования активного объема машины (уменьшением Р), увеличением эффективности теплоотдачи (увеличением коэффициента а) и увеличением поверхности охлаждения. Снижение использования активного объема экономически невыгодно, так как приводит к неоправданному увеличению габаритов и массы машины, поэтому задача улучшения охлаждения электрических машин, как правило, решается путем увеличения коэффициента теплоотдачи и площади поверхности охлаждения.

В современном электромашиностроении коэффициент теплоотдачи повьппают путем организации интенсивного обдува охлаждаемых поверхностей воздухом и применением для охлаждения водорода, воды или масла. Поверхность охлаждения увеличивают оребрением корпусов машин и созданием систем вентиляционных каналов для пропуска охлаждающего агента (воздуха, водорода или жидкости) внутрь машины непосредственно к элементам ее объема, в которых происходит наиболее интенсивное выделение тепла, - к активной стали и обмоткам. В последнем случае достигается также уменьшение нагрева внутренних зон машины из-за уменьшения теплового потока от места выделения тепла к внешней поверхности машины.

Классификация систем вентиляции в зависимости от расположения вентиляторов

Рис. 3.3. Классификация систе.м вентиляции электрических машин

и преимущественного направления вентиляционных каналов внутри машины применительно к воздушному охлаждению приведена на рис. 3.3.

В электрических машинах с естествен-НЫ.М охлаждением отсутствуют как вентилятор, так и какие-либо иные конструктивные элементы, создающие направленное движение воздуха для отвода тепла от частей машины. Охлаждение осуществляется за счет свободной конвекции воздуха, вызванной разницей температур нагретой поверхности машины и охлаждающей среды.

Большинство электрических машин имеет искусственное охлаждение, при котором обязательным является наличие каких-либо конструктивных элементов или отдельных устройств (вентиляторов, компрессоров, вентиляционных лопаток или ковшей и т. п.), создающих аэродинамический или гидравлический напор, необходимый для обеспечения направленного движения охлаждающего газа или жидкости по вентиляционным каналам или обдува внешней поверхности машины.

Системы вентиляции в зависимости от привода устройства, создающего напор для движения охлаждающего агента, подразделяют на самовентиляцию и принудительную или независимую вентиляцию. Наиболее распространена самовентиляция электрических машин, т. е. система вентиляции, при которой вентилятор или другое устройство обеспечивающее движение охлаждающего агента, непосредственно связаны с ротором или валом машины (установлены на роторе, насажены на вал машины или связаны с валом