28.5. Режимы работы и выбор типа электродвигателя

Во время работы электродвигателя выделяется значительное количество теплоты, отрицательно влияющее на изоляционные материалы. В соответствии с этим надежность работы электро­двигателя, его технико-экономические характеристики и номи­нальная мощность определяются нагревом материалов, приме­няемых для изоляции обмоток.

Срок службы изоляции зависит от качества и свойств изоли­рующего материала и температуры, при которой он работает. Например, хлопчатобумажная волокнистая изоляция, погружен­ная в минеральное масло при температуре около 90 °С, может надежно работать в течение 15...20 лет. За это время изоляция постепенно изнашивается, т. е. ухудшаются ее механическая прочность, эластичность и другие свойства, необходимые для нормальной работы. Повышение рабочей температуры всего на 8... 10 °С сокращает срок работы этого вида изоляции до восьми— десяти лет (примерно в 2 раза), а при 150 "С износ наступает че­рез 1,5 месяца. Работа при температуре около 200 "С приводит эту изоляцию в негодность уже через несколько часов.

Степень нагрева изоляции электродвигателя зависит от на­грузки. Малая нагрузка увеличивает продолжительность изнаши­вания изоляции, но приводит к недоиспользованию материалов и повышению стоимости двигателя. Наоборот, работа двигателя с большой нагрузкой резко сокращает его надежность и срок службы и экономически невыгодна. Вследствие этого рабочую температуру изоляции и нагрузку двигателя, т. е. его номиналь­ную мощность, выбирают из технико-экономических соображе­ний с таким расчетом, чтобы продолжительность изнашивания изоляции (срок службы двигателя в условиях нормальной экс­плуатации) была примерно 15...20 лет.

Изоляционные материалы, применяемые при изготовлении электродвигателей, разделены по нагревостойкости на несколько классов. Для каждого класса стандартом установлена предельно допустимая (максимальная) рабочая температура.

Для улучшения теплового режима работы электродвигателя и повышения его технико-экономических показателей применяют искусственную вентиляцию. В защищенных электродвигателях вентилятор расположен на валу внутри двигателя. При работе двигателя наружный воздух, перемещаемый вентилятором, отби­рает теплоту от обмоток статора. У закрытых обдуваемых элект­родвигателей вентилятор расположен снаружи. Охлаждение про­исходит за счет перемещения потоков воздуха по оребренной по­верхности двигателя.

Электродвигатель обеспечивает устойчивую работу и лучшие показатели при номинальном режиме работы, т. е. при режиме, на который двигатель рассчитан и при котором температура его находится в допустимых пределах, установленных для класса изоляции обмоток электродвигателя.

Установлено восемь номинальных режимов работы электри­ческих машин. Четыре из них основные: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и перемежаю­щийся.

Продолжительный режим соответствует номинальной неиз­менной нагрузке двигателя, продолжающейся столь долго, что температура всех его частей достигает установившихся значений. Установившейся температурой отдельных частей двигателя счи­тают температуру, изменение которой в течение 1 ч не превыша­ет 1 °С.

Кратковременный режим работы характеризуется тем, что двигатель работает при номинальной мощности, указанной в его паспорте. Это короткий отрезок времени, в течение которого температура двигателя не успевает достичь установившейся. После отключения двигатель длительно не работает и его темпе­ратура постепенно снижается до температуры окружающей сре­ды. В кратковременном режиме двигатели могут быть рассчита­ны на стандартную продолжительность рабочего периода —10, 30, 60 и 90 мин.

Повторно-кратковременным режимом работы двигателя на­зывается такой, при котором кратковременные рабочие периоды номинальной нагрузки чередуются с паузами. Продолжитель­ность рабочих периодов и пауз не настолько велика, чтобы пере­гревы отдельных частей двигателя при неизмененной температу­ре окружающей среды могли достигнуть установившихся значе­ний. Для этого режима установлены стандартные продолжитель­ности включения (ПВ 15, 25, 40 и 60%) с длительностью рабочего периода до 10 мин. При повторно-кратковременном ре­жиме работы двигатель нагревается меньше, чем при непрерыв­ной нагрузке, и поэтому его можно нагружать сильнее, чем при продолжительном номинальном режиме работы.

Перемежающимся номинальным режимом называют такой режим длительной работы электродвигателя, при котором крат­ковременные рабочие периоды чередуются с периодами холосто­го хода. При этом средняя температура достигает установившего­ся значения.

При эксплуатации электродвигателя недопустимы перегрузки сверх его максимального вращающего момента, так как это при­водит к затормаживанию (опрокидыванию), которое при дли­тельной перегрузке может вызвать выход двигателя из строя.

При выборе электродвигателя следует учитывать условия и его режимы работы, необходимую частоту вращения и т. д. Правиль­ный выбор имеет большое значение. Если на машине установлен двигатель большей мощности, чем требуется, он работает с низ­ким КПД. Двигатель же недостаточной мощности быстро пере­гревается и не обеспечивает нормальной работы установки.

В зависимости от условий окружающей среды применяют электродвигатели следующих исполнений: защищенные, закры­тые обдуваемые, взрывозащищенные. В сельскохозяйственном производстве наиболее распространены электродвигатели пер­вых двух групп.

В двигателях защищенного исполнения все вращающиеся и токоведущие части закрыты. Это предотвращает случайное при­косновение к токоведущим частям, попадание капель и посто­ронних предметов. Воздух, необходимый для охлаждения, посту^ пает внутрь двигателя через вентиляционные окна.

Двигатели закрытого обдуваемого исполнения таких окон не имеют, поэтому их охлаждают с помощью вентилятора, установ­ленного снаружи на валу двигателя и закрытого специальным кожухом. Вентилятор засасывает воздух через отверстия в кожухе и направляет его вдоль ребер статора, предназначенных для улуч­шения охлаждения. Кроме того, предусмотрена вентиляция и внутри корпуса электродвигателя.

При выборе электродвигателя необходимо знать характер сре­ды помещения, в котором он будет установлен.

При выборе электродвигателя по частоте вращения необходи­мо стремиться к тому, чтобы двигатель имел такую же частоту вращения, что и рабочая машина, так как это избавит от проме­жуточной передачи.

В общем случае задача выбора двигателя по частоте враще­ния — это задача экономическая. С увеличением частоты враще­ния двигателя его габаритные размеры уменьшаются, а значит, снижаются расход материалов и стоимость. Кроме того, высокоскоростные двигатели имеют большие значения коэффи­циентов полезного действия (_ч) и мощности (coscp) по сравне­нию с тихоходными. Однако большинство сельскохозяйственных машин тихоходные, поэтому между двигателем и рабочей маши­ной необходима механическая передача. С увеличением переда­точного числа стоимость передачи растет. Таким образом, для каждой конкретной рабочей машины имеется своя оптимальная частота вращения.

Для правильного выбора мощности электродвигателя необхо­димо знать режим, в котором он будет работать. При продолжи­тельном режиме работы правильно выбранный двигатель работа­ет достаточно долго без перегрева сверх допустимой для данного класса изоляции температуры.

Различают работу двигателя при постоянной и переменной нагрузке. При постоянной нагрузке мощность двигателя Д_в оп­ределяют в зависимости от мощности на валу машины P_{v M} по формуле

(28.4)

Обычно мощность рабочей машины указывают в ее паспорте. Для некоторых машин мощность можно подсчитать по теорети­ческим или эмпирическим формулам, а также по нормативным показателям потребления электрической энергии на единицу продукции:

(28.5)

где W— потребление энергии на производство единицы продукции, кВт • ч/т; П— производительность рабочей машины, т/ч.

Выбранный по каталогу двигатель проверяют на возможность пуска, так как рабочие машины обычно имеют повышенное со­противление в момент трогания с места. В общем случае пусковой момент двигателя должен быть в 1,5 раза больше момента трогания рабочей машины.

При переменной нагрузке рабочей машины электродвигатель к ней подбирают методом эквивалентных величин: тока, момен­та или мощности. Под эквивалентной мощностью понимают по­стоянную мощность, при которой потери в двигателе равны по­терям при данном переменном графике нагрузки. Эквивалент­ную мощность рассчитывают по формуле

(28.6)

где —мощности рабочей машины в течение интервалов времениt\,

Для новых рабочих машин график нагрузки составляют с по­мощью регистрирующих приборов (амперметра и ваттметра).

Выбранный электродвигатель проверяют на перегрузочную способность, которая характеризуется допустимым для данного типа двигателя отношением максимального момента (или тока) к номи­нальному. Учитывая возможность снижения напряжения при пере­грузке, необходимо, чтобы максимальное мгновенное значение на­грузочного момента двигателя не превосходило 0,8ц_мМ_н (здесь ц_м — перегрузочная способность двигателя по моменту: для асинхрон­ных двигателей, в зависимости от мощности и частоты вращения; М_н — перегрузочный момент двигателя). Для привода машин с ударной или колебательной нагрузкой применяют двига­тели с повышенным скольжением серии АС или АОС. Чтобы смягчить колебания нагрузки, нужно повысить инерционность электропривода. Для этого используют специальные маховики.

Выбранные электродвигатели соединяют с той или иной сель­скохозяйственной машиной или агрегатом с помощью передач: клиноременной, плоскоременной, цепной, а также муфтами и редукторами.