CC BY
35
ИЗВЕСТИЯ ■
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. Ш. КИРОВА
Том 301 .1975
НАГРЕВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ПОВТОРНО-КРАТКОВРЕМЕННЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
В. А. ЖАДАН, Ю. В. КОПЫЛОВ, Д. И. САННИКОВ
(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и общей электротехники)
Для разработки уточненной методики теплового расчета асинхронных двигателей в повторнонкрашовременнык режимах работы (ПКР) с частыми пусками необходимо провести жспарим ен т а л ып ы е ¡исследования нагрева этих двигателей при изменении относительной продолжительности включения ПВ, числа (включений в час Ь, статического момен-та на валу двигателя Мс и коэффициента инерции вращающихся масс К| в пределах, предусмотренных ГОСТом 183—66.
Экспериментальные исследования были проведены на двигателях серии 4А с высотой оси вращения 112 мм основного исполнения — 4А112М2, 4А112М4, 4А112М6 и на двигателях с повышенным скольжением, специально предназначенных для работы в режимах с частыми пусками —4АС112М4, 4АС112М6.
В процессе изготовления этик двигателей в них было ¡встроено по 76 термопар; из них в обмотке статора — 36, в станине — 30, ¡в каждом подшипниковом щите — по 5 термопар. В каждую секцию обмотки статора, температурное поле которой измерялось, закладывались 12 термопар: 6 термопар—<в ¡пазовую часть и 6 термопар—© лобовую часть (рис. 1). Секции с термопарами равномерно распределялись по окружности статора таким «бравом, чтобы они находились во всех трех фазах. В станине термопары расположены равномерно по окружности и длине станины.
■Измерение терм-овдс производилось с (помощью полуавтомаютеско-го потенциометра Р-2/1 и самопишущего потенциометра Н-39. Нагрузка двухполюсных двигателей осуществлялась с помощью такой же асинхронной ¡машины, работающей в режиме генератора с самовозбуждением, а других двигателей — с помощью механического тормоза [2[. Тепловые испытания двигателей в ПКР с частыми пусками проводились при их питании от мощной сети с иерегулиру емьим напряжением при номинальной нагрузке на валу и неизменном для каждого типоразмера двигателя коэффициента инерции 1врахцак>щи1хся масс. Поскольку напряжение сети может изменяться за время работы двигателя, то оно непрерывно регистрировалось самопишущим вольтметром тина Н-376 и в. дальнейшем производился пересчет потерь при пуске и во время работы на действительное напряжение.
Общая картина распределения температуры обмотки статора для всех испытанных двигателей в ПКР с частыми пусками одинакова и мало отличается от распределения температур в длительном режиме работы [3, 4[.
#
1ккжольку разброс температуры ,по окружности статора в любом поперечном сечении невелик, как правило, не превышает 5% [3] и величина "этого разброса определяется главным образом технологически---ми отклонениями, то основное внимание следует уделить анализу распределения температур по длине обмотки. Для прймера на рис. 1 и 2 показано распределение температуры ло длине обмотки статора двигателя 4А-112-М-4 4 при различной относительной продолжительности включения и различном числе включений в час. Анализ этих зависимостей показывает, что, как и в длительном режиме работы, лобовые части обмотки статора нагреты сильнее пазовой части, вследствие лучших условий ее охлаждения; лобовые части обмотки со стороны привода нагреты больше лобовых частей со стороны вентилятора, ввиду несимметрии условий охлаждения корпуса.
Неравномерность распределения температуры по длине обмотки' статора можно оценивать, например коэффициентом, равным отношению температуры наиболее нагретой точки в лобовых ..частях со стороны привода к температуре наименее нагретой точки® пазовой части обмотки статора.
Неравномерность нагрева при различной продолжительности включения изменяется под действием двух противоположных факторов: во-первых, при уменьшении продолжительности включения ухудшаются условия охлаждения корпуса и, следовательно, обмотии статора в целом,
/ 2 3 4- 5 $ 7
г | и-1-и ; I
Рис. 1. Зависимость перегрева обмотки статора по длине для двигателя 4А-112М-4 при Ь=уаг, ПВ = сопб1 '
7£Г
■что приводит к уменьшению неравно-мерност и ее напрева, вочвторых, ухудшаются условия таплоотвода от лобовых частей к ¡внутреннему воздуху, что приводит к увеличению 'неравном ери ости. В двигателе 4А-Ы2М-4 (рис. 1) коэффициент неравномерности нагрева обмотки изменяется от 1,18 при ПВл15% до 1,23 при П|В-вО%. Таким образом, при увеличении ПВ неравномерность нагрева обмотки статора несколько увеличивается благодаря более сильному' влиянию ухудшения условий охлаждений лобовых частей.
Изменение числа включений двигателя в час ¡не влияет на перекос температуры ,по длше обмотки статора (¡рис. 2). Кривая распределения аерепрева абмотии статора по длине с увеличением числа включений в час смещается иверж ©следствие увеличения потерь почти параллельно самой себе.
В, град -..........- Г'
720
V ^---X-- 120
30 У
-1
/ 2 3 4 £ ? 7
(I—И \ —±) ^—м т М—Г
Рис. 2. Зависимость перегрева обмотки статора по длине для двигателя 4А-112М-4 при ПВ-^аг, И^сог^
¡Поскольку при изменении ПВ и И в широком диапазоне неравномерность йатрева изменяется незначительно, то оценку теплового состояния двигателя можно проводить в первом приближении и для продолжительного режима работы по среднему перегреву обмотки статора. Притом же ¡и размах колебаний температуры-¡во времени /в режиме частых /пусков (Ь^ЗО) ¡не превосходит 4° С [2[. В связи с этим -в таблице приведены значения перегрева обмотки статора 0М, усредненные ;во времени и по длине обмотки, и значения ¡перегрева корпуса вк, усредненные /во времени и по площади поверхности корпуса. Здесь же приведены суммарные греющие потери при номинальном режиме без учета потерь при пуске. При отклонении греющих потерь в отдельных режимах ог номинальных производится пересчет средних перегревов обмотки статора к корпуса пропорционально изменению греющих потерь.
Приведены также средние значения энергии Аш выделяемой за один
*—I—
Т т t
Таблица
Результаты тепловых испытаний двигателей серии 4А в режимах частых пусков
• ПВ % 15 40 60
Тип двигателя 2Р, вт Ап, дж Ь, вкл/час 30 120 240 30 120 240 30 120 240 100
4А-112М-2 1300 4700 ©м, град ©„, град 40.5 23.6 48,4 26,0 69,0 36,8 60,2 28,4 68,0 31,4 85,0 38,5 75,0 32,0 84.4 34.5 93,9 37,4 86,4 31,3
4А-112М-4 1200 3350 0м, гра>л ©к, град 33,8 22,6 50,5 32,5 68,0 42,3 53,6 31,8 78,0 46,6 79,1 46,8 63,3 34,7 77,1 41,8 93,0 50,0 79.7 35.8
4А-112М-6 1500 1530 6М,град ©к, град 27.8 20.9 32,4 26,4 38,2 29,7 45,6 82,1 47,2 33,5 51,6 39,0 67.0 40.1 60,9 41,9 63,5 43,8 71,0 40,9
4АС-112М-2 1500 1995 вы,град ©к, град 38,6 24,1 47,7 30,5 51,5 32,3 52,7 30,9 62,6 35,3 68,5 37,4 68,7 36,0 70,0 35,5 82,0 42,2 83,7 36,5
4АС-112М-4 1500 1671 0М, град ©л, град 38,6 23,9 40,6 24,9 — 54,4 35,8 63,1 36,5 65,4 37,7 73,8 38,5 77,8 41,6 79.0 42.1 94,0 43,9
пуск в обмотках статора и ¡ротора, при постоянном коэффициенте инерции вращающихся масс и постоянном моменте сопротивления.
В качестве примера на рис. 3 показано, как изменяются средние перегревы обмотки статора и корпуса при различных Ь и ПВ для двигателей 4А112М4 и 4А112М6.
Рис. 3. Влияние числа включений на перегрев обмотки
статора 9 и корпуса х при различных ПВ:---для
двигателя 4А-112М-4; -_!_для двигателя 4А-112М-6
)И увеличении числа включении наюлюдается дополнительное повышение среднего перегрева обмотки статора и корпуса, которое растет прямо пропорционально Ь. Наклон характеристик вм, вк=4(Ь) определяется, ¡в первую очередь, величиной .потерь энергии за один пуск. Та* ким образом, имеется возможность определить на основании тепловых испытаний энергию пусковых потерь по формуле
3600 А в ПВ
Аг
У,Р
Ъ в0 100
(1)
где 0О
перегрев обмотки статора или корпуса при Ь = 0;
де=вц — во
Вь — перегрев обмотки статора или корпуса при данном числе включений Ь.
Например, проделав расчеты энергии, выделяемой в обмотках статора и ротора за один пуск, по осциллограммам тока и по формуле (1) получим следующие результаты:
двигатель 4А-\М2М-4:
по осциллограммам тока — Ап=3350 дж, по формуле (1) — Ап ~ 4800—6900 дж; двигатель 4АЛ12М-6:
по осциллограммам тока — Ап=1530 дж, по формуле (1) — Ап='1б70—1740 дж.
Отсюда можно сделать вывод, что расчет энерши за один пуок по осциллограммам тока дает заниженный результат.
(Перегрев обмотвд статора и корпуса с увеличением ПВ возрастает, но зависимость его от ПВ' .нелинейна, так как с увеличением ПВ одновременно с увеличением средних за цикл ¡потерь увеличиваются условия охлаждения двигателей.
Выводы
11. Характер распределения перегрева обмотки статора по длине при изменении числа ¡включений и относительной продолжительности включений меняется с л або.
2. В режиме частых пусков зависимость перегрева обмотки статора и корпуса от числа включений в час — линейная, а от относительной продолжительности включения — нелинейная.
3. Асинхронные двигатели с повышенным скольжением находятся в лучших условиях .по нагреву в режимах с частыми пусками, чем двигатели основного исполнения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Б. Т. Артгохов. Асинхронные двигатели при периодической нагрузке. Киёв, изд-во «Технша», 1972.
2. В. А. Ж а д а н, Ю. В. К о и ы л о в, Д. И. Санников. Экспериментальное исследование асинхронных двигателей в повторнснкратковременных режимах работы с частыми пусками. Известия ТПИ, т. 284, Томск, изд-во ТГУ, 1974.
З/В: А. Жадан, Д. И, Санников, Р. Я. Кляйя. Исследование температурных полей закрытых обдуваемых электродвигателей. Известия ТПИ. т. 172, Томск, изд-во ТГУ, 1967.
4. В. А. Жадан, Ю. В, Копылов, Д. И. Санников. Исследование нагрева асинхронных двигателей типа АО. Известия ТПИ, т. 212, Томск, изд-во ТГУ, 1972.
