Моделирование нагрева асинхронного двигателя

2. Коэффициент теплоотдачи от стали к окружающему воздуху А2=46,7726 Вт/0С.

3. Коэффициент теплоотдачи от меди к стали А12=9,7796 Вт/0С.

4. Теплоемкость меди С1=2577,1 Дж/0С.

5. Теплоемкость стали С2=1036,6 Дж/0С.

Так как цель данного дипломного проекта – это создание лабораторной работы, поэтому в Приложении Б приведены исходные данные к расчету еще для четырех двигателей серии

4А: 4А180М2У3, 4А132М4У3, 4А180М4У3, 4А225М4У3.

4. Моделирование процессов нагрева и охлаждения асинхронного двигателя в различных режимах работы. Рекомендации по выбору асинхронных двигателей по нагреву

Исследуем стандартные режимы работы асинхронных двигателей, установленные ГОСТ 183–74: S1, S2, S3.

Режим S1 – это режим продолжительной работы при постоянной нагрузке.

Режим S2 – режим кратковременной нагрузки. Двигатель в режиме S2 работает при постоянной нагрузке в течение времени меньшего, чем требуется для получения теплового равновесия, с последующим отключением на время, за которое температура двигателя становится равной температуре окружающей среды. Характеризуемой величиной в этом режиме служит продолжительность работы. Стандартные значения, установленные ГОСТ 183–74: 10, 30, 60, 90 минут.

Режим S3 – режим повторно-кратковременной нагрузки. Характеризуется последовательностью идентичных циклов, каждый из которых состоит из периодов работы двигателя при постоянной нагрузке и периодов отключения, причем длительность периодов работы недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла. Этот режим характеризуется продолжительностью включения (ПВ), которая равна:

, (4.1)

где tp – время работы;

tо – время отключения.

В ГОСТ 183–74 устанавливаются стандартные значения ПВ: 15%, 25%, 40%, 60%. Продолжительность одного цикла, если не оговорок, принимается равной десяти минутам.

Рассмотрим процессы нагрева на примере асинхронного двигателя закрытого исполнения марки 4А132М2У3. При моделировании температура окружающего воздуха принималась равной 100С, начальные температуры меди и стали равны температуре окружающего воздуха. По графику видно, что средняя температура меди достигает установившегося значения 82,730С за 2000 секунд.

Рисунок 4.1 – График изменения нагрузки и температур меди и стали в режиме S1 (θв=100С)

Графики изменения нагрузки и температур меди и стали в режиме S2 приведены на рисунке 4.2. Продолжительность работы здесь равна 10 минутам, температура окружающей среды и начальные температуры меди и стали равны 100С.

Рисунок 4.2 – Графики изменения нагрузки и температур меди и стали в режиме S2 (θв=100С)

По графику видно, что средняя температура меди не достигает установившегося состояния, ее максимум равен 72,30С. После отключения обмотка остывает до температуры окружающей среды, то есть до 100С, за 1800 секунд.

Графики изменения нагрузки и температур меди и стали в режиме S3 приведены на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Графики изменения нагрузки и температур меди и стали в режиме S3 (θв=100С)

Продолжительность включения ПВ=40%, температура окружающей среды и начальные температуры меди и стали равны 100С. По графику видно, что средняя температура меди не достигает установившегося состояния, ее максимум равен 53,20С. Установившееся состояние наступает через три цикла.

На рисунках 4.4–4.6 приведены графики изменения нагрузки и температур меди и стали в режимах S1, S2 и S3 соответственно, при температуре окружающего воздуха 400 С. Начальные температуры меди и стали равны температуре окружающего воздуха.

Рисунок 4.4 – Графики изменения нагрузки и температур меди и стали в режиме S1 (θв=400С)

По графику изменения температуры меди в режиме S1 (см. рисунок 4.4) видно, что установившееся значение температуры равно 1130 С. Это значение меньше установленного ГОСТ 183–74 предельное значение температуры для изоляции класса В – 1200 С.

Рисунок 4.5 – Графики изменения нагрузки и температур меди и стали в режиме S2 (θв=400С)

Рисунок 4.6 – Графики изменения нагрузки и температур меди и стали в режиме S3 (θв=400С)

При проектировании электропривода встает задача выбора асинхронного двигателя по мощности. Если мощность, требуемая на исполнительном органе рабочего механизма, больше чем мощность двигателя, то последний перегревается и может выйти из строя; если мощность нагрузки меньше мощности двигателя, то ухудшаются его энергетические характеристики (коэффициент полезного действия η, коэффициент мощности cosφ). Задача выбора двигателя осложняется тем, что нагрузка на валу не остается постоянной, а меняется во времени. Для того чтобы решить вопрос выбора мощности двигателя, необходимо знать зависимость изменения нагрузки во времени.

Таким образом, основной целью при выборе асинхронного двигателя по нагреву является наиболее полное его использование по мощности.

Предельные значения температур обмоток для разных классов изоляции устанавливаются ГОСТ 183–74. Предельные температуры обмотки для классов пазовой изоляции приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

При работе привода в режиме продолжительной работы с постоянной нагрузкой (S1) перегрузка двигателя недопустима, то есть мощность нагрузки должна быть меньше либо равна установленной мощности двигателя. Причиной этого является то, что при номинальной нагрузке температура меди обмотки близка к предельно допустимой.

При работе привода в кратковременном режиме с постоянной нагрузкой (S2) имеется возможность получить от двигателя мощность больше паспортной. Это объясняется тем, что в кратковременном режиме работы температура обмотки не достигает установившегося значения, а при отключении от сети двигатель остывает до температуры окружающей среды. Величина допустимой перегрузки в первую очередь зависит от продолжительности работы двигателя.

 Скачать реферат