Нагрева электрических аппаратов

Теоретически время достижения установившегося значения превышения температуры бесконечно, но если задаться точностью 2%, то при этом можно считать, что для достижения установившегося превышения температуры время нагрева должно быть больше, чем , так как . Если время на­грева , то температура аппарата не достигнет установившегося значения.

Часто встречаются такие режимы работы аппаратуры, когда время , в течение которого аппарат включен, меньше, чем время, необходимое для на­гре­ва до установившейся температуры, то есть , а время паузы (когда ток через аппарат не протекает) много больше, то есть . Подобный ре­жим работы аппарата называется кратковременным. Такой режим описывается уравнением

, (1.46)

где – длительно допустимая мощность потерь, Вт; – мощность по­терь при протекании через аппарат в кратковременном режиме за время критического тока , Вт.

Отсюда коэффициент допустимой перегрузки по мощности , в крат­ко­вре­мен­ном режиме равен

. (1.47)

Существует ряд аппаратов, предназначенных для работы в повторно-кратковременном режиме. В этом режиме циклы нагрева и охлаждения ап­па­ра­та строго чередуются. Обозначим время работы аппарата (время протекания то­ка) и время бестоковой паузы . Сумма этих времен называется временем цикла, то есть .

В течение первого цикла за время аппарат нагревается до некоторой температуры , а за время первой паузы произойдет его охлаждение до . Если такие циклы будут периодически повторяться достаточно долго, то в итоге установится процесс колебания температуры аппарата, который на­зы­ва­ется квазиустановившимся режимом.

Для такого режима справедливо равенство:

, (1.48)

где – мощность потерь в повторно-кратковременном режиме, Вт.

Тогда коэффициент перегрузки по мощности в повторно-крат­ко­вре­мен­ном режиме

, (1.49)

а коэффициент перегрузки по току

. (1.50)

При расчетах аппаратов, предназначенных для повторно-крат­ко­вре­мен­но­го режима работы, используют величину относительной продолжительности включения ПВ%. Она является выраженным в процентах отношением времени работы ко времени всего цикла, то есть

. (1.51)

Если задана частота включений в час , то время цикла и время работы аппарата могут быть записаны в виде:

, (1.52)

. (1.53)

Тогда коэффициент перегрузки по току равен

. (1.54)

Пример. Определить допустимое число включений в час катушки пос­то­янного тока в повторно-кратковременном режиме нагрева, если время рабочего периода катушки с и по ней протекает ток А. Катушка ци­лин­дри­ческая, намотана круглым медным проводом диаметром мм, имеет 500 витков, ее внутренний диаметр мм, наружный диаметр мм, высота катушки мм. Катушка находится в спокойном воз­духе, температура которого °С. С наружных поверхностей катушки ко­эффициент теплоотдачи Вт/(м²∙К). Изоляция провода хлоп­ча­то­бу­маж­ная без пропитки.

Решение. Длительно допустимая величина тока определяется из ра­вен­ства:

.

Для хлопчатобумажной изоляции °С. Средний диаметр мм=0,105 м. Площадь наружной поверхности катушки мм²=0,0308 м². Подставляя числовые значения и вы­чис­ляя, получим А. Тогда коэффициент перегрузки по току

и коэффициент перегрузки по мощности .

Постоянную времени нагрева катушки определим исходя из пред­по­ло­же­ния, что теплота выделяется только в ее токоведущих элементах:

,

где – удельная теплоемкость и плотность меди.

После вычислений получим с.

Тогда из равенства

найдем время одного цикла с.

Допустимое число включений катушки в час

.

Округляя в сторону уменьшения, получаем .

Контрольные вопросы к п.1.3.2:

1. Дайте определение кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы.

2. В каком случае повторно-кратковременный режим можно считать кратковременным?

3. Почему при повторно-кратковременном режиме работы мощность источников теплоты может быть больше, чем в длительном режиме работы при одних и тех же значениях допустимой температуры?

4. Дайте определение коэффициентов перегрузки по мощности и по току.

5. Что такое относительная продолжительность включения?