Влияние потерь на выбор двигателей по условиям нагрева

Потери энергии в конечном итоге связаны с выделением теплоты в элементах электропривода, их нагреванием и отводом части этих потерь в окружающую среду. Практически все элементы силового канала электропривода критичны к температурному режиму. Выделяющаяся теплота повышает температуру, а следовательно, и интенсивность старения изоляционных материалов; от теплового расширения возникают дополнительные механические напряжения, влияющие на стойкость конструкционных материалов. Поэтому процессы нагревания элементов силового канала накладывают ограничения на процессы преобразования энергии и тесно связаны с анализом энергетических режимов электроприводов.

Остановимся далее лишь на влиянии нагревания на работоспособность изоляционных материалов и критериях, позволяющих сравнивать режимы тепловыделений при выборе элементов силового канала по этому показателю.

В общем случае режим тепловыделений в элементах силового канала, а следовательно, и энергетический режим электропривода являются допустимыми, если срок службы изоляции будет не меньше заданного. Кроме того, не должно возникать даже кратковременных местных перегревов изоляции выше предельно допустимых значений, при которых изоляция теряет свои свойства «мгновенно». Поэтому в процессе электромеханического преобразования энергии на характер допустимого режима выделения потерь накладываются ограничения двоякого рода.

Наиболее просто устанавливается связь потерь энергии в элементах силового канала с температурой их нагрева и скоростью (интенсивностью) старения изоляции, если имеет место статический режим работы.

В этом случае потери мощности DРт постоянны и после переходного процесса нагревания элемента устанавливается постоянная температура q у, равная

q у = q о.с + t, (36)

где; q о.с - температура окружающей среды;

t - превышение температуры исследуемого элемента над температурой окружающей среды.

Величина t пропорциональна мощности тепловых потерь DР_m и обратно пропорциональна теплоотдаче А, Вт / С °:

t = DР/А. (37)

При q = сопst связь между рабочей температурой и темпом износа изоляции устанавливается с помощью кривых срока службы изоляции T(q). Эти кривые связывают срок службы, т. е. длительность сохранения изоляцией диэлектрических свойств, с номинальной и неизменной рабочей температурой.

Предположим, что при исчерпании ресурса изоляции мера износа D условно равна единице, т. е. D (Тсл) = 1. При этом удобно ввести и использовать в дальнейшем характеристику скорости износа изоляции при данной температуре:

d(q) = 1/T(q). (38)

Характер зависимости старения изоляции и темп старения изоляции сильно зависит от рабочей температуры. Например, для класса изоляции А при увеличении температуры на 8-10°С от номинальной, темп старения возрастает примерно вдвое:

d(q н + 10°С) = 2d(q_н). (39)

Правильный выбор двигателя и, в частности, по условиям нагрева – первый шаг в обеспечении энерго и ресурсосбережения. При выборе двигателя действуют два ограничения.

Допустимость режима греющих потерь в двигателе определяется отсутствием даже однократных превышении температурой изоляции значении, при которой происходит ее быстрое разрушение, а с другой стороны, этот режим должен быть таков, чтобы средний темп износа изоляции позволял обеспечить ее заданный срок службы.

Рассмотрим, как повлияет на потери самый простой способ управления, например, пуском, когда значение w₀ задается в два этапа. Потери энергии при прямом пуске асинхронного двигателя определяются по этапам.

Потери на первом этапе пуска при ступенчатом пуске, когда задано

(40)

потери на втором этапе, учитывая, что начальное скольжение

,. (41)

Суммируя (40) и (41), определим потери в режиме двухступенчатого пуска

. (42)

Потери сократились вдвое по сравнению с пуском в одну ступень. Если задавать скольжение при управлении пуском более плавно, то можно ожидать еще более эффективного влияния на потери энергии в переходных процессах. Проверим это предположение. Организуем переходный процесс пуска вхолостую, задавая w₀ в виде.

Выберем ускорение e таким, чтобы произвести пуск за заданное время t_п.п, т. е. и соответственно

. (43)

Так как потери мощности, то потери при равноускоренном процессе пуска

. (44)

Подставляя в (38) выражение для составляющих, получим

, (45)

где.

Окончательное выражение потерь энергии при пуске вхолостую удобно для сопоставления с ранее полученными результатами. Если при задании угловой скорости w₀скачком, потери были равны запасу кинетической энергии при пуске, то при плавном задании w₀ они снижаются в раз. Поэтому с позиций снижения пусковых потерь плавное задание w₀ является эффективным средством. Чем медленнее разгон, тем меньше момент, потери мощности, суммарные потери за время пуска. Однако все это справедливо при отсутствии потерь, связанных с наличием статической нагрузки, которые увеличивались бы с ростом времени пуска.

Поскольку пуск механизма, к примеру, в случае насоса осуществляется вхолостую (схема с обратным клапаном), изложенные соображения являются достаточно точными.