К чему приводит длительная работа двигателя на режимах перегрузки

Опубликовано: 17.09.2024

Главная Судовые двигатели внутреннего сгорания Испытания и эксплуатация судовых двигателей Работа двигателя с перегрузкой

Работа двигателя с перегрузкой

Анализ работы судового двигателя на различных режимах, выполненный нами, позволяет сделать вывод, что при изменении сопротивления движению судна тепловая и динамическая напряженность двигателя может недопустимо возрастать.

Режим работы двигателя, при котором тепловая и динамическая напряженность его становится выше, чем допустимо, является перегрузочным. Перегрузочным режимом работы двигателя можно назвать такой режим работы, при котором значение коэффициента избытка воздуха при горении становится меньше, чем при работе на номинальном режиме. Работа дизеля с ? < ? _ном происходит при возрастающем догорании топлива на линии расширения, а следовательно, сопровождается увеличением температуры выпускных газов и средней температуры за цикл. Повышение средней температуры газов за цикл увеличивает температуру стенок цилиндра, а потому способствует дальнейшему уменьшению весового заряда цилиндра воздухом и, следовательно, уменьшению ?. Поэтому повышение температуры выпускных газов и стенок цилиндра при этом является прогрессирующим, в результате чего может произойти коксование смазочного масла на стенках цилиндра и образование задиров и заеданий поршней, т. е. такая работа может двигатель привести к аварии.

При неудовлетворительном техническом состоянии двигателя перегрузочный режим работы может наступить при мощности и числе оборотов меньше номинальных.

Внешними признаками перегрузки двигателя являются: дымный выхлоп, высокая температура отработавших газов, сильный нагрев крышек и стенок цилиндра.

Причинами перегрузки двигателя, кроме ранее рассмотренных (сильное течение и ветер, мелководье, большой воз и др.), могут быть следующие.

Неравномерность распределения мощности по цилиндрам, главным образом вследствие неправильной регулировки топливных насосов, приводит к перегрузке отдельных цилиндров двигателя. Такая перегрузка, не обнаруженная своевременно, может привести не только к заеданию поршня, но и к образованию прогара его донышка и взрыву масляных паров в картере двигателя. Контроль температуры выпускных газов по цилиндрам и охлаждающей воды позволяет своевременно обнаружить перегрузку отдельных цилиндров и устранить ее. Температура выпускных газов по цилиндрам не должна отличаться, при номинальной мощности двигателя, более чем на ±5% от средней температуры для всех цилиндров.

Мощность отдельных цилиндров не должна отличаться более чем на ±2,5% от среднего ее значения.

Несоответствие элементов гребного винта номинальной мощности и числу оборотов (винт более «тяжелый») приводит также к перегрузке двигателя. Повышение сопротивления газовому потоку в выпускном и во впускном трактах (малый диаметр, большая длина, скопление сажи и маслянистых осадков) способствует перегрузке двигателя.

Особо следует отметить влияние изменения метеорологических условий на возможность перегрузки двигателя.

Пренебрегая весьма малым влиянием величины температуры наружного воздуха на коэффициент наполнения цилиндра, мощность двигателя, согласно формуле (158), можно выразить так:

Допустим, что двигатель при стендовых испытаниях развивал мощность N _e _ном и имел n _ном при давлении и температуре наружного воздуха р ₀ и Т ₀ :

При других значениях давления и температуры наружного воздуха мощность этого двигателя при том же числе оборотов будет равна

или, выражая ее через номинальную мощность, будем иметь

Принимая в первом приближении, что изменение параметров наружного воздуха одинаково влияет на величину коэффициента избытка воздуха и на величину индикаторного к. п. д. двигателя, и пренебрегая изменением механического к. п.д. его, при этом будем иметь

Так, например, при значениях: р ₀ = 760 мм рт. ст.; р ₀ = 740 мм рт. ст Т ₀ = 293° К и Т ₀ = 313° К

Таким образом, из приведенного примера следует, что падение давления и повышение температуры наружного воздуха, которые наблюдаются в практике эксплуатации силовых установок, приводят к значительному снижению номинальной мощности двигателя. При работе двигателя на гребной винт указанные изменения параметров наружного воздуха уменьшают мощность его и число оборотов вала.

Сохранение мощности при рассматриваемом изменении параметров наружного воздуха, путем увеличения подачи топлива, приводит, как это видно из дальнейшего, к значительному снижению коэффициента избытка воздуха при горении, а следовательно, к перегрузке двигателя. Действительно, при условии, что N _e ? = N _е _ном , будем иметь

Допустим, что в рассматриваемом примере дизель имеет ? = 2,0, и если принять, что уменьшение индикаторного к. п. д. будет пропорционально уменьшению веса заряда цилиндра воздухом, то найдем значение ?':

При таком уменьшении значения коэффициента избытка воздуха по сравнению с номинальным значением его не вызывает сомнения, что двигатель будет работать с недопустимой перегрузкой.

Работа двигателя с перегрузкой допускается только в исключительных случаях, и при этом должно быть усилено наблюдение за работой его. Особое внимание должно уделяться контролю за температурой отработавших газов двигателя и за работой охлаждающей и масляной систем. Следует при этом иметь в виду, что быстроходные форсированные двигатели имеют при номинальном режиме работы сравнительно низкое значение коэффициента избытка воздуха, а потому повышение мощности их путем перегрузки может быть незначительным.

Токовые перегрузки электродвигателей – основная причина их выхода из строя. Чаще всего они приводят к перегреву изоляции, что ускоряет ее разрушение. На температуру нагрева обмоток движка влияют:

окружающая среда;
теплотехнические характеристики мотора (теплопотеря и теплоемкость).

Вырабатываемое двигателем тепло частично расходуется на нагрев обмоток, остаток тепла выделяется во внешнюю среду. При незначительной разнице температур окружающей среды и мотора и большом объеме производимой энергии основную ее часть поглощает обмотка, сталь ротора и статора, корпус агрегата и другие его узлы. Это приводит к ускоренному росту температуры изоляции. Чем больше нагрев – тем больше теплоотдача, поэтому оптимальное соотношение температур устанавливается в момент, когда количество выделяемого тепла примерно равно количеству тепла, поглощаемого внешней средой.

Поскольку требуется достаточно большое время на то, чтобы ротор и статор нагрелись до предельной температуры, повышение тока, превосходящее допустимое значение, приводит к возникновению аварийной ситуации не сразу. Исходя из этого, защита рассчитывается таким образом, чтобы она не реагировала на малейшее превышение тока, а отключала двигатель только в случае опасности скорого износа изоляции.

На нагрев изоляции в большой степени влияют такие параметры, как длительности и величина протекания токов больше номинального значения, зависящие от характера технологических процессов.

Перегрузки электродвигателей могут быть вызваны разными причинами, которые мы рассмотрим ниже.

Перегрузки технологического происхождения

Они обычно вызваны периодически происходящим увеличением момента на валу рабочего устройства (станка, установки), мощность двигателя которого постоянно изменяется. Броски тока провоцируются кратковременными большими моментами сопротивления (они возникают периодически). Так как обмотки двигателя имеют достаточно большую тепловую инерцию, перегрев возникает не сразу, а после неоднократных и длительных перегрузок. Поэтому защита должна включаться не при кратковременных нагрузках, а при опасном нагреве агрегата.

В машинах определенного типа возникают длительные, но сравнительно небольшие нагрузки. При этом происходит постепенный нагрев обмоток движка до близкой к предельно допустимому значению температуры. Поскольку электродвигатель подбирается с запасом по нагреву, такие незначительные превышения показателя тока даже продолжительного действия не приводят к возникновению опасной ситуации. Отключения механизма в этом случае не происходит, так как защита «определяет» перегрузку такого характера как неопасную.

Аварийные перегрузки

Причиной аварийных перегрузок могут быть:

аварии на питающей линии;
резкое снижение напряжения;
заклинивание рабочих узлов агрегата и т.д.

Выбор средства защиты в этих случаях зависит от режима работы асинхронного двигателя. Ниже мы перечислим основные типы аварийных режимов.

Длительный режим работы с постоянной нагрузкой. В этом случае перегрузки возникают при:

поломках;
нарушениях технологии эксплуатации;
заклинивании или заедании узлов рабочего устройства.

При отсутствии этих факторов возможность перегрузки очень низка, так как, покупая электродвигатель, обычно выбирают модель с достаточным запасом мощности, и агрегат работает с недогрузкой (когда ток движка намного ниже номинального значения) большую часть времени.

С постоянной или слабо изменяющейся нагрузкой работают центробежные насосы, вентиляторы, шнековые и ленточные транспортеры и т.д. В этих устройствах нагрев двигателя практически не изменяется при кратковременных изменениях подачи материала. Если же механизм работает с нарушением нормальных условий длительное время, перегрузки могут оказать пагубное влияние на состояние обмоток.

Поломка деталей провоцируется прежде всего механическими перегрузками. Определить, при каких обстоятельствах электродвигатель окажется перегруженным, не представляется возможным, так как характер возникновения поломок такого рода случаен. Например, перегрузка может возникнуть при изменении физико-механических свойств транспортируемых материалов (размер частиц, влажность и т.п.) – когда вследствие этих изменений требуется большая мощность на их перемещение. Двигатель отключается защитой при перегрузках, которые могут вызвать опасный перегрев обмоток.

Главное требование к защите от перегрузок – ее срабатывание только при недопустимых значениях тока и определенной длительности его протекания. Ложные срабатывания (например, при пуске движка) должны быть исключены. Наряду с токовой защитой на агрегат устанавливается защита, действующая в функции температуры обмоток. Независимо от причины нагрева она отключает двигатель, когда температура обмоток достигает опасной величины.

По влиянию длительных превышений тока перегрузки подразделяются на небольшие и большие. Последствия первых проявляются постепенно, но по мере увеличения температуры процесс разрушения изоляции намного ускоряется. При перегреве на 10 градусов срок службы изоляции обмоток сокращается вдвое, но последствия можно обнаружить только после нескольких месяцев эксплуатации. Перегрузки второго типа разрушают изоляцию очень быстро.

Переменный длительный режим работы. Рабочие узлы машин для измельчения и дробления и других подобных устройств создают изменяющуюся в больших пределах нагрузку. При таком режиме перегрузки могут чередоваться с недогрузками и работой вхолостую. Если увеличение тока происходит часто, оно носит накопительный характер, что приводит к разрушению изоляции.

Колебания температуры обмотки практически незаметны, если частота нагрузки высокая, но их амплитуда гораздо больше при низкой частоте нагрузки (сотые доли герца).

Изменение нагрузки моментально влечет за собой изменение температуры обмоток. Из-за разницы теплофизических параметров отдельных частей устройства их нагрев неравномерен, и внутри механизма происходит переток тепла из одних узлов в другие. Температура обмоток статора может расти даже после отключения двигателя за счет тепла, передающегося от ротора. То есть, в этом случае степень нагрева изоляции зависит не только от величины тока, но и от тепловых свойств узлов машины.

Контролировать нагрев электродвигателя достаточно трудно из-за сложности процесса теплообмена, но более или менее точный результат можно получить путем измерения температуры обмотки (но и тут возможна некоторая погрешность).

Повторно-кратковременный режим работы. Он считается самым неблагоприятным для сохранности изоляции обмотки, поскольку кратковременная перегрузка электродвигателя происходит при каждом включении в работу. Защита часто не справляется со своей ролью, так как ее действие основано на измерении тока, а в переходных режимах температура и ток часто не соответствуют друг другу.

Влияние на электродвигатели токовых перегрузок – сложное явление, изучение которого требует основательного подхода и тщательных расчетов.

Анализ повреждений асинхронных двигателей показывает, что основной причиной их выхода из строя является разрушение изоляции из-за перегрева.

Температура нагрева обмоток электродвигателя зависит от теплотехнических характеристик двигателя и параметров окружающей среды. Часть выделяемого в двигателе тепла идет на нагрев обмоток, а остальное отдается в окружающую среду. На процесс нагрева влияют такие физические параметры, как теплоемкость и теплоотдача.

По мере нагрева все больше проявляется влияние теплоотдачи. Процесс устанавливается после достижения равновесия между выделяемым теплом и теплом, отдаваемым в окружающую среду.

Повышение тока сверх допустимого значения не сразу приводит к аварийному состоянию. Требуется некоторое время, прежде чем статор и ротор нагреются до предельной температуры. Поэтому нет необходимости в том, чтобы защита реагировала на каждое превышение тока. Она должна отключать машину только в тех случаях, когда возникает опасность быстрого износа изоляции.

С точки зрения нагрева изоляции большое значение имеют величина и длительность протекания токов, превышающих номинальное значение. Эти параметры зависят, прежде всего, от характера технологического процесса.

Перегрузки электродвигателя технологического происхождения

Рассмотрим перегрузки электродвигателей, вызванные периодическим увеличением вращающего момента на валу рабочей машины. В таких станках и установках мощность электродвигателя все время изменяется. Трудно заметить сколько-нибудь длительный промежуток времени, в течение которого ток оставался бы неизменным по величине. На валу двигателя периодически возникают кратковременные большие моменты сопротивления, создающие броски тока.

В других машинах могут возникать сравнительно небольшие, но длительные перегрузки. Обмотки электродвигателя постепенно нагреваются до температуры, близкой к предельно допустимому значению. Обычно электродвигатель имеет некоторый запас по нагреву, и небольшие превышения тока, несмотря на продолжительность действия, не могут создать опасной ситуации. В этом случае отключение не обязательно.

Аварийные перегрузки электродвигателя

Кроме перегрузок технологического происхождения, могут быть аварийные перегрузки, возникающие по другим причинам (авария в питающей линии, заклинивание рабочих органов, снижение напряжения и др). Они создают своеобразные режимы работы асинхронного двигателя и выдвигают свои требования к средствам защиты.

Перегрузки при длительном режиме работы с постоянной нагрузкой

Обычно электродвигатели выбирают с некоторым запасом по мощности. Кроме того, большую часть времени машины работают с недогрузкой. В результате ток двигателя часто значительно ниже номинального значения. Перегрузки возникают, как правило, при нарушениях технологии, поломках, заедании и заклинивании в рабочей машине.

Внимание. Защита должна отключать электродвигатель при возникновении перегрузок, вызывающих опасный перегрев обмоток.

С точки зрения влияния длительных превышений тока на изоляцию следует различать:

- сравнительно небольшие перегрузки (до 50%);

- большие перегрузки (более 50%).

Действие первых проявляется не сразу, а постепенно, в то время как последствия вторых проявляются через короткое время. Если превышение температуры над допустимым значением невелико, то старение изоляции происходит медленно. Небольшие изменения в структуре изолирующего материала накапливаются постепенно. С ростом температуры процесс старения экспоненциально ускоряется.

Примечание.Из закона Аррениуса следует, что перегрев сверх допустимого на каждые 8–10 °С сокращает срок службы изоляции обмоток электродвигателя в два раза. Таким образом, перегрев на 40 °С сокращает срок службы изоляции в 32 раза!

При больших перегрузках (более 50%) изоляция быстро разрушается под действием высокой температуры.

Зависимость допустимой длительности перегрузки от ее величины называется перегру-

зочной характеристикой электродвигателя. Теплофизические свойства электродвигателей разных типов имеют некоторые отличия, также отличаются и их характеристики. На рис. 21 сплошной линией показана одна из таких характеристик.

Рис. 21. Перегрузочная характеристика электродвигателя (сплошная линия) и желаемая характеристика защиты (пунктирная линия)

Из приведенной характеристики можно сформулировать одно из основных требований к защите от перегрузок, действующей в зависимости от тока. Она должна срабатывать в зависимости от величины перегрузки. Это дает возможность исключить ложные срабатывания при неопасных бросках тока, возникающих, например, при пуске двигателя. Защита должна срабатывать только при попадании в область недопустимых значений тока и длительности его протекания. Ее желаемая характеристика, показанная на рис. 21 пунктирной линией, должна всегда располагаться под перегрузочной характеристикой двигателя.

Перегрузки при переменном длительном режиме работы

Некоторые рабочие органы и механизмы создают нагрузку, изменяющуюся в больших пределах, как, например, в машинах для дробления, измельчения. Здесь периодические перегрузки сопровождаются недогрузками вплоть до работы на холостом ходу.

Каждое увеличение тока, взятое в отдельности, не приводит к опасному росту температуры. Однако если их много и они повторяются достаточно часто, действие повышенной температуры на изоляцию быстро накапливается.

Примечание. Повторно-кратковременный режим работы можно отнести к наиболеенеблагоприятному сточки зрения действия защиты. Периодическое включение в работу предполагает возможность кратковременной перегрузки двигателя. Величина перегрузки должна быть ограничена по условию нагрева обмоток не выше допустимого значения.

Защита, «следящая» за состоянием нагрева обмотки, должна получать соответствующий сигнал. Так как в переходных режимах ток и температура могут не соответствовать друг другу, то защита, действие которой основано на измерении тока, не может выполнять свою роль должным образом.

Контроль температуры нагрева электрических двигателей

Допустимый нагрев электрических двигателей зависит от класса изоляции обмоток. Переход на более высокий класс изоляции электродвигателя может быть осуществлен только при капитальном ремонте.

Внимание. Необходимо знать, что с повышением температуры обмоток электродвигателей сверх допустимых значений, резко сокращается срок службы изоляции.

Температурой окружающего воздуха, при которой электродвигатель может работать с номинальной мощностью, считается 40 °С. При повышении температуры окружающего воздуха выше 40 °С нагрузка на электродвигатель должна быть снижена настолько, чтобы температура отдельных его частей не превышала допустимых значений. Предельные допустимые превышения температуры активных частей электродвигателей и при температуре окружающей среды 40 °С не должна превышать:

- 65 °С — для изоляции класса А;

- 80 °С — для изоляции класса Е;

- 90 °С — для изоляции класс В;

- 110 °С — для изоляции класса Г;

- 135 °С — для изоляции класса Н.

У асинхронных двигателей с уменьшением напряжения питающей сети уменьшается мощность на валу двигателя. Кроме того снижение напряжения ниже 95% от номинального приводит к значительному росту тока двигателя и нагреву обмоток.

Рост напряжения выше 110% от номинального также ведет к росту тока в обмотках двигателя, и увеличивается нагрев статора за счет вихревых токов.

Внимание. Независимо от снижения температуры окружающего воздуха увеличивать токовые нагрузки более чем на 10% от номинального не допускается.

Способы контроля нагрева электрооборудования в процессе эксплуатации

Методы контроля нагрева электрооборудования

Для контроля нагрева электрооборудования применяют метод:

контроль нагрева электрооборудования по методу термометра

Метод термометра применяют для измерения температуры доступных поверхностей. Используют ртутные (избегать, токсично!), спиртовые и толуоловые стеклянные термометры, погружаемые в специальные гильзы, герметически встроенные в крышки и кожухи оборудования.

Ртутные термометры обладают более высокой точностью, но применять их в условиях действия электромагнитных полей не рекомендуется ввиду высокой погрешности, вносимой дополнительным нагревом ртути вихревыми токами.

При необходимости передачи измерительного сигнала на расстояние нескольких метров (например, от теплообменника в крышке трансформатора до уровня 2–3 м от земли) используют термометры манометрического типа, например, термосигнализаторы ТСМ-10.

Термосигнализатор ТСМ-10 состоит из термобаллона и полой трубки, соединяющей баллон с пружиной показывающей части прибора. Термосигнализатор заполнен жидким метилом и его парами. При изменении температуры изменяется давление паров хлористого метила, который передается стрелке прибора. Достоинство манометрических приборов заключается в их вибрационной устойчивости.

Контроль нагрева электрооборудования термометром с указателем манометрического типа

Метод сопротивления основан на учете изменения величины сопротивления металлического проводника от его температуры. Для мощных трансформаторов и синхронных компенсаторов применяют термометры с указателем манометрического типа. Схема включения дистанционного электротермометра показаны на рис. 22.

Рис. 22. Дистанционный электротермометр манометрического типа

В дистанционном электротермометре стрелки указателя имеют два контакта для сигнализации температуры, заданной установкой. При замыкании контактов срабатывает соответствующее реле в схеме сигнализации.

Для измерения температуры в отдельных точках синхронных компенсаторов (в пазах для измерения стали, между стержнями обмоток для измерения температуры обмоток и других точках) устанавливаются терморезисторы. Сопротивление резисторов зависит от температуры в точках измерения.

Терморезисторы изготовляют из платиновой или медной проволоки, их сопротивления калиброваны.

Схема измерения температур с помощью терморезистора показана на рис. 23.

Рис. 23. Схема измерения температур с помощью терморезистора

Такой терморезистор R4 включается в плечо резистивного моста. В одну из диагоналей моста включается источник питания, в другую — измерительный прибор. Резисторы R1—R4 в плечах моста подбираются таким образом, что при номинальной температуре мост находится в равновесии, и ток в цепи прибора отсутствует.

При отклонении температуры в любую сторону от номинальной изменяется сопротивление терморезистора R4, нарушается баланс моста и стрелка прибора отклоняется, показывая температуру измеряемой точки. Перед измерением стрелка прибора должна находиться в нулевом положении.

Контроль нагрева электрооборудования с помощью термометров сопротивления

Средством дистанционного измерения температуры обмотки и стали статора генераторов, синхронных компенсаторов, температуры охлаждающего воздуха, водорода являются термометры сопротивления, в которых также использована зависимость величины сопротивления проводника от температуры.

Конструкции термометров сопротивления разнообразны. В большинстве случаев — это бифилярно намотанная на плоский изоляционный каркас тонкая медная проволока, имеющая входное сопротивление 53 Ом при температуре 0 °С. В качестве измерительной части, работающей в совокупности с термометрами сопротивления, применяют автоматические электронные мосты и логомеры, снабженные температурной шкалой.

Установку термометров сопротивления в статор машины выполняют при ее изготовлении на заводе. Медные термометры сопротивления укладывают между стержнями обмотки и на дно паза.

Контроль нагрева электрооборудования по методу термопары

Метод термопары основан на использовании термоэлектрического эффекта, т. е. температурной зависимости ЭДС, возникающей на концах электрической цепи из разнородных проводников при условии разности температур точки их спая и свободных концов этих проводников. Наиболее часто для измерений используют медь-константановые, хромель-копелевые, платино-родиевые термопары.

Если измеряемая температура не превышает 100–120 °С, то между термоЭДС и разностью температур нагретых и холодных концов термопары существует прямопропорциональная зависимость.

Откалиброванные термопары присоединяют к измерительным приборам компенсационного типа, потенциометрам постоянного тока и автоматическим потенциометрам, которые предварительно градуируют. С помощью термопар измеряют температуры конструктивных элементов турбогенераторов, охлаждающего газа, активных частей, например, активной стали статора.

Контроль нагрева электрооборудования по методу инфракрасного излучения

Метод инфракрасного излучения положен в основу приборов, измеряющих температуру по интенсивности или спектру инфракрасного излучения, испускаемого нагретыми поверхностями.

В энергетике получили применение как тепловизоры (термовизоры), так и радиационные пирометры. Тепловизоры обеспечивают возможность получения картины теплового поля исследуемого объекта и его температурного анализа. С помощью радиационного пирометра определяется только температура объекта контроля.

Очень часто тепловизор используется совместно с пирометром. Сначала с помощью тепловизора выявляют объекты с повышенным нагревом, а затем, используя пирометр, определяют его температуру. Поэтому точность измерения температуры определяется, прежде всего, параметрами применяемого пирометра.

Определение температуры обмоток электродвигателей переменного тока

по их сопротивлению

Метод сопротивления

Метод сопротивления — определение температуры обмоток по их сопротивлению постоянному току часто используется для измерения температуры обмоток. Метод основан на свойстве металлов изменять электрическое сопротивление в зависимости от температуры.

Для определения превышения температуры осуществляют измерения сопротивления обмотки в холодном и нагретом состояниях и производят вычисления. Следует учитывать, что с момента отключения двигателя до начала замеров проходит некоторое время, в течение которого обмотка успевает остыть. Поэтому для правильного определения температуры обмоток в момент отключения, т. е. в рабочем состоянии двигателя, после отключения машины по возможности через равные промежутки времени (по секундомеру) производят несколько измерений. Эти промежутки не должны превышать времени от момента выключения до первого замера. Затем производят экстраполяцию измерений, построив график R = f(t).

Метод амперметра-вольтметра

Методом амперметра-вольтметра измеряют сопротивление обмотки. Первое измерение от момента отключения двигателя производят не позднее чем через:

- 1 мин для машин мощностью до 10 кВт;

- 1,5 мин — для машин мощностью 10–100 кВт;

- 2 мин — для машин мощностью выше 100 кВт.

Если первое измерение сопротивления произведено не более чем через 15–20 с момента выключения, то за сопротивление принимают наибольшее из первых трех измерений. Если первое измерение произведено более чем через 20 с после отключения машины, то устанавливают поправку на остывание.

Для этого производят 6–8 измерений сопротивления и строят график изменения сопротивления при остывании:

l по оси ординат откладывают соответствующие измеренные сопротивления;

l по оси абсцисс — время (точно в масштабе), прошедшее от момента выключения электродвигателя до первого измерения, промежутки между измерениями и получают кривую, изображенную на графике сплошной линией.

После этого продолжают эту кривую влево, сохраняя характер ее изменения, до пересечения с осью. Отрезок на оси ординат от начала координат до пересечения с пунктирной линией с достаточной точностью определяет искомое сопротивление обмотки двигателя в горячем состоянии.

Основная номенклатура двигателей, установленных на промышленных предприятиях, включает в себя изоляционные материалы классов А и В. Например, если для пазовой изоляции применен материал на основе слюды класса В, а для обмотки провод ПБД с хлопчатобумажной изоляцией класса А, то двигатель по классу нагревостойкости относится к классу А. Если температура охлаждающей среды ниже 40 °С, то для всех классов изоляции допускаемые превышения температуры могут быть увеличены на столько градусов, на сколько температура охлаждающей среды ниже 40 °С, но не более чем на 10 °С. Если температура охлаждающей среды 40–45 °С, то предельно допустимые превышения температуры, снижаются для всех классов изоляционных материалов на 5 °С, а при температурах охлаждающей среды 45–50 °С — на 10 °С. За температуру охлаждающей среды обычно принимают температуру окружающего воздуха.

Для закрытых машин на напряжение не более 1 500 В предельно допустимые превышения температуры обмоток статоров электродвигателей мощностью менее 5000 кВт или с длиной сердечника менее 1 м, а также

стержневых обмоток роторов при измерении температур методом сопротивления допускается повышать на 5 °С. При измерении температуры обмоток по способу замера их сопротивления определяется средняя температура обмоток. В действительности при работе двигателя отдельные зоны обмоток, как правило, имеют разную температуру. Поэтому максимальная температура обмоток, определяющая долговечность изоляции, всегда немного превышает среднее значение.

Перегрузка электротехнического изделия (устройства) - превышение фактического значения мощности или тока электротехнического изделия (устройства) над номинальным значением. (ГОСТ 18311-80).

Температура нагрева обмоток электродви гателя зависит от теплотехнических характеристик двигателя и параметров окружающей среды. Часть выделяемого в двигателе тепла идет на нагрев обмоток, а остальное отдается в окружающую среду. На процесс нагрева влияют такие физические параметры, как теплоемкость и теплоотдача .

В зависимости от теплового состояния электродвигателя и окружающего воздуха степень их влияния может быть различной. Если разность температур двигателя и окружающей среды невелика, а выделяемая энергия значительна, то ее основная часть поглощается обмоткой, сталью статора и ротора, корпусом двигателя и другими его частями. Происходит интенсивный рост температуры изоляции . По мере нагрева все больше проявляется влияние теплоотдачи. Процесс устанавливается после достижения равновесия между выделяемым теплом и теплом, отдаваемым в окружающую среду.

Повышение тока сверх допустимого значения не сразу приводит к аварийному состоянию . Требуется некоторое время, прежде чем статор и ротор нагреются до предельной температуры. Поэтому нет необходимости в том, чтобы защита реагировала на каждое превышение тока. Она должна отключать машину только в тех случаях, когда возникает опасность быстрого износа изоляции.

С точки зрения нагрева изоляции большое значение имеют величина и длительность протекания токов, превышающих номинальное значение. Эти параметры зависят прежде всего от характера технологического процесса.

Перегрузки электродвигателя технологического происхождения

Перегрузки электродвигателя, вызванные периодическим увеличением момента на валу рабочей машины. В таких станках и установках мощность электродвигателя все время изменяется. Трудно заметить сколько-нибудь длительный промежуток времени, в течение которого ток оставался бы неизменным по величине. На валу двигателя периодически возникают кратковременные большие моменты сопротивления, создающие броски тока.

Такие перегрузки обычно не вызывают перегрева обмоток электродвигателя, имеющих сравнительно большую тепловую инерцию. Однако при достаточно большой длительности и неоднократной повторности создается опасный нагрев электродвигателя. Защита должна "различать" эти режимы. Она не должна реагировать на кратковременные толчки нагрузки.

Аварийные перегрузки электродвигателя

Кроме перегрузок технологического происхождения , могут быть аварийные перегрузки , возникающие по другим причинам (авария в питающей линии, заклинивание рабочих органов, снижение напряжения и др.). Они создают своеобразные режимы работы асинхронного двигателя и выдвигают свои требования к средствам защиты . Рассмотрим поведение асинхронного двигателя в характерных аварийных режимах.

Перегрузки при длительном режиме работы с постоянной нагрузкой

Такие машины, как вентиляторы, центробежные насосы, ленточные и шнековые транспортеры, имеют спокойную постоянную или слабо изменяющуюся нагрузку. Кратковременные изменения подачи материала практически не влияют на нагрев электродвигателя. Их можно не принимать во внимание. Иное дело, если нарушения нормальных условий работы остаются на длительное время.

Большинство электроприводов имеет определенный запас мощности. Механические перегрузки прежде всего вызывают поломки деталей машины. Однако, принимая во внимание случайный характер их возникновения, нельзя быть уверенным, что при определенных обстоятельствах окажется перегруженным и электродвигатель. Например, это может случиться с двигателями шнековых транспортеров. Изменение физико-механических свойств транспортируемого материала (влажность, крупность частиц и т. д.) немедленно отражается на мощности, требуемой на его перемещение. Защита должна отключать электродвигатель при возникновении перегрузок, вызывающих опасный перегрев обмоток.

С точки зрения влияния длительных превышений тока на изоляцию следует различать два вида перегрузок по величине: сравнительно небольшие (до 50%) и большие (более 50%).

Действие первых проявляется не сразу, а постепенно, в то время как последствия вторых проявляются через короткое время. Если превышение температуры над допустимым значением невелико, то старение изоляции происходит медленно. Небольшие изменения в структуре изолирующего материала накапливаются постепенно. По мере возрастания температуры процесс старения значительно ускоряется.

Считают, что перегрев сверх допустимого на каждые 8 - 10°С сокращает срок службы изоляции обмоток электродвигателя в два раза. Таким образом, перегрев на 40°С сокращает срок службы изоляции в 32 раза! Хоть это и много, но обнаруживается оно после многих месяцев эксплуатации.

При больших перегрузках (более 50%) изоляция быстро разрушается под действием высокой температуры.

Для анализа процесса нагрева воспользуемся упрощенной моделью двигателя. Повышение тока вызывает увеличение переменных потерь. Обмотка начинает нагреваться. Температура изоляции изменяется в соответствии с графиком на рисунке. Величина установившегося превышения температуры зависит от величины тока.

Через некоторое время после возникновения перегрузки температура обмоток достигает допустимого для данного класса изоляции значения. При больших перегрузках оно будет короче, при малых - длиннее. Таким образом, каждому значению перегрузки будет соответствовать свое допустимое время, которое можно считать безопасным для изоляции.

Зависимость допустимой длительности перегрузки от ее величины называется перегрузочной характеристикой электродвигателя . Теплофизические свойства электродвигателей разных типов имеют некоторые отличия, также отличаются и их характеристики. На рисунке сплошной линией показана одна из таких характеристик.

Перегрузочная характеристика электродвигателя (сплошная линия) и желаемая характеристика защиты (пунктирная линия)

Из приведенной характеристики можно сформулировать одно из основных требований к защите перегрузок, действующей в зависимости от тока. Она должна срабатывать в зависимости от величины перегрузки. Э дает возможность исключить ложные срабатывания при неопасных бросках тока, возникающие, например, при пуске двигателя. Защита должна срабатывать только при попадании в область недопустимых значений тока и длительности его протекания. Ее желаемая характеристика, показанная на рисунке пунктирной линией, должна всегда располагаться под перегрузочной характеристикой двигателя.

На работу защиты влияет ряд факторов (неточность настройки, разброс параметров и др.), в результате действия которых наблюдаются отклонения от средних значений времени срабатывания. Поэтому пунктирную кривую на графике следует рассматривать как некую среднюю характеристику. Для того чтобы в результате действия случайных факторов характеристики не пересеклись, что вызовет неправильное отключение двигателя, необходимо обеспечить определенный запас. Фактически приходится иметь дело не с отдельной характеристикой, а с защитной зоной, учитывающей разброс времени срабатывания защиты.

С точки зрения точного действия защиты электродвигателя желательно, чтобы обе характеристики были по возможности близки одна к другой. Это позволит избежать ненужное отключение при перегрузках, близких к допустимым. Однако при наличии большого разброса обеих характеристик достигнуть этого невозможно. Для того чтобы не попасть в зону недопустимых значений тока при случайных отклонениях от расчетных параметров, необходимо обеспечить определенный запас.

Характеристика защиты должна располагаться на некотором расстоянии от перегрузочной характеристики двигателя, чтобы исключить их взаимное пересечение. Но при этом получается проигрыш в точности действия защиты электродвигателя.

В области токов, близких к номинальному значению, появляется зона неопределенности. При попадании в эту зону нельзя точно сказать, сработает защита или нет.

Такой недостаток отсутствует у защиты, действующей в функции температуры обмоток. В отличие от токовой защиты она действует в зависимости от причины, вызывающей старение изоляции, ее нагрева. При достижении опасной для обмотки температуры она отключает двигатель независимо от причины, вызвавшей нагрев. Это - одно из главных достоинств температурной защиты .

Однако не следует преувеличивать недостаток токовой защиты. Дело в том, что двигатели имеют определенный запас по току. Номинальный ток электродвигателя всегда ниже того тока, при котором температура обмоток достигает допустимого значения. Его устанавливают, руководствуясь экономическими расчетами. Поэтому при номинальной нагрузке температура обмоток двигателя ниже допустимого значения. За счет этого и создается тепловой резерв двигателя, который в определенной степени компенсирует недостаток тепловых реле.

Многие факторы, от которых зависит тепловое состояние изоляции, имеют случайные отклонения. В связи с этим уточнения характеристик не всегда дают желаемый результат.

Перегрузки при переменном длительном режиме работы

Некоторые рабочие органы и механизмы создают нагрузку, изменяющуюся в больших пределах, как, например, в машинах для дробления, измельчения и других аналогичных операций. Здесь периодические перегрузки сопровождаются недогрузками вплоть до работы на холостом ходу. Каждое увеличение тока, взятое в отдельности, не приводит к опасному росту температуры. Однако, если их много и они повторяются достаточно часто, действие повышенной температуры на изоляцию быстро накапливается.

Процесс нагрева электродвигателя при переменной нагрузке отличается от процесса нагрева при постоянной или слабо выраженной переменной нагрузке. Различие проявляется как в ходе изменения температуры, так и в характере нагрева отдельных частей машины.

Вслед за изменениями нагрузки изменяется и температура обмоток. Из-за тепловой инерции двигателя колебания температуры имеют меньший размах. При достаточно высокой частоте нагрузки температуру обмоток можно считать практически неизменяющейся. Такой режим работы будет эквивалентен длительному режиму с постоянной нагрузкой. При низкой частоте (порядка сотых долей герца и ниже) колебания температуры становятся ощутимыми. Периодические перегревы обмотки могут сократить срок службы изоляции.

При больших колебаниях нагрузки с низкой частотой электродвигатель постоянно находится в переходном процессе. Температура его обмотки изменяется вслед за колебаниями нагрузки. Так как отдельные части машины имеют разные теплофизические параметры, то каждая из них нагревается посвоему.

Протекание тепловых переходных процессов при изменяющейся нагрузке - явление сложное и не всегда поддается расчету. Поэтому о температуре обмоток двигателя нельзя судить по току, протекающему в данный момент времени. Ввиду того, что отдельные части электродвигателя нагреваются по-разному, внутри электродвигателя происходят перетоки тепла из одной ее части в другие. Может быть и так, что после отключения электродвигателя температура обмоток статора будет расти за счет тепла, поступающего от ротора. Таким образом, величина тока может и не отражать степень нагрева изоляции. Следует также принять во внимание, что при некоторых режимах ротор будет нагреваться более интенсивно, а охлаждаться менее интенсивно, чем статор.

Сложность процессов теплообмена затрудняет контроль нагрева электродвигателя . Даже непосредственное измерение температуры обмоток может при некоторых условиях дать погрешность. Дело в том, что при неустановившихся тепловых процессах температура нагрева различных частей машины может быть разной и измерение в одной точке не может дать истинной картины. Тем не менее по сравнению с другими методами измерение температуры обмотки дает более точный результат.

Повторно-кратковременный режим работы можно отнести к наиболее неблагоприятному с точки зрения действия защиты. Периодическое включение в работу предполагает возможность кратковременной перегрузки двигателя. При этом величина перегрузки должна быть ограничена по условию нагрева обмоток не выше допустимого значения.

Защита, "следящая" за состоянием нагрева обмотки, должна получать соответствующий сигнал. Так как в переходных режимах ток и температура могут не соответствовать друг другу, то защита, действие которой основано на измерении тока, не может выполнять свою роль должным образом.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Перегрузка электродвигателей приводит к их перегреву, а иногда к выходу из строя. Не обеспечивается своевременная регулировка температуры подаваемого в помещения воздуха в зависимости от температуры наружного воздуха. [2]

Перегрузка электродвигателя - работа его з таком режиме, когда момент сопротивления на его валу от приводимого механизма больше вращающего момента, который может развивать электродвигател. [3]

От перегрузки электродвигателя защищает максимальное токовое реле РТМ ( фиг. Реле нулевого напряжения РН и контакты РН ( между точками 35 - 37) и ККг в командоконтроллере не позволяют осуществлять неправильный пуск электродвигателя, а вынуждают для пуска электродвигателя предварительно устанавливать штурвал командоконтроллера на нулевое положение. [4]

Возможность перегрузки электродвигателя при наибольшей потребляемой компрессором мощности создается, в частности, за счет улучшения его охлаждения, так как наибольшая потребляемая компрессором мощность требуется при работе компрессора в зимнее время, когда температура охлаждающего электродвигатель воздуха или воды значительно ниже их величины, соответствующей номинальной мощности электродвигателя. [5]

Причиной перегрузок электродвигателя может быть высокое давление в конденсаторе или неисправности компрессора. [6]

Режимы перегрузки электродвигателей и причины их возникновения. [7]

При перегрузке электродвигателя этот контакт тепловым реле будет разомкнут и отключит питание катушки пускателя, который, в свою очередь, отключит электродвигатель от сети. [8]

К перегрузке электродвигателей может привести также поступление в машины слишком большого количества хлопка. [9]

При перегрузке электродвигателя , коротком замыкании в обмотках, работе на двух фазах выключатель 13 при помощи тепловой или максимальной защиты отключает электродвигатель от сети. Для того, чтобы при неработающем вентиляторе температура обратной воды Т 5 резко не повышалась, служит соленоидный клапан В, который при остановке двигателя вентилятора прекращает Циркуляцию воды через калорифер. [10]

При перегрузке электродвигателя катушки сильно нагреваются, что приводит к преждевременному выходу электродвигателя из строя. В случае короткого замыкания в цепи электродвигателя, необходимо немедленно его отключить. Устройствами для предохранения электродвигателя от чрезмерных токов являются плавкие предохранители. Отключение двигателя у такого вида предохранителей обеспечивает специальная плавкая вставка. Плавкие предохранители необходимы при очень больших перегрузках, а при токах не более чем в два раза превышающих номинальный, применяют тепловое реле, которое защищает электродвигатель от длительных перегрузок. [12]

При ненормальной перегрузке электродвигателя насосов и нагреве масла следует проверить настройку клапана низкого давления. Следует также проверить, не защемляется ли клапан низкого давления. [13]

При перегрузках электродвигателя по его обмоткам протекает большой ток, который может превысить номинальное значение в два-три раза. Даже небольшие перегрузки ( на 10 - 20 %), но действующие длительно, вызывают недопустимый перегрев обмоток, а в двигателях постоянного тока еще и повышение искрения на коллекторе. При коротком замыкании электрической цепи токи превышают допустимые значения в десятки раз. Повышение напряжения в сети, которое может быть следствием резонансных явлений, опасно для двигателя. При понижении напряжения или при его исчезновении ( например, в результате аварии на линии) электродвигатели также необходимо отключить от сети. Это связано с тем, что, во-первых, при пониженном напряжении двигатель для создания нужного момента потребляет большой ток, опасный для его нормальной работы. Во-вторых, при аварии на линии напряжение исчезает и двигатель останавливается. Когда неисправность будет устранена и напряжение вновь появится, произойдет самозапуск двигателя, который не всегда допустим, особенно если в цепи якоря или ротора имеются специальные пусковые устройства. [15]

Читайте также: