Основные номинальные режимы работы
Режимы работы электрических машин в условиях эксплуатации весьма разнообразны. Машины могут работать с полной нагрузкой в течение длительного времени (как, например, генераторы на электрических станциях, электродвигатели насосных установок и так далее) и в продолжение относительно короткого промежутка времени (некоторые крановые двигатели и так далее). В современных автоматизированных промышленных и других установках электрические машины весьма часто имеют циклический режим работы. В очень многих случаях электрические машины работают с переменной нагрузкой.
При различных режимах работы электрические машины нагреваются неодинаково. С точки зрения наиболее рационального использования материалов целесообразно, чтобы нагрев частей электрической машины в реальных условиях ее эксплуатации был близок к допустимому по государственным стандартам. Для этого каждую электрическую машину следовало бы проектировать и изготовлять с учетом конкретных условий и режимов ее работы в эксплуатации. Однако на практике это неосуществимо, так как даже при предположении, что условия работы каждой электрической машины можно предвидеть, в этом случае нельзя организовать массовое или серийное производство однотипных электрических машин и они были бы дорогими. Поэтому, согласно ГОСТ 183-74, электрические машины изготовляются для трех основных номинальных режимов работы.
Продолжительным номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы при неизменной номинальной нагрузке, продолжающейся столько времени, что превышения температуры всех частей электрической машины при неизменной температуре охлаждающей среды достигают практически установившихся значений.
Кратковременным номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки при неизменной температуре охлаждающей среды чередуются с периодами отключения машины: при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей электрической машины могли достигнуть практически установившихся значений, а периоды остановки электрической машины настолько длительны, что все части ее приходят в практически холодное состояние.
Согласно ГОСТ 183-74, машины с кратковременным режимом работы изготовляются с длительностью рабочего периода 15, 30, 60 и 90 минут.
Повторно-кратковременным режимом работы электрической машины называется режим работы, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) при неизменной температуре охлаждающей среды чередуются с кратковременными периодами отключения машины (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившихся значений.
Повторно-кратковременный номинальный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ), то есть отношением продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (суммарной продолжительности рабочего периода и паузы).
ГОСТ 183-74 предусматривает изготовление машин с повторно-кратковременным режимом работы с продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60 %.
Кроме перечисленных трех основных номинальных режимов работы, в ГОСТ 183-74 оговаривается еще несколько дополнительных режимов работы, при которых нагрузка имеет циклический характер.
Большинство электрических машин изготовляется для продолжительного режима работы.
Допустимые превышения температуры частей электрических машин
С целью обеспечения нормальных сроков службы электрических машин температуры отдельных частей машины, и в особенности температура изоляции обмоток, должны быть ограничены.
В статье "Материалы применяемые в электрических машинах" были указаны предельно допустимые рабочие температуры ϑдоп для различных классов изоляции. Однако рабочая температура изоляции и отдельных частей машины ϑ зависит не только от нагрузки машины, но и от температуры окружающей и охлаждающей среды ϑ0. От нагрузки машины зависит только превышение температуры Θ отдельных частей. Между перечисленными величинами существует зависимость
Θ = ϑ0 + Θ .
По изложенным причинам ГОСТ 183-74 и стандарты на отдельные типы машин нормируют допустимые превышения температуры Θдоп и одновременно фиксируют значение максимально допустимой температуры окружающей среды ϑ0 = 40 °С.
Способы определения превышений температур обмоток не гарантируют получения их максимальных значений, а метод сопротивления позволяет установить только среднее превышение температуры обмотки. Поэтому в стандартах в зависимости от способа измерения температуры и конструкции обмотки устанавливаются значения Θдоп, которые на 5 – 15 °С меньше ϑдоп – ϑ0.
Наиболее надежные результаты дает метод сопротивления и метод заложенных термодетекторов. Последние представляют собой термометры сопротивления или термопары, заложенные между катушками в пазах и других частях машины при ее изготовлении. Термометры сопротивления изготовляются из тонкой медной проволоки, и температура определяется по изменению ее сопротивления.
Для указанных методов измерения стандарты устанавливают при ϑ0 = 40 °С в большинстве случаев допустимые превышения температуры: 60 °С – для класса изоляции А, 70 °С – для класса изоляции Е, 80 °С – для класса изоляции В, 100 °С – для класса изоляции F, 125 °С – для класса изоляции H. Если температура окружающей среды больше или меньше температуры 40 °С, то стандарты разрешают определенные изменения допустимых превышений температуры. Допустимые кратковременные перегрузки электрических машин также нормируются стандартами.
Источник: Вольдек А. И., "Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений" – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.