Часовой режим работы двигателя

Часовой режим работы двигателя

Мощность тягового двигателя

Очень важно знать, какую мощность смогут развивать тяговые двигатели за тот или иной промежуток времени в процессе ведения состава электровозом, способны ли они выдержать перегрузки? Каковы допустимые величины и продолжительность перегрузок?

Как известно, мощность представляет собой работу, совершаемую в единицу времени — секунду. Мощность электрических машин, в том числе и тяговых двигателей, измеряют в киловаттах (кВт).

Чем большую мощность развивает тяговый двигатель, тем больший ток проходит по его обмоткам и тем больше тепла выделяется в проводниках. В результате нагреваются обмотки и другие детали двигателя. Поэтому во время работы двигателя температура его частей становится выше температуры окружающей среды. Повышение температуры сказывается на состоянии и работоспособности двигателя и в первую очередь на его изоляции.

Предельные допустимые превышения температур частей тяговых электрических машин, изолированных материалами различных классов нагревостойкости, по отношению к температуре охлаждающего воздуха как при испытаниях на стенде, так и в эксплуатации не должны превышать норм, указанных в ГОСТ 2582-72. Так, для изоляции класса Н допустимое превышение температуры обмотки якоря может достигать 160°С, обмотки возбуждения 180°С и коллектора 105°С, а, например, для изоляции класса Е соответственно 105, 115 и 95°С. Превышение температуры обмоток определяют методом сопротивления. Для этого измеряют сопротивление обмотки в холодном состоянии, а а затем в нагретом. Зная зависимость изменения сопротивления проводников обмотки от температуры, которая характеризуется температурным коэффициентом а, можно вычислить превышение температуры той или иной обмотки над температурой воздуха, охлаждающего машину.

Температуру коллекторов измеряют термометром. Превышение температуры коллектора будет равно разности между показаниями термометра и температурой охлаждающего воздуха.

Нормы предельных допустимых превышений температур частей тяговых машин установлены при условии, что температура охлаждающего воздуха находится в пределах от +10 до +40°C. Если по каким-либо причинам температура охлаждающего воздуха находится вне этих пределов, то завод-изготовитель вносит соответствующие поправки.

Нагрев двигателя зависит и от температуры окружающей среды. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем интенсивнее охлаждается тяговый двигатель. Поэтому зимой тяговые двигатели электровоза могут развивать большую мощность, чем летом, и, несмотря на то что зимой увеличивается сопротивление движению поездов, нет необходимости уменьшать их вес.

Если увеличить количество воздуха, охлаждающего части двигателя, то охлаждение будет более интенсивным, и тяговый двигатель сможет развивать большую мощность, при которой температура его узлов не превысит допустимую. Поэтому через тяговые двигатели с помощью вентиляторов непрерывно прогоняют охлаждающий воздух.

Воздух обычно вводят в остов тягового двигателя со стороны коллектора. Здесь воздух разбивается на два параллельных потока: один проходит по вентиляционным каналам внутри сердечника якоря (они видны на рис. 16, б), другой омывает катушки полюсов, поверхность якоря и коллектора. С увеличением количества тепла в двигателе повышается температура его частей. Но, с другой стороны, чем выше их температура по сравнению с температурой окружающей среды, или, как говорят, чем больше перепад температуры, тем большее количество тепла от нагреваемого тела рассеивается в окружающей среде. При достижении определенной температуры количество тепла, выделяемого в теле, будет равно количеству тепла, отдаваемого им окружающей среде, т. е. установится тепловое равновесие. Соответствующая этому режиму температура называется установившейся.

В зависимости от времени, в течение которого части двигателя нагреваются до максимально допустимой температуры, ввели понятие продолжительной (длительной) и часовой мощности. Под продолжительной понимают наибольшую мощность, которую может развить двигатель в условиях нормально действующей вентиляции при закрытых коллекторных люках в течение неограниченного времени, не вызывая повышения температуры частей двигателя сверх максимально допустимого значения.

Под часовой подразумевают наибольшую мощность, которую может развивать двигатель в течение часа в условиях нормально действующей вентиляции при закрытых коллекторных люках, не вызывая превышения температуры частей двигателя над максимально допустимой. При этом полагают, что температура частей двигателя в начале испытания равна температуре окружающей среды, которую принимают равной +25°С. Если температура окружающей среды выше +25°С, то соответственно допустимые нормы снижают. Ток, соответствующий продолжительной мощности, называют длительным, а ток, реализуемый при часовой мощности, — часовым.

Все технические данные, тягового двигателя и электровоза приводят для двух режимов — часового и продолжительного. Так, для часового режима двигателя ТЛ-2К1 электровоза ВЛ10 мощность равна 670 кВт, частота вращения 790 об/мин, ток 480 А, к. п. д. 93,4 %, а для продолжительного режима соответственно 575 кВт, 830 об/мин, 410 А, 93%.

Разумеется, что в процессе ведения поезда ток, а следовательно, и мощность тяговых двигателей все время изменяются: при движении по подъему мощность двигателей кратковременно может превышать часовую; на спусках, площадках двигатели развивают мощность меньше часовой или даже продолжительной. При этом нагретые обмотки двигателей охлаждаются.

Допустимые перегрузки оговариваются заводами-изготовителями.

Максимальная мощность, развиваемая тяговым двигателем в течение короткого времени, за которое его части не успевают перегреться, ограничивается их механической прочностью и условиями коммутации. Понятно, что при очень большой мощности и, как следствие этого, чрезмерных механических усилиях в двигателе могут возникнуть напряжения, превышающие предел упругости, которые, в конечном счете, приводят к механическим повреждениям.

Чем больше ток двигателя, тем больше индуктируемая в нем реактивная э. д. с., тем труднее ее компенсировать. Следовательно, при очень большой потребляемой мощности условия коммутации ухудшаются, возникает сильное искрение под щетками, которое может перейти в круговой огонь по коллектору.

Читать еще:  Bf 109 запуск двигателя

Однако обычно максимальная мощность электровоза не ограничивается механической прочностью или условиями коммутации двигателей, так как еще до достижения опасного значения тока нарушается сцепление колесных пар с рельсами. Следовательно, максимальная мощность, которую могут развить тяговые двигатели электровоза, ограничивается, кроме всего прочего, сцеплением колес с рельсами.

Нагрев обмоток тягового двигателя в зависимости от конкретных условий работы электровоза на каком-либо участке пути определяют после проведения тяговых расчетов. С помощью тяговых расчетов сначала устанавливают условия максимального использования мощности электровоза, определяют наиболее рациональные режимы ведения поезда с тем, чтобы обеспечить движение его при максимальной массе поезда, наибольшей скорости и ощутимой экономии электрической энергии.

После проведения тяговых расчетов проверяют возможность работы тяговых двигателей при выбранных режимах без превышения допустимых температур нагрева.

Для этого, используя определенные методы, строят кривые потребляемого тока электровоза в зависимости от установленного веса поезда и времени потребления тока. Получив такие данные, определяют в зависимости от режима ведения поезда нагрев или охлаждение обмотки якоря, обмоток главных и дополнительных полюсов, компенсационной обмотки (если она есть) по тепловым характеристикам, которые прилагает завод-изготовитель. Такие характеристики получают на основании испытаний.

Для примера на рис. 26 показаны кривые нагревания и охлаждения обмотки якоря тягового двигателя ТЛ-2К1 и обмоток главных полюсов в зависимости от тока. Такие же кривые даются заводом для обмоток дополнительных полюсов и компенсационной обмотки.


Рис. 26. Кривые нагревания и охлаждения обмоток якоря (а) и возбуждения (б) тягового двигателя

Из рис. 26 видно, что при токе 466 А в течение 1 ч обмотка якоря нагревается до 110°С, а обмотки главных полюсов — до 140°С, что объясняется разными условиями охлаждения обмоток. Поэтому обмотки главных полюсов имеют по нагревостойкости изоляцию более высокого класса.

Из того же рисунка следует, что при токе, например, 350 А обмотка якоря охлаждается от 105° до 75°С за 3 ч и затем при том же токе температура ее не изменяется. Для обмоток возбуждения при той же силе тока охлаждение от 150 до 110°С осуществляется в течение 4 ч.

Если расчеты нагревания и охлаждения показывают, что в какой-то промежуток времени, а следовательно, и на каком-то определенном отрезке пути обмотки (обмотка) тяговых двигателей будут перегреваться, то необходимо уменьшить полученную на основании тяговых расчетов массу поезда.

Мощность выпускаемых отечественными заводами тяговых двигателей непрерывно повышается в результате улучшения конструкции, совершенствования методов их расчета, применения новейших изоляционных и других материалов. Например, как уже отмечалось, мощность в часовом режиме тягового двигателя ТЛ-2К1, устанавливаемого на электровозах ВЛ10, составляет 650 кВт, двигателя НБ-418К6 электровозов ВЛ80 К и ВЛ80 Т — 790 кВт, а двигателя ДПЭ-340 электровозов ВЛ19 — 340 кВт. Следовательно, мощность двигателя ТЛ-2К1 почти в 2 раза, а двигателя НБ-418К6 в 2,3 раза выше, чем у двигателя ДПЭ-340.

Посмотрим, как это увеличение мощности двигателей отразилось на одном из важнейших показателей — массе двигателя, что особенно важно для условий тяги. Масса этих двигателей составляет соответственно 4700, 4350 и 4280 кг, т. е. почти не изменилась.

Обычно, сравнивая двигатели, пользуются не абсолютной массой, а относительной, приходящейся на 1 кВт мощности. Для двигателей ТЛ-2К1, НБ-418К6 и ДПЭ-340 относительная масса составляет соответственно 8,2; 6,2; 12,6 кг/кВт.

Цифры говорят сами за себя. Как видим, наилучший показатель массы у двигателя, устанавливаемого на электровозах ВЛ80 к и ВЛ80 Т . Это в некоторой степени объясняется следующим.

Двигатели электровозов постоянного тока имеют номинальное напряжение на коллекторе 1500 В (при изоляции, рассчитанной на 3000 В), которое является вынужденным и, следовательно, не самым оптимальным, как уже было отмечено выше. Двигатели электровозов переменного тока ВЛ80 К и ВЛ80 Т работают при номинальном напряжении 950 В, что в значительной мере определяет возможность повышения их мощности.

Создание новых электроизоляционных материалов — лаков, полимеров, обладающих лучшими электроизоляционными свойствами и повышенной тепловой устойчивостью, позволит еще более увеличить электрические, механические и тепловые нагрузки, воспринимаемые тяговыми двигателями электровоза.

Режимы работы электродвигателей S1-S10 по ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1-2004) Машины электрические вращающиеся

Режимы работы электродвигателей S1-S10 по ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1-2004) Машины электрические вращающиеся

  • S 1 – продолжительный режим работы электродвигателя;
  • S 2 – кратковременный режим работы электродвигателя;
  • S 3 – периодический повторно-кратковременный режим работы электродвигателя;
  • S 4 – повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов;
  • S 5 – Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов;
  • S 6 – перемежающийся режим работы электродвигателя – последовательность циклов;
  • S 7 – Перемежающийся режим работы электродвигателя с влиянием пусковых токов и электрическим торможением;
  • S 8 — Периодический перемежающийся режим работы электродвигателя с периодически изменяющейся частотой вращения;
  • S 9 — режим работы электродвигателя с непериодическими изменениями, нагрузки и частоты вращения;
  • S10 — режим работы электродвигателя с дискретными постоянными нагрузками и частотами вращения;

ГОСТом предусмотрено 10 номинальных режимов для электродвигателей, которые обозначаются как S 1- S 10, их описание приведено ниже.

S 1 – продолжительный режим работы электродвигателя , характеризуется работой электродвигателя при постоянной нагрузке (Р) и потерях ( Р V ) на протяжении длительного времени, пока все части машины не достигнут неизменной температуры (Ɵ max = Ɵ нагр ).

На выше приведенном рисунке Ɵ – температура внешней среды.

S 2 – кратковременный режим работы электродвигателя – это работа электродвигателя на протяжении небольшого отрезка времени (Δ tp ) при постоянной нагрузке ( P ). При работе за определенное время (Δ tp ) составляющие двигателя не успевают нагреваться до установившейся температуры (Ɵ max ), после этого машину останавливают и она охлаждается до температуры внешней среды (превышая не более чем на 2 0 С).

Читать еще:  Шумно работает двигатель хендай солярис

S 3 – периодический повторно-кратковременный режим работы электродвигателя, представляет собой последовательность одинаковых циклов, работа в которых происходит при постоянной, неизменной нагрузке. За это время электродвигатель не успевает нагреться до максимальной температуры и при останове не охлаждается до температуры окружающей среды. Не учитываются потери, возникшие при запуске двигателя (пусковой ток не оказывает большого влияния), то есть они не нагревают детали машины. Длительность цикла не превышает десяти минут.

Где Δ tp – время работы двигателя; Δ tR – время простоя, охлаждения; Ɵнагр1 – температура двигателя при максимальном охлаждении во время цикла; Ɵнагр2 – максимальная температура нагрева.

Продолжительность включения (ПВ) характеризует данный режим работы и находится по формуле:

Существуют нормированные значения ПВ: 60%, 40%, 25%, 15%.

Указанные в каталогах мощности приводятся для «Продолжительного режима работы ( S 1)». Если же двигатель будет работать в других режимах, к примеру, S 2 или S 3, то нагревание его будет происходить медленнее, что позволит увеличить нагрузку на некоторое время. Для режима S 2 допускается увеличение нагрузки на 50% на период времени 10 минут, 25% — 30 минут, 10% — 90 минут. Для работы механизма в режиме S 3 лучше всего применять приводной асинхронный двигатель с повышенным скольжением.

S 1 – S 3 являются основными режимами работы, а S 4 — S 10 были введены для расширения возможностей первых, и предоставления более широкого ряда электродвигателей под конкретные задачи.

S 4 – повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов, представляется в виде циклической последовательности, в каждом цикле выполняется пуск двигателя за время (Δ td ), работа двигателя при постоянной нагрузке в течении (Δ tp ), за эти промежутки времени машина не успевает достичь максимальной температуры (установившейся), а за время паузы (Δ tR ) не остывает до внешней среды.

S 5 – Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов включает в себя те же характерности режима, что и S 4, с осуществлением торможения электродвигателя за время (Δ tF ).

Этот режим работы характерен для электропривода лифтов.

S 6 – перемежающийся режим работы электродвигателя – последовательность циклов, при которой работа происходит в течении времени (Δ t р) с нагрузкой, и время (Δ tV ) работает на холостом ходу. Двигатель не нагревается до предельной температуры.

S 7 – Перемежающийся режим работы электродвигателя с влиянием пусковых токов и электрическим торможением, особенностью является отсутствие пауз в работе, что обеспечивает 100% периодичность включения. Описывается работа в данном режиме последовательными циклами с достаточно долгим пуском (Δ td ), нормальной работой при неизменной нагрузке и торможением двигателя.

S 8 — Периодический перемежающийся режим работы электродвигателя с периодически изменяющейся частотой вращения. Так же как и предыдущий режим, этот не содержит пауз, соответственно ПВ=100%. Реализация данного S 8 режима происходит в асинхронных двигателях при переключении пар полюсов. Каждый последовательный цикл состоит из времени разгона (Δ td ), работы (Δ t р) и торможения (Δ tF ), но при разных нагрузках, а соответственно при разных скоростях вращения ротора ( n ).

S 9 — режим работы электродвигателя с непериодическими изменениями, нагрузки и частоты вращения. Режим, при котором обычно нагрузка и частота вращения изменяются непериодически в допустимом рабочем диапазоне. Этот режим часто включает в себя перегрузки, которые могут значительно превышать базовую нагрузку Для этого типа режима постоянная нагрузка, выбранная соответствующим образом и основанная на типовом режиме S1, берется как базовая (см. рисунок ниже) для определения перегрузки.

S10 — режим работы электродвигателя с дискретными постоянными нагрузками и частотами вращения Режим, состоящий из ограниченного числа дискретных нагрузок (или эквивалентных нагрузок) и, если возможно, частот вращения, при этом каждая комбинация нагрузки/частоты вращения сохраняется достаточное время для того, чтобы машина достигла практически установившегося теплового состояния (рисунок ниже). Минимальная нагрузка в течение рабочего цикла может иметь и нулевое значение (холостой ход, покой или бестоковое состояние). Для этого типового режима постоянная нагрузка, выбранная в соответствии с типовым режимом S1, принимается за базовую для дискретных нагрузок. Дискретные нагрузки являются, как правило, эквивалентной нагрузкой, интегрированной за определенный период времени. Нет необходимости, чтобы каждый цикл нагрузки точно повторял предыдущий, однако каждая нагрузка внутри цикла должна поддерживаться достаточное время для достижения установившегося теплового состояния, и каждый нагрузочный цикл должен интегрированно давать ту же вероятность относительного ожидаемого термического срока службы изоляции машины.

Длительность рабочего цикла, характер действующей нагрузки, ее величина, потери при пуске, торможении и во время установившегося режима работы, способ охлаждения — все эти параметры описывают режимы работы электродвигателей. Возможные комбинации выше приведенных характеристик имеют огромное разнообразие и потому изготовление двигателей для каждого из них не целесообразно. По наиболее часто использованным и востребованным характерам работы были выделены номинальные режимы, для которых собственно и изготовляются серийные электродвигатели. Параметры электрической машины, которые указаны в паспорте, характеризуют ее работу в одном из номинальных режимов. Изготовитель гарантирует нормальную, безотказную работу эл. двигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке. Необходимо обязательно учитывать режим работы электропривода при выборе двигателя, это обеспечит надежную работу механизма.

Номинальный режим

Номинальный режим (продолжительный режим) — такой режим работы машин и оборудования, при котором они могут наиболее эффективно работать на протяжении неограниченного времени (более нескольких часов). Для оборудования, связанного с рассеиванием энергии (резисторы), либо с её преобразованием (двигатели, генераторы), номинальный режим определяется возможностью работы оборудования без превышения предельно допустимых температур.

Читать еще:  Вибрация при работе двигателя сид

Для авиационного двигателя номинальный режим (или сокращённо «номинал», также «максимальный продолжительный» — Мпр [1] ) также является максимально допустимым для длительной работы и ограничен оборотами, нагревом лопаток турбины (для газотурбинных двигателей) или поршней и клапанов (для поршневых двигателей, нагревом масла. Поэтому, как правило, номинал используется только при наборе высоты, а наработка на номинале учитывается отдельно от наработки на взлётном и пониженных режимах и ограничена в общем ресурсе (как правило, цифрой порядка 25 %). Например, на самолётах Ан-72 и Ан-74 установлены отдельные счётчики ресурса для взлётного, номинального и пониженных режимов, включающиеся автоматически через концевые выключатели под рычагами управления двигателями [2] .

При продолжительном режиме выходная мощность меньше, чем при часовом или иных повышенных режимах, поэтому её повышение играет важную роль для оборудования, работающего долгое время под номинальной нагрузкой, как например электродвигатель вентилятора компьютера либо лампа освещения.

Среди способов повысить мощность оборудования в продолжительном режиме можно назвать следующие:

  • применение системы охлаждения (воздушной либо жидкостной), что позволяет увеличить объём отводимого тепла
  • снижение тепловых сопротивлений, достигаемое за счёт применения более совершенной изоляции, термопаст либо за счёт полировки соприкасающихся поверхностей на границе теплового перехода
  • для электрооборудования:
    • снижение электрических потерь
    • применение более нагревостойкой изоляции

Современные электродвигатели для повышения длительной мощности имеют монолитную изоляцию из кремнийорганического лака или иного изоляционного материала с высокой теплопроводностью, а также активное охлаждение. Двигатели, работающие в повторно-кратковременном (например, на грузоподъёмных кранах) или продолжительном (двигатели вентиляторов, тяговые двигатели электропоездов и городского электротранспорта) режимах имеют самовентиляцию от насаженной на вал крыльчатки [3] . Электродвигатели, работающие с номинальной нагрузкой в широком диапазоне частот вращения (двигатели некоторых станков, ТЭД локомотивов [4] ) часто имеют независимую вентиляцию от отдельно приводимого вентилятора, так как при малых оборотах самовентиляция не может быть обеспечена.

Электродвигатель ДК-812

Тяговый двигатель постоянного тока ДК812 устанавливается на 14-тонные рудничные контактные электровозы типа К14, К14М, 14КР.

Структура условного обозначения ДК812 Х5:

  • ДК — двигатель коллекторный;
  • 812 — порядковый номер;
  • Х5 — климатическое исполнение (У, УХЛ, Т) и категория размещения 5 (в шахтах с повышенной запыленностью и влажностью) по ГОСТ 15150-69.

Условия эксплуатации электродвигателя ДК812

  • на высотах от минус 1500 до 2000 м над уровнем моря;
  • при температуре окружающего воздуха от ─40 до 40°С;
  • относительной влажности воздуха: до 98±2% при температуре 35±2°С;
  • в условиях невзрывоопасной окружающей среды, с запыленностью не более 300 мг/м3;
  • группа условий эксплуатации М27 по ГОСТ 17516.1-90.

Технические характеристики электродвигателя ДК812

Двигатель имеет два номинальных режима работы: S2 (часовой) и S1 (продолжительный).

Частота вращения, мин -1 :

Момент вращения, Н·м

Масса, кг, не более

Устройство и принцип работы электродвигателя ДК812

Электродвигатель ДК812 подсоединяется к картеру редуктора, расположенного на оси электровоза, а другой стороной– крепится к раме электровоза.

Двигатель ДК812 имеет стальной корпус цилиндрической формы, закрытый с торцов подшипниковыми щитами и крышками. Передний подшипниковый щит имеет возможность небольшого поворота для правильной установки щеткодержателей на нейтрали. Коробка выводов расположена в верхней части корпуса и имеет четыре уплотненных отверстия для подводящих проводов.

Сочленение двигателя с редуктором производится с помощью фланца, в нижней части которого имеются два радиальных канала, выравнивающие давление воздуха у камеры заднего подшипника с атмосферным, тем самым предотвращая выдавливание смазки из камеры подшипника внутрь двигателя. Защита двигателя от масла редуктора обеспечивается специальными уплотнениями.

В двигателе ДК812 применяются разрезные щетки марки ЭГ841, по две –на каждом щеткодержателе. Изоляция двигателей ДК812 соответствует уровню 1 по ГОСТ 24719-81 и рассчитана на напряжение 500 В. Катушки главных и добавочных полюсов – монолитного исполнения, с классом нагревостойкости изоляции –F. Изоляция якоря двигателя класса нагревостойкости –Н. Обмотка якоря волновая. В пазы обмотка крепится клиньями, на лобовых участках – стеклобандажами из стеклянной ленты ЛСБ-Н или ЛСБ-F.

Коллектор двигателя арочного типа, сборной конструкции, со стальным основанием, с креплением кольцевой гайкой. Пластины коллектора выполнены из профильной меди, легированной кадмием, что обеспечивает их большую твердость и работу в расширенном диапазоне рабочих температур.

В двигателе использованы подшипники: со стороны коллектора — роликовый № 30-32310АЛ1; со стороны привода — шариковый № 80-413,ТУ 37.006.049-73.

Охлаждение двигателя обеспечивается вентилятором, встроенным со стороны привода. Вентилятор отлит из высокопрочного алюминиевого сплава и сажается на вал со шпонкой. Холодный воздух поступает в двигатель через отверстия в крышках коллекторных люков, а выбрасывается –через два верхних отверстия в станине. Входные отверстия закрыты фильтрами, а выходные – сетками.

Габаритные и установочные размеры электродвигателя ДК812

Чтобы купить электродвигатель ДК 812, позвоните по одному из указанных на сайте телефонов или заполните форму обратной связи. Также Вы всегда можете получить грамотную консультацию у менеджеров компании, позвонив нам по контактному телефону: (812) 449-85-74

Также предлагаем вашему вниманию следующее рудничное электрооборудование: двигатели ДК-813, ДК-816; разъединитель РПК1-20 У5; блоки диодов ЕД-3 У5 и БД-3 У5; контроллеры КС-305 У5 и КРВ У5; выключатель ВРВ1-150 У5; блоки БСВ-2 У5, БСРВ-1 У5, БСР-30У5, БСР-31У5, БСР-32У5.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector