Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5
Представлены корректные алгоритмы определения допустимого тока обмотки статора закрытого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режимах S3, S4, S5 и выполнены расчеты для ряда взрывозащищенных двигателей в этих режимах с учетом колебаний температур обмоток статоров. Проведено сравнение...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2007
|
| Назва видання: | Електротехніка і електромеханіка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142842 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 / А.Н. Бурковский, О.А. Рыбалко // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 2. — С. 19-21. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-142842 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1428422018-10-18T01:23:02Z Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 Бурковский, А.Н. Рыбалко, О.А. Електричні машини та апарати Представлены корректные алгоритмы определения допустимого тока обмотки статора закрытого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режимах S3, S4, S5 и выполнены расчеты для ряда взрывозащищенных двигателей в этих режимах с учетом колебаний температур обмоток статоров. Проведено сравнение нагрузочной способности двигателей различной мощности и частоты вращения в режимах S3, S4, S5. Представлені коректні алгоритми визначення допустимого струму обмотки статора закритого асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором в режимах S3, S4, S5 і виконані розрахунки для ряду вибухозахищених двигунів в цих режимах з урахуванням коливання температур обмоток статорів. Проведено порівняння навантажувальної здатності двигунів різної потужності і частоти обертання в режимах S3, S4, S5. Well-posed calculation algorithms for permissible stator winding current in an enclosed asynchronous short-circuited rotor motor in S3, S4, S5 recursive short-time modes are introduced, calculation for a number of several explosionproof motors in these modes made subject to stator winding temperature fluctuations. Load-carrying capacities of motors of various output and rotation frequency are compared in the S3, S4, S5 modes. 2007 Article Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 / А.Н. Бурковский, О.А. Рыбалко // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 2. — С. 19-21. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142842 621.313.333 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати |
| spellingShingle |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Бурковский, А.Н. Рыбалко, О.А. Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Представлены корректные алгоритмы определения допустимого тока обмотки статора закрытого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режимах S3, S4, S5 и выполнены расчеты для ряда взрывозащищенных двигателей в этих режимах с учетом колебаний температур обмоток статоров. Проведено сравнение нагрузочной способности двигателей различной мощности и частоты вращения в режимах S3, S4, S5. |
| format |
Article |
| author |
Бурковский, А.Н. Рыбалко, О.А. |
| author_facet |
Бурковский, А.Н. Рыбалко, О.А. |
| author_sort |
Бурковский, А.Н. |
| title |
Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 |
| title_short |
Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 |
| title_full |
Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 |
| title_fullStr |
Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 |
| title_full_unstemmed |
Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 |
| title_sort |
сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах s3, s4, s5 |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142842 |
| citation_txt |
Сравнение нагрузочной способности закрытых обдуваемых асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах S3, S4, S5 / А.Н. Бурковский, О.А. Рыбалко // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 2. — С. 19-21. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT burkovskijan sravnenienagruzočnojsposobnostizakrytyhobduvaemyhasinhronnyhdvigatelejvpovtornokratkovremennyhrežimahs3s4s5 AT rybalkooa sravnenienagruzočnojsposobnostizakrytyhobduvaemyhasinhronnyhdvigatelejvpovtornokratkovremennyhrežimahs3s4s5 |
| first_indexed |
2025-07-10T15:52:42Z |
| last_indexed |
2025-07-10T15:52:42Z |
| _version_ |
1837275825543577600 |
| fulltext |
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №2 19
УДК 621.313.333
СРАВНЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ЗАКРЫТЫХ ОБДУВАЕМЫХ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ПОВТОРНО-КРАТКОВРЕМЕННЫХ
РЕЖИМАХ S3, S4, S5
Бурковский А.Н., д.т.н., проф.
Донецкий национальный технический университет
Украина, 83003, Донецк, ул. Карпинского, 25/296, каф. "Электроснабжение промышленных предприятий и городов",
тел. (0622) 95-98-83, e-mail: air.ps@mail.ru
Рыбалко О.А.,
Донецкий национальный технический университет
Украина, 83120, Донецк-83120, ул. Пинтера, 52/7, каф. "Электроснабжение промышленных предприятий и городов",
тел. (062) 334-88-35, e-mail: olya_ua@list.ru.
Представлені коректні алгоритми визначення допустимого струму обмотки статора закритого асинхронного двигу-
на з короткозамкненим ротором в режимах S3, S4, S5 і виконані розрахунки для ряду вибухозахищених двигунів в цих
режимах з урахуванням коливання температур обмоток статорів. Проведено порівняння навантажувальної здатно-
сті двигунів різної потужності і частоти обертання в режимах S3, S4, S5.
Представлены корректные алгоритмы определения допустимого тока обмотки статора закрытого асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором в режимах S3, S4, S5 и выполнены расчеты для ряда взрывозащищенных
двигателей в этих режимах с учетом колебаний температур обмоток статоров. Проведено сравнение нагрузочной
способности двигателей различной мощности и частоты вращения в режимах S3, S4, S5.
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ
Закрытые обдуваемые асинхронные двигатели
(АД) мощностью до 110 кВт работают в различных
отраслях промышленности в повторно-кратковремен-
ных режимах S3, S4, S5 (ГОСТ 183).
Способы определения допустимой мощности (тока
статора) в этих режимах достаточно хорошо изложены
в специальной литературе, в технических условиях на
определенные типы двигателей, в учебниках. Во мно-
гих случаях допустимый ток обмотки статора в указан-
ных режимах определяется разными способами, в том
числе такими, в которых принимаются различные уп-
рощения, приводящие к существенным погрешностям.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ
Принятые в известных источниках [1, 2] методы
определения полезной мощности двигателей в режи-
мах S3, S4 в большинстве случаев дают удовлетвори-
тельные результаты, но при некоторых упрощающих
допущениях могут давать погрешность до %5045− .
В режимах S5 недостаточно ясным ранее был вопрос
определения величины потерь в обмотках в переход-
ном режиме при торможении противовключением,
что не давало возможности выполнять корректные
расчеты мощности в этих режимах. В последние годы
в работе [5] авторами получены положительные ре-
зультаты по определению допустимого тока обмотки
статора в режиме S5, что открывает возможность про-
ведения расчетно-теоретического сравнения нагру-
зочной способности двигателей в режимах S3, S4, S5.
ЦЕЛЬ СТАТЬИ
Определить и сопоставить реальную нагрузоч-
ную способность закрытых (взрывозащищенных) АД
различных мощностей и полюсностей в режимах ра-
боты S3, S4, S5 (ГОСТ 183), рассматривая задачу с
единых позиций.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для определения нагрузочной способности из
условия теплового состояния принимаем проверен-
ный метод средних потерь [3, 1, 4, 5], который преду-
сматривает, что средние превышения температуры
обмотки статора в режимах S3, S4, S5 равны среднему
превышению температуры в номинальном режиме S1.
Допустимый ток обмотки статора в режимах S3,
S4, S5 в соответствии с изложенным [4, 5]:
С)1(ГР
С)ПВ(ГР
)1(H)ПВ( PP
PP
II
S
S
і
і Δ−Δ
Δ−Δ
⋅=
∑
∑ , (1)
где ∑Δ )1(ГР SP , СPΔ – сумма греющих потерь в дви-
гателе в номинальном режиме S1 и потери в стали;
∑Δ
і
P )ПВ(ГР – допустимая сумма греющих потерь в
двигателе в повторно-кратковременном режиме при
работе под нагрузкой:
– в режиме S3:
ξ
β⋅ξ−+ξ⋅ΣΔ
=ΣΔ
])1([)1(ГР
)ПВ(ГР 3
SP
P
S
, (2)
где цp tt=ξ – относительная продолжительность
включения; pt , цt – продолжительность работы под
нагрузкой и время цикла, (с); β – коэффициент ухуд-
шения охлаждения АД во время паузы;
– в режимах S4, S5:
=ΣΔ
5,4)ПВ(ГР SS
P
p
пер
''''''
ц)1(ГР ])1([
t
AtP S Σ−βξ−ξ−+ξ+ξ⋅α⋅ΣΔ
= , (3)
где пд θθ=α ; 0д θθ=β ; дθ , пθ , 0θ – среднее
превышение температуры обмотки статора в длитель-
ном (нагрузочном), переходном режиме и при паузе
при условии одинаковых сумм потерь в двигателе в
20 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №2
каждом из режимов.
Количество выделенной энергии в обмотках ста-
тора и ротора во время переходных режимов:
– в режиме S4: пускпер ΣΣ = AA ; (4)
– в режиме S5: тормпускпер ΣΣΣ += AAA . (5)
Количество выделенной энергии в обмотках АД
за пуск в большинстве случаев определяется из реше-
ния уравнения движения по статической моментной
характеристике АД, т.е. без учета переходных электро-
магнитных процессов. Осциллографирование токов
обмоток статоров на 5 взрывозащищенных АД и расчет
потерь энергии в обмотках при пуске по измеренным
токам и по статической характеристике показал, что
расчетные потери определяются с отклонениями от
опытных на величину (-6÷-30%). В работе [6] установ-
лено, что в одних случаях электромагнитные потери
влияют на общую величину переходных потерь, в дру-
гих – незначительно; здесь же дано аналитическое
(расчетное) выражение критерия КВ, вычисление кото-
рого позволяет определить, нужно ли проводить расчет
переходного электромагнитного процесса. В работе [7]
получено, что величина потерь в обмотках от переход-
ного электромагнитного процесса при пуске закрытого
АД в маломощных сетях составляет ≤25% от общей
величины потерь в обмотках. Поэтому для практиче-
ских расчетов взрывозащищенных АД в режимах S4
целесообразно определять пусковые потери по стати-
ческим характеристикам с увеличением полученных
результатов в 1,25 раз.
В режимах S5 во время переходных режимов
выделяются потери энергии при пуске и торможении.
Проведенные экспериментальные исследования с ос-
циллографированием тока статора на взрывозащи-
щенном АД типа В100L4 ( 4H2 =P кВт) показали, что
при торможении противовключением (с различными
маховыми массами, FJ =4,2÷10) количество выде-
ляемой энергии в обмотках статора и ротора состав-
ляет пуск)3,19,0( Σ− A [5]; для практических расчетов
можно принять пускторм.пр ΣΣ Δ≈Δ AA .
В режимах S3, S4, S5 температура обмоток ко-
леблется около среднего значения в цикле. С целью
установления величины колебания температуры об-
мотки статора в цикле произведена обработка опыт-
ных кривых нагрева В100L4 в режимах S3, S4, S5.
Получено:
– режим S3–40% ( 42 =P кВт) – 50max =θ °С,
33min ≈θ °С, 5,8±=θΔ °С;
– режим S4–40% ( 42 =P кВт, 60 вкл/ч,
2,4=FJ ) – 45max =θ °С, 5,41min =θ °С,
75,1±=θΔ °С;
– режим S5–40% ( 4,42 =P кВт, 60 вкл/ч,
2,4=FJ ) – 5,57max =θ °С, 4,53min =θ °С,
05,2±=θΔ °С.
Как видно, наибольшее колебание температуры
обмотки статора в режиме S3, которое составляет
±8,5°С; наименьшее – в режиме S4 – 75,1±=ΔΘ °С.
Были проведены также измерения температуры об-
мотки статора двигателя В250М4 (Р2Н=90 кВт) в ре-
жиме S3–40%, которые показали, что колебание тем-
пературы составляет ±6%, что говорит о сходстве ха-
рактера изменений температуры в цикле всех двига-
телей серии.
Колебание температуры обмотки статора в цикле
выше среднего значения, которое является допусти-
мым для данного класса изоляции, будет приводить к
снижению теплового ресурса изоляции, что не позво-
лит длительно эксплуатировать АД с такой нагрузкой
(см. например, [8]).
Для сохранения изменений температуры обмотки
статора в повторно-кратковременных режимах в пре-
делах допустимых значений для данного класса изоля-
ции (например, у двигателя В100L4 – класс В, у
В250М4 – класс F) необходимо снижать нагрузку. Де-
тальный анализ для двигателя В100L4 показал, что
снижение тока обмотки статора на 7,5–8% в режиме
S3–40% уже позволит снизить температуру до уровня
допустимых значений; учитывая также возможное (ре-
альное) рассеяние всех составляющих потерь в двига-
телях одного и того же типоразмера из-за технологиче-
ских отклонений, принимаем коэффициент изменения
тока в режиме S3 – 85,0
3
=
SIK ; в режимах S4, S5 –
соответственно 9,0
5,4
=
SSIK . В таком случае оконча-
тельное значение допустимого тока обмотки статора в
повторно-кратковременных режимах, рассчитанное по
формулам (1)–(5), определяется с учетом IK .
С целью установления допустимых величин на-
грузочных токов в различных повторно-
кратковременных режимах были выполнены серии
расчетов ранее испытанных взрывозащищенных АД:
В100L4 ( 4H2 =P кВт); В100L2 ( 5,5H2 =P кВт);
В112М6 ( 4H2 =P кВт); В132М8 ( 5,5H2 =P кВт);
В250М4 ( 90H2 =P кВт). Результаты расчетов по
формулам (1) – (5), которые получены с отклонения-
ми от опытов в пределах %75−± , обработаны с уче-
том коэффициента IK для снижения нагревов до до-
пустимого уровня приведены в табл. 1.
Из сравнения данных таблицы 1 видно:
– в режимах S3 мощность двигателей, для кото-
рых выполнены расчеты (т.е. большинство двигателей
серии) может составлять: H2)16,147,1( P÷ (меньшие
значения на старших габаритах) – при ПВ-15%;
H2)93,004,1( P÷ – при ПВ-60%;
– в режимах S4 (при 4≤FJ ; 120≤Z вкл/ч)
мощность весьма незначительно отличается от мощ-
ности в режиме S3 при той же продолжительности
включения;
– в режимах S5 с торможением противовключе-
нием мощность двигателей с ,42 =p ,6 8 незначи-
тельно (на %1210 −≤ ) снижается по сравнению с
аналогичным режимом S4 (при constZ = ;
constFJ = ); двигатели с 22 =p нецелесообразно
использовать в режимах S5, т.к. это потребует суще-
ственного снижения мощности.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №2 21
Таблица 1
S1 S3 S4; nM с ≡ S5; nM с ≡
H2)3(2 PP S , о.е.
при ПВ, %
H2)4(2 PP S , о.е.
при ПВ, %
H2)5(2 PP S , о.е.
при ПВ, %
Тип дви-
гателя
(ном.
мощность)
H2P
о.е.
15 25 40 60
FJ Z
15 25 40 60
Z
15 25 40 60
В100L4
(4 кВт) 1,0 1,47 1,33 1,21 1,04 4,2
30
60
120
1,64
1,59
1,52
1,3
1,26
1,2
1,15
1,12
1,08
30
60
120
1,62
1,57
1,48
1,28
1,2
1,1
1,14
1,08
1,0
В100L2
(5,5 кВт) 1,0 1,32 1,02 5 120 1,0 0,95 – – – –
В112М6
(4 кВт) 1,0 1,22 0,93 4,57 120 1,23 0,95 120 1,16 0,88
В132М8
(5,5 кВт) 1,0 1,27 1,04 2,94 60
120 1,35
1,3 1,08
1,0
60
120 1,29
1,24 0,97
0,93
В250М4
(90 кВт) 1,0 1,16 0,94 – – – – – – – – – –
Необходимо отметить, что по алгоритму для ре-
жима S3 можно определять допустимый ток двигате-
лей с высотой оси вращения 225≤H мм; для двига-
телей с 250=H , 280 мм допустимый ток в режиме
S3 необходимо определять как в режиме S4 (т.к. зна-
чительно сказываются пусковые потери).
В режимах S4, S5 двигатели с 250=H , 280 мм
длительно работать не могут по условиям нагрева, а в
режимах S3 – только со значительным снижением
мощности по сравнению с номинальным значением.
ВЫВОДЫ
Рассмотренный метод определения допустимой
по условиям нагрева мощности в повторно-
кратковременных режимах S3, S4, S5 является доста-
точно универсальным для различных типов закрытых
двигателей, обеспечивающим удовлетворительную
точность при правильном учете изменения тепловых
нагрузок и условий охлаждения в циклах.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Основы автоматизированного электропривода /
М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Ши-
нянский / М.: Энергия, 1974. – 567 с.
[2] Справочник по автоматизированному электроприводу.
Под редакцией В.А. Елисеева, А.В. Шинянского. – М.:
Энергоатомиздат, 1983. – 450 с.
[3] Голован А.Т. Основы электропривода. М.-Л.: ГЭИ, 1959.
– 344 с.
[4] Бурковский А.Н., Снопик Л.Ф. Расчёт полезной мощно-
сти взрывозащищенных асинхронных двигателей серии
В, ВР в повторно-кратковременных режимах работы //
Электротехническая промышленность. Электрические
машины. – 1978. – №3(85). – С. 8-10.
[5] Бурковский А.Н., Кустовая Е.Ю., Рыбалко О.А., Шихова
Л.К. Определение допустимого тока статора закрытого
асинхронного двигателя в повторно-кратковременном
режиме с электрическим торможением // Взрывозащи-
щенное электрооборудование: Сб. науч. трудов Укр-
НИИВЭ. – Донецк, 2005. – С. 188-193.
[6] Кочарян В.Г. Исследование потерь в обмотках двигате-
ля при переходных процессах асинхронного электро-
привода. Автореф. дис. к.т.н.: 05.09.03 / Моск. энерг. ин-
т. – М., 1973. – 24 с.
[7] Мамедов Ф.А., Резниченко В.Ю., Смазнов А.В. Влияние
переходных электромагнитных процессов на электриче-
ские потери в асинхронном двигателе сельскохозяйст-
венного производства // Тез. докл. 7 Всесоюзной науч-
но-технич. конференции "Состояние и перспективы со-
вершенствования разработки и производства асинхрон-
ных двигателей". Владимир. – М.: Информэлектро, 1985.
– С. 15-16.
[8] Федоров М.М., Малеев Д.М. Учет расходуемого ресурса
изоляционных материалов обмоток асинхронных двига-
телей. // Наукові праці Донецького національного
технічного університету. Серія: "Електротехніка і енер-
гетика", випуск 98. – Д.: ДонНТУ, 2005. – С. 22-26.
Поступила 29.08.2006
|