ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Лабораторная работа 2.10. Исследование электрических машин на нагревЦель работы
Ознакомиться с процессами нагрева и охлаждения электрических машин и с методами исследования электрических машин на нагрев.
1. Краткие теоретические сведения
Наиболее важной задачей при эксплуатации электрических машин является задача обеспечения надежной работы изоляции обмоток при нагреве отдельных частей машины в результате потерь электрической энергии. Передача тепла от более нагретых частей машины к менее нагретым и в окружающую среду происходит путем теплопроводности, лучеиспускания и конвекции. Хотя электрическая машина имеет сложное устройство, в основу анализа процесса ее нагревания может быть положена теория нагревания идеального однородного твердого тела. Процесс нагревания такого тела описывается уравнением, составленным на основе рассмотрения его теплового баланса (1)
где ΔР – суммарные потери электрической мощности (Вт); С – теплоемкость тела (Дж/°С); θ – превышение температуры тела над окружающей средой (°С); A–коэффициент теплоотдачи, тела (Вт/°С). Рассмотрим это уравнение. Левая часть этого уравнения () соответствует количеству теплоты, выделяемой в машине за рассматриваемый промежуток времени dt. Правая чисть уравнения соответствует количеству теплоты аккумулируемое в теле при повышении его температуры () и количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду (). После истечения достаточно длительного времени работы электрической машины (теоретически при ) температура машины достигнет установившегося значения θ ∞. Тогда уравнение (1) примет вид:
(2) (3)
Время, в течение которого температура тела достигла бы установленного значения θ ∞, если бы отсутствовала передача тепла в окружающую среду и все выделяемое тепло накапливалось в теле, называется постоянной времени нагрева Т (рис. 1)
(4) Общим решением уравнения (1) является выражение
(5)
где θ 0– начальное превышение температуры тела (см.рис. 1). Общий случай нагревания тела, описываемый уравнением (5) можно рассматривать как наложение двух режимов: 1) нагревания тела от начального превышения температуры до (кривая 1 на рис. 1 и 2) охлаждения тела от до (кривая 2 на рис. 1. Кривая 3 (см.рис. 1) получается сложением кривых 1 и 2 и соответствует выражению (5). Для получения данных, необходимых для построения кривой нагрева, не обязательно проводить опыт до достижения установившегося значения температуры, так как это требует довольно много времени. Значение θ∞ можно определить графическим методом. Имея часть кривой нагрева (рис.2), определяют приращения температуры и так далее за равные промежутки времени. Через точки кривой нагрева 1, 2 и 3 проводят горизонтальные прямые и от оси ординат на этих линиях откладывают отрезки равные или пропорциональные соответствующим приращениям температуры Δθ1, Δθ2 и т.д. Далее через точки а, б, в, проводят прямую до пересечения с осью ординат. Точка пересечения будет являться установившимся значением температуры. θ∞ для данного тела. Изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах, разделяются в зависимости от своей теплостойкости на семь классов согласно ГОСТ 183–74 (табл. 1).
Таблица 1
Наиболее используемым методом для определения температуры нагрева обмоток электрических машин является метод сопротивлений. Предельно допустимое превышение температуры частей электрических машин при измерении методом сопротивления не должны превышать значения, приведенные в табл. 2 Измерение сопротивления изолированных обмоток в практически холодном и в нагретом состоянии может осуществляться одним из следующих методов: вольтметра и амперметра, двойного моста или омметра.
Общий случай нагревания однородного твердого тела. те
Рис. 1 Графический метод определения установившейся температуры.
Рис. 2
Таблица 2
При нагревании сопротивление обмоточного провода: R = ρ*ℓ /S, где ρ [ Ом*м ] – удельное электрическое сопротивление проводника. Величина ρ имеет прямо - пропорциональную температурную зависимость для чистых металлов в широком диапазоне температур: Δρ/ρ = α*ΔТ, где α [ 1/Ко] – температурный коэффициент сопротивления. Для меди αcu = 4,3*10-3 [ 1/Ко], тогда по изменению сопротивления провода обмотки можно определить повышение внутренней температуры нагрева Э/двигателя:
ΔТ=(R1-R0)/R0/ αcu; ΔТ=233(R1-R0)/R0. (6)
При работе двигателя происходит передача тепла от внутренней нагретой зоны во внешнею среду. При этом, в установившемся режиме, разность температур (градиент температуры), между внутренней и внешней стенками корпуса двигателя, пропорциональна интенсивности (мощности) теплового потока:
ΔТ =ΔΘ = RTК *РT (т.к. градус Кельвина и Цедьсия равен) (7)
где: RTК [Со/Bт] – тепловое сопротивление корпуса (конструктивный параметр), PT [Вт] =∑∆Р мощность теплового потока равная электрической мощности потерь.
Тепловое сопротивление двигателя можно найти, производя измерения на холостом ходу двигателя: RTК = (Θcu – Θк)/Рхх, (8) где: (Θcu – Θк) – разность температур между обмоткой и корпусом двигателя, Рхх = √ 3Uл*Iхх*COS φхх.
Общее тепловое сопротивление между обмоткой двигателя и охлаждающей средой (RTC=RTК+RTКС): RTC = (Θcu – Θс)/Рхх, (9)
2. Описание лабораторной установки
Рис. 3
В работе исследуется асинхронный двигатель типа 4АМА71А4У3, паспортные данные которого приведены в таблице 3. Таблица 3
По техническим параметрам Э/дв. можно определить мощность потерь при номинальной нагрузке: ∑∆Рн = Рн (1- ηн) / ηн = 530 0,295/0,705 = 222 Вт. Градиент температуры при номинальной нагрузке:
ΔТн = RTC ∑∆Рн (10)
Задание на экспериментальное исследование
3.1. Собрать схему для проведения эксперимента по рис. 3. 3.2. Произвести измерение сопротивления обмотки двигателя методом вольтметра и амперметра при трех значениях тока - 0,5А, 1А и 1,5А 3.3. Произвести пуск двигателя. Далее через интервалы времени 15мин. производить отключение двигателя и измерения сопротивления обмотки в соответствии с п. 3.2. 3.4. Во время третьего пуска произвести измерение Uл, Iхх и φхх для вычисления электрической мощности холостого хода. Результаты измерений занести в таблицу 4. Таблица 4
Измерение: Uл =; Iхх =; φхх =. Расчет: Рхх=; RTК =; RTC =; Θухх=; ΔТн =; Θун =(50+ ΔТн) =.
4. Задание на аналитическое исследование.
4.1. Определить и занести в таблицу 4 значение сопротивлений обмотки Э/двигателя (R0, R1), температуры (Θк, ΔТ, Θcu) 4.2, Начертить график зависимостей Θ=f(t) и R=f(t). 4.3. Графически определить постоянную времени τ и установившуюся внутреннюю температуру Θухх. 4.4. Определить температуру обмотки двигателя при номинальном режиме работы в условиях повышенной (до 50 Со) температуры окружающей среды: Θун = Θс+∆Tн, сопоставить Θухх и Θун с предельными допустимыми (таблица 3). Когда необходимо принудительное охлаждение двигателя? 4.5. Сравнить тепловое сопротивление корпуса двигателя и окружающей его воздушной среды. Каким способом можно охлаждать двигатель?
5. Вопросы для самопроверки.
5.1. Привести и объяснить уравнение баланса тепловой энергии в электрической машине. 5.2. Объяснить понятие установившейся температуры машины. 5.3. Что такое постоянная времени нагревания τ и от каких параметров она зависит? 5.4. Что такое перегрев и каковы его последствия? 5.5. Объяснить понятие класса изоляции. 5.6. Какие существуют номинальные режимы электрических машин по условиям нагрева? 5.7. Какие существуют способы охлаждения и вентиляции электрических машин?
К ЛР 2.10 Исследование ЭМ на нагрев.
В работе исследуется асинхронный двигатель типа 4АМА71А4У3, паспортные данные которого приведены в таблице 2.10.3. Таблица 2.10.3
По техническим параметрам Э/дв. можно определить мощность потерь при номинальной нагрузке: ∑∆Рн = Рн*(1- ηн) / ηн = 530*0,295/0,705 = 222 Вт.
Градиент температуры при номинальной нагрузке: ΔΘн = RTC*∑∆Рн. (10)
3. Задание на экспериментальное исследование.
3.1. Собрать схему для проведения эксперимента по рис. 2.10.3. 3.2. Произвести измерение сопротивления обмотки двигателя методом вольтметра и амперметра при трех значениях тока - 0,5А, 1А и 1,5А. 3.3. Произвести пуск двигателя. Далее через интервалы времени 15мин. производить отключение двигателя и измерения сопротивления обмотки в соответствии с п. 3.2. 3.4. Во время третьего пуска произвести измерение Uл, Iхх и φхх для вычисления электрической мощности холостого хода. Результаты измерений занести в таблицу 2.10.4. Таблица 2.10.4
Измерение: Uл =; Iхх =; φхх =. Расчет: Рхх=; RTК =; RTC =; Θухх=; ΔТн =; Θун =(50+ ΔТн) =. 4. Задание на аналитическое исследование. 4.1. Определить и занести в таблицу 2.10.4 значение сопротивлений обмотки Э/двигателя (R0, R1), температуры (Θк, ΔТ, Θcu) 4.2, Начертить график зависимостей Θ=f(t) и R=f(t). 4.3. Графически определить постоянную времени τ и установившуюся внутреннюю температуру Θухх. 4.4. Определить температуру обмотки двигателя при номинальном режиме работы в условиях повышенной (до 50 Со ) температуры окружающей среды: Θун = Θс+∆Tн, сопоставить Θухх и Θун с предельными допустимыми (таблица 2.10.2). Когда необходимо принудительное охлаждение двигателя? 4.5. Сравнить тепловое сопротивление корпуса двигателя и окружающей его воздушной среды. Каким способом можно охлаждать двигатель?
5. Вопросы для самопроверки. 5.1. Привести и объяснить уравнение баланса тепловой энергии в электрической машине. 5.2. Объяснить понятие установившейся температуры машины. 5.3. Что такое постоянная времени нагревания τ и от каких параметров она зависит? 5.4. Что такое перегрев и каковы его последствия? 5.5. Объяснить понятие класса изоляции. 5.6. Какие существуют номинальные режимы Эл. машин по условиям нагрева? 5.7. Какие существуют способы охлаждения и вентиляции Эл. машин?
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|