2tom250

6. NAPĘD ELEKTRYCZNY 502

ok. 10 razy większą niż jego rezystancja własna. W ten sposób uzwojenie jest chronione przed uszkodzeniem izolacji od przepięć. Prądy płynące w uzwojeniu wzbudzenia podczas rozruchu powodują niekorzystne zniekształcenie charakterystyki momentu (w postaci siodeł przy prędkości bliskiej połowie prędkości synchronicznej). Zniekształcenie to jest tym wyraźniejsze, im mniejsza jest rezystancja zwierająca.

6.3. Obciążalność silników elektrycznych

Obciążalność silników elektrycznych jest ograniczona czynnikami mcchaniczno-kon-strukcyjnymi, elektromagnetycznymi oraz termicznymi. Elementy konstrukcyjne, w tym głównie wał wirnika, są wymiarowane przede wszystkim ze względu na ugięcie, powodujące asymetrię szczeliny. Spełnienie tego warunku zapewnia wytrzymałość wału na skręcanie, znacznie przekraczającą występujące obciążenia w stanach statycznych i dynamicznych. Czynniki elektromagnetyczne to komutacja w maszynach prądu stałego oraz maksymalne momenty elektromagnetyczne w maszynach indukcyjnych i synchronicznych. Zwykle czynniki elektromagnetyczne ograniczają moment maksymalny do ok. 300% wartości znamionowej.

Czynniki termiczne są związane z czasem trwania obciążenia, ponieważ temperatura bezpośrednio uszkadzająca izolacje uzwojeń narasta wykładniczo z dużą stałą czasową (wyrażoną w sekundach)

Stała ta jest wprost proporcjonalna do m — zastępczej masy, kg; c ciepła właściwego, W ■ s/(°C • kg); i odwrotnie proporcjonalna do A — powierzchni oddawania ciepła, m², oraz i — współczynnika oddawania ciepła, W/(m^{2 !1}C).

Przyrost temperatury A9 — 9 — 3„ powyżej temperatury otoczenia 3,, opisuje równanie

AS = AS„(1 —e-"^T0 + AS₀e-"^r'    (6.96)

w którym: A3_U — ustalony przyrost temperatury, AS₀ — początkowy przyrost temperatury (t = 0).

Przy nagrzewaniu A3_U > AS₀, przy stygnięciu zaś początkowy przyrost temperatury AS₀ jest większy od ustalonego AS„, do którego układ zmierza po długim czasie (A9₀ > AS„).

Ustalony przyrost temperatury osiągany w chwili, gdy ciepło wydzielone w' maszynie jest równe ciepłu wyprowadzonemu drogą konwekcji i promieniowania, wynika z równania

Pjt = 2złA3_ur

Jeśli założyć, że straty cieplne P_d w silniku są przede wszystkim zależne od kwadratu prądów płynących w uzwojeniach, to ustalony przyrost temperatury jest wyrażony wzorem

kP²

Ax

(6.97)

Jest on proporcjonalny do kwadratu mocy rozwijanej przez silnik. Dla różnych materiałów izolacyjnych znormalizowano dopuszczalne temperatury, co przy umownej temperaturze otoczenia S„ = 40°C daje różne dopuszczalne przyrosty AS zawarte między 115°C dla izolacji z włókna szklanego a 65'C dla izolacji bawełnianej (p. 5.1).

63. OBCIĄŻALNOŚĆ SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH

503

Do oceny obciążenia silnika głównie pod kątem nagrzewania się wprowadzono znormalizowane rodzaje pracy od SI do SB — określone w normie PN-88./E-06701 (omówione w p. 5.1) — z których trzy najważniejsze obejmują: SI — pracę ciągłą, g2 — pracę dorywczą oraz S3 — pracę przerywaną. Pozostałe (S4 do S8) dotyczą uwzględnienia sposobów hamowania, przerw jałowych i dużej liczby załączeń.

Silnik przy pracy ciągłej może być obciążany momentem zmiennym w czasie. Silnik jest dobrany prawidłowo wówczas, gdy straty mocy w nim wydzielone przy zmiennym obciążeniu są w pewnym powtarzającym się czasie i_c mniejsze od strat znamionowych

< P,

(6.98)

Jeżeli w cyklu występują okresy o pogorszonych warunkach chłodzenia, np. rozruch w czasie t_r, hamowanie w czasie t_h i postój w czasie t„, należy to uwzględnić przez wprowadzenie współczynników korekcyjnych a = 0,9—0,5 dla rozruchu i hamowania oraz p = 0,85-1-0,3 dla postoju.

Średnie straty zastępcze są wówczas określone wzorem

(6.99)

P_dr‘r+P<_lt_l+P*2h+- + ^P4H^t>, X(t_r + l„)+t_i+t₂ + :. + Pt₀

Silnik jest dobrany prawidłowo wówczas, gdy

Pjav < PdN “ Pn~~~~~    (6-100)

oraz, gdy w czasie całego cyklu największe obciążenie mieści się w granicach przeciążalno-

ści

P_m._dx< )._pP_N

W katalogach powinna być podana informacja o dopuszczalnej przeciążalności mocą /._p. Straty w poszczególnych odcinkach czasu oblicza się ze sprawności katalogowej

P

dx

= P.

1~>?X

Wstępnie wyznacza się moc katalogową silnika ze wzoru

P_k = 1,1

a,

= p_N

Metoda średnich strat jest uniwersalna i najdokładniejsza, lecz wymaga niekiedy powtórzenia obliczeń w przypadku, gdy założony silnik, wybrany wstępnie z katalogu nie spełnia nierówności (6.100).

Drugą pod względem uniwersalności i dokładności jest metoda prądu zastępczego. Jeśli dla każdego odcinka czasu z wykresu na rys. 6.45 jest znana wartość prądu i_x, to silnik dobiera się tak, by jego prąd znamionowy był większy od prądu zastępczego

1,V > ^! cq

Pjrtr + jft, +    +

z(t_r + t_h) + t_l+... + Pl„

(6.101)

oraz spełniał warunek przeciążalności t_majl< A,/_v.

Jeśli można uznać, że moment obrotowy jest proporcjonalny do prądu, to z równania (6.101) można wyznaczyć zastępczy moment M_cą i tak dobrać silnik z katalogu, by M_n > M_cq oraz M_miis< X_mM_n. Ponadto, jeżeli w czasie cyklu jest utrzymywana stała