Тепловая модель двигателя. Стандартные режимы

В тепловом отношении электрическая машина — сложный объект: она неоднородна по материалу, имеет рассредоточенные внутренние источники тепла, интенсивность которых зависит от режима, теплоотдача зависит от скорости и т.п. Именно эта сложность побуждает пользоваться на практике для относительно грубых оценок предельно простой моделью, построенной в предположении, что машина — однородное тело с постоянной теплоемкостью с одинаковой температурой во всех

точках с теплоотдачей во внешнюю среду пропорциональной коэффициенту теплоотдачи , и превышением температуры машины Ф над температурой окружающей среды

Тогда уравнение теплового баланса для некоторого интервала времени dt будет

(7.2)

где — тепловая постоянная времени; конечное (установившееся) значение перегрева.

Мы вновь обнаружили, как и в § 5.2, что при одном накопителе энергии, в данном случае тепловой, переменная, характеризующая ее запас, изменяется по экспоненте, являющейся решением (7.2):

(7.3)

Уравнение (7.2) позволяет представить динамическую тепловую модель двигателя в виде передаточной функции

Отметим, что постоянная времени вообще говоря, — не постоянная: в начале нагрева, когда греются лишь активные части, главным образом медь обмоток, и тепло не успевает распространиться по всему

Рис.7.7. Ориентировочнаязависимость тепловой постоянной времениот мощности электрической машины

телу машины, процесс идет быстрее, чем по (7.3), т.е. — штриховая кривая на рис, 7.6.

Для самовентилируемых машин теплоотдача зависит от скорости, уменьшаясь с ее уменьшением, т.е. , причем разница может

быть существенной — в 2 раза и более (рис. 7.6). Некоторое представление о порядке тепловых постоянных времени машин при дает

рис. 7.7.

Итак, реакция машины на быстрые изменения потерь в ней — отрезки экспонент с относительно большими (минуты, даже часы для больших машин) постоянными времени. В установившемся режиме ( ) по

(7.2) имеем

; (7.5)

в номинальном режиме по определению

(7.6)

Найденные закономерности нагрева и охлаждения двигателей позволяют выделить три характерных стандартных режима работы электроприводов.

За время работы превышение температуры не достигает, а за

время паузы не становится равным нулю. При достаточно долгом повторении циклов процесс устанавливается, т.е. превышения температуры в начале и конце цикла одинаковы и колебания превышения температуры происходят около среднего уровня (рис.7.8, б). По втор но кратко временный режим характеризуется относительной продолжительностью включения или

При повторно-кратковременном режиме ограничивается как так и время цикла

Еще четыре стандартных режима базируются на перечисленных выше основных: S4 и S5 отличаются от S3 учетом динамических моментов при пуске и торможении, S6 и S7 соответствуют S1, но при переменной нагрузке (S6) и с учетом пуска и торможения (S7). Стандартный режим S8 отражает самый общий случай периодического изменения