Два режима работы двигателя

Содержание

1. Основные режимы работы электродвигателей
2. Дополнительные режимы работы электродвигателей

Режимы работы электродвигателей – это определенный порядок чередования периодов, который характеризуется:

• продолжительностью и величиной нагрузки;
• условиями охлаждения;
• частотой пуска и отключений;
• частотой реверса;
• соотношениями потерь в периоды установившегося движения и пуска.

Так как существует множество режимов, выпуск двигателей для каждого из них нецелесообразен, поэтому серийные двигатели проектируются согласно ГОСТ для работы в восьми номинальных режимах. Номинальные данные содержатся в паспорте электродвигателя. Оптимальное функционирование агрегата гарантируется при его эксплуатации при номинальной нагрузке и в номинальном режиме.

Основные режимы работы электродвигателей

Существуют три основных (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный) и пять дополнительных режимов работы, условно маркированных согласно международной классификации S1-S8. Отечественные электромашиностроительные заводы в обязательном порядке включают номинальные данные на основные режимы в каталоги и паспорт агрегата.

Продолжительный режим (S1) предусматривает длительный и беспрерывный рабочий период, во время которого двигатель нагревается до установившейся температуры. Он может «подразделяться» на два вида:

• Режим с постоянной нагрузкой (без изменения температуры в период работы). В нем функционируют двигатели конвейеров, электроприводы вентиляторов и насосов.
• Режим с изменяющейся нагрузкой (температура поднимается или падает с изменением нагрузки). Он используется при работе металлорежущих, деревообрабатывающих и прокатных станков.

Кратковременный режим работы электродвигателя (S2) характеризуется непродолжительным рабочим периодом (по стандартам 10, 30, 60, 90 минут) без нагрева двигателя до установившейся температуры с последующим его охлаждением во время паузы до температуры окружающей среды. В этом режиме действуют электроприводы запорных устройств (вентилей, шлюзов, заслонок и т.д.). В паспорте двигателя указывается продолжительность рабочего периода (например, S2 – 60 мин.).

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя (S3) – режим, при котором в течение рабочего периода нагрев двигателя не достигает установившейся температуры, а во время паузы не происходит охлаждения до температуры окружающей среды. Он характеризуется непрерывным чередованием периодов работы под нагрузкой и вхолостую. Так функционируют электроприводы подъемных кранов, экскаваторов и лифтов, то есть устройств, действующих циклично.

Дополнительные режимы работы электродвигателей

Дополнительные режимы обозначены маркерами S4-S8. Они введены для более удобного эквивалентирования произвольных режимов и расширения номенклатуры номинальных режимов.

S4 – повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов. Каждый цикл работы включает в себя:

• длительный период пуска, в течение которого пусковые потери оказывают влияние на температуру узлов агрегата;
• период функционирования при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• паузу, во время которой не предусмотрено охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.

S5 – повторно-кратковременный режим с электрическим торможением. В цикл работы входят:

• долгое время пуска;
• время работы при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• период быстрого электрического торможения;
• период работы вхолостую без охлаждения до температуры окружающей среды.

S6 – перемежающийся режим работы. Цикл работы состоит из:

• периода функционирования с постоянной нагрузкой;
• паузы.

В течение обоих периодов температура двигателя не достигает установившегося значения.

S7 – перемежающийся режим с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов. В каждый цикл включены:

• длительный период пуска;
• время действия машины с постоянной нагрузкой;
• быстрое электрическое торможение.

Паузы данным режимом не предусмотрены.

S8 – перемежающийся режим с разными частотами вращения (2 или более). В цикл входят периоды:

• работы с неизменной частотой вращения и постоянной нагрузкой;
• работы при других неизменных нагрузках, причем каждой из них соответствует определенная частота вращения.

Как и предыдущий, этот режим не содержит пауз.

Если вы знаете характеристики работы электродвигателей, вам не составит труда выбрать агрегат, оптимально подходящий для ваших целей. Указанная в каталогах мощность двигателя предусматривает его эксплуатацию в нормальных условиях в режиме S1 (если это не двигатель с повышенным скольжением). Превышение мощности при режиме S2 допустимо не более чем на 50% в течение 10 минут, 25% в течение 30 минут и 10% в течение 90 минут.

В станках используют самые разные электродвигатели: они устанавливаются на шпиндель, приводят в движение оси, конвейеры удаления стружки или выгрузки деталей. Эти двигатели работают в разных режимах — продолжительно или кратковременно, под нагрузкой или же вхолостую. В зависимости от параметров работы различают 10 номинальных режимов работы электродвигателя. Они описаны в ГОСТ Р 52776-2007 и обозначаются от S1 до S10.

Разберем каждый из этих режимов подробнее.

Номинальные режимы работы двигателей в станках

S1 – продолжительный режим работы двигателя

Он характеризуется постоянной нагрузкой в течение длительного времени, при этом электродвигатель прогревается до неизменной рабочей температуры. Ниже приведены три графика, которые показывают, как нагружается двигатель, как меняются потери и температура. 

Р – нагрузка. На графике видно, что двигатель испытывает постоянную нагрузку с самого начала цикла.

Рэ – потери энергии, которые неизбежно возникают при преобразовании электрической энергии в механическую. В случае с электродвигателем это электрические потери, которые можно рассчитать по формуле:

Рэ=Ii2riv

Где riv – сопротивление обмотки двигателя, а Ii – это сила тока, протекающего по этой обмотке. Значения этих переменных получают путём измерений. 

Потери рассчитывают для каждой обмотки двигателя отдельно, а общие потери двигателя определяют как сумму потерь всех его обмоток. На графике видно, что потери не изменяются при постоянной нагрузке, так как сопротивление на обмотках электродвигателя тоже не изменяется. 

Θmax – это максимальная температура электродвигателя. Этот параметр можно получить путём измерений. На графике видно, что после определенного времени работы электродвигателя с постоянной нагрузкой температура в дальнейшем не меняется — охлаждение двигателя компенсирует тепловыделение.

S2 – кратковременный режим работы двигателя

В таком режиме электродвигатель работает определенное время (Δtp), после чего его останавливают, чтобы он остыл до температуры окружающей среды. 

Как и в предыдущем режиме, нагрузка и потери остаются неизменными на всем протяжении времени Δtp. За это время двигатель нагревается до температуры Θmax, после чего останавливается. Величина Δtp нормируется — она может быть равна 15, 30, 60 и 90 минутам. При указании режима работы S2 необходимо указывать Δtp, например, S2 60 мин.

S3 – повторно кратковременный режим работы

Этот режим работы характеризуется повторяющимися рабочими циклами с постоянной нагрузкой, прерывающимися на определенное время (Δtотк), за которое двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. 

Величина Т – это цикл включения от пуска до пуска, который также включает время остановки двигателя. 

Этот режим характеризуется продолжительностью включения в процентном соотношении и рассчитывается по формуле 

ПВ=∆tp(∆tp+∆tотк)×100%

Продолжительность включения также является нормируемой величиной и может принимать значения 15, 25, 40 и 60%.

S6 – перемежающийся режим работы электродвигателя

Этот режим работы характеризуется попеременной работой на вхолостую и под нагрузкой. В перемежающемся режиме двигатель не останавливается. 

На графике отмечено время работы с постоянной нагрузкой Δtp, время работы в холостом режиме Δtо и время цикла Т. 

Также можно заметить, что электрические потери при отсутствии нагрузки уменьшаются, что связано с уменьшением сопротивления катушек электродвигателя.

Так же как и S3, перемежающийся режим характеризуется продолжительностью включения в процентном соотношении, которое рассчитывается по формуле:

ПВ=∆tp(∆tp+∆tо)×100%

Как было сказано выше, этот параметр нормированный и всегда указывается с продолжительностью включения, например S6 60%.

Перечисленные режимы являются основными, которые используются для двигателей станков. Существуют также другие режимы.

Другие номинальные режимы работы электродвигателей

S4 – повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов. В таком режиме пуск двигателя происходит достаточно продолжительное время и влияет на изменение его температуры. 

S5 – повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов и торможением. Этот режим включает в себя достаточно длительное время пуска, которое влияет на его температуру, время работы с постоянной нагрузкой, время торможения и время полной остановки двигателя.

S7 – перемежающийся режим работы двигателя с влиянием пусковых процессов и торможения. Данный режим работы двигателя характерен отсутствием остановки двигателя, режимом работы с постоянной нагрузкой, режимом работы без нагрузки, длительным процессом пуска, влияющим на его температуру, а так же торможением. 

S8 – перемежающийся режим работы двигателя с периодически изменяющейся частотой вращения. Так же, как и предыдущий режим не содержит остановок двигателя, но содержит цикл работы с постоянной нагрузкой на заданной частоте вращения, за которым следует один или более циклов при других постоянных нагрузках и другой частоте вращения. 

S9 – режим работы электродвигателя с непериодическими изменениями нагрузки и частоты вращения. В отличие от режима S8, в данном режиме смена нагрузки и частоты вращения происходит непериодически. Для такого режима работы характерны перегрузки. 

S10 – режим работы электродвигателя с дискретными постоянными нагрузками и частотами вращения. Этот режим работы с непостоянными нагрузками и частотой вращения, которые сохраняются достаточно длительное время, чтобы температура достигла неизменной величины. При этом нагрузка может достигать нулевого значения (холостой ход или режим покоя).

Соответствие режима работы двигателя его применению в станке

Режимы работы S1, S2, S3 и S6 подходят для двигателей шпинделя, поэтому в характеристиках станка часто указывают параметр мощности и момента для этих режимов.

В режиме S1 двигатель может длительное время работать с допустимой нагрузкой, его температура будет стабильна и перегрева двигателя не произойдет. Современные фрезерные станки с ЧПУ часто используют для обработки сложных фасонных поверхностей. Такая обработка может длиться очень долго, поэтому двигатель шпинделя должен быть приспособлен для работы в этом режиме. 

При операциях сверления листового материала шпиндель станка работает в режиме S2 с постоянными остановка, так как после завершения операции требуется замена готовой детали на заготовку. За это время температура двигателя шпинделя успевает снизиться до температуры окружающей среды. Таким образом, двигатель шпинделя сверлильного станка должен иметь номинальный режим работы S2. 

Во время выполнения операции торцевого фрезерования электродвигатель шпинделя работает в режиме S3, так как при движении инструмента в материале двигатель будет работать с нагрузкой, а во время перемещений инструмента в точку резания двигатель работает в холостом режиме, но при этом не успевает остыть до температуры окружающей среды.

Бывают ситуации, при которых толщина удаляемого материала неравномерна. Это приводит к дискретным нагрузкам на двигатель шпинделя. Использование функции постоянной скорости резания на токарных станках приводит к изменению частоты вращения в зависимости от диаметра обработки, что также приводит к неравномерной нагрузке и изменению частоты вращения. Эти ситуации полностью соответствуют режиму S6. 

Указанные режимы работы двигателя должны быть предусмотрены производителями станков. Неправильно подобранные электродвигатели не позволят использовать станок максимально эффективно. 

Если у вас появились вопросы, специалисты Центра инженерно-технологической поддержки портала СТАНКОТЕКА на них ответят. 

Двигатель выбирают,
исходя из условий работы, на основе
нагрузочной диаграммы, под которой
понимают графически выраженную
зависимость мощности Р, момента М или
тока I
от времени t:

,

,.

Различают три
основные режима работы, длительный,
кратковременный и повторно- кратковременный.

6.1 Длительный режим.

Это режим, при
котором двигатель работает под нагрузкой
в течение времени, достаточного для
нагрева его до установившейся температуры
(рис.1а). Установившаяся температура
определяется нагрузкой двигателя.
Двигатель используется полностью, если
установившаяся температура равна
максимально допустимой для класса
изоляции двигателя
.
В длительном режиме на судах работают
электроприводы вентиляторов, насосов
и других механизмов.

6.2 Кратковременный режим.

В этом режиме
двигатель, работая под нагрузкой не
успевает нагреться до установившейся
температуры, а в период остановки
остывает до температуры окружающей
среды (рис.1б). Работать двигатель всегда
начинает в холодном состоянии
.
В таком режиме на судах работают
электроприводы якорно-швартовых
устройств. Завод-изготовитель двигателей
указывает номинальные мощности двигателя
для стандартных длительностей работы
– 10, 30 и 60 мин.

6.3 Повторно-кратковременный режим.

Этот режим состоит
из периодов работы и пауз, причём за
время работы двигатель успевает нагреться
до установившейся температуры, а за
время паузы не успевает остыть до
температуры окружающей среды (рис.1в).
Суммарная продолжительность рабочего
периода
.
И паузы(время цикла)
не должна превышать 10 мин. Этот режим
характеризуется относительной
продолжительностью включения –
отношением продолжительности рабочего
периодак продолжительности,
выраженной в процентах:

Стандартные
значения ПВ – 15, 25 ,40 ,60%.

Повторно-кратковременный
режим характерен для грузоподъёмных
механизмов.

7. Нагрев и охлаждение электродвигателей

7.1 Нагрев двигателя.

Работая с некоторой
постоянной мощностью на валу
,
двигатель потребляет из сети мощность,
превышающую мощностьна значение потерь,
которые выражают через к.п.д. двигателя:

Потери мощности
в двигателе превращаются в теплоту,
вызывая нагрев до некоторой температуры,
определяемую его нагрузкой. Количество
теплоты
,
выделяемое в двигателе:

При расчёте тепловых
процессов принимают следующие допущения:

— двигатель
представляют в виде однородного твёрдого
тела, равномерно нагревающегося по
всему объёму;

— считают, что
двигатель охлаждается только благодаря
теплопроводности и конвекции.

При этих условиях
количество теплоты, выделяемой двигателем
в окружающую среду, пропорционально
повышению
его температурынад температурой окружающей среды.

Введём обозначения:
С – теплоёмкость двигателя – количество
теплоты, необходимое для нагревания
двигателя на 1^oС,
;
А – теплоотдача двигателя – количество
теплоты, отдаваемое в окружающую среду
в течение 1с при разности температур
двигателя и среды 1^oС,
^oС.
Уравнение теплового баланса имеет вид
[1]:

,

где
— количество теплоты, выделяющейся в
двигателе за время dt;

— количество
теплоты, идущей на нагрев двигателя;

— количество
теплоты, отдаваемой двигателем в
окружающую среду за время dt.

Решив дифференциальное
уравнение относительно
,
можно определить температуру двигателя
в любой момент времени его работы (при
условии, что температура двигателя в
момент пуска равна температуре окружающей
среды).

[1]

где — постоянная времени нагрева,;

— установившееся
превышение температуры, которое будет
достигнуто за время
.
В реальных условиях черездвигатель достигает температуры.

Исходя из реальных
условий нагрева двигателя, постоянную
нагрева Т определяют как время, в течение
которого нагревается до
.
Действительно:

Для двигателей
малой и средней мощности постоянная
времени нагрева находится в пределах
10-20 мин.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Режимы работы двигателя

Карбюраторный двигатель имеет следующие режимы работы: пуск, холостой ход, средние нагрузки, полные нагрузки, резкий переход на полные нагрузки.

При пуске холодного двигателя необходима богатая горючая смесь (а от 0,3 до 0,6), так как частота вращения коленчатого вала мала, топливо плохо испаряется, а часть его конденсируется на холодных стенках цилиндра. Это приводит к тому, что в цилиндры двигателя попадает незначительное количество пусковых фракций, обеспечивающих гарантированный пуск двигателя.
Работа двигателя на холостом ходу и при малых нагрузках возможна при обогащенной смеси (а от 0,7 до 0,9). Горючая смесь поступает в цилиндры двигателя и смешивается со значительным количеством остаточных отработавших газов, поэтому обогащение смеси улучшает ее воспламеняемость и способствует устойчивой работе двигателя без нагрузки.
Средние нагрузки — наибольшая часть работы двигателя в процессе эксплуатации, поэтому на этом этапе необходима обедненная горючая смесь (а от 1,05 до 1,1), что способствует наилучшей экономичности двигателя.
Полная нагрузка обеспечивается подачей в цилиндры двигателя обогащенной смеси (а от 0,85 до 0,9). Этот режим необходим при разгоне автомобиля, движении автомобиля с максимальной скоростью, преодолении подъемов или тяжелых участков дороги.
При резком переходе на режим полной нагрузки (резкое открытие дроссельной заслонки) возможно обеднение горючей смеси — карбюратор должен иметь устройство, предотвращающее это.
Таким образом, в процессе работы двигателя карбюратор должен изменять состав горючей смеси в зависимости от режима работы двигателя.

Работа двигателя, подробнее