Лабораторная работа "Испытание на нагрев электродвигателя"
Лабораторная работа:
"Испытание на
нагрев
электродвигателя"
постоянного тока
Теоретическая часть
Нагрузочная способность электрических машин в большинстве случаев зависит от
условий нагрева, так как повышение температуры является основной причиной их
ограниченной мощности при длительных и кратковременных нагрузках. С увеличением
нагрузки возрастают потери энергии в машине, повышается количество выделившейся
теплоты, и при чрезмерной нагрузке температура отдельных ее частей, и в первую
очередь изоляции, может превысить допустимые пределы.
Электрическая машина представляет собой совокупность ряда частей(обмотки,
элементы магнитопроводов, детали конструкций) с разной теплопроводностью и
теплоемкостью и неодинаковыми условиями охлаждения, вследствие чего их
температура также различна.
Электрические машины обычно рассчитывают на срок службы 15-20 лет без
капитального ремонта. Для того что бы обеспечить заданный срок службы,
электрическую машину нужно правильно спроектировать, хорошо изготовить и при
эксплуатаций избегать режимов работы, вызывающих преждевременный выход из
строя разных ее частей. В первую очередь необходимо предотвратить
преждевременное старение изоляции.
Главные причины старения изоляции – это высокая температура токоведущих
частей машины, значительные перепады температур от детали к детали, действие
электрического поля, наличие повышенной влажности и механических нагрузок на
изоляцию
Высокая температура вызывает окисление лаков, входящих в состав изоляции,
вследствие чего снижается ее механическая прочность и образуются трещины, по
которым при наличии влаги и загрязнений появляются токопроводящие дорожки,
способствующие пробою изоляции. Поэтому для обеспечения заданного срока службы
электрических машин температура нагрева их отдельных частей не должна быть
больше допустимой.
На подвижном составе электрические машины часто работают в повторно-
кратковременном режиме. В этом случае периоды работы машины под нагрузкой
чередуются с периодами ее отключения (паузами), вследствие чего общая
продолжительность работы машины складывается из периодически повторяющихся
циклов.
Если электрическая машина работает в продолжительном режиме, но при
переменной нагрузке, то в различные промежутки времени в ней возникают разные
потери мощности. Что бы определить, может ли машина выполнить заданный график
нагрузки, обычно применяют метод эквивалентного тока. В его основу положено
предположение о том, что переменные потери в электрической машине
пропорциональны квадрату силы тока нагрузки
Для тяговых электрических машин локомотивов типичен режим с быстро
изменяющимися силой тока и мощностью если машины работают в продолжительном
режиме с постоянной мощностью, но разной силой тока, то тепловой процесс в них не
установившийся, так как при разной силе тока неодинаковы и потери.
Лабораторная работа.
Испытание на нагрев электродвигателя постоянного тока.
Цель работы. Изучение и освоение методики выполнения испытаний на нагревание
электродвигателей постоянного тока.
Оборудование:
1. Машина постоянного тока:
Номинальная мощность, Вт 90
Номинальное напряжение якоря, В 220
Номинальный ток якоря, А 0,56
Номинальная частота вращения,
1500
Возбуждение независимое / параллельное /
последовательное
2. Мультиметр
3. Электронный термометр
4. Лабораторный стенд
ВЫБОР РЕЖИМА ИСПЫТАНИЙ
Испытания на нагревание являются одним из основных испытаний электрических машин,
в частности, электродвигателей постоянного тока. Они проводятся после изготовления или
ремонта двигателей по программе квалификационных, типовых и приемо-сдаточных
испытаний.
Во время испытаний определяются превышения температур обмоток тягового двигателя,
и производится их сравнение с паспортными данными для данного типа двигателя.
Нормальное превышение температур предопределяет хорошие изоляционные свойства
обмоток и надежную работу электродвигателя в эксплуатации.
Испытания должны проводится в продолжительном режиме работы при неизменной
нагрузке до практически установившейся температуры всех частей двигателя.
Для достижения установившейся температуры требуется значительное время (3-4 часа).
При выполнении же лабораторной работы продолжительность работы тягового
электродвигателя в продолжительном режиме приходится ограничивать одним часом из-за
недостатка времени. Учитывая, что целью работы является изучение методики проведения
испытаний на нагревание электродвигателей, такое сокращение времени испытаний можно
считать вполне допустимым.
Степень нагрева тягового электродвигателя определяется не только его нагрузкой, но и
количеством охлаждающего воздуха, проходящего через него.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В ХОЛОДНОМ
СОСТОЯНИИ
Температуру обмоток электрических машин постоянного тока обычно измеряют методом
сопротивления. Под методом сопротивления подразумевается определение температуры
обмотки по возрастанию её сопротивления относительно сопротивления, измеренного при
холодном состоянии. Превышение температуры обмотки, изготовленной из меди, над
температурой окружающей среды можно определить по формуле:
r
где R
Г
- сопротивление обмотки в нагретом (горячем) состоянии, Ом;
R
X
- сопротивление обмотки в холодном состоянии, Ом;
t
X
- температура обмотки в холодном состоянии, С;
t
B
- температура окружающей среды (воздуха), С.
Если двигатель длительное время не работал, то t
X
=t
B
и формула будет иметь вид:
r
Сопротивление обмоток электродвигателя в холодном состоянии производится
способом вольтметра и амперметра. Схема включения приборов при измерении
сопротивления показана на рис.1.
Испытуемый электродвигатель постоянного тока через переключатель подключается к
источнику постоянного тока ИПТ. Ток I, протекающий по электродвигателю, измеряется
амперметром А, а вольтметры V
1
- V
3
измеряют падение напряжения на обмотках
электродвигателя. Вольтметры V
2
и V
3
подсоединяются к обмоткам добавочных и главных
полюсов с помощью зажимов и фиксируют падение напряжения V
ДП
и V
ГП
на этих обмотках.
Вольтметр V
1
измеряет падение напряжения на обмотке якоря. Измерение падения
напряжения на замкнутой, не имеющей начала и конца обмотке якоря, производится между
коллекторными пластинами, путем подключения к ним переносных щупов, соединенных с
вольтметром V
1
Сопротивление якорной обмотки в холодном и нагретом состоянии,
определяется между одними и теми же пластинами (выбранные пластины накернены).
Рис.1 Схема включения приборов при измерении сопротивления обмоток двигателя в
холодном состоянии.
Измерение сопротивления обмоток электродвигателя в холодном состоянии
выполняется в следующем порядке:
- включается ИПТ и переключатель П устанавливается в одно из четырёх положений;
- показания всех приборов записываются в соответствующие графы таблиц 3.1-3.3;
- указанные измерения производятся не менее трех раз при разных положениях переключателя
П (разных токах I);
- сопротивления обмоток в холодном состоянии определяются по формуле:
За действительное сопротивление принимается среднее арифметическое всех
измеряемых значений. При этом результаты измерений одного и того же сопротивления не
должны отличаться от среднего значения более чем на ±0,5%.
Одновременно производится измерение температуры воздуха, термометром с ценой
деления не более 1ºС. Термометр должен располагаться на уровне оси вала якоря и на
расстоянии (1-2) м от электродвигателя.
Сопротивление обмоток добавочных и главных полюсов в
холодном состоянии
и
необходимо привести к сопротивлению при 20°С для
сравнения с паспортными значениями по формулам:
где
и
- измеренные значения сопротивлений обмоток добавочных и главных
полюсов в холодном состоянии (при температуре обмоток, равной t
B
);
t
B
- температура воздуха при измерении сопротивления обмоток
Паспортное значение сопротивлений равны
Сопротивление обмотки якоря в холодном состоянии
Эксперимент
Расчет
№
элемента
, Ом
1
2
3
Сопротивление обмотки главных полюсов в холодном состоянии
Эксперимент
Расчет
№
эле
мен
та
,
Ом
1
2
3
Сопротивление обмотки добавочных полюсов в холодном состоянии 20
Эксперимент
Расчет
№ элемента
, Ом
1
2
3
МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ НА НАГРЕВАНИЕ В РЕЖИМЕ НАГРУЗКИ
После измерения сопротивления обмоток в холодном состоянии от электродвигателя
отключаются цепи, содержащие амперметр, переключатель и источник постоянного тока
электродвигателей. Устанавливается продолжительный режим работы двигателя: I
д
=0,56 А
и U
д
=200 В. Частота вращения якоря электродвигателя будет при этом около 250 мин
-1
.
После стабилизации режима (n
Д
=const) фиксируется время начала опыта и в таблицу
опытных данных записываются I
Д
, U
д
, n
д
,
,
,(табл.4.). Далее замеры повторяются
в течении 1 часа с интервалом 10 мин.
Таблица 4.
Результаты испытаний на нагревание в режиме нагрузки
Режим испытания:
Эксперимент
Расчет
№
1
2
3
4
По полученным данным рассчитываются текущие значения сопротивлений обмоток
главных и добавочных полюсов в нагретом состоянии, и по формуле
определяется превышение температуры и этих обмоток. Температура обмоток
определяется по формуле:
Превышение температуры обмотки якоря, определяется в конце опыта, после
выключения стенда. При этом собирается схема, показанная на рис.1, с помощью
переключателя устанавливается ток I = (4 - 8)А, измеряется напряжение U
1
и
подсчитывается сопротивление обмотки в нагретом состоянии. Обязательно фиксируется
время, прошедшее с момента достижения I
Д
=0 и до момента выполнения первого
измерения.
Остановка машин после выключения стенда происходит довольно быстро, так как их
якоря при работе вращались с невысокой частотой.
Измерение сопротивления нагретой обмотки якоря необходимо начать не позднее чем через
2 мин. после отключения нагрузки и продолжать в течении 5 мин. Интервал между замерами
должен быть не более 20с в течении первых 3 мин и не более 30с в последующие 2 мин.
По расчетным данным строятся кривые нагревания для обмоток главных и добавочных
полюсов и кривая охлаждения для обмотки якоря в виде зависимостей где
- время.
Если первое измерение сопротивления обмотки якоря произведено через 20с и более
после отключения нагрузки, то превышение температуры в момент отключения определяется
экстраполяцией кривой остывания до пересечения с осью ординат.
Все обмотки тягового электродвигателя ЭД-118А выполнены с изоляцией класса F.
Предельные температуры нагрева при температуре окружающей среды +10°С - +40°С
должны быть не более:
- обмотки якоря - 140С;
- обмотки главных и дополнительных полюсов- 155С.
КРАТКИЙЙ ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ
1. Кривая нагревания - кривая изменения превышения температуры какой-либо части
электрической машины над температурой охлаждающей среды в функции времени в
процессе нагревания при неизменных нагрузке и температуре охлаждающей среды.
2. Кривая охлаждения - кривая изменения превышения температуры какой-либо части
электрической машины над температурой охлаждающей среды в функции времени в
процессе охлаждения при неизменной нагрузке или в неподвижном состоянии после
отключения от сети и неизменной температуре охлаждающей среды.
3. Номинальный режим работы (номинальный режим) - режим работы электрической
машины, для которого она предназначена предприятием-изготовителем.
4. Практически холодное состояние - состояние электрической машины, при котором ее
температура отличается от температуры охлаждающей среды не более чем на заданную
величину.
5. Превышение температуры в электрической машине (перегрев) -разность между
температурой какой - либо части электрической машины и температурой охлаждающей
среды.
6. Практически установившаяся температура - температура электрической машины,
изменение которой при неизменных нагрузке и температуре охлаждающей среды не
превышает заданной величины.
7. Рабочая температура электрической машины (рабочая температура) - значение
установившейся температуры электрической машины при работе ее в номинальном режиме и
неизменной температуре охлаждающей среды.
8. Резким работы электрической машины (режим работы) - установленный порядок
чередования и продолжительности нагрузки, холостого хода, торможения, короткого
замыкания, пуска и реверса электрической машины во время ее работы.
9. Тяговый режим работы (тяговый режим) - режим работы, при котором электродвигатели
преобразуют электрическую энергию в механическую для движения локомотива.
10.Установившееся состояние - работа электрической машины при неизменных
электромагнитных, тепловых и механических параметрах.
11.Эквивалентный тепловой режим - режим испытания электрической машины, при
котором превышения температур всех ее частей не превосходят превышений температур при
испытании на нагревание в номинальном режиме более чем на заданную величину.
12.Эквивалентный часовой режим - режим работы электрической машины, при котором
эквивалентный тепловой режим наступает в течение одного часа испытаний на нагревание.
Физика - еще материалы к урокам:
- Задачи по физике "Атмосферное давление" 7 класс
- Презентация "Простые механизмы. Рычаг. Правило равновесия рычага"
- Тест "Получение переменного тока. Явление электромагнитной индукции" 9 класс (с ответами)
- Викторина для любознательных по физике 9 класс (с ответами)
- Презентация "Решение задач по волновым процессам" 9 класс
- Тест по физике "Электромагнитные волны" 9 класс (с ответами)
