Взрывонепроницаемые асинхронные двигатели серии В, ВР предназначены для продолжительного режима работы S1. Однако ряд механизмов во взрывоопасных производствах (в частности, в угольной промышленности) работает в режимах, отличных от S1. Экспериментально исследованы нагревы обмоток и наружных поверхностей корпусов двигателей с целью выяснения возможного диапазона их использования в режимах S4—S5.

Исследования проводились на двигателях BP100L = 4 (P2н = 4 кВт; Uн =380/220 В; Iн= 8,95/15,5 А;= 85%; cos = 0,8) и ВР132М-8 (Р2н = 5,5 кВт, Uн= 660/380 В, Iн = 7,8/13,5 А; = 84,8%; cos =0,7). В качестве нагрузки использовались машины постоянного тока.

Двигатели серии В, ВР ранее не подвергались детальным тепловым испытаниям в детерминированных режимах S4 — S5, в связи с чем необходимо было определить места нахождения максимальных температур на обмотке и корпусе и их величины. Признано целесообразным в режимах S4, S5 испытать один образец (BP100L = 4) по классическому плану при мощностях на валу не выше номинальной для режима S4 при изменении трех факторов на трех уровнях: частота включений z—30, 60, 120 вкл/ч; продолжительность включений ПВ—15, 40, 60%; коэффициент инерции — 4,2; 4,7; 8,23. Двигатель ВР132М-8 испытывался в режимах S4—S5 при изменении трех этих факторов в следующем диапазоне: ПВ — 25,60%; z-60, 120, 240 вкл/ч; —2,94; 4,88.

Результаты испытаний двигателей обрабатывались и проводился анализ с целью определения явления параметров режима (ПВ, z, FJ) на характер распределения температур в двигателе при допустимой по нагреву нагрузке, а также на величину превышения температуры обмотки статора при постоянной, равной номинальной для режима S4, полезной мощности. Основной анализ проводился по двигателю BP100Z=4, в случае отличающихся результатов приводятся и данные по ВР132М-8.

1.Определение влияния ПВ, FJ и z на характер распределения температур в двигателе при допустимой по нагреву обмотки статора (= 80° С) нагрузке экстраполяцией опытных данных.

а. Изменение продолжительности включения.

В квазистационарном режиме характер распределения средних во времени распределений температур вдоль длины в целом аналогичен режиму S1. При этом коэффициент изменения превышений температур вдоль длины обмотки (т. е. отношения максимального превышения к среднему по сопротивлению –) находится в пределах 1,04—1,17 и несколько возрастает с увеличением ПВ при неизменном числе включений. Этот коэффициент находится ниже уровня, имеющего место в режиме S1 (–) [I]. Перекос по окружности корпуса составляет 1,02—1,04, а в режиме S1—1,07; амплитуда пульсаций температуры на обмотке статора составляет ±1,5—2,5° С относительно среднего значения. Превышение температуры ротора () изменяется в указанных режимах примерно пропорционально превышению температуры обмотки статора () при этом при неизменном превышении температуры обмотки статора.

Максимальное превышение температуры корпуса увеличивается с уменьшением ПВ; при ПВ—15% составляет 92% от превышения температуры обмотки статора, а в режиме S1 85%, что объясняется ухудшенными условиями охлаждения двигателя при малой продолжительности включений.

Распределение температур вдоль длины обмотки статора изменяется весьма незначительно при изменении числа включений в указанных пределах и коэффициент . Превышение температуры ротора несущественно возрастает с увеличением z, так при увеличении z в 3—4 раза возросло на 6—10%, при этом его величина не превышает соответствующих значений при S1.

Максимальное превышение температуры поверхности корпуса возрастает с увеличением числа включений также незначительно. При увеличении z в 3—4 раза (от 30 до 120 вкл/ч при 2р = 4; от 60 до 240 вкл/ч при 2р = 8) возрастает на 4 — 5% за счет ухудшения охлаждения и для двигателя BP100L = 4 достигает 82,5% , т. е. не выше, чем в S1; а для двигателя ВР132М-8 86% (в режиме Sl—73% ), т. е-несколько хуже, чем в S1.

Сравнение температурных полей в двигателе при различных коэффициентах инерции показало, что величина FJ практически не влияет на распределение температур по обмоткам статора, ротора и корпусу.

Режимы S5.

В режимах S5 испытания двигателя BP100L=4 проводились с торможением противовключением при изменении трех факторов (ПВ, FJ, z) на трех уровнях, как и в S4.

а. Влияние ПВ на распределение температур в обмотке статора аналогично режиму S4, . Превышение температуры корпуса незначительно возрастает с уменьшением ПВ от 60 до 15%, но при этом не превышает 84% . Относительное значение величины , т. е. в режиме S5 уменьшается по сравнению с режимом S4. Это можно объяснить тем, что в S5 обмотка статора относительно больше нагревается от переходных потерь, чем в S4.

б. Число включений, как и в S4, весьма незначительно влияет на характер распределения температур, т. е. перекосы вдоль длины и по окружности возрастают с увеличением z, но не выше значений, имеющих место при режиме S1.

Максимальное превышение температуры корпуса BP100L=4 увеличивается с 54,5° С при z=30 вкл/ч до 59,5° С при z= 120 вкл/ч, а превышение температуры ротора при этом возрастает с 77 до 90,5° С .

в. Коэффициент инерции, как и в S4, не влияет на характер распределения температур в двигателе.

2. Влияние ПВ, FJ, г на величину превышений температуры обмотки статора при полезной мощности, равной номинальной для режима S1.

Результаты опытных измерений температуры двигателя BP100L=4 (в обмотке статора—по сопротивлению) в 27 различных режимах при изменении ПВ, z, FJ на трех уровнях показывают, что превышение температуры обмотки статора изменяется по зависимостям, близким к линейным, от каждой из независимых переменных при условии неизменности двух других переменных. Обработка полученных данных методами регрессионного анализа [2, 3] позволила получить следующие зависимости изменения превышений температуры обмотки статора в режимах S4, S5 от трех независимых переменных в виде полинома:

Адекватность представления экспериментальных результатов полиномом второй степени проверяется по F критерию: в режимах (0,82<19,4); в режимах S5— (0,79<19,4); при этом дисперсия экспериментальных данных определялась из условия, что величины превышений температуры по методу сопротивления измерены с погрешностью 1%.

III. Влияние ПВ, F/, z на полезную мощность двигателя при допустимом превышении температуры обмотки статора.

Во всех проведенных режимах определена полезная мощность двигателя при допустимом превышении температуры обмотки статора. Обработка данных методами регрессионного анализа позволила получить регрессионную зависимость полезной мощности от трех независимых переменных:

Адекватность представления опытных данных полиномом второй степени проверяется, как и для превышений температур, по F критерию: в S4—F < Fтабл, (0,001 <240), в S5 (0,79<240). Расхождение опытных данных с аппроксимацией полиномом не превышает: в S4±l,5%, в S5±6%.

Определение таких зависимостей для каждого двигателя имеет большое практическое значение, но получать их экспериментальным методом даже с помощью методов планирования эксперимента (серия В, ВР состоит из 76 типоразмеров) невозможно ввиду большого объема испытаний.

1. Экспериментальное исследование теплового состояния взрывонепроницаемого асинхронного двигателя серии В, ВР в повторно-кратковременных режимах работы S3.— “Электротехн. пром-сть. Сер. Электрические машины”, 1975, вып. 5(51). Авт.: А. Н. Бурковский, А. Н. Данилов, В. В. Макеев и др.

2. Налимов В. В., Чернова Н. А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М., “Наука”, 1965.

3. Химмельблау 3. Д. Анализ процессов статистическими методами. М., “Мир”, 1973.