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.
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 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.
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 
(время цикла
) не должна превышать 10 мин. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения – отношением продолжительности рабочего периода
к продолжительности
, выраженной в процентах: 
Стандартные значения ПВ – 15, 25 ,40 ,60%.
Повторно-кратковременный режим характерен для грузоподъёмных механизмов.
Работая с некоторой постоянной мощностью на валу 
, двигатель потребляет из сети мощность
, превышающую мощность
на 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 температуры
. 
Введём обозначения: С – теплоёмкость двигателя – количество теплоты, необходимое для нагревания двигателя на 1oС, 
; А – теплоотдача двигателя – количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду в течение 1с при разности температур двигателя и среды 1oС, 
oС. Уравнение теплового баланса имеет вид [1]:
,
где 
- 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 
; 
- установившееся превышение температуры, которое будет достигнуто за время 
. В реальных условиях через
двигатель 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.
studfiles.net
При эксплуатации автомобиля характерны следующие основные режимы работы двигателя.
Режим запуска холодного двигателя. Этот режим характеризуется плохой испаряемостью топлива, в результате чего воспламеняемость смеси определяется не количеством поданного в двигатель топлива, а количеством той ее части, которая испарилась. Поэтому при запуске холодного двигателя системы запуска должны подавать избыточное количество топлива (l = 0,3-0,4), но фактически воспламеняющаяся смесь соответствует l = 0,9-1,1, а остальное топливо остается в жидком виде. Для компенсации дополнительных потерь на трение из-за повышенной вязкости масла в цилиндры должно подаваться дополнительное количество воздуха. Все это вместе повышает обороты холостого хода холодного двигателя и облегчает его запуск.
Режим работы двигателя на холостом ходу. Этот режим характеризуется малой частотой вращения коленчатого вала, малой скоростью воздушного потока и ухудшением перемешивания смеси. Кроме того этот режим характеризуется значительным содержанием в цилиндрах отработавших газов, что ухудшает процесс сгорания. При применении карбюраторного способа смесеобразования или моновпрыска к указанным факторам добавляется неравномерность распределения смеси по цилиндрам. Все это требует приготовления несколько обогащенного состава смеси (l = 0,8-0,85 ) с тем, чтобы в любом цилиндре оказалась смесь воспламеняющегося состава.
Режим частичных нагрузок ( 20 –80% от номинальной мощности ). Это основной режим работы двигателя при равномерном движении автомобиля. Для этого режима целесообразен экономный режим состава топливно-воздушной смеси, т.е. смесь должна быть обедненной. Этот режим характеризуется удовлетворительными условиями испаряемости топлива и перемешивания смеси, этот режим не требует максимальной скорости сгорания. При любой системе питания двигателя этот режим обеспечивается главной дозирующей системой.
Режим максимальной мощности ( более 80% ). Этот режим используется сравнительно редко, при резком разгоне, на подъемах и т.д.. При работе на этом режиме нужна смесь, обеспечивающая наибольшую скорость сгорания (l =0,8-0,9). С переходом на этот режим необходимо обеспечить обогащение смеси.
Режим ускорения. Этот режим характеризуется быстрым переходом от режима частичных нагрузок к режиму увеличенной или максимальной мощности. Быстрое увеличение частоты коленчатого вала требует обеспечить кратковременное обогащение смеси на этом переходном режиме.
Характер изменений состава смеси на различных режимах работы двигателя показан на рисунке 4
Рис 4. Зависимость состава топливно-воздушной смеси от режимов работы двигателя.
Реализация этой сложной зависимости при постоянном изменении режимов работы двигателя требует сложных и совершенных систем управления, которые постоянно совершенствуются от простейших карбюраторов пульверизационного типа до современных электронных систем непосредственного впрыска.
Поскольку, как уже отмечалось во ВВЕДЕНИИ в эксплуатации находятся и те и другие, рассмотрим принципы построения этих систем в порядке их появления.
poznayka.org
Электродвигатель работает от источника питания с определённым напряжением. При этом его вал создаёт силу, для получения которой электродвигатель и служит. Потребляемый ток приводит к тому, что в обмотках и сердечниках их выделяется тепло. А механическая нагрузка, которая воздействует на вал движка, оказывает влияние на потребляемый ток. Перечисленные составляющие работы электродвигателя с учётом влияния окружающей среды это только часть перечня, объединённого понятием «режим работы».
Упомянутые составляющие наполнены как численным, так и качественным содержанием. Например, напряжение бывает либо переменным, либо постоянным. Форма переменного напряжения может быть различной, так же как и его частота. Величина напряжения изменяется. Поэтому комбинаций составляющих получается довольно много, поскольку фактор времени способствует их многочисленности.
Для того чтобы дать оценку техническим возможностям движка по которой потенциальный пользователь может определиться с его моделью, режимы работы задаются определёнными способами. Это обычно возможно сделать при заданных значениях механической нагрузки на вале двигателя. В результате получается либо массив числовых данных, либо графическое отображение тех или иных составляющих в привязке ко времени. В зависимости от своей продолжительности режим работы может быть определён как более или мене тяжёлый для движка.
При увеличении времени действия данного режима дольше указанного численно или графически возможны необратимые изменения в элементах конструкции. Например, расплавление изоляции, заклинивание подшипников, насыщение сердечников и т.п. Поэтому при частичной неопределённости эксплуатационных составляющих выбирается уже охарактеризованный режим ближайший по числу известных совпадающих данных. Продолжительный режим S1 является самым общим вариантом, который используется при отсутствии уточняющих данных. Графики этого режима показаны сверху.
Совокупность графиков или цифровых данных с указанием временных данных и характеристик нагрузки объединяются термином «типовой режим». Он может быть
с одной или большим числом механических нагрузок неизменной во времени величины. Но возможен и такой вариант, когда имеет место ряд значений для нагрузки и оборотов вала при непериодическом режиме. Графики для типовых режимов показаны далее.
В зависимости от назначения для конкретной модели движка его производителем устанавливаются номинальные режимы и соответствующие составляющие. Обычно двигатели способны работать продолжительное время и по этой причине режим S1 наиболее широко применяется. Если движок имеет специальное назначение, номинальные режимы выбираются производителем из последующих режимов S2 – S9. Номинальные данные при указании назначения электродвигателя также соответствуют графикам для S2 – S9. В случае общего назначения движка данные должны соответствовать графику S1.
Для некоторых режимов необходимо указывать дополнительную информацию:
На шильдике движка обязательно приводятся такие номинальные данные как S1, S2, S3. Каждая модель электродвигателя стандартизуется по ГОСТ 8032.
— 30% от номинала при мощности односкоростного трёхфазного двигателя 100 кВт и больше;
— 50% от номинала при мощности односкоростного трёхфазного двигателя 100 кВт и меньше;
— 30% от номинала для любых однофазных и трёхфазных многоскоростных движков.
podvi.ru
Двигатель при прокрутке стартером должен быстро запускаться при любой температуре охладителя и внешней среды. При пуске топливо подается с избытком (богатая ТВ-смесь), т.к. оно плохо испаряется в холодном двигателе и конденсируется на стенках впускного коллектора. Но свечи зажигания заливаться не должны, иначе искрообразование ухудшится. Во время запуска ЭБУ управляет подачей топлива по калибровочным диаграммам, хранящимся в ПЗУ, и корректируют состав ТВ-смеси по температуре ОЖ. Датчик кислорода в это время еще не работает, так как не прогрет, а ТВ-смесь переобогащена. Количество подаваемого топлива начинает уменьшаться, после того как скорость вращения коленчатого вала превысит пороговое значение для данного типа двигателя. В некоторых СУ при прокрутке ДВС все форсунки открываются одновременно и только после запуска начинают работать синхронно с тактами впуска своих цилиндров.
Угол опережения зажигания при прокрутке определяется ЭБУ по оборотам и температуре двигателя. Для холодного двигателя и низкой скорости прокрутки угол опережения зажигания почти равен нулю. В любом случае при прокрутке ДВС значение угла опережения зажигания ограничивается, т. к. вспышка в камере сгорания до верхней мертвой точки может провернуть коленчатый вал в обратном направлении и повредить стартер.
После запуска ДВС во время его прогрева СУ ДВС обеспечивает:
устойчивую работу двигателя;
быстрый нагрев датчика кислорода и каталитического нейтрализатора для введения их в рабочее состояние;
минимальное потребление топлива и загрязнение окружающей среды.
Для устойчивой работы холодного ДВС в него подается обогащенная ТВ-смесь. Во время прогрева степень обогащения зависит от температуры ДВС и всасываемого воздуха:
в каталитический газонейтрализатор подается дополнительный воздух. Образовавшиеся в цилиндрах излишки СО и СН (из-за обогащенной ТВ-смеси) доокисляются в каталитическом нейтрализаторе. Химическая реакция окисления ускоряет разогрев нейтрализатора;
увеличивают обороты ХХ и уменьшают угол опережения зажигания, что повышает температуру выхлопных газов и ускоряет разогрев каталитического газонейтрализатора и датчика кислорода;
применяется и электрический разогрев датчика кислорода и нейтрализатора.
В переходных режимах, (при быстром увеличении, уменьшении нагрузки или оборотов ДВС), СУ должна обеспечивать плавную устойчивую работу ДВС.
При ускорении автомобиля дроссельная заслонка резко открывается, во впускной коллектор поступает больше воздуха. СУ должна быстро отреагировать, чтобы успеть обогатить ее так. При этом не должно увеличиваться загрязнение окружающей среды выхлопными газами. Для обеспечения максимального крутящего момента на валу угол опережения зажигания устанавливается на грани детонации.
При торможении, езде под гору, торможении двигателем подача - топлива резко ограничивается или полностью отключается до тех пор, пока обороты двигателя остаются выше заданного значения (чуть больше оборотов ХХ). СУ двигателем следит, чтобы при отключении подачи топлива не остыли и не перешли в нерабочее состояние датчик кислорода и каталитический нейтрализатор. Это реализуется дополнительным электроподогревом.
studfiles.net
Режимы работы электродвигателей по ГОСТЭлектродвигатели могут работать в разных режимах, которые различаются сроком рабочего цикла, характером и величиной нагрузки, величиной потерь на разных этапах работы и способом охлаждения.
Существует множество комбинаций этих параметров. Те из этих сочетаний, которые являются наиболее востребованными и повсеместно применяются на практике, составляют так называемые номинальные (типовые) режимы.
Режим работы электродвигателей можно описать разными способами. Во-первых, численно. Такой способ применяется, когда нагрузка электродвигателя остается постоянной или ее изменение заранее задано. Во-вторых, для этого может использоваться график зависимости каких-то характеристик двигателя от времени. В-третьих, потребитель может выбрать один из номинальных режимов согласно техническому паспорту – металлической табличке на щитке электродвигателя, в которой указаны тип, номер, мощность, КПД, а также рекомендуемый режим работы (в виде аббревиатуры от S1 до S8). В типовых режимах должны работать серийные электродвигатели, при этом безотказная и надежная работа машины гарантируется производителем в том случае, если двигатель эксплуатируется в указанном в его паспорте режиме при номинальной нагрузке. Быстрый выход из строя, как правило, связан именно с тем, что электрическая машина была выбрана без учета необходимого номинального режима. К примеру, может сгореть двигатель грузоподъемного механизма с частыми пусками, если он был рассчитан на более легкие условия эксплуатации. При условии правильной эксплуатации двигатель может работать до 20 лет без капитального ремонта. Значительное уменьшение срока службы, связанное с ранним разрушением изоляции, связано с превышением допустимой температуры.
Существует несколько номинальных режимов, описанных МЭК (Международной электротехнической комиссией) и принятых ГОСТом. Базовыми режимами являются первые три (S1, S2 и S3). Отечественные производители отмечают в паспортах данные именно для этих режимов. Более сложные условия требуют использования режимов S5 — S8 (торможение, переменная нагрузка, реверсирование). Базовая характеристика нагрузочных режимов – это выделение тепла. Эксплуатация электрической машины сопровождается ее нагревом, это объясняется происходящими в ней процессами.
Продолжительный режим работы S1
Большинство машин рассчитано на режим S1. Он подходит для двигателей конвейеров, компрессоров, насосов, вентиляторов, транспортеров. Для него свойственна постоянная нагрузка без перерыва, до достижения теплового равновесия. Это означает, что все части двигателя нагреваются, и температура приобретает постоянное значение.
Кратковременный режим работы S2
На определенном этапе машина работает при постоянной нагрузке (10, 30, 60 и 90 мин). Этого срока недостаточно для получения теплового равновесия. Затем наступает остановка, отключение и охлаждение. Такой режим характерен для электроприводов вентилей и шлюзов.
Повторно-кратковременный режим работы S3
Используется в подъемниках и кранах. Для него характерно повторение одинаковых этапов работы и последующей остановки машины. Температура не успевает достичь постоянного значения, а за время остановки машина не успевает полностью остыть. Цикл ограничивается 10 минутами.
Режим S4
Отличается продолжительным периодом пуска. Содержит повторяющиеся серии, в каждой из которых двигатель запускается, работает при постоянной нагрузке, затем остывает (но не полностью). Максимально возможный нагрев также не происходит. Существенным для этого режима является учет потерь во время запуска, которые обеспечивают превышение температуры отдельных частей машины.
Режим S5
Включает в себя серию одинаковых циклов, в каждом из которых двигатель продолжительный срок запускается, работает, осуществляет быстрое торможение и затем охлаждается. На нагрев влияют потери не только при запуске, но и при замедлении работы.
Режим S6
Это ряд повторяющихся циклов работы, когда машина не достигает постоянной температуры, но также и не остывает. Период каждого цикла не более 10 минут. Машина сначала работает с постоянной нагрузкой, затем на холостом ходу.
Режим S7
Это серия повторяющихся циклов, которые содержат продолжительный пуск, неизменную номинальную нагрузку и быстрое электрическое торможение. Отличается отсутствием остановок. Сроки работы не настолько велики, чтобы достичь теплового равновесия. При торможении наблюдаются существенные потери, которые обеспечивают нагрев машины.
Режим S8
Это сложный режим, включающий серию повторяющихся циклов, в течение которых осуществляется работа на нескольких различных уровнях нагрузки и скорости без остановки. Тепловое равновесие не достигается.
Об устройстве электродвигателя и принципе его работы вы можете узнать в следующей статье.
jelektro.ru
Параметры, описывающие режимы работы электродвигателей:
- длительность рабочего цикла; - характер и величина действующей нагрузки; - потери при пуске, торможении и во время установившегося режима работы; - способ охлаждения.
Возможные комбинации выше приведенных характеристик имеют огромное разнообразие и поэтому изготовление двигателей для каждого из них не целесообразно. По наиболее часто используемым и востребованным характерам работы были выделены номинальные режимы, для которых, собственно, и изготовляются серийные электродвигатели. Параметры электрической машины, которые указаны в паспорте, характеризуют ее работу в одном из номинальных режимов. Изготовитель гарантирует нормальную, безотказную работу эл. двигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке. Необходимо обязательно учитывать режим работы электропривода при выборе двигателя, это обеспечит надежную работу механизма.
Межгосударственным стандартом ГОСТ 183-74 предусмотрено 8 номинальных режимов для электродвигателей, которые обозначаются как S1-S8, их краткое описание приведено ниже в статье.
| ГОСТ 183-74 - Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия | Скачать | 420 Кб |
S1 – продолжительный режим работы, характеризуется работой электродвигателя при постоянной нагрузке (Р) и потерях (РV) на протяжении длительного времени, пока все части машины не достигнут неизменной температуры (Ɵmax=Ɵнагр).
где Ɵ0 – температура внешней среды.
S2 – кратковременный режим работы – это работа электродвигателя на протяжении небольшого отрезка времени (Δtp) под постоянной нагрузкой (P). При работе за определенное время (Δtp) составляющие двигателя не успевают нагреваться до установившейся температуры (Ɵmax), после этого машину останавливают и она охлаждается до температуры внешней среды (превышая ее не более чем на 2°С).
S3 – периодический повторно-кратковременный режим работы, представляет собой последовательность одинаковых циклов, работа в которых происходит при постоянной, неизменной нагрузке. За это время электродвигатель не успевает нагреться до максимальной температуры и при останове не охлаждается до температуры окружающей среды. Не учитываются потери, возникшие при запуске двигателя (пусковой ток не оказывает большого влияния), то есть они не нагревают детали машины. Длительность цикла не превышает десяти минут.
где Δtp – время работы двигателя; ΔtR – время простоя, охлаждения; Ɵнагр1 – температура двигателя при максимальном охлаждении во время цикла; Ɵнагр2 – максимальная температура нагрева.
Продолжительность включения (ПВ) характеризует данный режим работы и находится по формуле:
Существуют нормированные значения ПВ: 60%, 40%, 25%, 15%.
Указанные в каталогах мощности электродвигателей приводятся для «Продолжительного режима работы (S1)». Если же двигатель будет работать в других режимах, к примеру, S2 или S3, то нагревание его будет происходить медленнее, что позволит увеличить нагрузку на некоторое время. Для режима S2 допускается увеличение нагрузки на 50% на период времени 10 минут, 25% - 30 минут, 10% - 90 минут. Для работы механизма в режиме S3 лучше всего применять приводной асинхронный двигатель с повышенным скольжением
S1 – S3 являются основными режимами работы, а S4 - S8 были введены для расширения возможностей первых, и предоставления более широкого ряда электродвигателей под конкретные задачи.
S4 – повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов, представляется в виде циклической последовательности, в каждом цикле выполняется пуск двигателя за время (Δtd), работа двигателя при постоянной нагрузке в течении (Δtp), за эти промежутки времени машина не успевает достичь максимальной температуры (установившейся), а за время паузы (ΔtR) не остывает до внешней среды.
S5 – Повторно-кратковременный режим с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов включает в себя те же характерности режима, что и S4, с осуществлением торможения электродвигателя за время (ΔtF). Этот режим работы характерен для электропривода лифтов.
S6 – перемежающийся режим работы – последовательность циклов, при которой работа происходит в течении времени (Δtр) с нагрузкой, и время (ΔtV) работает на холостом ходу. Двигатель не нагревается до предельной температуры.
S7 – Перемежающийся режим с влиянием пусковых токов и электрическим торможением, особенностью является отсутствие пауз в работе, что обеспечивает 100% периодичность включения. Описывается работа в данном режиме последовательными циклами с достаточно долгим пуском (Δtd), нормальной работой при неизменной нагрузке и торможением двигателя.
S8 - Периодический перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения. Так же как и предыдущий режим, этот не содержит пауз, соответственно ПВ=100%. Реализация данного S8 режима происходит в асинхронных двигателях при переключении пар полюсов. Каждый последовательный цикл состоит из времени разгона (Δtd), работы (Δtр) и торможения (ΔtF), но при разных нагрузках, а соответственно при разных скоростях вращения ротора (n).
h4e.ru
Все электродвигатели, представленные в каталоге, имеют режим работы S1 в соответствии со европейскими стандартами.
НИже описаны различные режимы работы в соответсвии со стандартами CEI2-3/IEC 34-1.
Каждый режим обозначается буквой S, после которой ставится цифра от 1 до 9.
S1 - продолжительный режим - эксплуатация при постоянной нагрузке в течении времени N для достожения установившейся
температуры всех частей электродвигателя.
S2 - Кратковременный режим - эксплуатация при постоянной нагрузке в течение времени N, недостаточного для достижения
установившейся температуры всех частей электродвигателя. Сопровождается остановками двигателя на время, достаточное для
охлаждения машины до температуры не более чем на 2 градуса превышающей температуру окружающей среды.
S3 - Периодический повторно-кратковременный режим - последовательность идентичных циклов работы, каждый их которых
включает время работы при постоянной нагрузке N и время остановки R. Этот режим характеризуется тем, что при пуске не
оказывает влияния на температуру двигателя.
В этой формуле указано процентное соотношение периодичности, относительно указанного времени (обычно N+R=10 минут)
S4 - Периодический повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов, последовательность идентичных циклов
работы, каждый из которых включает время пуска D, время работы при постоянной нагрузке N и время стоянки R
В данной формуле необходимо указывать число пусков в час.
S5 - Периодический повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессови электрическим торможением, режим,
включающий в себя те же циклы, что и S4, с дополнительным циклом быстрого электрического торможения F.
Указания те же, что и к предыдуще формуле.
S6 - Перемежающийся режим работы - последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы при
постоянной нагрузке N и время работы на холостом ходу. Время стоянки не включено.
Указание по формуле то же, что и для режима S3.
S7 - Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением:последовательность циклов такая же, как и в режиме работы S5, но без времени стоянки.
Относительная продолжительность включения = 100%
Указание по формуле как для режима S4
S8 - Периодический перемежающийся режим с периодически изменяющейся нагрузкой и частотой вращения:последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы при постоянной нагрузке N, соответсвующей
заранее установленной частоте вращения электродвигателя.Сопровождается одним или несколькими периодами с другими
постоянными нагрузками N2, N3 и т.д. которые соответствуют разной частоте вращения электродвигателя. Время стоянки
отсутствует.
Краткая характеристика этого режима - время эксплуатации при изменяющейся частоте вращения электродвигателя, например:3000 об/мин, в течение 15 минут + 1500 об/мин в течение 10 минут и т.д.
S9 - Режим с непериодически изменяющейся нагрузкой и частотой вращения.Режим включает частые нагрузки, которые могут преобладать над общей.
Условные обозначения:
N - время работы при постоянной нагрузке,R - время стоянки,D - время пуска и ускорения,F - время электрического торможения,V - время работы на холостом ходу,F1 F2 - время торможения,N1 N2 N3 -время работы при постоянной нагрузке, Qmax - максимальная температура, достигаемая во время цикла,L - время работы с переменной нагрузкойСр - общая нагрузкаS - общее время работы с перегрузками
Просмотров: 5159 | Дата публикации: Вторник, 22 октября 2013 12:03 |
www.servomh.ru
