Приложение Е (справочное). Тепловые испытания вращающихся электрических машин

Приложение Е
(справочное)

Тепловые испытания вращающихся электрических машин

Несмотря на то, что в данном приложении упоминаются двигатели, аналогичный подход может применяться для генераторов, для которых также используется подход настоящего приложения.

Примечания

1 Согласно требованиям ГОСТ IEC 60079-14 все двигатели должны быть установлены с устройством защиты от перегрузки для обеспечения защиты от перегрузок и других ожидаемых неисправностей. Существуют некоторые уровни защиты, такие как "eb", которые обычно требуют дополнительного Ех-защитного устройства для ограничения максимальной температуры поверхности в соответствии с указанным температурным классом. В некоторых случаях устройство защиты от перегрузки и Ех-защитное устройство объединяют в одно устройство. Испытание на повышение температуры вращающихся электрических машин, описанное в этом стандарте, проводится без устройства защиты от перегрузки.

2 Национальные правила, такие как [42], требуют учитывать работу устройств безопасности, необходимых для обеспечения безопасного функционирования оборудования в отношении риска взрывов.

Типовые ожидаемые неисправности для электродвигателей указаны в [53], при этом требования к отдельным видам взрывозащиты могут не включать полный перечень ожидаемых неисправностей.

Длительная тепловая перегрузка возможна в результате:

- дефектов вентиляции или системы вентиляции из-за чрезмерного количества пыли в вентиляции воздуховодов или грязи на обмотках или ребрах охлаждения корпуса и т.п.;

- чрезмерного повышения температуры окружающей среды или температуры охлаждающей среды;

- постепенного увеличения механической перегрузки;

- превышения нагрузки на двигатель, рассчитанный на кратковременный или повторно-кратковременный режим работы;

- длительного падения напряжения, перенапряжения или дисбаланса в питании машины;

- отклонения частоты.

Быстрый перегрев возникает в результате:

- "опрокидывания" двигателя;

- обрыва фазы;

- запуска в ненормальных условиях, например при высокой инерции, слишком низком напряжении, слишком большом крутящем моменте;

- внезапного и значительного увеличения нагрузки;

- повторного включения в течение короткого времени.

Максимальное отклонение (положительное или отрицательное) питающего напряжения от номинального значения приведет к появлению максимальной температуры поверхности статора или ротора. Как правило, это зависит от следующих условий:

- асинхронные двигатели с номинальной мощностью менее 5 кВт достигают максимальной температуры поверхности при работе с напряжением питания выше номинального вследствие потерь в сердечнике и тока намагничивания, значение которого резко увеличивается по мере насыщения стали сердечника с ростом напряжения питания;

- асинхронные двигатели, как правило, с номинальной мощностью от 5 до 20 кВт подвержены влиянию многих факторов, определяющих эксплуатационные показатели, поэтому невозможно прогнозировать превышение параметров без знания конкретной конструкции двигателя;

- асинхронные двигатели мощностью более 20 кВт обычно достигают максимальной температуры поверхности во время работы с напряжением питания ниже номинального вследствие потерь в обмотке статора, являющихся результатом увеличения тока. Эти потери обычно выше потерь в сердечнике или при возникновении тока намагничивания при приложении напряжения выше номинального.

Примечание - Указанные номинальные значения мощности - исходные значения, зависящие от относительного намагничивания сердечника.

Допускается применение альтернативных методов определения температуры согласно ГОСТ IEC 60034-29. Коэффициенты " 5 %" или " 10 %" (см. 26.5.1) следует учитывать при определении максимальной температуры поверхности с применением методов согласно ГОСТ IEC 60034-29.

Максимальную температуру поверхности двигателя, подключенного к преобразователю, следует определять при максимальном значении скорости двигателя в рабочем режиме с помощью одного из следующих методов испытаний:

- специальный преобразователь:

Двигатель должен быть испытан с заданным преобразователем.

Нормальное  10 % изменение входного напряжения не требуется, если выходное напряжение преобразователя и гармоническое содержание формы выходного напряжения эффективно не зависят от изменения входного напряжения на  10 % при поддержании номинального входного тока двигателя (зависит от скорости) и соотношения В/Гц.

Примечание - Когда увеличение входного напряжения преобразователя приводит к изменению гармонического спектра выхода (даже если номинальный синусоидальный эквивалент выходного напряжения остается постоянным), это приводит к увеличению потерь из-за гармонических эффектов и дополнительных потерь насыщения в стали сердечников;

- подобный преобразователь:

Двигатель допускается испытывать с подобным преобразователем при наличии достаточной информации для подтверждения подобия. Допускается применение дополнительных коэффициентов безопасности для учета степени подобия.

Нормальное  10 % изменение входного напряжения не требуется, если выходное напряжение преобразователя и гармоническое содержание формы выходного напряжения эффективно не зависят от изменения входного напряжения на  10 % при поддержании номинального входного тока двигателя (зависит от скорости) и соотношения В/Гц.

Примечание - Когда увеличение входного напряжения преобразователя приводит к изменению гармонического спектра выхода (даже если номинальный синусоидальный эквивалент выходного напряжения остается постоянным), это приводит к увеличению потерь из-за гармонических эффектов и дополнительных потерь насыщения в стали сердечников;

- синусоидальный источник питания:

Двигатель не должен испытываться с использованием сопоставимого преобразователя и может быть испытан с использованием синусоидального источника питания при всех следующих условиях:

- предполагаемый крутящий момент нагрузки должен быть в целом пропорционален квадрату скорости;

- двигатель должен быть максимально нагружен при максимальной номинальной скорости;

- диапазон скорости двигателя составляет от 40 % до 100 % от максимальной номинальной скорости;

- дополнительный коэффициент безопасности следует применять для учета дополнительных потерь, которые возникают при работе от преобразователя. Применяемый коэффициент безопасности должен учитывать повышение температуры на 15 % в Кельвинах, если расчеты не могут определить альтернативный коэффициент безопасности.

Двигатели с видами взрывозащиты "d", "р" ^а или "t", испытуемые с синусоидальным источником питания:

------------------------------

^а_{Для уровня защиты "" может потребоваться обязательное время охлаждения для снижения температуры горячих внутренних элементов до класса температуры, указанного в маркировке.}

------------------------------

- обеспечение непосредственной тепловой защиты, как правило, в обмотке статора, с соответствующей уставкой срабатывания для контроля и предотвращения превышения температуры в подшипниках ротора, крышках подшипника и выступающих частях вала. Порог срабатывания допускается определять испытаниями или расчетом. В специальных условиях применения указывают о необходимости обязательного подключения и использования датчиков вместе с защитными устройствами.

Для определения максимальной температуры поверхности изготовителю, пользователю и сертификационному органу (если он привлекается) допускается использовать расчетные данные или альтернативные испытания с учетом соответствующих коэффициентов безопасности, если это отвечает условиям изготовителя. Расчет должен быть основан на ранее полученных представительных данных испытаний в соответствии с [44].

Для определения максимальной температуры поверхности необходимо определить наиболее неблагоприятные условия для двигателя, подключенного к преобразователю, включая:

- значения механических характеристик электропривода (зависимость скорости вращения от крутящего момента на валу) с учетом определенного закона изменения нагрузки на валу (квадратичная зависимость/линейно изменяющаяся нагрузка/постоянное значение):

- для двигателей с переменной нагрузкой на валу максимальную температуру поверхности определяют при максимальных значениях мощности и при максимальной номинальной скорости;

- для двигателей с линейной и постоянной нагрузкой на валу максимальную температуру поверхности определяют по меньшей мере при минимальной и максимальной скоростях;

- для двигателей с комбинированной нагрузкой на валу максимальную температуру поверхности определяют по меньшей мере в точках перехода на графике механической характеристики (зависимости скорости вращения от момента на валу);

- при регулировании с поддержанием постоянной мощности:

- максимальную температуру поверхности определяют при максимальной и минимальной скоростях;

- падение напряжения (длинная кабельная линия, выходные фильтры, преобразователь):

- при проектировании и пуске в эксплуатацию необходимо учитывать падение напряжения на всех элементах. Поэтому необходимо иметь информацию о падении напряжения в преобразователе, выходном фильтре и в длинной кабельной линии, а также данные о конфигурации системы и входном напряжении преобразователя. В руководстве по эксплуатации изготовителя в соответствии с разделом 30 должна содержаться вся соответствующая информация, необходимая для расчета и создания рабочих условий;

- выходные характеристики преобразователя (dUdt, частота коммутаций):

- более низкие переключающие частоты ведут к увеличению температур двигателя. Может потребоваться указание минимальной переключающей частоты в специальных условиях применения;

- многоуровневые (три и более) преобразователи, как правило, приводят к снижению нагрева двигателя;

- система охлаждения:

- максимальная температура поверхности, определенная при минимальном значении номинального расхода/максимальной номинальной температуре охладителя;

- может потребоваться указание требований к системе охлаждения в специальных условиях применения.

Примечания

1 Ротор может нагреваться значительно больше, чем статор. Значение нагрева зависит от вида взрывозащиты. Определять температуру ротора особенно важно для двигателей с уровнями защиты "еc", "eb" или "pxb" ^a, а также это может быть важно при применении таких уровней защиты, как "db", "pyb", "pzc", "tb" или "tc", если высокая температура горячего ротора передается на подшипники и внешний вал.

------------------------------

^а_{Для уровня защиты "pxb" может потребоваться обязательное время охлаждения для снижения температуры горячих внутренних элементов до класса температуры, указанного в маркировке.}

------------------------------

2 Считается, что переменные, импульсные и несущие частоты имеют одно значение.