Нагрев асинхронных двигателей и их защита тепловыми реле

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Волгоградский государственный аграрный университет»

С. В. Волобуев 

НАГРЕВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

И ИХ ЗАЩИТА ТЕПЛОВЫМИ РЕЛЕ

Учебное пособие 

для самостоятельного изучения студентами раздела «Нагрев и ох
лаждение электродвигателей» по дисциплине «Электропривод»
направлений подготовки: 35.03.06 – Агроинженерия, профиль 

«Электрооборудование и электротехнологии»; 13.03.02. –

Электроэнергетика и электротехника,

профили «Электроснабжение» и «Релейная защита

и автоматизация электроэнергетических

систем»  квалификация (степень) – «бакалавр»

Волгоград

Волгоградский ГАУ

2015

УДК 621.313
ББК 31.261
В-68

Рецензенты:

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Электротех
ника» ВолгГТУ Л.В. Хоперскова; кандидат технических наук, доцент 

кафедры «Электротехнологии и электрообуродования в сельском хо
зяйстве» Волгоградского ГАУ Г.Н. Синева

Волобуев Сергей Васильевич

В-68 Нагрев асинхронных двигателей и их защита тепловыми реле: 
учебное пособие для самостоятельного изучения студентами раздела 
«Нагрев и охлаждение электродвигателей» по дисциплине «Электропривод» направлений подготовки: 35.03.06 – Агроинженерия, профиль «Электрооборудование и электротехнологии»; 13.03.02. – Электроэнергетика и электротехника, профили «Электроснабжение» и 
«Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»  
квалификация (степень) – «бакалавр» / С.В. Волобуев. – Волгоград: 
ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2015. – 48 с.

Учебное пособие содержит теоретический материал, методику 

расчета процесса нагрева двигателя и пример расчета. Также приведена совокупность параметров теплового реле второго порядка.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по на
правлению подготовки 35.03.06 – Агроинженерия, профиль «Электрооборудование и электротехнологии».

УДК 621.313

ББК 31.261

 ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2015 г.

 Волобуев С.В., 2015 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение..................................................................................................
4

Компетенции, формируемые у студентов в результате изучения  
данного учебного пособия....................................................................
5

1 Нагрев электродвигателя, представленного системой двух тел...
6

2 Технический ресурс изоляции двигателя.........................................
10

3 Кривые нагрева и время – токовая характеристика двигателя.....
13

4 Тепловая модель теплового реле второго порядка........................
16

5 Методика расчета кривых нагрева асинхронных двигателей.......
21

5.1 Подготовительная работа................................................................
21

5.2 Расчет для номинального режима работы....................................
22

5.3 Режим работы асинхронного двигателя с перегрузкой 
по моменту..............................................................................................
24

5.4 Режим работы асинхронного двигателя с пониженным напряжением и с перегрузкой по моменту....................................................
27

6 Пример расчета....................................................................................
30

6.1 Подготовительная работа................................................................
30

6.2 Расчет для номинального режима работы двигателя.................
31

6.3 Режим работы асинхронного двигателя с перегрузкой 
по моменту..............................................................................................
33

6.4 Режим работы асинхронного двигателя с пониженным напряжением и с перегрузкой по моменту...................................................
38

7 Эффективность защиты асинхронных электродвигателей тепловыми реле второго порядка...................................................................
41

Библиографический список..................................................................
43

ВВЕДЕНИЕ

Асинхронный двигатель, с точки зрения нагрева, представляет 

собой сложную термодинамическую систему, неоднородную по своим 

тепловым параметрам. Исследование такой системы возможно с по
мощью составления ее тепловой модели, которая описывается систе
мой дифференциальных уравнений. В зависимости от того для каких 

целей будет использована тепловая модель, она может включать в се
бя разное количество тел, участвующих в теплообмене. Например, 

при проектировании закрытых обдуваемых двигателей используется 

тепловая модель, состоящая из 7 тел: спинка статора, зубцы статора, 

пазовая часть обмотки статора, лобовая часть обмотки ротора, ротор, 

внутренний воздух, оболочка [1]. Наибольшее применение получили 

тепловые модели, включающие в себя одно или два тела [2, 3]. В ос
новном это связано с несложным расчетом таких моделей.

Тепловое реле второго порядка имеет два тела, а именно нагре
ватель и биметаллическую пластинку. Тепловые процессы, проте
кающие в таком реле, также описываются системой дифференциаль
ных уравнений.

Для построения эффективной защиты двигателей тепловыми 

реле необходимо, чтобы процессы их нагрева были подобны, т.е. дви
гатель и реле практически одновременно достигали своих температур 

соответственно предельно допустимой и срабатывания. Этого воз
можно добиться, исследуя техническую систему "асинхронный двига
тель - тепловое реле второго порядка".

КОМПЕТЕНЦИИ, ФОРМИРУЕМЫЕ У СТУДЕНТОВ 

В РЕЗУЛЬТАТЕ ИЗУЧЕНИЯ 

ДАННОГО УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ

Студент после изучения учебного пособия должен обладать 

следующими общекультурными и общепрофессиональными компе
тенциями:


стремлением к саморазвитию, повышению своей квали
фикации и мастерства, владение навыками самостоятельной работы 

(ОК-6);


способностью к использованию основных законов естест
веннонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, приме
нение методов математического анализа и моделирования (ПК-1);


готовностью выявлять естественнонаучную сущность 

проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и 

способностью привлечь для их решения соответствующий физико
математический аппарат (ПК-3);