Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин (Глава 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин)

Посмотреть архив целиком

Глава седьмая. Тепловой и вентиляционный расчет

электрических машин

В активных и конструктивных элементах электрических машин выделяется значительное количество тепла. Мощность тепловых потоков, выделяемых во внутренних объемах машины, такова, что для их отвода в окружающую среду необходимо создавать специальные принудительные системы охлаждения.


7.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕПЛООТДАЧИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ


От того, как рассчитана и реализована система охлаждения электрической машины, во многом определяются ее технико-экономические показатели. К сожалению, в планах подготовки инженеров-электромехаников мало часов отводится вопросам теплофизики, которые по своему научно-техническому содержанию мало уступают электродинамике. Поэтому в курсе проектирования электрических машин используются упрощенные тепловые и вентиляционные расчеты, а на электромеханических заводах и НИИ есть группы инженеров-теплофизиков, занимающихся тепловыми и вентиляционными расчетами.

Тепловую напряженность машины можно оценить по мощности потерь, приходящейся на единицу наружной поверхности. Однако полная тепловая схема машины представляет собой сложную многомерную тепловую систему. Температурные поля в общем случае, изменяются по каждой из трех пространственных координат и не остаются постоянными с течением времени.

Для описания трехмерного температурного поля машины обычно используют уравнение теплового состояния в общем виде

(7.1)

где — температура точки тела в заданный момент; — пространственные координаты; время.

Тепловая энергия, выделяемая на элементах машин при ее работе, может вызывать недопустимое повышение температуры активных и конструктивных элементов машины, снижение электрической и механической прочности изоляции обмоток, уменьшение времени безотказной работы машины. Поэтому определение тепловых потоков, расчет изменения температуры в пространстве внутреннего объема и на поверхностях охлаждения машины являются важными разделами проектирования электрической машины. На основе этого расчета оценивается тепловое состояние машины, выбираются такие тепловые и вентиляционные схемы и способы ее охлаждения, при которых превышение температуры частей электрической машины не превосходит пределов допускаемых значений, установленных ГОСТ 183—74 (табл. 7.1).

Температура частей электрической машины зависит от температуры охлаждающей среды. В связи с неизбежными колебаниями температуры охлаждающей среды принято тепловую напряженность частей электрической машины характеризовать превышением их температуры над температурой охлаждающей среды

, (7.2)

где — температура рассматриваемой части электрической машины; температура охлаждающей среды.

Номинальные данные электрической машины (мощность, напряжение, ток, частота вращения, коэффициент мощности, КПД и др.) обычно относятся к работе машины на высоте до 1000 м над уровнем моря при температуре окружающей среды до +40° C и охлаждающей воды до +30° C, но не выше +33° C, если в стандартах или технических условиях на проектируемую машину не указаны другие требования [19].

При длительной работе электрической машины влияние на тепловой режим и нагрев ее отдельных частей оказывают изменения напряжения сети, частоты, нагрузки и другие факторы.

Согласно ГОСТ 183—74 на общие технические требования к электрическим машинам установлены восемь номинальных режимов работы, из которых наиболее часто встречаются следующие: 1) продолжительный (условное обозначение S1); 2) кратковремен­ным (S2) с длительностью рабочего периода 10, 30, 60 и 90 мин; 3) повторно-кратковременный (S3) с относительной продолжительностью включения ПВ-15, 25, 40 и 60 % длительности одного цикла работы, равного 10 мин; 4) перемежающийся с чередованием неизменной номинальной нагрузки и холостого хода (S6) без выключе­ния машины с продолжительностью нагрузки ПН-15, 25, 40 и 60 % длительности одного цикла работы, равного 10 мин.

Предельная допускаемая температура для какой-либо части электрической машины определяется как сумма допускаемого превышения температуры, взятой из табл. 7.1, и предельной допускаемой температуры охлаждающей среды +40° C, принятой для электрических машин общего назначения.

Предельная допускаемая температура подшипников не должна превышать следующих значений: для подшипников скольжения 80о C (температура масла не должна быть при этом выше 65° С), для подшипников качения 100° С.





















Таблица 7.1. предельно допустимые превышения температуры частей электрических машин при температуре газообразной охлаждающей среды +40о C и высоте над уровнем моря не более 1000 м (по ГОСТ 183—74)


п/п

Часть электрических машин

Изоляционный материал (по ГОСТ 8865—87)

А

Е

В

С

H


методом термометра

методом сопротивления

методом температурных индикаторов, уложенных в паз

методом термометра

методом сопротивления

методом температурных индикаторов, уложенных в паз

методом термометра

методом сопротивления

методом температурных индикаторов, уложенных в паз

методом термометра

методом сопротивления

методом температурных индикаторов, уложенных в паз

методом термометра

методом сопротивления

методом температурных индикаторов, уложенных в паз

1

Обмотки переменного тока машин мощностью 5000 кВ·А и выше или с длиной сердечника 1 м и более

60

60

70

70

80

80

100

100

125

125

2

Обмотки:

50

60

65

75

70

80

85

100

105

125


а) обмотки переменного тока машин мощностью 5000 кВ·А с длиной сердечника менее 1 м


б) обмотки возбуждения машин постоянного и переменного тока с возбуждением постоянным током, кроме указанных в пп. 3,4 и 5 настоящей таблицы


в) якорные обмотки, соединенные с коллектором

3

Обмотки возбуждения неявнополюсных машин с возбуждением постоянным током

90

100

135

4

Однорядные обмотки возбуждения с оголенными поверхностями

65

65

80

80

90

90

110

110

135

135

5

Обмотки возбуждения малого сопротивления, имеющие несколько слоев и компенсационные обмотки

60

60

75

75

80

80

100

100

125

125

6

Изолированные обмотки, непрерывно замкнутые на себя

60

75

80

100

125

7

Неизолированные обмотки, непрерывно замкнутые на себя

Превышение температуры этих частей не должно достигать значений, которые создавали бы опасность повреждения изоляционных или других смежных материалов самих элементов и соседних частей

8

Сердечники и другие стальные части, не соприкасающиеся с изолированными обмотками

9

Сердечники и другие стальные части, соприкасающиеся с изолированными обмотками

60

60

75

75

80

80

100

100

125

125

10

Коллекторы и контактные кольца незащищенные и защищенные

60

70

80

90

100




Измерение температуры отдельных частей электрической маши­ны при тепловых испытаниях осуществляют методами термометра, сопротивления (только для обмоток) и температурных индикаторов.

При измерениях методом термометра согласно ГОСТ 11828—86 температура фиксируется термометром, прикладываемым к доступным местам.

Для определения средней температуры обмоток изготовленных из меди, используют следующую формулу:

, (7.3)

где — сопротивление обмотки в нагретом состоянии, Ом; сопротивление обмотки в холодном состоянии, Ом; — температура обмотки в холодном состоянии, оС.


Случайные файлы

Файл
70358.rtf
170030.rtf
114025.rtf
Voennaya_istoria_1.docx
85396.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.