Глава 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин)
Описание файла
Файл "Глава 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин" внутри архива находится в папке "Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин". Документ из архива "Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электротехника (элтех)" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "электротехника (элтех)" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Глава 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин"
Текст из документа "Глава 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин"
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
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
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:
где — сопротивление обмотки в нагретом состоянии, Ом; — сопротивление обмотки в холодном состоянии, Ом; — температура обмотки в холодном состоянии, оС.
Для обмоток, изготовленных из алюминия, вместо числа 235 следует подставить число 245.
Согласно ГОСТ 20459—87 обозначения способов охлаждения электрических машин, принятые в технической документации всех видов, состоит из латинских букв IC — первых букв английских слов International Cooling и следующих за ними буквы, характеризующей вид хладагента (А — воздух, Н — водород, N — азот, С — диоксид углерода, Fr — фреон, W — вода, U — масло, Кг — керосин) и двух цифр: первая условно обозначает устройство цепи для циркуляции хладагента, вторая — способ перемещения хладагента. Условное обозначение устройства цепи циркуляции содержит 10 цифр (от 0 до 9): 0 — свободная циркуляция наружного воздуха; 1—3 — охлаждение при помощи проводящей (1), отводящей (2) или обеих труб (3); 4 — охлаждение наружной поверхности с использованием окружающей среды; 5,6 — охлаждение окружающей средой при помощи встроенного (5) или пристроенного (6) теплообменника; 7, 8 — охлаждение при помощи встроенного (7) или пристроенного (8) охладителя; 9 — охлаждение при помощи охладителя, установленного отдельно от машины. Способы перемещения хладагента обозначаются второй цифрой: 0 — свободная конвекция; 1 — самовентиляция; 2 и 3 — перемещение хладагента встроенным или пристроенным устройством, установленным непосредственно на валу машины (3) или связанным с валом через зубчатую или ременную передачу (2); 5 и 6 — то же, при независимом устройстве; 7 — перемещение хладагента осуществляется отдельным устройством [15, 16].