Диссертация (792817), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Геометрические размерыосновных элементов АД представлены в приложении А.Рассмотрим отдельные узлы АД для определения значений тепловых сопротивлений ЭТС [21].Упрощенная ЭТС, поясняющая теплопередачу между корпусом и окружающим воздухом, полученная при упрощении ЭТС двигателя приведена нарис.

2.7.45Рисунок 2.3 – Упрощенная ЭТС, поясняющая теплопередачу между корпусом двигателем и окружающим воздухомКорпус рассеивает тепло благодаря конвекции и излучению через тепловые сопротивления R1–R9 его верхней поверхности между корпусом и окружающей средой.R1...9 lк,11Sкорп(2.2)где lк – длина элемента корпуса двигателя, м,α1 – коэффициент теплоотдачи свободной конвекции от поверхности корпусак окружающему воздуху,ε1 – коэффициент теплового излучения, который эквивалентен коэффициентусвободной конвекции. Учитывая наличие ребер охлаждения, принимаем, чтоплощадь поверхности корпуса увеличивается на 50 %, то есть ε = 1,5 [135].Sкорп–площадьпоперечногосечениякорпусадвигателя( Sкорп   (rк.нар  rк.вн )2 ), м2,rк.нар – наружный радиус корпуса двигателя, м,rк.вн – внутренний радиус корпуса двигателя, м.Торцевые крышки корпуса двигателя рассеивают тепло через тепловыесопротивления R27 и R30R27,30 hторц1 2 Sторц,(2.3)46где hторц – толщина торцевой крышки двигателя, м,ε2 – коэффициент теплового излучения, который эквивалентен коэффициентусвободной конвекции.

Учитывая отсутствие ребер охлаждения, принимаем,что ε2 = 1 [135].Sторц – площадь поперечного сечения торцевой крышки двигателя, м2,Sторц   (rторц.нар  rторц.вн )2 , м2,rторц.нар – наружный радиус торцевой крышки корпуса двигателя, м,rторц.вн – внутренний радиус торцевой крышки корпуса двигателя, м.Аксиальные тепловые сопротивления верхней поверхности корпусаR10…R19 соединены с тепловыми сопротивлениями торцевых крышек R53 и R54,c тепловыми сопротивлениями охлаждающего воздуха R20 и R26, с радиальными тепловыми сопротивлениями сердечника статора R21…R25. Теплопередача в них будет обусловлена температурным градиентом из-за разности температур со стороны подачи охлаждающего воздуха и со стороны привода. Приих определении сделано допущение о том, что расстояние от левой торцевойкрышки до средней части корпуса равно расстоянию от правой торцевойкрышки до средней части корпуса и корпус симметричен относительно своейсредней линии.R10...19 lв  lакт2к  rнс  hк   rн2с2(2.4)lв – длина вала двигателя, м,lакт – длина активной части статора, м,к – теплопроводность корпуса двигателя, Вт/м·К,rнс – наружный радиус статора, м,hк – толщина корпуса двигателя, м.Тепловые сопротивления торцевых крышек R53 и R54 определяются следующим образом:47R53,54 hторцк  rн2торц  rвн2 торц ,(2.5)rнторц – наружный радиус торцевой крышки двигателя, м,rвнторц –внутреннийрадиусторцевойкрышкидвигателя,м,rвнторц  rнв ,где rнв – наружный радиус вала двигателя, м.Тепло от корпуса двигателя передается к охлаждающему воздуху внутридвигателя через тепловые сопротивления R20 и R26R20,26 11 A1,(2.6)где 1 – эмпирический коэффициент, Вт/м·К, характеризующий теплопроводность охлаждающего воздуха в зависимости от частоты вращения ротора двигателя, вычисляемый как [128]1  15  (6,75xrвн р )0,65 ,dh(2.7)rвн р – внутренний радиус ротора двигателя, м, – коэффициент учитывающий изменение подачи охлаждающего воздуха,x– отношение расстояний от входа охлаждающего воздуха до рассматриваdhемой точки к общей длине рассматриваемого элемента [128]; – частота вращения двигателя, рад/с,A1 – площадь соприкосновения охлаждающего воздуха с корпусом двигателя(рисунок 2.4).A1   (rн2с  rнс lв  lc ) ,rнс – наружный радиус статора двигателя, м;lc – длина статора двигателя, м.(2.8)48Рисунок 2.4 – Продольное сечение двигателяТепло, выделяемое в сердечнике статора, на пути к корпусу встречает сопротивление R21…R25R21...25 ln  rнс   ln  rв с  h3 ,2clакт(2.9)rвс – внутренний радиус статора двигателя, м,h3 – высота зубца статора, м,c – теплопроводность сердечника статора, Вт/м·К.На рисунке 2.5 представлено поперченное сечение статора двигателя.Рисунок 2.5 – Поперечное сечение статора двигателяКонтакт между корпусом двигателя и сердечником статора является случайным и неравномерным (рисунок 2.6) [130].

В данной работе реальный контакт заменен эквивалентным равномерным контактом.49Рисунок 2.6 – Зона контакта между корпусом и сердечником двигателяТепловые сопротивления R33…R37 между сердечником статора и зубцами статора определяются какR3337r 2rн2с ln  н-с  1  rв-з   .1 2сlакт rн2с  rн2 з (2.10)Здесь rн-з=rв-с+hз – наружный радиус зубцов статора (см.

рисунок 2.5).Разделение обмотки статора и ротора на узлы ЭТС приведены на рисунке 2.7Рисунок 2.7 – Элементарные тепловые узлы ЭТС обмоток ротора и статора50Тепловые сопротивления лобовой части обмотки статора R40 и R47 определяются какR40,47 гдеlпол–длинаполуоборотаlпол,cu AcuQП 6лобовой(2.11)частистаторнойобмотки(рисунок 2.8), м,cu – теплопроводность материала статорной обмотки (меди), Вт/м·К,Acu – площадь поперечного сечения лобовой части обмотки статора, м2,QП – число пазов статорной обмотки, шт.Рисунок 2.8 – Длина полуоборота лобовой части обмотки статораЕсли данных о размерах пол не приведено, то приближенно эту длинуможно вычислить как [128]lпол  lакт  1, 2 р  l ',(2.12)где  р – шаг полюсов;l ' – эмпирически вычисленная длина, м, для двигателей средней мощности составляет 0,05 м.В отличии от теплового сопротивления обмотки статора двигателя, гдетеплопередача происходит через слой изоляционного материала перпендикулярно друг другу, здесь теплопередача происходит через изоляционный материал в параллельном направлении.

В связи с тем, что теплопроводность медизначительно выше теплопроводности изоляционного материала, тепловымвоздействием изоляции можно пренебречь.51При определении теплового сопротивления пазовой части обмотки статора форма паза статора, в который укладывается его обмотка принята прямоугольной эквивалентной реальной форме (рисунок 2.9). Данное допущениепринято на основании того, что пазы статора реальных тяговых асинхронныхдвигателей выполняются прямоугольными, в отличии от асинхронных двигателей средней мощности, к которым относится рассматриваемая модель двигателя АО-63-4, где обмотка статора «всыпная» [65].На рисунке 2.9 dв – это эквивалентное расстояние между изоляцией изубцом, приблизительно равно 0,0003 м [130], d и – это толщина изоляции,определяемая по паспортным данным или эмпирическим путем, она составляет около 0,001 м для рассматриваемого двигателя, в – теплопроводностьвоздуха, Вт/м·К, и – теплопроводность изоляции, Вт/м·К, П – эквивалентная теплопроводность паза статора двигателя, которая зависит от плотностиукладки меди в пазе, Вт/м·К, hп – высота паза, м, bп – ширина паза, м.а)б)в)а) – форма паза статора модели ТАД; б) форма паза статора ТАД; в) принятаяэквивалентная форма паза статораРисунок 2.9 – Реальные и принятая эквивалентная формы паза статораТепло передается в направлении осей X и Y следующим образомRхп b,hп52Rуп h,bпТепловое сопротивление изоляционного материала и воздушной прослойки определяется какRиx dи d в,hи hвRиy dи d в.bи bвСуммарноRy Ryп 1 Rиy ,26 Rх R1Rих  хп  .26 Окончательно тепловое сопротивление обмотки статора R4146 определяется какR4146 Rx RyRxo Ryo 1 .Qпlакт ( Rx  Ry )  720Rx Ry (2.13)Для максимально точного определения теплового сопротивления зубцовстатора двигателя R46…R52 и R55…R59 необходимо четкое понимание их геометрии.

На рисунке 2.10 представлена структура зубца статора как модели ТАД,реального ТАД, так и принятой эквивалентной формы зубца статора модели[65].а)б)в)а) – модели ТАД; б) – реального ТАД; в) принятый эквивалентный вариантРисунок 2.10 – Геометрия зубца статора53Площадь зубца определяется следующим образомR48...52,55...59  Qc x1 y1 ,(2.14)где Qc – число пазов статора, шт;x1 – эквивалентная ширина зубца, м;y1 – эквивалентная высота зубца, мТепловое сопротивление обмотки статора к внутреннему воздуху R31,39и R32,38 двигателя (рисунок 2.11) рассчитываются какR31,39 1,31,39 A31,39(2.15)где31,39  6,5  (5,25rн р )0,6.(2.16)A31,39  A  A  A .(2.17)иR32,38 1, 31,38 A32,38(2.18)где32,38  6,5  (5,25rн р )0,6.(2.19)A32,38  A  A .(2.20)иСлагаемые выражения (2.17 и 2.20) представляют собой условные площади при суммировании которых получается полная площадь обмотки статора (рисунок 2.11).54Рисунок 2.11 – К определению площади поверхности обмотки статораA    rн2о  rв2о  –площадь лобовой части обмотки статора в поперечном сечении, м2, где rно – наружный радиус обмотки статора, м, rво – внутреннийрадиус обмотки статора, м;A  2 rноlo – площадь лобовой части обмотки статора в продольном сечении,м2, где lo – длина лобовой части обмотки статора, м;A  2 rвоlo – площадь внутренней свободной части лобовой обмотки статора,м2;A  Qs 2 rо.cp.loc – площадь свободной части статорных пазов, м2, где loc –длина свободной части обмотки статора, м;A  A  Qc ro2.cp – площадь свободной части лобовой обмотки со стороны статора;ro.cp – средний радиус статорной обмотки, м.Согласно [128] тепловые сопротивления R67 и R74 от лопастей ротора квнутреннему воздуху определяются по эмпирически установленному выражению:R67,74 где1, 67,74 A67,74(2.21)55 67,74  16,4 rвн р 0,65.(2.22)A67,74 – площадь равная сумме площадей лопастей ротора и площади попереч-ного сечения ротора (рисунок 2.12).Рисунок 2.12 – К расчету суммарной площади ротора и его лопастейA67,74  2bлопhлопnлоп   r2 ,(2.23)bлоп – ширина лопастей ротора двигателя, м,hлоп – высота лопастей ротора двигателя, м,nлоп – число лопастей ротора двигателей, шт,r – средний радиус воздушного зазора, м.r rв с  rн р.2(2.24)Моделирование теплового сопротивление воздушного зазора между ротором и статором осложнено тем, что передача тепла в этом случае происходит под действием всех трех видов – теплопроводности, излучения и конвекции.

Характеристики

Список файлов диссертации