Глава 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин (967519), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Если в машинах применяют двухконтурные системы охлаждения, то способы охлаждения обозначают, начиная с цепи более низкой температуры. Например, закрытая машина с водородным охлаждением и встроенным водяным охладителем, циркуляция воды, в охладителе которой осуществляется отдельным и независимым от охлаждаемой машины насосом или от водопроводной сети, имеет обозначение IC37H71. Закрытая машина, которая имеет обмотку статора с непосредственным водяным охлаждением и обмотку ротора, охлаждаемую водородом, и циркуляция воды в обмотке статора и которой осуществляется отдельным насосом, обозначается так: ICW87 — обмотка статора, H71 — обмотка ротора.
Самой простой схемой охлаждения, которая применяется преимущественно в машинах мощностью до 1 кВт, является схема с естественной вентиляцией без применения особых средств для повышения интенсивности охлаждения.
Большинство электрических машин общего назначения, за исключением турбо- и гидрогенераторов, а также синхронных компенсаторов охлаждаются воздухом и имеют принудительную схему вентиляции. В случае принудительной вентиляции цепь охлаждения машины может быть:
разомкнутой — воздух поступает из окружающей среды, проходит каналы тракта охлаждения машины и выбрасывается снова в окружающую среду;
замкнутой — поток охлаждающего воздуха не связан с окружающей средой, а циркулирует по замкнутому контуру, включающему в себя и внутренний объем закрытой машины. При замкнутой вентиляции охлаждающий воздух отдает свою теплоту либо воде в специальном газоохладителе, либо корпусу машины через его внутреннюю поверхность, как это осуществляется, например, в асинхронных двигателях закрытого исполнения, обдуваемых наружным вентилятором.
В зависимости от направления движения воздуха (газа) внутри машины различают аксиальную, аксиально-радиальную и радиальную схемы вентиляции.
Если электрическая машина имеет схему самовентиляции, то напор в вентиляционной системе создастся вентилятором, установленным на валу машины. Эта схема вентиляции подразделяется на два класса: нагнетательную и вытяжную. При нагнетательной схеме вентиляции охлажденный газ под воздействием избыточного давления, создаваемого нагнетателем, поступает в вентиляционные каналы активной зоны машины. При вытяжной схеме вентиляции охлаждающий газ поступает в вентиляционные каналы машины под действием разряжения, создаваемого вентилятором.
Вытяжная вентиляция обладает тем преимуществом, что газ поступает в машину без предварительного его подогрева вентилятором, что несколько снижает превышение температуры обмоток.
В практике электромашиностроения применяют как нагнетательные, так и вытяжные схемы вентиляции, которые по числу струй бывают однострунными и многоструйными. При многоструйной схеме вентиляции каналы каждой струи имеют независимые выходы подогретого воздуха в сборную зону перед нагнетателем.
Схему принудительной вентиляции с помощью независимого вентилятора применяют в машинах с широким диапазоном регулирования частоты вращения, когда система самовентиляции при малых частотах вращения ротора не является эффективной. По этой
схеме выполняют отдельные модификации асинхронных двигателей; серии 4А и машин постоянного тока серии 2П.
По способу отвода тепла от тепловыделяющих элементов электрических машин различают схемы косвенного и непосредственного охлаждения: в первом случае отвод тепла осуществляется открытых поверхностей активных частей машины, во втором хладагент по специальным каналам подводится к проводникам обмоток машины, отбирая тепло непосредственно от обмоток.
Все электрические машины общего назначения выполняются системе воздушного косвенного охлаждения.
Особенности конструктивного исполнения отдельных с воздушным косвенным охлаждением определили и их схему вентиляции: крупные машины постоянного тока и синхронные двигатели выполняются преимущественно с радиальной схемой вентиляции. Асинхронные машины большой мощности имеют радиальную, аксиальную и аксиально-радиальную схемы.
С ростом единичной мощности электрических машин возрастают удельные потери в объеме машины, поэтому воздушные системы охлаждения становятся неэффективными и для охлаждения турбо- и гидрогенераторов и синхронных компенсаторов применяют схемы косвенного охлаждения водородом совместно со схемами непосредственно жидкостного охлаждения. В качестве хладагента в этих случаях используют воду, которая обеспечивает самую высокую по сравнению с другими жидкостями эффективность охлаждения. Схема непосредственного водяного охлаждения обмоток статора и ротора находит применение в конструкциях мощных турбо- и гидрогенераторов.
Система непосредственного водяного охлаждения обычно сочетается с системой косвенного газового охлаждения активных частей машины [16, 17].
7.2. ТЕПЛООБМЕН В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ
Теплообмен в электрических машинах происходит путем теплопроводности, конвективного теплообмена и излучения.
Количество тепла 
, передаваемое за единицу времени через произвольную изотермическую поверхность 
, прямо пропорционально температурному градиенту 
в направлении теплового потока:
, (7.4)
где 
— плотность теплового потока, Вт/м2; 
— теплопроводность материала тела; знак минус показывает, что тепловой поток распространяется в направлении уменьшения температуры, т. е. от точки тела с большей температурой к точке, имеющей меньшую температуру.
При одномерном распространении тепла, например, в направлении оси 
имеем
. (7.5)
Теплопроводность характеризует способность вещества проводить тепло, определяется физическим свойством вещества и зависит от его состава, температуры и давления (для газообразных веществ). Наиболее достоверные значения теплопроводности получают экспериментальным путем.
В табл. 7.2 приведены значения теплопроводности различных материалов, применяемых в электромашиностроении.
Таблица 7.2. Значения теплопроводности материалов
| Материал | Вт/(м· о C) |
| Медь | 380…395 |
| Алюминий | 198…220 |
| Серебро | 420 |
| Сталь листовая электротехническая марок: | |
| 1211, 1212, 1213 | 35…37 |
| 1311, 1411, 1412, 1413 | 19…24 |
| 1511, 1512, 1513 | 15…18 |
| Сталь листовая электротехническая, шихтованная поперек пакетов: | |
| лист 0,5 мм, покрытие лаком | 3,1 |
| сталь 1521 0,35 мм, пропитка компаундом ЭК-1М | 1,9 |
| Дюралюминий | 128 |
| Сплавы алюминия (АК3, АК4, АКМ2-1) | 147…159 |
| Сталь (марки 08, 10, 20, 35, 45) | 48…64 |
| Стеклополотно | 0,17…0,18 |
| Стеклолакоткань | 0,18…0,21 |
| Слюда (флогонит) | 0,51 |
| Миканит ГФС | 0,21…0,41 |
| Пленка ПЭТФ: | |
| лумиррор | 0,11 |
| мелинекс | 0,13 |
| терфан | 0,17 |
| лавсан | 0,21 |
| Пленка полиимид | 0,27 |
| Пленка фторопласт 3/4 | 0,10/0,22 |
| Пленка экскапон | 0,20 |
| Стеклослюдинит (ФС25К-40/ГС25КН) | 0,12/0,24 |
| Стеклотекстолит | 0,33…0,43 |
| Текстолит | 0,17..0,22 |
| Электронит | 0,12…0,18 |
| Изоляция пазовая обмоток якоря машин постоянного тока и роторов машин переменного тока: | |
| классы А, Е | 0,10 |
| классы В, F, H | 0.16 |
| То же статорных обмоток асинхронных машин: | |
| классы А, В, Е | 0,10 |
| классы В (компаундированная), F, H | 0,16 |
| Изоляция монолит-2 различного состава | 0,19…0,32 |
| Воздух при | 0,0266 |
Используя законы Фурье и сохранения энергии, можно привести уравнение теплового состояния (7.1) к дифференциальному уравнению теплопроводности, которое связывает временные и пространственные изменения температуры рассматриваемого элемента машины:
, (7.6)
где 
— плотность окружающей среды, кг/м3; с — удельная теплоемкость элемента электрической машины, Дж/(кг· ° С); 
— мощность внутренних источников тепла, представляющая собой количество теплоты, выделяемое в единице объема элемента машины за единицу времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
