Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике (стр. 20 )

Полный коэффициент теплоотдачи с поверхности необдуваемых оболочек:

, (4.20)

где: - коэффициент теплопередачи излучением,

- коэффициент теплопередачи естественной конвекцией.

Коэффициент теплопередачи излучением определяется по соотношению:

, (4.21)

В этом соотношении :

- коэффициент теплового излучения поверхности корпуса (выбирается по таблице 4.6)

- абсолютная температура корпуса, °К;

- абсолютная температура окружающей среды, °К;

- перегрев корпуса над окружающей средой, °С;

В соответствии с ГОСТ 183-74, оговаривающего температуру окружающей среды, равную , абсолютная температура её соответственно равна - .

Величина выбирается равной ожидаемому превышению температуры корпуса над охлаждающей средой. В этом случае абсолютная температура корпуса берется равной:

.

Таблица 4.6

Коэффициент теплового излучения поверхности

(степень черноты излучения)

Материал	Температура, °С
Сталь окисленная	100	0,736
Сталь листовая с плотным блестящим слоем окиси	25	0,82
Сталь листовая матовая окисленная (оксидированная)	20¸25	0,7¸0,8
Пакеты стальных листов	25	0,86
Чугун (шероховатый, окисленный)	20¸25	0,81¸0,96
Чугун свежеобработанный	20¸25	0,435
Масляные краски разных цветов	100	0,92¸0,96
Ковкое железо	20¸25	0,95
Алюминий	20	0,08
Алюминий шероховатый	26	0,055
Медь	20¸25	0,15
Медь окисленная (оксидированная)	60	0,6¸0,78
Бумажная и волокнистая изоляция	-	0,86¸0,9

Коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией определяется из критериальных уравнений [6]:

-  машины без выходного конца вала и с малыми условиями вибрации:

, (4.22)

-  машины при наличии выходного конца вала и значительных вибрациях:

(4.23)

Эти соотношения справедливы для любого положения электрической машины в диапазоне чисел и отношениях длины корпуса lк к его диаметру Dк - .

Критерий Нуссельта соответственно равен

,

а число Грасгофа определяется по соотношению

.

В этих соотношениях:

- ускорение свободного падения,

l и n - теплопроводность и кинематическая вязкость воздуха, выбираемая по таблице 4.4.

4.5.2.1. Тепловой расчет повторно-кратковременного режима.

Повторно – кратковременный режим является периодическим, состоящим из непрерывного чередования циклов работа-пауза

,

где: - время цикла,

- время работы под нагрузкой,

- время паузы (работа на холостом ходу или полная остановка).

Определение нагревов электрической машины или отдельных её частей может быть проведено с использованием кривых нагрева и охлаждения методом графического построения, как показано на рис 4.9.

Рис. 4.9 Определение перегревов в повторно-кратковременном

и перемежающихся режимах.

Построение результирующей кривой теплового процесса производится следующим образом: определяют по кривой нагревания точку 1 соответствующую времени работы . Затем из точки 1 перемещаются на кривую охлаждения в точку 1″ и определяют отрезок 1″-2″, соответствующий изменению температуры при остывании за время . Отрезок 1″-2″ перемещают параллельно совмещая точки 1″ и 1. Результирующая кривая 0-1-2 определяет изменение температуры за рабочий цикл. Далее точку 2 переносят на кривую нагревания в точку 2′ и определяют отрезок 2′-3′, соответствующий нагреву за время , а затем производят параллельный перенос отрезка 2′-3′, совмещают точки 2′ и 2 и из точки 3 осуществляют переход на кривую охлаждения и т. д. В конечном итоге процесс принимает квазиустановившийся характер, при котором температура колеблется между постоянными значениями и .

В общем случае постоянные времени Тр и Тп могут быть неодинаковыми вследствие различных условий теплоотдачи с поверхности (в период двигатель вращается, в период - стоит: следовательно, коэффициент теплоотдачи будет неодинаковым).

Максимальное значение перегрева определяется соотношением:

где .

Если , то - относительная продолжительность работы.

Опыт проектирования электрических машин, работающих в повторно-кратковременных режимах (краново-металлургические электродвигатели и другие) позволил разработать методику теплового расчета таких машин, обеспечивающую возможность избежать расчета и построения кривых нагревания и охлаждения. Подробно эти методы излагаются в [15], а примеры расчета приведены в следующем разделе.

4.5.2.2 Тепловой расчет кратковременных режимов.

В процессе работы электрической машины постоянно проявляются режимы, когда в течении малого промежутка времени происходит внезапное изменение нагрузки (процессы пуска, динамического торможения, реверсы и др.). Если время режима не превышает нескольких десятков секунд (для краново-металлургических двигателей такое время принимается равным 2¸3 минутам), то тепловой процесс можно рассматривать как адиабатический.

В этом случае из уравнения (4.16) имеем:

, (4.24)

Из (4.24) определяется скорость изменения температуры,

.

Для обмоток электрических машин:

, .

Следовательно скорость изменения температуры равна:

где: - плотность тока в обмотке в номинальном режиме, ;

с – удельная теплоемкость материала обмотки, ;