Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике (стр. 25 )

,

где: - превышение температуры обмотки над температурой станины;

- температура станины.

Теория двухступенчатого нагрева обмоток закрытых машин соответствует физической стороне явлений и положена в основу методики теплового расчета повторно-кратковременных режимов, представленной в [15]. Ниже приводится порядок теплового расчета таких машин. Вспомогательные величины и их расчет сведены в табл. 5.20.

5.11.1. Тепловой расчет закрытого электродвигателя постоянного тока с естественным охлаждением в повторно-кратковременных режимах

Температура корпуса равна:

,

где e - относительная продолжительность включения двигателя в рабочем цикле;

SР – сумма потерь в двигателе, Вт;

Sкор – полная внешняя охлаждаемая поверхность машины, м2;

aкор – средний коэффициент теплоотдачи за время цикла, .

Коэффициент теплоотдачи определяется соотношением:

,

где - для неподвижной машины,

- для вращающейся машины.

Более точное значение коэффициента a0 может быть определено по (4.20), при этом величина a¢ принимается равной a¢»1,5a0.

Превышение температуры обмотки якоря над температурой корпуса (станины) определяется соотношением

,

где: Рэл. я – электрические потери в обмотке якоря плюс половина добавочных потерь при нагрузке, Вт;

Рс – потери в сердечнике якоря, Вт;

kя – расчетный коэффициент теплопроводности изоляции паза, ;

Пп – периметр паза якоря, м;

aя – средний коэффициент теплоотдачи с поверхности якоря за время цикла, ;

t – зубцовый шаг якоря, м.

Величина aя определяется соотношением:

,

где: - коэффициент теплоотдачи неподвижного якоря;

- коэффициент теплоотдачи с поверхности вращающегося якоря, .

Величина рассчитывается в соответствии с табл. П3 (=) при условии, что аксиальная составляющая скорости воздушного потока ua=0.

При установке на валу якоря специальных вентиляторов-мешалок, обеспечивающих циркуляцию воздуха внутри машины, величина возрастает примерно на 25% (=1,25).

Существенное влияние на нагрев обмоток закрытых электрических машин с естественным охлаждением оказывает внутреннее тепловое сопротивление обмоток. Порядок учета его приведен в табл. 5.20., а на рис. 5.16 представлена зависимость коэффициента k=f(d/dиз), используемого при расчете эквивалентной толщины внутренней изоляции обмоток.

Превышение температуры обмотки полюса (главного или добавочного) над температурой корпуса (станины) определяется соотношением:

,

где: Рэл. п – электрические потери в обмотке главного или добавочного полюса, Вт;

kп – расчетный коэффициент теплопроводности изоляции полюса, ;

Пв – периметр катушки полюса, м;

П¢в – периметр катушки полюса, учитывающий различные условия охлаждения сторон катушки, м;

lcp – средняя длина витка обмотки главного или добавочного полюса, м;

aп – средний коэффициент теплоотдачи с поверхности катушки за время цикла, .

По рекомендациям [15] для e=0.15¸0.4 величина коэффициента теплоотдачи с поверхности катушки принимается равной aп=15.

5.11.2. Тепловой расчет закрытого электродвигателя постоянного тока с естественным охлаждением в кратковременном режиме

Как следует из [15], за время tp£15 мин поверхности якоря и катушек не успевают существенно прогреться, и теплоотдачей с них можно пренебречь. Кроме того, обмотка якоря загружена в большей степени, чем обмотки полюсов и, следовательно, перегрев ее лимитирует допустимую мощность.

Нагрев обмотки якоря в кратковременном режиме определяется уравнением:

.

Значения А и N рассчитываются по формулам:

В приведенных соотношениях обозначены:

GСu – масса меди обмотки якоря, кг;

GFe – масса стали сердечника якоря, кг;

сСu – теплоемкость меди, ;

сFe – теплоемкость стали, ;

tp - время протекания процесса, сек.

Значения сСu и сFe выбираются по табл. 4.5. Для режимов tp£15 мин величина и перегрев обмотки якоря можно рассчитывать по соотношению:

.

Таблица 5.20.

Вспомогательные величины и расчетные соотношения

№	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Расчетная формула	Примечание
1	Внешняя охлаждаемая поверхность	Sкор	м2	Sкор=SSщ+Sст
2	Поверхность подшипниковых щитов	SSщ	м2	Определяется по чертежу

Продолжение таблицы 5.20

№	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Расчетная формула	Примечание
3	Поверхность станины	Sст	м2	Определяется по чертежу с учетом формы станины и наличия оребрения
4	Периметр паза якоря	Пп	м	Определяется по чертежу паза в зависимости от формы и способа крепления обмотки
5	Расчетный коэффициент теплопроводности изоляции паза	kя			- табл. 4.2 или по (4.1, 4.2)
6	Эквивалентная толщина внутренней изоляции		м	Для прямоугольных проводов Для круглых проводов	т – число проводников в направлении передачи тепла (паз – по ширине паза) k – рис. 5.16
7	Расчетный коэффициент теплопроводности изоляции катушки полюса	kп			- (4.1, 4.2)
8	Толщина корпусной изоляции полюса	dиз. пол	м	dиз. пол=d1+d2+…di	[2,11,15,16,17]
9	Периметр катушки полюса	Пв	м	Пв=ad+dc+cb+ +ab	Рис. 5.14а

Окончание таблицы 5.20

№	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Расчетная формула	Примечание
10	Расчетный периметр катушки полюса с учетом разных условий охлаждения	П¢в	м	П¢в=k1ad+k2dc+ +cb+ab	k1=1 при плотном прилегании катушки полюса к станине; k1=0,2 при круглой станине и наличии изоляционных шайб; k2=0,5 для катушек главных полюсов; k2=0,2 для катушек добавочных полюсов
11	Средняя длина витка обмотки полюса	lcp	м	Берется из электромагнитного расчета

5.11.3. Тепловой расчет закрытого асинхронного электродвигателя с естественным охлаждением в повторно-кратковременных режимах

Методика расчета базируется на тех же положениях, что и для машин постоянного тока и приведена в [15]. При тепловом расчете необходимо учитывать следующее: