3

3.11 Тепловой расчет

Тепловой расчет установившегося режима работы асинхронного двигателя с к. з. ротором общего назначения со степенью защиты IP23 и высотой оси вращения от 160 до 250 мм включительно проводится с использованием рекомендации [4] и схемы замещения на рисунке 3.8.

Для расчета используется схема замещения приведенная, и включающая источники тепла и тепловые проводимости.

Рисунок 3.8 - Тепловая схема замещения

3.11.1 Принятые источники тепла (потерь) и место их сосредоточения:

– – потери в меди пазовой части обмотки статора, сосредоточены по центру паза и середине длины пакета статора двигателя;

– – потери в меди лобовой части обмотки статора, сосредоточены по середине толщина и длины лобовой части;

– – потери в стали ярма статора; сосредоточены по середине высоты ярма и длины пакета статора двигателя;

– – потери в стали зубцов статора (туда же можно включить поверхностные и пульсационные потери статора), сосредоточены по середине высоты, ширины и длины зубца статора двигателя.

На схеме замещения показаны основные направления тепловых потоков и соответствующие тепловые проводимости тепловых потоков.

Тепловые проводимости – это величины обратные тепловым сопротивлениям. Использование тепловых проводимостей позволяет применить достаточно простой, для составления уравнений, метод узловых потенциалов с целью нахождения превышений температур отдельных узлов конструкции двигателя над охлаждающим воздухом.

При расчетах программой определялись коэффициенты теплопередачи с поверхности как по практическим рекомендациям, так и с использованием безразмерных критериев. С целью экономного использования памяти компьютера формулы и расчеты для безразмерных критериев не выводятся на печать, а сразу выводятся значения рассчитанных коэффициентов теплопередачи с поверхности для расчета соответствующих тепловых проводимостей.

3.11.2 Суммарная тепловая проводимость между пазовой частью обмотки и спинкой статора

1 / (1 / 0 + 1 / 0 + 1 / 0 + 1 / 0) = 0 ,

где 0,00572 * 0 * 0,125 * 54 / 0,0003 = 0 - тепловая проводимость пазовой изоляции дна паза;

0,00572 - максимальная ширина паза;

0 - коэфф. теплопроводности пазовой

0,0003 - толщина пазовой изоляции у дна паза;

(0,00133 + 0) * 0 * 0 * 0,125 * 54 / [ (0,0162 - 2 * 0,0003) * (0 + 0) ] = 0 - эквивалентная тепловая проводимость обмотки статора до пазовой изоляции у дна паза;

0,00133 - диаметр изолированного проводника обмотки статора;

0,00133 * (0.022 + 0.5 * (1 / 0,692^1/2 – 1) ) =

0 - величина воздушного зазора между проводами в пазе;

= 0 - экв. коэфф. теплопроводности всыпной обмотки;

0 - коэфф. пропитки;

0 - двусторонняя толщина изоляции проводника обмотки;

0,692 - коэфф. заполнения паза статора проводниками;

0,0162 - высота паза статора;

0 - допускаемая температура обмотки статора для принятого класса нагревостойкости b системы изоляции;

0 - коэфф. теплопроводности пропиточного лака;

0 - коэфф. теплопроводности изоляции проводников обмотки статора;

0 / 0 * 0 * 0,125 * 54 = 0 - тепловая проводимость воздушного зазора между пазовой изоляцией и сталью сердечника у дна паза;

0 - величина воздушного зазора между пазовой изоляцией и сталью паза;

2 * 0,00572 * 54 * 0,125 * 0 * 0 / 0,0135 = 0 - тепловая проводимость спинки сердечника статора от пазовой части до центра спинки.

3.11.3 Тепловая проводимость между зубцами и спинкой сердечника статора

0,125 * 0 * 0 * [54 * 0,00383 / 0,0162 + 3.14 * (0,191 - 3/2 * 0,0135) / 0,0135 ] = 0 ,

где 0,00383 - ширина зубца.

3.11.4 Суммарная тепловая проводимость между пазовой частью обмотки и зубцами сердечника статора

1 / (1 / 0 + 1 / 0 + 1 / 0 + 1 / 0) = 0 ,

где 2 * 0,0162 * 0,125 * 0 * 54 / 0,0003 = 0 - тепловая проводимость пазовой изоляции вдоль стенок зубцов;

(0,00133 + 0) * 0 * 4 * 0,0162 * 0,125 * 54 / [ (0 - 2 * 0,0003) * (0 + 0) ] = 0 - эквивалентная тепловая проводимость обмотки статора к пазовой изоляции вдоль стенки паза;

2 * 0 * 0,0162 * 0,125 * 54 / 0 = 0 - тепловая проводимость воздушного зазора между пазовой изоляцией и сталью стенки зубца сердечника;

4 * 54 * 0,0162 * 0,125 * 0 * 0 / 0,00383 = 0 - тепловая проводимость стали зубцов сердечника статора от стенки паза до середины зубцов.

3.11.5 Тепловая проводимость между пазовой и лобовой частями обмотки статора

2 * 0 * 1,23^-06 * 54 * 23 / (0,125 + 0,128) = 0 ,

где 1,23^-06 - суммарное сечение проводников в пазу;

0,128 - односторонняя длина лобовой части

0 - коэфф. теплопроводности меди;

3.11.6 Суммарная проводимость лобовой части обмотки статора к окружающему воздуху внутри машины

1 / (1 / 0 + 1 / 0 + 1 / 0) = 0 ,

где 0 / 0 * 2 * (0,0162 + 0) * 0,128 * 54 * 0 = 0 - тепловая проводимость изоляции лобовых частей;

0 - толщина пропиточного лака на поверхности лобовых частей обмотки статора;

0 - коэфф. обдува лобовых частей;

0 - коэфф. теплопроводности изоляции лобовых

частей;

(0 + 0) * 0,128 / 0,125 = 0 - экв. тепловая проводимость лобовых частей;

0 * 2 * (0,0162 + 0) * 0,128 * 54 * 0 = 0 - тепловая проводимость поверхности лобовых частей;

0 - коэфф. теплопередачи с поверхности лобовых частей.

3.11.7 Суммарная тепловая проводимость между сердечником статора и станиной.

0 * 3.14 * 0,191 * 0,125 * 0 = 0 ,

где (0 + 0) / 2 = 0 – средний коэффициент теплоотдачи с внутренней и внешней поверхностей лобовых частей обмотки статора;

0 * 0 / 0 = 0 – коэффициент теплоотдачи с внешней поверхности лобовых частей обмотки статора обращенных к станине;

4 * 0 * 0,0162 * (0 + 0,0162) / 2 = 0 – эквивалентный гидравлический диаметр;

0,095 * 0^0,62 = 0 – число Нуссельта для внешней поверхности обмотки статора;

0 * 0 * 0 = 0 – число Рейнольдса для внешней повенрхности обмотки;

0 – теплопроводность воздуха при ;

0 – кинематическая вязкость воздуха;

2,2*10^-2 * 1000 * 0,131 = 0 – линейная скорость вращения лопаток ротора;

1000 – частота вращения ротора;

0 * 0 / 0 = 0 – коэффициент теплоотдачи с внутренней поверхности лобовых частей;

0,095 * 0^0,77 = 0 – число Нуссельта для внутренних поверхностей лобовых частей обмотки статора;

0 - число Рейнольдса для внутренних поверхностей лобовых частей обмотки статора;

0,191 - наружный диаметр пакета магнитопровода;

0,125 - длина сердечника статора;

0 - коэффициент заполнения сталью сердечника.

3.11.8 Система уравнений для установившегося процесса работы АД согласно схеме замещения (рисунок 3.5)

где потери, взятые из электромагнитного расчета,

0 - в стали ярма статора;

0 - в меди паз. части обмотки статора;

0 - в стали зубцов статора;

0 - в меди лоб. части обмотки статора.

3.11.9 Рассчитанные величны превышений температуры

0 - ярма статора;

0 - меди пазовой части обмотки статора;

0 - стали зубцов статора;

0 - меди лобовой части обмотки статора;

0 - воздуха внутри машины.

3.11.10 Рассчитаные величны превышений температуры над внешним внешним охлаждающим воздухом

0 + 0 / 2 = 0 - ярма статора;

0 + 0 / 2 = 0 - меди пазовой части обмотки статора;

0 + 0 / 2 = 0 - стали зубцов статора;

0 + 0 / 2 = 0 - меди лобовой части обмотки статора;

0 + 0 / 2 = 0 - воздуха на выходе из машины,

где 0 / (0 * 1100) = 0 - превышение температуры воздуха;

0 - сумарные потери;

0.6 * 0,191^3 * 1000 / = 0 - расход

воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором.