6. Тепловой расчет машины

В тепловом расчете рассматривают превышение температуры деталей конструкции _I над температурой окружающего воздуха, которая меняется за время суток и сезонов. Температуру детали можно найти как сумму превышения _I и температуры окружающего воздуха t₀: _i + t₀=t_i. Номинальные данные машины должны соответствовать заданному режиму работы при температуре t₀=115. Предельно допустимые превышения температуры отдельных деталей _i установлены ГОСТ. Для асинхронного двигателя проводим расчет температуры проводников обмотки статора и ротора, сердечников статора и ротора.

1. Перепад температуры по толщине изоляции обмотки статора:

Принимаем линейный закон изменения температуры по толщине изоляции обмотки статора: _и=С₁*X+С₂[°С]. В этом случае тепловой поток от обмотки статора через пазовую изоляцию толщиной б_н соответствует закону Фурье:

Q_п=_п*(₁-_с1)S_п/б_н [Вт],

где _п – коэффициент теплопроводности материала пазовой изоляции;

S_п = (b₁+b₂+h₁)*l₁ - площадь поверхности паза статора, через которую тепловой поток Q_п переходит к более холодному сердечнику статора;

б_н - толщина изоляции в пазу;

₁=(₁-_с1) - разница температур обмотки и сердечника статора.

Для рассматриваемого двигателя:

Q_п = Р/Z₁ = 711,52/24 = 29,64 (Вт);

S_п = (b₁+b₂+h₁)*l₁= (10,88+8,39+2*9,5)*92*10^-6= 3,5*10^-3 (м²);

₁=Р_э1*б_н/_п*S_п*Z₁=430,73*0,065*10^-3/0,16*3,5*10^-3*24=2 ;

где: в₁=10,88 (мм); в₂=8,39 (мм); h₁=9,5 (мм); б_н=0,065(мм); _п = 0,16.

2. Превышение температуры сердечника и обмотки статора:

Тепловой поток отводится от сердечника статора охлаждающим машину воздухом со стороны воздушного зазора. Некоторая часть тепла отводится с наружной поверхности корпуса за счет естественной конвекции. Тепловое влияние статора на ротор и наоборот считаем не существенным. Теплоотдача с внутренней поверхности статора к охлаждающему воздуху в воздушном зазоре машины происходит в соответствии с законом Ньтона-Рихмана:

Q₁= ₁(_с1-₀)* S₁,

где: Q₁- потери мощности в обмотке и сердечнике статора;

Q₁=(Р_с1+Р_п1+Р_пу1+Р_э1)=139,28+0,58+0,268+430,73=570,86 (Вт);

₁ - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности статора к

охлаждающему воздуху;

_с1 - превышение температуры сердечника статора;

₀ - среднее превышение температуры охлаждающего машину воздуха

над окружающей средой;

S₁ - площадь теплоотдающей поверхности статора .

Для проектирования машины Q₁=570,86 (Вт) среднее превышение температуры охлаждающего воздуха принято в вентиляционном расчете: ₀=0; ₁= 64 (Вт/м); ₂=15,54 (м/с);

Площадь теплоотдающей поверхности статора:

где K_n - коэффициент увеличения поверхности за счет оребрения;

Коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности корпуса в окружающую неподвижную среду – _н=20 (Вт/м), площадь наружной поверхности – S₁=0,057 (мм²). При ₁=64 (Вт/м) теплоотдача идет с поверхности S_K=0,048 (м²). Тогда:

(_с1-₀)=Q₁/(_н*S_н+₁*S₁)=

Превышение температуры сердечника статора:

_с1=(_с1-₀)=135,59.

Превышение температуры обмотки статора ₁ находим, учитывая перепад температуры ₁ между проводниками обмотки и сердечником статора:

_1­=_с1+₁=135,59+2=137,59.

Учет оребрения наружной поверхности несколько снизит превышения температуры обмотки и сердечника статора, полученные расчетом.