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 = 101 кПа, = 40 о C	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.

Уравнение (7.6) можно использовать для анализа нагревания; тела в стационарных и нестационарных режимах.

Теплообмен между поверхностью твердого тела и жидкой (газообразной) средой, конвективный теплообмен описывается экспери­ментальным законом Ньютона—Рихмана, связывающим плотность теплового потока на поверхности с температурами поверхности и среды :

. (7.7)

Соответственно перепад температуры между поверхностью охлаждающей средой составит

, (7.8)

где — коэффициент теплоотдачи поверхности, Вт/(м²·°С), характеризующий интенсивность теплообмена [16, 17].

Теплообмен путем излучения для электрических машин, работающих в обычных условиях, не учитывается из-за небольшой его доли в общем процессе теплообмена. Отвод тепла путем излучения становится основным при работе машин в вакууме.

Испарительное охлаждение в машинах общепромышленного применения практически не используется.