8 Тепловой расчет и расчет вентиляции электродвигателя

1. Определение превышения температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя, ^о С

, ( 8.1)

где К - коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину в окружающую среду. К - выбирается по таблице 8.1;

- коэффициент теплоотдачи с поверхности, выбираем по рисунку Д1, приложение Д;

Р_п - электрические потери в пазовой части катушек обмотки статора, Вт.

Таблица 8.1 Средние значения коэффициента К

для асинхронных двигателей

Исполнение двигателя по способу защиты	Число полюсов двигателя 2р
	2	4	6	8	10	12
IР44	0,22	0,20	0,19	0,18	0,17	0,16

, ( 8.2)

где К_ - коэффициент увеличения потерь, выбирается в зависимости от класса нагревостойкости изоляции. Для класса нагревостойкости F (в двигателях серии 4А обычно применяются электротехнические материалы класса нагревостойкости F) принимаем К_р=1.07;

Р_эл1 - электрические потери в обмотке статора, Вт:

, ( 8.3)

где - активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом:

, ( 8.4)

где - число параллельных ветвей;

К_r- коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока. Этот эффект, в большей степени, появляется в проводах большого сечения, т.к. у нас использованы проводники малого сечения, принимаем: К_r=1;

_v - удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре. Для класса нагревостойкости F(155⁰) расчетная температура принимается 115⁰. Материал обмотки -медь.

_меди = 10^-6/ 41 Ом. м;

q _эф - сечение эффективного проводника, м²:

L - общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м:

, ( 8.5)

где Р_{ст -} потери в стали, основные, Вт:

, ( 8.6)

где  - показатель степени, для стали 2013 =1,5;

р₁/50 - удельные потери. Для стали 2013: р₁/50=(2,52,6) Вт/кг.

К_Да, К_Дz1 - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениями участков магнитопровода и технологических факторов.

Для двигателей мощностью до 250 кВт: К _да=1,6; К_дz1=1,8;

- масса стали ярма статора, кг

. , ( 8.7)

где _с - удельная масса стали, принимаем: 7,8 ·10³ кг/м³;

- масса стали зубцов статора, кг

(8.8)

8.2 Определение перепада температуры в изоляции пазовой части обмотки статора, ⁰С

, ( 8.9 )

где П -периметр поперечного сечения паза статора, м (см. формулу 3.8);

_из- односторонняя толщина изоляции в пазу, м;

_экв- средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции. Для класса нагревостойкости F:  _экв=0,16 Вт/м ^оС;

- среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки из эмалированных проводников с учетом неплотности их прилегания друг к другу.

- определяем по рисунку Д2, приложение Д.

8.3 Определение перепада температуры по толщине изоляции лобовых частей, ⁰С

, (8.10)

где П_л - периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки. П_л - можно приблизительно принять равным периметру поперечного сечения паза статора (П);

- односторонняя толщина изоляции в лобовых частях катушек. При отсутствии изоляции в лобовых частях =0;

Р_л. - электрические потери в лобовых частях катушек обмотки статора, Вт.

(8.11)

8.4 Определение превышения температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины, ^оС

(8.12)

8.5 Определение среднего превышения температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, ⁰С

(8.13)

8.6 Определение превышения температуры воздуха внутри машины над температурой окружающего воздуха внутри машины, ⁰С

Данное превышение температуры определяется в предположении, что температура корпуса равна температуре воздуха внутри машины.

, (8.14)

где - сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя, Вт;

- коэффициент подогрева воздуха (Вт/м².⁰С), учитывающий теплоотдающую способность поверхности корпуса и интенсивность перемешивания воздуха внутри машины. _в - определяем по рисункуД1, приложение Д;

S_кор - эквивалентная поверхность охлаждения корпуса, с учетом поверхности ребер станины, м².

, (8.15)

где П_р - условный периметр поперечного сечения ребер станины, м. Определяется по рисунку Д3, приложение Д.

Для двигателей со степенью защиты IP44 при расчете Р_в не учитывают мощность, потребляемую вентилятором, которая составляет примерно 9/10 суммы полных механических потерь.

(8.16)

, (8.17)

где Р - сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме и расчетной температуре, Вт.

Р - определяется из соотношения:

, (8.18)

где Р₁ - подводимая к двигателю мощность, Вт.

, (8.19)

Р₂ - мощность на валу (расчетное значение, формула 5.2),Вт;

Р_эл2 - электрические потери в обмотке к.з. ротора, Вт.

, (8.20)

где - активное сопротивление фазы к.з. ротора, Ом.

У к.з. ротора нет конкретного числа фаз и числа полюсов, принято считать, что каждый стержень обмотки ротора образует одну фазу к.з. обмотки ротора. Тогда m₂=z₂ , т.е. число фаз равно числу пазов.

Ток в стержне ротора:

, (8.21)

где К_i - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на соотношение;

_i- коэффициент, учитывающий приведение токов.

Коэффициент К_i - можно определить по рисунку 5.

; m₂ = z₂ К_об2=1

( 8.22)

, ( 8.23)

где - коэффициент, который определяется по формуле (8.24):

, ( 8.24)

где р- число пар полюсов, π =180^о;

- сопротивление стержня, Ом

, (8.25)

где - полная длина стержня, равная расстоянию между замыкающими кольцами;

- удельное сопротивление материала стержня при расчетной температуре, для литого алюминия, _с ( Ом ^.м).

( Ом м.) ;

К_r - коэффициент увеличения активного сопротивления стержня от действия эффекта вытеснения тока. К_r=1 ( для всех роторов);

- cопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями, Ом.

, (8.26)

г де - сечение стержня, м²

( 8.27)

( 8.28)

, ( 8.29)

где D_кл.ср - средний диаметр замыкающих колец, м;

- площадь поперечного сечения замыкающего кольца, м².

( 8.30)

( 8.31)

- удельное сопротивление материала кольца.

(Ом ^.м);

Р_мех - потери механические: на трение в подшипниках в двигателях с аксиальной системой вентиляции и вентиляционными лопатками на замыкающих кольцах, Вт.

( 8.32)

К_т = 2,9 - для электродвигателей с наружным диаметром статора не более 0,25 м.

D_вент - наружный диаметр вентилятора. Можно принять равным наружному диаметру статора двигателя. D_вент  D_а.

8.7 Определение среднего превышения температуры обмотки статора над температурой окружающего воздуха, ⁰С

( 8.33)

Из-за приближенного характера расчета Т должна быть, по крайней мере, на 10% меньше, чем допустимое превышение температуры для принятого класса изоляции. Допустимое превышение температуры для класса нагревостойкости F: 155⁰- 40⁰= 115⁰-10%=103,5⁰C.

Т  104 ⁰С.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Проектирование электрических машин.: Учеб. пособие для вузов. / Под ред. Копылова И.П. - М.: Энергия, 1980.

2. Ванурин В.Н. Обмотки асинхронных электродвигателей. М.: Колос, 1978.

3. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия,1978.

4. Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболенская Е.А. Асинхронные двигатели серии 4А. М.: Энергоиздат,1982.

5. Тембель П.В., Геращенко Г.В. Справочник по обмоточным данных электрических машин и аппаратов. Киев.: Техника, 1981.

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Исходные данные для расчета асинхронных электродвигателей (степень защиты IP-44)

Технические требования			Статор										Ротор
№ вар.	Типоразмер двигателя	частота вращен.поля статора , мин-1	Da/D мм	1 мм	 мм	1	1 мм	Размеры паза, мм d1 d2 hz1 вш hш					D/ / D/а мм	2 мм	z2	2 мм	Размеры паза, мм. d/1 d/2 h/z2 в/ш h/ш					к.з. кольцо ак / вк, мм
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23

ПРИЛОЖЕНИЕ Б – Электромагнитные нагрузки асинхронных двигателей серии 4А со степенью защиты IP-44

ПРИЛОЖЕНИЕ В - Диаметры и площади поперечного сечения медных проводов ПЭТВ, ПЭТ-155

Номинальный диаметр неизолированного провода, d/г, мм.	Среднее значение диаметра изолированного провода, d/из,, мм.	Площадь поперечного сечения неизолированного провода, g/г, мм2
0.080 0,090 0,100 0,112 0,125 0,132 0,140 0,150 0,160 0,170 0,180 0,190 0,200 0,212 0,224 0,236 0,250 0,265 0,280 0,300 0,315 0,335 0,355 0,375 0,400 0,425 0,450 0,475 0,500 0,530 0,560 0,600 0,630 0,670 0,710 0,750 0,800 0,850 0,900 0,950 1,000 1,060 1,120 1,180 1,250 1,320 1,400 1,500 1,600 1,700 1,800 1,900 2,000	0,100 0,110 0,122 0,134 0,147 0,154 0,162 0,180 0,190 0,200 0,210 0,220 0,230 0,242 0,259 0,271 0,285 0,300 0,315 0,335 0,350 0,370 0,395 0,415 0,440 0,465 0,490 0,515 0,545 0,585 0,615 0,655 0,690 0,730 0,770 0,815 0,865 0,915 0,965 1,015 1,080 1,140 1,200 1,260 1,330 1,405 1,485 1,585 1,685 1,785 1,895 1,995 2,095	0,00502 0,00632 0,00785 0,00985 0,01227 0,01368 0,01539 0,01767 0,02010 0,02270 0,02550 0,02840 0,03140 0,03530 0,03940 0,04370 0,04910 0,05520 0,06160 0,07070 0,07790 0,08810 0,09900 0,11040 0,12570 0,14190 0,15900 0,17720 0,19630 0,22100 0,24600 0,28300 0,31200 0,35300 0,39600 0,44200 0,50300 0,56700 0,63600 0,70900 0,78500 0,88300 0,98500 1,09400 1,22700 1,36800 1,53900 1,76700 2,01100 2,27000 2,54000 2,83000 3,14000

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Таблица Г1 - Кривая намагничивания для ярма асинхронных двигателей Сталь 2013

В, Тл	0	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
	Н, А/м
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0	52 64 80 100 124 152 185 221 262 320 400 520 750 1150 2000 3570 5770	53 65 81 102 126 155 188 225 267 327 410 542 788 1220 2160 3800 6000	54 66 83 104 129 158 191 229 272 334 420 564 826 1290 2320 4030 6300	55 67 85 106 132 161 195 233 277 341 430 586 864 1360 2490 4260 6600	56 69 87 108 135 164 199 237 283 349 440 608 902 1430 2650 4490 7000	57 71 89 111 138 168 203 241 289 357 450 630 940 1500 2810 4720 7400	58 72 91 113 140 171 206 245 295 365 464 654 982 1600 2960 4930 7900	59 74 93 115 143 174 209 249 301 373 478 678 1020 1700 3110 5140 8400	60 76 95 118 146 177 213 253 307 382 492 702 1070 1800 3270 5350 9000	61 78 97 121 149 181 217 257 313 391 506 726 1110 1900 3420 5560 9700

Таблица Г2 - Кривая намагничивания для зубцов асинхронного двигателя.