5.4. Упрощенный тепловой расчет установившегося режима работы

Удельный тепловой поток Р (Вт/ м²) в закрытых электрических машинах, измеряется мощностью потерь, отводимых от единицы наружной поверхности машины (м²):

(5.25)

где  - суммарные потери в электрической машине, Вт; S_н – площадь наружной поверхности машины, м².

Допустимое значение удельного теплового потока Р_доп зависит от допустимого нагрева корпуса _{к доп}, соответствующего классу нагревостойкости используемых в машине материалов, а также размеров и свойств его наружной поверхности, которые учитываются коэффициентами теплоотдачи (КТО) .

(5.26)

где Р_доп – допустимое значение удельного теплового потока, Вт/м²; _и и _к – коэффициенты теплоотдачи излучением и конвекцией, Вт/м²К; _{к доп} – допустимое превышение температуры корпуса,  .

Основную часть превышения температуры обмотки статора в закрытых не обдуваемых машинах составляет перепад от корпуса к охлаждающей среде /1/.

Среднее превышение температуры (К) обмотки статора

_ср = (1,1 – 1,2)_к . (5.27)

Для нахождения Р_доп определяют коэффициент теплоотдачи _и и _к .излучение корпуса закрытых электрических машин учитывается К.Т.О. _н, определяемым пот закону Стефана – Больцмана:

(5.28)

где  – коэффициент теплового излучения корпуса; Т_к – превышение абсолютной температуры корпуса Т_к над температурой окружающей среды Т₀.

Для корпусов электрических машин с эмалевым покрытием  = 0,85.

Конвективный теплообмен корпуса закрытой электрической машины учитывается К.Т.О _к. Эту величину можно определить лишь приближенно, например, для машин с малым уровнем вибрации без выходного конца вала из уравнения

(5.29)

а для машин со значительным уровнем вибрации из уравнения

(5.30)

Эти уравнения справедливы для любого положения машины при Gr = 10⁵ – 10⁹ и отношениях длины корпуса к его диаметру l_к/D_к = 1,1 – 2,0. Число Грасгофа вычисляется по D_к и превышению температуры _к.

Приближенные значения _к, _и и соответствующих плотностей теплового корпуса электрических машин с естественным охлаждением можно определить по рис. 5.2.

Оценка тепловой нагрузки по удельному тепловому потоку может проводится в первом приближении и для обдуваемых или защищенных машин. Величина Р_доп в этом случае может быть принята по данным изготовленных электрических машин аналогичной конструкции с учётом класса нагревостойкости изоляции:

(5.31)

где Р_А, _А – удельный тепловой поток и превышение температуры обмотки машины – анало га.

ОЦЕНКА ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ПО МЕТОДУ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПОТЕРЬ (ТЕПЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ)

По этому методу рассчитывается превышение температуры отдельных элементов машины, в первую очередь обмотки, с помощью коэффициентов, зависящих от тепловых параметров и учитывающих долю каждого из видов потерь идущих на её нагрев.

Для определения установившегося превышения температуры _об обмотки необходимо определить тепловое сопротивление машины R_T и эквивалентные потери Р_экв

_об = R_T Р_экв. (5.32)

Эквивалентные потери связаны с действительными потерями уравнением

Р_экв = Р_мс + к_сР_сс + к_рР_мр+ к_допР_доб, (5.33)

где к_с, к_р, к_доп – коэффициенты влияния потерь в стали, роторе и добавочных потерь на нагрев обмотки статора; Р_мс, Р_сс, Р_мр, Р_доб – электрические потери в меди статора, в стали статора, в меди ротора и добавочные.

Влияние механических потерь обычно не учитывают. Коэффициенты потерь и тепловое сопротивление R_Т машины определяют опытным путём или путём расчета. Этот метод особенно ценен при проектировании серии машин, т.к. опытные коэффициенты могут быть найдены на основе испытаний небольшого числа образцов и распространены на машины всей серии /1/.