книги из ГПНТБ / Борисенко А.И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах

Рис. 7-7. Распределение температуры в обмотке статора (а) и в сер­ дечнике и стержнях ротора (б) двигателя ГАМ6-116-6.

------- - — стержни;------------сердечник.

Х а р а к т е р н е р а в н о м е р н о с т и п о д л и н е о б м о т к и о б у ­

с л о в л е н н а п р а в л е н и е м ц и р к у л я ц и и в о з д у х а в м а ш и н е и ,

с л е д о в а т е л ь н о , з а в и с и т о т в ы б р а н н о й с и с т е м ы в е н т и л я ­

ц и и . Н а и б о л ь ш е е р а с п р о с т р а н е н и е п о л у ч и л и с и с т е м ы

в е н т и л я ц и и :

1. С и м м е т р и ч н а я р а д и а л ь н о - с о г л а с н а я с и с т е м а в е н ­

т и л я ц и и с п о д а ч е й в о з д у х а д в у м я в е н т и л я т о р а м и в н а ч а ­

л е в р о т о р , а з а т е м в с т а т о р ( н а п р и м е р , д в и г а т е л и т и п а Г А М , р и с . 7 - 7 ) .

2. С и м м е т р и ч н а я р а д и а л ь н о - в с т р е ч н а я с и с т е м а в е н ­

т и л я ц и и с п о д а ч е й в о з д у х а д в у м я в е н т и л я т о р а м и в н а ч а ­ л е в с т а т о р , з а т е м в р о т о р ( д в и г а т е л и т и п о в В А О , А Н В и д р . , р и с . 7 - 8 ) .

3 . А с и м м е т р и ч н а я р а д и а л ь н о - с о г л а с н а я с и с т е м а с п о ­ д а ч е й в о з д у х а о д н и м в е н т и л я т о р о м в р о т о р - с т а т о р ( д в и ­ г а т е л я т и п а « У к р а и н а » с ф а з н ы м р о т о р о м , р и с . 7 - 9 ) .

3 0 0

ц е н т р а л ь н о г о п а к е т а с е р д е ч н и к а с т а т о р а , а в о с т а л ь н ы х с л у ч а я х р а с п о л о ж е н о п о с е р е д и н е д в у х - т р е х к р а й н и х ( п о

х о д у д в и ж е н и я в о з д у х а ) п а к е т о в с е р д е ч н и к а с т а т о р а .

Д л я э л е к т р о д в и г а т е л я с р а д и а л ь н о й с и с т е м о й в е н т и ­

л я ц и и с о с т а в л е н а Э Т С ( р и с . 7 - 1 0 ) с у ч е т о м д о п у щ е н и я ,

п р о в е р е н н о г о п р и т е п л о в ы х и с п ы т а н и я х : т е п л о , в ы д е л я ю ­

п о д о г р е в о б м о т к и и с е р д е ч н и к а с т а т о р а э т и м и п о т е р я м и р о т о р а у ч и т ы в а е т с я п р и р а с ч е т е п е р е п а д а т е м п е р а т у р ы в в о з д у х о о х л а д и т е л е .

П о р я д о к р а с ч е т а с р е д н и х т е м п е р а т у р п р и р а д и а л ь н о й

с и с т е м е в е н т и л я ц и и ( р и с . 7 - 9 ) д л я о б м о т о к р о т о р а и с т а ­ т о р а о д и н а к о в .

Р а с с м о т р и м т о л ь к о т е т е п л о в ы е с о п р о т и в л е н и я , к о т о ­

р ы е п р и с у щ и р а с с м а т р и в а е м о й Э Т С ( р и с . 7 - 1 0 ) .

Рис. 7-8. Распределение превышений температуры по длине обмотки статора двигателя АНВ-13-62/4 (800 кет, 600 в, 90,5 а, 1495 об/мин).

301

L

Рис. 7-9. Распределение температуры в активных частях статора дви­

т и в н о г о с о п р о т и в л е н и я и с о п р о т и в л е н и я в о з д у х а в з о н е л о б о в ы х ч а с т е й :

Я , = Я ,,л + Д , к + Д з.л ; Я \ = Д 'и . л + Я 'л.к + ^ в . л . ( 7 - 1 1 4 )

С о п р о т и в л е н и я и з о л я ц и и и к о н в е к т и в н ы е с о п р о т и в л е ­ н и я р а с с ч и т ы в а ю т с я п о ф о р м у л а м :

2^и (С + О г, (2/г, -j- 2at)

__________ ас . л

1 Все параметры, относящиеся к ротору, обозначены штрихами.

302

С о п р о т и в л е н и е п а з о в о й и з о л я ц и и д л я о б м о т о к р о т о р а

и с т а т о р а р а с с ч и т ы в а е т с я п о ( 7 - 3 6 ) , а с о п р о т и в л е н и е

с т е р ж н е й о б м о т к и в а к с и а л ь н о м н а п р а в л е н и и п р и п е р е ­ х о д е т е п л а и з п а з о в о й ч а с т и в л о б о в у ю — п о ф о р м у л а м :

г д е а і и а ц р а с с ч и т ы в а ю т с я п о ( 3 - 3 2 ) , а с к о р о с т ь в о з ­

Рис. 7-10. Эквивалентная тепловая схема электродвигателя «Украина»-13 с фазным ротором.

3 0 3

Сопротивления воздуха в зоне лобовых частей равны:

г д е <3л — р а с х о д в о з д у х а ч е р е з л о б о в ы е ч а с т и .

С у м м а р н о е с о п р о т и в л е н и е п р и п е р е х о д е т е п л а и з с е р ­ д е ч н и к а к в н у т р е н н е м у в о з д у х у о п р е д е л я е т с я в ы р а ж е ­ н и я м и :

^с.п___ j____ I___ .

2aepn [0,785 (Dp — Dg)—Zga'jA'gJ

— с о п р о т и в л е н и я в с т о р о н у р а д и а л ь н о г о к а н а л а .

К о э ф ф и ц и е н т ы т е п л о о т д а ч и в ( 7 - 1 1 8 ) — ( 7 - 1 2 0 ) о п р е ­ д е л я ю т с я и з к р и т е р и а л ь н ы х у р а в н е н и й ( 3 - 7 4 ) , ( 3 - 2 2 ) и ( 3 - 2 5 ) .

304

Сопротивление воздуха в зоне сердечников равно:

Ч а с т н ы е с о п р о т и в л е н и я о б о л о ч к и к о р п у с а ( с в о б о д ­

н а я к о н в е к ц и я и и з л у ч е н и е ) , с о п р о т и в л е н и я о б д у в а е м о г о и н е о б д у в а е м о г о щ и т о в и в о з д у х о о х л а д и т е л я р а с с ч и т ы ­ в а е т с я п о ф о р м у л а м :

1. Т е п л о в ы е п о т о к и и з п а з о в ы х ч а с т е й о б м о т о к в с е р ­

д е ч н и к и

3 . П р е в ы ш е н и я т е м п е р а т у р ы п а з о в ы х ч а с т е й о б м о т ­

к и н а д т е м п е р а т у р о й в х о д я щ е г о в т е п л о о б м е н н и к в о з ­ д у х а

С р а в н е н и е р а с ч е т н ы х и о п ы т н ы х т е м п е р а т у р п р е д с т а в ­

н е о б м о т о к и м е е т с я с и л ь н а я н е р а в н о м е р н о с т ь н а г р е в а ,

р а с ч е т к о т о р о й п р о в о д и т с я н и ж е .

Распределение температуры в сердечнике. Н а й д е м

р а с п р е д е л е н и е т е м п е р а т у р ы Тс в о д н о м п а к е т е — к р а й ­ н е м с о с т о р о н ы в ы х о д а в о з д у х а ( р и с . 7 - 9 ) — п р и о б д у в е е г о в о з д у х о м , к о т о р ы й и м е е т в р а д и а л ь н ы х к а н а л а х с р е д ­

н е е п р е в ы ш е н и е т е м п е р а т у р ы •Оср.к.в, о п р е д е л я е м о е к а к

с р е д н е е а р и ф м е т и ч е с к о е и з п о д о г р е в а в о з д у х а в к а н а л а х р о т о р а й р .к .в и с т а т о р а -&с .к.в .'

Р с — п о т е р и в с е р д е ч н и к е с т а т о р а ( с у ч е т о м д о б а в о ч н ы х

306

аср.к

П о с т о я н н а я и н т е г р и р о в а н и я п о л у ч е н а и з г р а н и ч н о г о у с л о в и я н а б о к о в о й с т е н к е с е р д е ч н и к а (х = 1')

г д е аср .к — с р е д н и й к о э ф ф и ц и е н т т е п л о о т д а ч и в р а д и а л ь ­

н ы х к а н а л а х .

Т е м п е р а т у р ы н а к р а я х п а к е т а , п о с е р е д и н е ( м а к с и м у м )

и с р е д н е е з н а ч е н и е д л я в с е г о п а к е т а о п р е д е л я ю т с я и з

( 7 - 1 3 6 ) п р и п о д с т а н о в к е в н е г о в е л и ч и н I , С и т, п:

п а к е т о в п о э т и м ф о р м у л а м н е о б х о д и м о в ы ч и с л я т ь и и С

р а с с м о т р е н и и у р а в н е н и й т е п л о п р о в о д н о с т и д л я о б м о т к и н е о б х о д и м о у ч и т ы в а т ь в л и я н и е н а р а с п р е д е л е н и е т е м п е ­ р а т у р ы х о р о ш о в е н т и л и р у е м ы х р а д и а л ь н ы х к а н а л о в , п р е ­ в ы ш е н и й т е м п е р а т у р ы в о з д у х а н а о т д е л ь н ы х у ч а с т к а х

о б м о т к и , а т а к ж е р я д к о н с т р у к т и в н ы х и с п о л н е н и й , х а ­

р а к т е р н ы х д л я с и с т е м о х л а ж д е н и я с р а д и а л ь н о й в е н т и ­ л я ц и е й . П р и э т о м с ч и т а ю т с я и з в е с т н ы м и о с н о в н ы е т е п л о ­ в ы е п о т о к и в р о т о р е и с т а т о р е и т е м п е р а т у р ы о б м о т к и

( с р е д н е й ) и з у б ц о в о й ч а с т и с е р д е ч н и к а , к о т о р ы е о п р е д е ­

л я ю т с я п о ф о р м у л а м ( 7 - 1 3 8 ) — ( 7 - 1 3 9 ) и л и п о м е т о д у

этс.

Р а с п р е д е л е н и е т е м п е р а т у р ы о б м о т к и с т а т о р а п о е е д л и н е р а с с м а т р и в а е т с я н а ч е т ы р е х у ч а с т к а х (к, Іъ h и к н а р и с . 7 - 9 ) , к о т о р ы е н а х о д я т с я в р а з л и ч н ы х у с л о в и я х т е п л о о т д а ч и . С е ч е н и е 3-3 — н а и б о л е е н а г р е т о е д л я р а с -

308

с м а т р и в а е м о й с и с т е м ы в е н т и л я ц и и . Т о ч к и 1, 2, 3, 4, 5

о б о з н а ч а ю т с е ч е н и я о б м о т к и , о т н о с и т е л ь н о к о т о р ы х н и ­

ж е р а з р е ш е н ы у р а в н е н и я т е п л о п р о в о д н о с т и . П о э т и м т о ч к а м с т р о и т с я э п ю р а т е м п е р а т у р ы .

З а м е т и м , ч т о п р и с о с т а в л е н и и у р а в н е н и й т е п л о в о г о

т о к о т ч а с т и о б м о т к и , н а х о д я щ е й с я в п а з о в о й ч а с т и ,

в о с н о в н о м о т в о д и т с я п о п е р и м е т р у п а з а , и с к л ю ч а я к л и н .

А н а л о г и ч н а я с и т у а ц и я и м е е т м е с т о и д л я у ч а с т к о в о б м о т ­

к и , р а с п о л о ж е н н ы х м е ж д у п а к е т а м и . П р и н а л и ч и и м о н о ­

л и т н о г о м а г н и т н о г о к л и н а в п а з а х н е о б х о д и м о у ч и т ы в а т ь

т е п л о о т в о д в е г о с т о р о н у и в з а з о р . У ч е т в л и я н и я р а ­

п а з о в о й ч а с т и о б м о т к и п р о и з в о д и т с я н а о с н о в е п р е д п о ­ л о ж е н и я , ч т о р а д и а л ь н ы е в е н т и л я ц и о н н ы е к а н а л ы р а с ­ п о л о ж е н ы п о д л и н е т а к и м о б р а з о м , ч т о к а ж д о м у б е с к о ­ н е ч н о м а л о м у о т р е з к у о б м о т к и с о о т в е т с т в у е т о д и н б е с к о ­ н е ч н о м а л ы й к а н а л ш и р и н о й d v . - v . d x 2, г д е з н а ч е н и е

V. = Ндакбцх/^г-

С у ч е т о м п е р е ч и с л е н н ы х д о п у щ е н и й у р а в н е н и я т е п л о ­ в о г о б а л а н с а д л я э л е м е н т о в д л и н о й d x і и dx2, в ы б р а н н ы х

н а у ч а с т к а х U и 12 с т е р ж н я о б м о т к и с т а т о р а ( р о т о р а ) ,

п р и у с т а н о в и в ш е м с я т е п л о в о м р е ж и м е и м е ю т т а к о й ж е

в и д , к а к и ( 7 - 7 8 ) , ( 7 - 7 9 ) , т о л ь к о в у р а в н е н и е ( 7 - 7 9 )

д о б а в л я е т с я в ы р а ж е н и е д л я т е п л о п о т о к а о т п а з о в о й ч а ­

т е п л о в о й п о т о к о т э л е м е н т а л о б о в о й ч а с т и d P al и т е п л о ­ в о й п о т о к и з п а з о в о й ч а с т и о б м о т к и с т а т о р а в с е р д е ч н и к

309