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

— с р е д н и е к о э ф ф и ц и е н т ы т е п л о п е р е д а ч и к в о з д у х у о т м е д и в л о б о в о й и п а з о в о й ч а с т я х о б м о т к и ; а и h — ш и р и ­ н а и в ы с о т а с т е р ж н я о б м о т к и ') 8и.Л; би.п — т о л щ и н а л о б о ­ в о й и п а з о в о й к о р п у с н о й и з о л я ц и и ; / 4 — о д н о с т о р о н н я я

п а к е т о в с е р д е ч н и к а ; б к .с — ш и р и н а р а д и а л ь н о г о к а н а л а в с т а т о р е ; Тс — п р е в ы ш е н и е т е м п е р а т у р ы п а з о в о й ч а с т и с е р д е ч н и к а в р а с с м а т р и в а е м о м с е ч е н и и ; # вх.в и Ор.к.в —

п р е в ы ш е н и я т е м п е р а т у р ы в о з д у х а н а у ч а с т к а х h и /2 и

в о з д у х п р и в ы х о д е и з т е п л о о б м е н н и к а с р а з у ж е о б д у в а е т л о б о в у ю ч а с т ь н а у ч а с т к е U. Д л я д р у г и х с и с т е м ( р и с . 7 - 7 и 7-8) з н а ч е н и е б'вх.в о т л и ч н о о т н у л я .

У р а в н е н и я д л я о п р е д е л е н и я т е м п е р а т у р м а ш и н с р а ­

д и а л ь н о й в е н т и л я ц и е й п о л у ч а ю т с я т а к и м и ж е , к а к и д л я

м а ш и н с а к с и а л ь н о й в е н т и л я ц и е й ( 7 - 8 1 ) — ( 7 - 8 4 ) . И н а ч е р а с с ч и т ы в а ю т с я т о л ь к о п а р а м е т р ы гп\, . . . , т 4 и « ь . . ., /г4

310

З д е с ь 7ѵ с2 и Г 'с з — с р е д н и е з н а ч е н и я п р е в ы ш е н и и т е м ­

г д е 7 = 1 , 2 , 3 , 4 ; k = 1, 3 , 5 , 7 и / — 2 , 4 , 6 и 8.

П о с т о я н н ы е и н т е г р и р о в а н и я С к и C j н а х о д я т с я и з г р а ­ н и ч н ы х у с л о в и й ( 7 - 8 7 ) .

П о у р а в н е н и ю ( 7 - 1 5 1 ) м о ж н о о п р е д е л я т ь т е м п е р а т у р у в л ю б о м с е ч е н и и п о д л и н е о б м о т о к с т а т о р а и ф а з н о г о

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

д и т е л е Д Г о х л Д л я п я т и х а р а к т е р н ы х с е ч е н и й

311

где

э т о м с у щ е с т в е н н о у п р о щ а ю т с я .

Среднее превышение температуры обмотки. Т о ч н о с т ь

т е п л о в о г о 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 а з о в о й и л о б о ­

в ы х ч а с т е й о б м о т к и , в ы п о л н я е м о г о п о м е т о д у Э Т С , п р о ­

в е р я е т с я п о ф о р м у л а м , п о л у ч е н н ы м п а о с н о в а н и и и н т е ­

312

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 в с е й о б м о т к и о п р е ­

д е л я е т с я в ы р а ж е н и е м

Р а с ч е т н ы е и о п ы т н ы е д а н н ы е п о р а с п р е д е л е н и ю т е м ­ п е р а т у р ы в о б м о т к е с т а т о р а в з р ы в о з а щ и щ е н н о г о э л е к ­

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

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

Г л а в а в о с ь м а я

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ

8-1. Расчет закрытых двигателей

Э л е к т р о д в и г а т е л и с в с ы п н о й и с е к ц и о н н о й о б м о т к а ­ м и , н а п р и м е р , с е р и й Д , А О , А 0 2 , 4 А , М А - 3 6 и м е ю т н е ­

с к о л ь к о т е п л о в ы х с о п р о т и в л е н и й , о т с у т с т в у ю щ и х в к р у п ­

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

в н у т р е н н е е с о п р о т и в л е н и е в с ы п н ы х о б м о т о к , т р у д н о у ч и ­

и л и о р е б р е н н о й с п и н к и с е р д е ч н и к а с т а т о р а и д р .

П р о в е д е н н ы е э к с п е р и м е н т а л ь н ы е и с с л е д о в а н и я р а с п р е ­ д е л е н и й т е м п е р а т у р ы и с к о р о с т и в о з д у х а , т е п л о в ы х п о ­ т о к о в , к о э ф ф и ц и е н т о в т е п л о о т д а ч и и т е п л о п р о в о д н о с т и в д в и г а т е л я х с е р и й Д , 4А> А О Л 2 , М А [ Л . 9 3 , 9 8 , 123] п о ­ з в о л и л и о п р е д е л и т ь о б щ и е з а к о н о м е р н о с т и т е п л о о б м е н а и у т о ч н и т ь р а с ч е т н е к о т о р ы х т е п л о в ы х с о п р о т и в л е н и й .

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

Р е з у л ь т а т ы и з м е р е н и й т е м п е р а т у р ы в а к т и в н ы х ч а ­ с т я х з а к р ы т о г о о р е б р е н н о г о э л е к т р о д в и г а т е л я п р и в е д е н ы н а р и с . 8 - 1 — 8 - 3 . О н ц с в и д е т е л ь с т в у ю т о з н а ч и т е л ь н о й

313

Рис. 8-1. Распределения превышений температуры в обмотке стато­ ра и корпусе двигателя Д 90AL4:

---------- нормальное; —--------- капсулированное исполнение; места установки термопар: О - в обмотке, Л — в зубцах статора.

р и с . 8 - 4 . Н и ж е р а с с м о т р е н ы т е п л о в ы е с о п р о т и в л е н и я э т о й с х е м ы .

Д л я 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 о н и с о с т о я т и з в н у т р е н н е г о с о п р о т и в л е н и я о т в о д у т е п л а и з п р о в о д н и к о в в и з о л я ц и ю п а з а Дви .п и с о п р о т и в л е н и я о т в о д у т е п л а ч е ­ р е з к о р п у с н у ю и з о л я ц и ю Я и .п. Д л я н е п р о п и т а н н ы х м а ш и н н е о б х о д и м о у ч и т ы в а т ь т е п л о в о е с о п р о т и в л е н и е в о з д у х а м е ж д у к о р п у с н о й и з о л я ц и е й и з у б ц а м и R B. В д а л ь н е й ­ ш е м б у д е м р а с с м а т р и в а т ь о б м о т к у , в ы п о л н е н н у ю и з к р у г ­ л ы х п р о в о д о в д и а м е т р о м d a.

Т е п л о в о е с о п р о т и в л е н и е Д ШІ.П з а в и с и т о т з а п о л н е н и я п а з а п р о в о д н и к а м и ( р и с . 8 - 5 ) , п а р а м е т р о в и з о л я ц и и п р о -

314

Н а п о м н и м , ч т о у в е л и ч е н и е к о э ф ф и ц и е н т а з а п о л н е н и я k w б л а г о п р и я т н о н е т о л ь к о д л я у л у ч ш е н и я т е п л о о т в о д а и з з о н ы о б м о т к и , н о и с у щ е с т в е н н о у л у ч ш а е т э н е р г е т и ч е ­ с к и е п о к а з а т е л и м а ш и н ы . В р а б о т а х ;[Л. 2 9 , 124] п о к а з а ­ н о , ч т о п о в ы ш е н и е к о э ф ф и ц и е н т а з а п о л н е н и я н а 1 % у в е ­ л и ч и в а е т м о щ н о с т ь м а ш и н ы н а 0 , 7 5 % .

Н а р и с . 8 - 5 - п о к а з а н ы п а з ы с т а т о р а р а з л и ч н о й ф о р м ы и п р и в е д е н ы з н а ч е н и я к о э ф ф и ц и е н т о в з а п о л н е н и я . П а з

Рис. 8-4. Эквивалентная тепловая схема закрытого оребренного двигателя нормального исполнения. В случае капсулирования в схе­ ме появляются элементы, показанные пунктиром.

316

Рис. 8-5. Форма паза и его заполнение.

а — трапециевидный паз двигателя АМШО мощностью 17 квт\ б — полузакры­ тый паз статора серийного двигателя мощностью 2,2 кет; в — открытый паз статора модернизированного двигателя Д-112/4; г — полузакрытый паз статора асинхронной машины мощностью 3 кет.

д в и г а т е л я А М Ш О и м е е т к о э ф ф и ц и е н т з а п о л н е н и я kw—

= 0 ,7 5 и о т н о ш е н и е с е ч е н и я п а з а ( 5 П) к с е ч е н и ю м е д и ( S M) 2 ,5 . У м а ш и н ы с к о э ф ф и ц и е н т о м з а п о л н е н и я k w=

= 0 ,7 7 ( р и с . 8 - 5 , 6 ) с е ч е н и е п а з а в 2 ,6 р а з а б о л ь ш е с е ч е ­ н и я м е д и . В о т к р ы т ы х п а з а х kw д о с т и г а е т п о ч т и 1 0 0 % ,

о б м о т о ч н ы е р а б о т ы и п о з в о л я е т у в е л и ч и т ь с е ч е н и е м е д и в п а з у и с о о т в е т с т в е н н о у в е л и ч и т ь э н е р г о е м к о с т ь д в и г а ­ т е л я в т е х ж е г а б а р и т а х . К р о м е т о г о , в с л у ч а е о т к р ы т о г о п а з а у л у ч ш а е т с я т е п л о п е р е д а ч а о т м е д и к п а к е т у с т а т о ­ р а , о с о б е н н о п р и х о р о ш е й п р о п и т к е и п р и м е н е н и и к о р ­ п у с н о й и з о л я ц и и с м а л о й т о л щ и н о й .

В н у т р е н н е е т е п л о в о е с о п р о т и в л е н и е п у ч к а п р о в о д н и ­ к о в п а з о в о й ч а с т и У?Вн.п ц е л е с о о б р а з н о р а с с м а т р и в а т ь

317

с о в м е с т н о с с о п р о т и в л е н и е м к о р п у с н о й и з о л я ц и и Яц.т

т а к к а к о н о о б у с л о в л е н о э к в и в а л е н т н ы м к о э ф ф и ц и е н т о м

т е п л о п р о в о д н о с т и Яакв- С у м м а р н о е т е п л о в о е с о п р о т и в л е ­

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

Т о л щ и н а в о з д у ш н о г о з а з о р а м е ж д у к о р п у с н о й и з о л я ­ ц и е й и с т е н к а м и п а з а б в п р и н и м а е т с я р а в н о й п о л о в и н е д о п у с к а н а у к л а д к у ; д л я р а с с м а т р и в а е м ы х м а ш и н б в = = 0 , 0 1 5 -н 0 ,0 2 см.

Т е п л о в о е с о п р о т и в л е н и е л о б о в ы х ч а с т е й з а в и с и т о т

« б у к л и » с б о л ь ш и м т е п л о в ы м с о п р о т и в л е н и е м . Т е п л о в о е с о п р о т и в л е н и е л о б о в ы х ч а с т е й м о ж н о с н и з и т ь п р о п и т к о й и х б е з у с а д о ч н ы м и з а л и в о ч н ы м и в ы с о к о т е п л о п р о в о д н ы м и к о м п о з и ц и я м и , н а п р и м е р л а к а м и К П - 3 4 , К П - 1 0 1 , К П - 1 0 3 .

О б щ е е т е п л о в о е с о п р о т и в л е н и е л о б о в ы х ч а с т е й Я±

с о с т о и т и з в н у т р е н н е г о т е п л о в о г о с о п р о т и в л е н и я п р о в о д ­ н и к о в Яви д , с о п р о т и в л е н и я и з о л я ц и и с е к ц и и Яи.л ( д л я

п р о в о д н и к о в с э м а л ь - и з о л я ц и е й э т о с о п р о т и в л е н и е в х о ­ д и т в Явп.п), к о н в е к т и в н ы х с о п р о т и в л е н и й п р и т е п л о о т в о ­ д е к в н у т р е н н е м у в о з д у х у с н а р у ж н о й Я ' к .п и в н у т р е н н е й

Я"к.л п о в е р х н о с т е й л о б о в ы х с о е д и н е н и й , 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 Яв.л и с о п р о т и в л е н и я з а ­

318

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 Д Ѵ л и R " K.л з а в и с я т о т п л о щ а д и и х а р а к т е р а п о в е р х н о с т и л о б о в ы х ч а с т е й и и н т е н с и в н о с т и ц и р к у л я ц и и в о з д у х а у э т и х п о в е р х н о с т е й .

П л о щ а д ь 5 Л р а с с ч и т ы в а е т с я с у ч е т о м д е й с т в и т е л ь н о й п о в е р х н о с т и л о б о в ы х ч а с т е й , у ч а с т в у ю щ е й в т е п л о о б м е ­ н е , т . е. о н а у м е н ь ш а е т с я п р о п о р ц и о н а л ь н о к о э ф ф и ц и е н ­ т у S. Д л я м а ш и н с п о л у з а к р ы т ы м и п а з а м и , к а к у ж е у п о ­ м и н а л о с ь , п р и у к л а д к е с е к ц и и л о б о в ы е ч а с т и о т г и б а ю т с я ,

в р е з у л ь т а т е ч е г о о б р а з у е т с я п л о х о п р о д у в а е м а я с т р у к ­ т у р а ( о п ы т ы п о к а з ы в а ю т , ч т о н а и б о л е е н а г р е т о е м е с т о о б м о т о к н а х о д и т с я в л о б о в ы х ч а с т я х ) .

Д л я о п р е д е л е н и я т е п л о о т д а ю щ е й п о в е р х н о с т и л о б о ­

в ы х ч а с т е й р а с с м о т р и м и х к о н с т р у к т и в н ы е п а р а м е т р ы

( р и с . 8 - 6 ) . Н а з о в е м г л а д к и м н а р у ж н ы м п е р и м е т р о м п р о ­ д о л ь н о г о р а з р е з а л о б о в о й ч а с т и о б м о т к и в е л и ч и н у , о п р е ­

П р и в р а щ е н и и э т о г о п е р и м е т р а в о к р у г о с и д в и г а т е л я о б р а з у е т с я п о в е р х н о с т ь , к о т о р у ю н а з о в е м г л а д к о й . П л о -

319