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

духа; Рм.п — потери в пазовой части обмотки; РСт<г — по­

450

обмотки якоря ДГЯК=110,8°С. При экспериментах получена темпе­

летворительная.

Расчеты [Л. 83] и опыты [Л. 264] показывают, что принятое допущение о разрыве тепловой ветви между обмоткой и коллектором не дает большой погрешности только при низкоскоростных и малонагруженных машин. В быстроходных и высоконагружениых машинах сред­ ней мощности нагрев коллектора нельзя рассматривать азолированно от нагрева обмотки якоря. При наличии больших потерь на коллекторе, которые могут даже пре­ вышать потери в обмотке, наблюдается значительное те­ пловое влияние коллектора на нагрев обмоток. Для рас­ чета нагрева таких машин следует рассматривать экви­ валентную тепловую схему, состоящую из трех само­

Д7’с — превышения температуры коллектора, обмотки и сердечника относительно температуры воздуха на входе в машину; RKi, Т?к2 и 7?кз — тепловые сопротивления к охлаждающему воздуху от наружной поверхности кол­ лектора, от каналов и от торцевых поверхностей коллек­ тора и петушков; RMi и Дм2 — тепловые сопротивления меди обмотки якоря от середины на заднюю и переднюю

мотки и клиньев; Дс1 и Дс2 — тепловые сопротивления от поверхности зубцов и вентиляционных каналов на воз­ дух машин.

Нагрев меди обмоток якоря (среднее превышение температуры всей обмотки и ее пазовой части), коллек­ тора и сердечника принимается одинаковым по каждому из рассматриваемых объемов. Нагрев корпуса машины не учитывается, так как опыт показывает, что основная часть тепла уносится воздухом, протекающим в меж­ полюсных окнах, и только незначительная часть тепля отводится путем свободной конвекции с поверхностей корпуса и щитов. Температура охлаждающего воздуха

452

по длине машины изменяется линейно и учет подогрева воздуха на параллельных ветвях производится по фор­

ветви и р — плотность. Подогрев воздуха в машине опре­ деляется формулой

®ß = I,P/cppQ,

где

2 .Р = Р'м + Р'с + Р'к + РяР'с + РпР'в + Л л + Рдоб-

Заменим тепловые сопротивления проводимостями и преобразуем развернутую ЭТС (рис. 10-5,а) в приведен­

Предполагая, что обмотка имеет тепловую связь со сталью сердечника только в пазовой части и что коллек­ тор не имеет тепловой связи со сталью, составим урав­ нения теплового баланса контура на рис. 10-5,6:

Р к — Л к Г к - f - Л м, (Т к — Т м);

Ри — А-цТи Л „ і (Тм— Тк) -ф- Л п (Тм Тс) - j-

~Ь ЛКЛГм -{- АЛ1Тм;

Рс — ЛСГс -(- Лс (Тс — Ты).

Решая систему (10-23), можно определить Тк, Ти и Тс как функции греющих потерь и тепловых проводимо­ стей.

454

где

А — Лк -[- АМ1; В — Лм-(- АМ1 -j- Лц -(- Лкл-j- АЛІ;

(10-25)

Суммарные потери на коллекторе Р'к относятся не только к коллектору, но и к щеточному аппарату. Как указывалось в гл. 1, для быстроходных машин можно принять тепловой поток коллектора от потерь в щеточ­ ном контакте равным Рк= 0,7 Р'к. К потерям в обмотке к стали якоря прибавляются равными долями добавоч­ ные потери Рдоб. Таким образом,

Лі = 0,7 Р'к, Рм = / 3 /м + 0,5Рдоб; Рс = Р 'с+ 0,5РДоб.

(10-26)

Рассмотрим теперь учитываемые при расчете тепло­ вые проводимости, используя обозначения (рис. 10-6):

0и.л — толщина лобовой изоляции; бКл и бв— толщи­ ны клина и воздушной прослойки между изоляцией и

бовых частей обмотки, пакета стали и коллектора; SM— суммарное сечение проводников обмотки якоря в пазу;

Расчетные сечения машины показаны на рис. 10-6. Тепловую проводимость через изоляцию лобовых ча­

стей и от нее к воздуху можно представить как

где схл — коэффициент теплоотдачи с лобовых частей, относящийся ко всей обдуваемой поверхности и опреде­ ляемый по формуле (3-77) при скорости воздуха, опре­ деляемой выражением

455

Рис. 10-6. Расчетные сечения машины (а) и распределение тепловых потоков в якоре (б).

Формула для тепловой проводимости с поверхностей коллектора и петушков к воздуху имеет вид:

Коэффициенты теплоотдачи с наружной (акі) и внут­ ренней (акг) поверхностей коллектора и с петушков (акз) определяются по соответствующим формулам (3-56) — (3-61).

Тепловую проводимость с пазовой части меди (для машин с аксиальной вентиляцией при l/D = 0,5-ь 1,5) на коллектор можно определять, используя

Суммарная тепловая проводимость с задней лобовой части обмотки якоря равна:

Тепловая проводимость с пазовой части обмотки яко­ ря на сталь сердечника через боковую изоляцию с уче­ том прослойки воздуха между зубцами и изоляцией (при 6 в ~ 0 , 01 ч -0 ,0 4 см) определяется формулой

456

Тепловая проводимость с пазовой части обмотки яко­ ря через изоляцию и клинья к поверхности якоря равна:

В этой формуле не учитываются прослойки воздуха между изоляцией и клином, так как под действием цен­ тробежных сил обмотка якоря плотно прижимается к клину.

Суммарную тепловую проводимость через зубцы сер­ дечника и от зубцов к воздуху можно определять по формуле

где аа — коэффициент теплоотдачи в расточке между поверхностями якоря и главным и вспомогательными по­ люсами, удовлетворяющий критериальному уравнению (3-77).

Тепловая проводимость от клиньев к воздуху равна:

где акл также определяется (3-77). Для суммарной те­ пловой проводимости с пазовой части обмотки якоря через изоляцию и клинья к воздуху получаем формулу

аЛ ,,КПА ,КП

КП I ** КП

Тепловая проводимость в вентиляционные каналы якоря к воздуху в машины определяется формулой

причем коэффициент теплоотдачи во вращающихся осе­ вых (сравнительно коротких и шероховатых) каналах якоря ак следует определять по (3-51).

Для высокоскоростных машин типа ПС с осевыми вентиляторами скорость воздуха в каналах можно опре­ делять по приближенной формуле

которая выведена на основании опытной связи между коэффициентом расхода и параметрами вентилятора.

457

Здесь «сек — секундное число оборотов якоря; пп — количество каналов и dBт — диаметр втулки осевого вен­ тилятора.

Суммарная тепловая проводимость с поверхности зубцов якоря и вентиляционных каналов равна:

(10-27) — (10-38) и греющие потери по формулам (10-26) и подставив их в формулы (10-24), получим среднее пре­ вышение температуры коллектора, обмотки и сердечни­ ка. Этими формулами можно пользоваться при предва­ рительных тепловых расчетах в процессе проектирования машин. Однако при проектировании новой серии машин необходимо проводить полный тепловой расчет, который излагается ниже (§ 10-3—10-6).

Удельные тепловые потоки в якоре (рис. 10-6,г) опре­ деляются выражениями

(10-39)

)

Здесь <7и — поток из пазовой части обмотки через бо­ ковую изоляцию к зубцам сердечника; qz— поток в зуб­ цах и поверхности якоря; дкан— поток в вентиляционные каналы и qKa — поток через клинья.

Перепады температур соответственно на пазовой изо­ ляции, по высоте зубцов, между сталью и воздухом в ка­ налах, между поверхностью зубцов и клиньев якоря и воздухом и перепад на изоляции и клиньях определяют­ ся из формул:

)

458

Превышение температуры пазовой части обмотки яко­ ря относительно воздуха машины равно Тм.п= Ткл + Т2 +

+ 6'az-

Подогрев воздуха вокруг поверхности якоря и в вен­ тиляционных каналах якоря можно находить по фор­ мулам

Превышение температуры пазовой части обмотки яко­ ря определяется выражением

Условия для проверки расчета записываются в виде

тк.иг\-Тг-\- Т az— Р и+кл - f - ^ аклі Т кан_ Ь ^в.кан= ^ а / “Ь^ва- }

(10-43)

После этого можно проводить расчет теплового ба­ ланса якоря. Тепловые потоки с поверхности зубцов Рг и клиньев Ркл в зазор, в вентиляционные каналы Ркаш с коллектора Ркол и лобовых частей обмотки якоря Рл определяются формулами

459