Вентиляционные и тепловые расчеты электрических машин в примерах и задачах. Учебно-методическое пособие
.pdf
димо определить массу и удельную теплоемкость того элемента, температуру которого следует вычислить, например, обмотки. Теплоемкость тела с удельной теплоемкостью (с) и массой (m) выражается че-
рез Ст mc.
4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ
Эквивалентные греющие потери – это фиктивные потери в обмотке, которые вызывают такое же превышение температуры, как и реальные потери в двигателе. Коэффициенты, определяющие влияние на нагрев обмотки, определяют опытным путем. С достаточной степенью
точности они равны: влияние потерь в магнитопроводе kст = 0,5 – 0,8; потерь в обмотке ротора kм2 = 0,1 – 0,2; добавочных и механических
kд = 0,05 – 0,1.
Эквивалентные греющие потери, возникающие на различных этапах нагрузки, могут быть определены с помощью известных данных номинального режима.
Полные потери активной мощности при номинальной нагрузке:
|
рн |
Рн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
Рн |
Рн |
|
|
1 . |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|||
Разделив их на постоянные |
|
р0 |
и переменные (нагрузочные) рнг и |
||||||||||||||
введя коэффициент нагрузки k |
нг |
|
Pнг |
, получим |
|
|
|||||||||||
P |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 рн |
|
|
|
|
1 р0 kнг2 рнг |
. |
||||||||||
kнгРн |
|
|
|
|
Р |
|
|
р |
k2 |
р |
|||||||
|
|
рн |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нг |
|
0 |
|
нг |
нг |
|
||
В каталогах и справочниках указываются значения КПД при частичных нагрузках. Располагая этими данными, нетрудно найти КПД для лю-
бой нагрузки, построив кривую f (kнг) . Зная КПД машины для даннойнагрузки, можно определитьполные потери активноймощности:
р kнгРн 1 1 .
41
Обычно постоянные р0 – потери холостого хода, которые определяют как
р |
|
р kнг2 |
рн |
. |
|
|
|
||||
0 |
1 |
kнг2 |
|||
|
|
||||
Результирующее термическое сопротивление находят следующим образом: определяют допустимый перегрев доп для данного класса
изоляции (регламентируется Госстандартом); рассчитывают эквивалентные греющие потери ( рэкв ); тогда термическое сопротивление
равно доп kт рэкв .
Термическая проводимость определяется как т 1 . Величина
Rт
постоянной времени нагрева в стационарных режимах может быть рассчитана.
При изменении нагрузки, частоты вращения, температуры окружающей среды изменяются и потери, которые определяют превышение температуры. Если нагрузка двигателя в течение коротких промежутков времени (сравнимых с постоянной времени нагрева) периодически изменяется, то типовую мощность следует определять с учетом переходных процессов нагрева
4.3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ТЕПЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ
Типовая задача может использоваться в качестве индивидуальных заданий на практических занятиях.
Асинхронный двигатель имеет следующие данные: электрические потери в обмотке статора pм1 , магнитные потери в сердечнике ста-
тор pст , электрические потери в обмотке ротора pм2 , добавочные потери pд, эквивалентная термическая проводимость от обмотки статора к наружному охлаждающему воздуху т1 ; коэффициенты влияния на температуру обмотки статора: потери в стали kст , потери в обмотке ротора kм2 , добавочные и механические потери kд (табл. 4.1 и 4.2).
42
Таблица 4.1
Исходные данные к задаче
Последняя |
Потери в двигателе |
Термическое |
Коэффициенты |
|||||
цифра |
|
|
|
|
сопротивление, |
греющих потерь |
||
варианта |
pм1 |
pст |
pм2 |
pд |
λт1 |
kст |
kм2 |
kд |
0 |
451 |
146 |
196 |
32 |
10,3 |
0,60 |
0,68 |
2 |
1 |
574 |
209 |
230 |
43 |
13,4 |
0,64 |
0,72 |
2 |
2 |
1571 |
628 |
974 |
306 |
44,7 |
0,53 |
0,62 |
2 |
3 |
1973 |
597 |
546 |
166 |
42,5 |
0,61 |
0,73 |
2 |
4 |
2366 |
1195 |
1190 |
481 |
66,2 |
0,57 |
0,66 |
2 |
5 |
1320 |
842 |
809 |
247 |
39,2 |
0,52 |
0,68 |
2 |
6 |
1442 |
328 |
405 |
66 |
29,4 |
0,62 |
0,75 |
2 |
7 |
960 |
389 |
394 |
84 |
22,8 |
0,53 |
0,68 |
2 |
8 |
265 |
82 |
112 |
24 |
6,2 |
0,65 |
0,72 |
2 |
9 |
247 |
86 |
127 |
18 |
5,5 |
0,42 |
0,58 |
2 |
|
|
Таблица 4.2 |
|
Таблица варьируемых параметров |
|||
|
|
|
|
Предпоследняя |
Наименование |
Пределы варьирования |
|
в долях от значения, взятого |
|||
цифра шифра |
варьируемого фактора |
||
из таблицы исходных данных |
|||
0 |
pм1 |
0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 |
|
1 |
pст |
0,5; 0,75; 1,0; 1,15; 1,5 |
|
2 |
pм2 |
0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0 |
|
3 |
kд |
0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 |
|
4 |
λт1 |
0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 |
|
5 |
pм2 |
0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0 |
|
6 |
kд |
0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 |
|
7 |
λт1 |
0,6; 0,8; 1,0; 1,5; 1,4 |
|
8 |
pм1 |
0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 |
|
9 |
pст |
0,5; 0,75; 1,0; 1,15; 1,5 |
|
Требуется:
1)определить влияние различных факторов на среднее превышение температуры обмотки статора;
2)построить график изменения среднего превышения температуры обмотки статора в зависимости от влияющего фактора.
43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Бухгольц Ю.Г. Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин. – Ч. 1. Вентиляционные расчеты: метод. указания / Ю.Г. Бухгольц, З.С. Темлякова, В.А. Тюков. – Новосибирск: НГТУ, 1997. – 40 с.
2.Бухгольц Ю.Г. Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин. – Ч. 2. Тепловые расчеты: метод. указания / Ю.Г. Бухгольц, З.С. Темлякова, В.А. Тюков. – Новосибирск: НГТУ, 2000. – 28 с.
3.Бухгольц Ю.Г. Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике: учеб. пособие / Ю.Г. Бухгольц, В.А. Тюков, Т.В. Честюнина. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. – 196 с.
4.Тюков В.А. Теплопередача, вентиляционные и тепловые расчеты в электромеханике: учебн. пособие / В.А. Тюков, Т.В. Честюнина, Ю.Г. Бухгольц. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2013. – 248 с.
5.Чередниченко В.С. Теплопередача: учебное пособие для вузов: в 2 ч. Ч. 1. Основы теории теплопередачи / В.С. Чередниченко, В.А. Синицин, А.И. Алиферов, В.А. Тюков и др.; под ред. В.С. Чередниченко. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. – 232 с. (серия «Учебники НГТУ»).
6.Чередниченко В.С. Теплопередача: учеб. пособие для вузов: в 2 ч. Ч. 2. Упражнения и задачи / В.С. Чередниченко, В.А. Синицин, А.И. Алиферов, В.А. Тюков и др.; под ред. В.С. Чередниченко. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. – 379 с. (серия «Учебники НГТУ»).
7.Справочник по электрическим машинам: в 2 т. Т. 1 / под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 456 с.
8.Электротехнологические установки и системы. Теплопередача в электротехнологии. Упражнения и задачи: учеб. пособие / В.С. Чередниченко, А.И. Алиферов, В.А. Синицын, В.А. Тюков, Ю.И. Шаров ; под ред. В.С. Чередниченко, А.И. Алиферова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. – 570 с.
44
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Глава 1. Необходимые сведения из теории теплопередачи........................... |
3 |
1.1. Основные характеристики температурного поля........................................ |
3 |
1.2. Теплоемкость и виды теплопередачи........................................................... |
4 |
1.3. Градиент температуры и тепловой поток.................................................... |
5 |
1.4. Закон Фурье и уравнение теплопроводности.............................................. |
5 |
1.5. Начальные и граничные условия.................................................................. |
6 |
1.6. Динамический баланс энергии ..................................................................... |
8 |
1.7. Теплофизические свойства материалов...................................................... |
8 |
1.8. Источники теплоты – потери........................................................................ |
9 |
Глава 2. Вентиляционные расчеты.................................................................. |
11 |
2.1. Аэродинамические сопротивления ............................................................ |
12 |
2.2. Требуемый расход охлаждающей среды................................................... |
13 |
2.3. Необходимый напор.................................................................................... |
14 |
2.4. Нагнетательные элементы........................................................................... |
14 |
2.5. Примеры вентиляционных расчетов.......................................................... |
15 |
Глава 3. Тепловые расчеты ............................................................................... |
22 |
3.1. Схемы теплопередачи.................................................................................. |
22 |
3.2. Схемы замещения........................................................................................ |
24 |
3.3. Тепловые (термические) сопротивления................................................... |
25 |
3.4. Примеры расчета тепловых (термических) сопротивлений..................... |
26 |
3.5. Определение перегревов активных частей................................................ |
36 |
45 |
|
Глава 4. Оценка теплового состояния электрической машины................. |
39 |
4.1. Метод тепловых параметров....................................................................... |
39 |
4.2. Определение тепловых параметров ........................................................... |
41 |
4.3. Применение метода тепловых параметров................................................ |
42 |
Список использованных источников................................................................... |
44 |
46
Тюков Валентин Андреевич Честюнина Татьяна Викторовна
ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН В ПРИМЕРАХ И ЗАДАЧАХ
Учебно-методическое пособие
Редактор А.Ю. Кроних Выпускающий редактор И.П. Брованова
Корректор И.Е. Семенова
Дизайн обложки А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Л.А. Веселовская
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)
___________________________________________________________________________________
Подписано в печать 12.12.2016. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Уч.-изд. л. 2,79. Печ. л. 3,0. Изд. № 178. Заказ № Цена договорная
___________________________________________________________________________________
Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
47