- •Электрических машин
- •7.1. Общие вопросы теплоотдачи в электрических машинах
- •7.2. Теплообмен в электрических машинах
- •7.3. Неустановившийся режим нагревания однородного тела
- •7.4. Стационарная теплопроводность
- •Электрических машин
- •7.5. Метод эквивалентных тепловых схем замещения
- •7.6. Вентиляционный расчет электрических машин
- •7.7. Расчет вентиляторов
7.2. Теплообмен в электрических машинах
Теплообмен в электрических машинах происходит путем теплопроводности, конвективного теплообмена и излучения.
Количество тепла , передаваемое за единицу времени через произвольную изотермическую поверхность , прямо пропорционально температурному градиентув направлении теплового потока:
, (7.4)
где — плотность теплового потока, Вт/м2; — теплопроводность материала тела; знак минус показывает, что тепловой поток распространяется в направлении уменьшения температуры, т. е. от точки тела с большей температурой к точке, имеющей меньшую температуру.
При одномерном распространении тепла, например, в направлении оси имеем
. (7.5)
Теплопроводность характеризует способность вещества проводитьтепло, определяется физическим свойством вещества и зависит от его состава, температуры и давления (для газообразных веществ). Наиболее достоверные значения теплопроводности получают экспериментальным путем.
В табл. 7.2 приведены значения теплопроводности различных материалов, применяемых в электромашиностроении.
Таблица 7.2. Значения теплопроводности материалов
Материал |
Вт/(м· о C) |
Медь |
380…395 |
Алюминий |
198…220 |
Серебро |
420 |
Сталь листовая электротехническая марок: |
|
1211, 1212, 1213 |
35…37 |
1311, 1411, 1412, 1413 |
19…24 |
1511, 1512, 1513 |
15…18 |
Сталь листовая электротехническая, шихтованная поперек пакетов: |
|
лист 0,5 мм, покрытие лаком |
3,1 |
сталь 1521 0,35 мм, пропитка компаундом ЭК-1М |
1,9 |
Дюралюминий |
128 |
Сплавы алюминия (АК3, АК4, АКМ2-1) |
147…159 |
Сталь (марки 08, 10, 20, 35, 45) |
48…64 |
Стеклополотно |
0,17…0,18 |
Стеклолакоткань |
0,18…0,21 |
Слюда (флогонит) |
0,51 |
Миканит ГФС |
0,21…0,41 |
Пленка ПЭТФ: |
|
лумиррор |
0,11 |
мелинекс |
0,13 |
терфан |
0,17 |
лавсан |
0,21 |
Пленка полиимид |
0,27 |
Пленка фторопласт 3/4 |
0,10/0,22 |
Пленка экскапон |
0,20 |
Стеклослюдинит (ФС25К-40/ГС25КН) |
0,12/0,24 |
Стеклотекстолит |
0,33…0,43 |
Текстолит |
0,17..0,22 |
Электронит |
0,12…0,18 |
Изоляция пазовая обмоток якоря машин постоянного тока и роторов машин переменного тока: |
|
классы А, Е |
0,10 |
классы В, F, H |
0.16 |
То же статорных обмоток асинхронных машин: |
|
классы А, В, Е |
0,10 |
классы В (компаундированная), F, H |
0,16 |
Изоляция монолит-2 различного состава |
0,19…0,32 |
Воздух при = 101 кПа,= 40о C |
0,0266 |
Используя законы Фурье и сохранения энергии, можно привести уравнение теплового состояния (7.1) к дифференциальному уравнению теплопроводности, которое связывает временные и пространственные изменения температуры рассматриваемого элемента машины:
, (7.6)
где — плотность окружающей среды, кг/м3; с — удельная теплоемкость элемента электрической машины, Дж/(кг· ° С); — мощность внутренних источников тепла, представляющая собой количество теплоты, выделяемое в единице объема элемента машины за единицу времени.
Уравнение (7.6) можно использовать для анализа нагревания; тела в стационарных и нестационарных режимах.
Теплообмен между поверхностью твердого тела и жидкой (газообразной) средой, конвективный теплообмен описывается экспериментальным законом Ньютона—Рихмана, связывающим плотность теплового потока на поверхности с температурами поверхностии среды:
. (7.7)
Соответственно перепад температуры между поверхностью охлаждающей средой составит
, (7.8)
где — коэффициент теплоотдачи поверхности, Вт/(м2· ° С), характеризующий интенсивность теплообмена [16, 17].
Теплообмен путем излучения для электрических машин, работающих в обычных условиях, не учитывается из-за небольшой его доли в общем процессе теплообмена. Отвод тепла путем излучения становится основным при работе машин в вакууме.
Испарительное охлаждение в машинах общепромышленного применения практически не используется.