Определение превышения температуры катушек полюсов

Предопределение превышения температуры катушек полюсов тяговых двигателей — задача сложная и решение ее не является точным. Обусловлено это тем, что, с одной стороны, теплопроводность технических изоляций катушек не является величиной достаточно строго определенной из-за пустот в ней, не заполненных лаком или компаундом, а также из-за отставания покровных слоев катушек, а с другой, потому, что рассеяние тепла с поверхности оценивается из-за сложности физического процесса относительно упрощенно.

Отвод тепла от отдельных поверхностей катушек различен. Стороны катушек 1, 3 и 4, изображенных на рис. 5.2, а, 6, в, соприкасающиеся с тем или иным металлическим элементом машины, находятся в одних условиях, а поверхности 2, соприкасающиеся с воздухом, — в других.

Рисунок 5.2.

Опыт учит, что отвод тепла с этих последних приблизительно в о раз меньше чем с первых. Это особенно относится к конструкциям катушек (рис. 5.2, б и в), у которых эта сторона особенно мало монолитна из-за выступания межвитковой изоляции.

В расчетах значения теплопроводности принимают одинаковыми для 3 и 4 сторон катушки, а то, что у сторон 1 и 2 она меньше, заменяют соответствующим уменьшением теплопроводящей площади этих сторон. Практически это осуществляют тем, что действительный периметр катушки

р = а₁ + а₂ + а₃ а₄ (5.6)

заменяют расчетным периметром

р'==k₁∙а₁ + k₂∙а₂ + k₃∙а₃ + k₄∙а₄. (5.7)

где а₁, а₂, а₃, а₄ – периметры сторон катушки, см,

k₁, k₂, k₃, k₄ – коэффициенты уменьшения термической проводимости сторон катушки.

Катушка добавочного полюса, являясь продолжением копенсационной обмотки, наматывается вокруг сердечника на широкое ребро. Сверху по поверхности 1 катушка удерживается пластмассовым угольником, здесь может иметь место выступание межвитковой изоляции и здесь коэффициент уменьшения термической проводимости принимаем k₁ = 0,2; по поверхности обдуваемой воздухом, k₂ = 0,5; поверхностью 3 катушка опирается в отличие от поверхности 1 на латунные угольники и плотно к ним прижата, поэтому принимаем k₃ = 1,0; всей поверхностью 4 катушка прилегает к стальному сердечнику, здесь k₄ = 1,0.

Превышение температуры меди обмотки катушки добавочного полюса над средним превышением температуры охлаждающего воздуха, ^оС:

(5.8)

где ΔР_мд – потери в меди катушек добавочных полюсов;

l_ср – средняя длина витка катушки добавочного полюса.

а над температурой окружающего воздуха:

(5.9)

где θ_возд – среднее превышение температуры вентилирующего воздуха определяемое по данным рис. 5.3 в зависимости от расхода воздуха Q, м³/мин, приходящегося на 1 кВт общих потерь в машине .

Рисунок 5.3

Из выражений (5.8) и (5.9) следует, что:

(5.10)

где І_а- – постоянная составляющая продолжительного тока катушки;

І_а~ - амплитуда переменной составляющей тока катушки;

ω_д – число витков катушки;

qд – сечение проводника обмотки добавочных полюсов;

t_r – коэффициент увеличения сопротивления меди при ожидаемой температуре t_H по отношению к сопротивлению при 20° С.

Амплитуда переменной составляющей тока катушки определяется из следующего выражения:

І_а~=k_i∙ І_а-,

где k_i – коэффициент, учитывающий переменную составляющую тока.

Коэффициент t_r определяется из следующего соотношения:

t_r= 1 + α_t (t_H—20°) = 1 + 0,004 (t_H-20°), (5.11)

где α_t = 0,004 — температурный коэффициент сопротивления меди.

Коэффициент t_r может быть представлен и в несколько ином виде. Принимая температуру окружающего воздуха +25° С, температуру меди свяжем с превышением температуры над окружающим воздухом выражением t_H = θ_М + 25°, после чего выражению (5.11) придают вид

t_г=1 + α_t[θ_д + (25^о-20^о)]= 1 + 0,004(θ_д + 5°). (5.12)

Трудность определения превышения температуры θ_д в том, что в выражении (5.9) слагаемое θ′_д, входящее в величину θ_д,зависит от потерь в меди, которые сами зависят от температуры меди [сомножитель t_r в выражении (5.10)].

Решение приходится выполнять методом подбора, сопоставляя выражения (5.11) и (5.10). Задавшись ожидаемым значением θ_д по (5.11), находят t_г, затем, подставив его в (5.10), смотрят, получается ли тождество. Если 0_д отличается от принятого, как ожидаемого значения, расчет повторяют, добиваясь правильного решения.

Приведенный расчет не отличается точностью. В заводской практике может быть использован более точный, но, в то же время, более сложный, способ определения превышения температуры катушек проектируемого двигателя пересчетом по прототипам машин методом относительных единиц.

Вихідні дані:

Группа	Варіант	wд	Іа-, А	ki	Q, м3/мин	Da, м	Di, м	Q/ΣΔP∞, м3/(мин∙кВт)	а1, мм	а2, мм	а3, мм	а4, мм
1 группа	1	4	1080	0,25	130	0,74	0,37	1,72	22	31	22	31
	2	5	1200	0,25	140	0,8	0,4	2	24	35	24	35
	3	4,5	1100	0,25	135	0,7	0,35	2,5	23	30	23	30
	4	5	1070	0,25	145	0,72	0,36	3	22	30	22	30
	5	4	1060	0,25	160	0,76	0,38	2,1	21	35	21	35
	6	5	1080	0,25	150	0,78	0,39	1,5	20	31	20	31
	7	4	1215	0,25	170	0,75	0,375	1,8	23	31	23	31
	8	4	1100	0,25	175	0,79	0,395	2,2	24	31	24	31
	9	5	1070	0,25	120	0,82	0,41	1,6	22	35	22	35
	10	4	1060	0,25	125	0,81	0,405	1,5	19	30	19	30
	11	5	1084	0,25	132	0,74	0,37	3	27	38	27	38
	12	4,5	1200	0,25	142	0,8	0,4	1,72	27	36	27	36
	13	5	1100	0,25	152	0,7	0,35	2	22	31	22	31
	14	4	1070	0,25	180	0,72	0,36	2,5	24	35	24	35
	15	5	1060	0,25	130	0,76	0,38	3	23	30	23	30
	16	4	1080	0,25	130	0,78	0,39	2,1	22	30	22	30
	17	4	1200	0,25	130	0,75	0,375	1,5	21	35	21	35
	18	5	1113	0,25	140	0,79	0,395	1,8	20	31	20	31
	19	4	1070	0,25	135	0,82	0,41	2,2	23	31	23	31
	20	5	1060	0,25	145	0,81	0,405	1,6	24	31	24	31
	21	4,5	1080	0,25	160	0,74	0,37	1,5	22	35	22	35
	22	5	1200	0,25	150	0,8	0,4	3	19	30	19	30
	23	4	1100	0,25	170	0,7	0,35	1,72	27	38	27	38
	24	5	1070	0,25	175	0,72	0,36	2	27	36	27	36
	25	4	1068	0,25	120	0,76	0,38	2,5	22	31	22	31
2 группа	1	4	1080	0,25	125	0,78	0,39	3	24	35	24	35
	2	5	1215	0,25	132	0,75	0,375	2,1	23	30	23	30
	3	4	1100	0,25	142	0,79	0,395	1,5	22	30	22	30
	4	5	1075	0,25	152	0,82	0,41	1,8	21	35	21	35
	5	4,5	1060	0,25	180	0,81	0,405	2,2	20	31	20	31
	6	5	1080	0,25	130	0,74	0,37	1,6	23	31	23	31
	7	4	1200	0,25	130	0,8	0,4	1,5	24	31	24	31
	8	5	1100	0,25	130	0,7	0,35	3	22	35	22	35
	9	4	1070	0,25	140	0,72	0,36	1,72	19	30	19	30
	10	4	1060	0,25	135	0,76	0,38	2	27	38	27	38
	11	5	1080	0,25	145	0,78	0,39	2,5	27	36	27	36
	12	5	1200	0,25	160	0,75	0,375	3	22	31	22	31
	13	4	1100	0,25	150	0,79	0,395	2,1	24	35	24	35
	14	5	1070	0,25	170	0,82	0,41	1,5	23	30	23	30
	15	4	1060	0,25	175	0,81	0,405	1,8	22	30	22	30
	16	4	1080	0,25	120	0,74	0,37	2,2	21	35	21	35
	17	5	1200	0,25	125	0,8	0,4	1,6	20	31	20	31
	18	4	1100	0,25	132	0,7	0,35	1,5	23	31	23	31
	19	5	1070	0,25	142	0,72	0,36	3	24	31	24	31
	20	4,5	1060	0,25	152	0,76	0,38	1,5	22	35	22	35
	21	5	1080	0,25	180	0,78	0,39	1,8	19	30	19	30
	22	4	1200	0,25	130	0,75	0,375	2,2	27	38	27	38
	23	5	1100	0,25	120	0,79	0,395	1,6	27	36	27	36
	24	4,5	1070	0,25	125	0,82	0,41	1,5	22	31	22	31
	25	5	1060	0,25	132	0,81	0,405	3	24	35	24	35

Добавочные полюсы собраны из меди сечением q_д=140,14 мм², использована межвитковая изоляция – полиамидная пленка толщиной 0,05 мм, 0,05X3; корпусная изоляция — лента полиамидная толщиной 0,05 мм, четыре слоя вполуперекрышу 0,05X2X2X4; покровная изоляция — стеклолента толщиной 0,1 мм, один слой встык 0,1Х2Х1.