7 Тепловой расчет машины

В тепловом расчете рассматривают превышение температуры деталей конструкции _I над температурой окружающего воздуха, которая меняется за время суток и сезонов. Температуру детали можно найти как сумму превышения _I и температуры окружающего воздуха t₀: _i + t₀=t_i. Номинальные данные машины должны соответствовать заданному режиму работы при температуре t₀=115. Предельно допустимые превышения температуры отдельных деталей _i установлены ГОСТ. Для асинхронного двигателя проводим расчет температуры проводников обмотки статора и ротора, сердечников статора и ротора.

7.1 Перепад температуры по толщине изоляции обмотки статора

Принимаем линейный закон изменения температуры по толщине изоляции обмотки статора: _и=С₁*X+С₂[°C]. В этом случае тепловой поток от обмотки статора через пазовую изоляцию толщиной б_н соответствует закону Фурье:

Q_п=_п*(₁-_с1)S_п/б_н [Вт], где _п – коэффициент теплопроводности материала пазовой изоляции, Вт/м; S_п=(в₁+в₂+2h₁)*l₁[м²]- площадь поверхности паза статора, через которую тепловой поток Q_п переходит к более холодному сердечнику статора; б_н- толщина изоляции в пазу, м; (₁-_с1)- разница температур обмотки и сердечника статора, перепад температуры ₁, [°C]. Для рассматриваемого двигателя: Q_п=Р/Z₁= [Вт]; в₁=3 [мм]; в₂=0,7 [мм] –этот размер из периметра паза исключаем, так как в сторону клина тепловой поток не идет (тепловое сопротивление высоко ); h₁=40 [мм];

S_п= [м²];

тогда ₁=Р_э1*б_н/_п*S_п*Z₁=135,22*0,012/0,16*0,0107*90=10,5[°C];

7.2 Превышение температуры сердечника и обмотки статора

Тепловой поток отводится от сердечника статора охлаждающим машину воздухом со стороны воздушного зазора. Некоторая часть тепла отводится с наружной поверхности корпуса за счет естественной конвекции. Тепловое влияние статора на ротор и наоборот считаем не существенным. Теплоотдача с внутренней поверхности статора к охлаждающему воздуху в воздушном зазоре машины происходит в соответствии с законом Ньтона-Рихмана: Q₁= ₁(_с1-₀)* S₁[Вт], где

Q₁=(Р_с1+Р_п1+Р_пу1+Р_э1)=174,5+1,785+261,02+792=1229,3 [Вт]

- потери мощности в обмотке и сердечнике статора; ₁ - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности статора к охлаждающему воздуху, [Вт/м]; _с1 - превышение температуры сердечника статора; ₀ - среднее превышение температуры охлаждающего машину воздуха над окружающей средой; S₁ - площадь теплоотдающей поверхности статора [м²].

Для проектирования машины Q₁=1229,3 [Вт]; среднее превышение температуры охлаждающего воздуха принято в вентиляционном расчете: ₀=0; ₁= 140 [Вт/м]; ₂=6,5 [м/с]-из вентиляционного расчета;

S_C1=*d₁*l₁+2*(D₁²/4-d₁²/4) [м²]- площадь теплоотдающей поверхности статора,

S_K=D₁*l₁*K_n учитывающая внутреннюю поверхность, торцевую с обеих сторон и наружную оребренную (K_n0 - коэффициент увеличения поверхности за счет оребрения);

[м²].

[м²].

Коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности корпуса в окружающую неподвижную среду - _н=20 [Вт/м], площадь наружной поверхности –

S_C1=0,139 [мм²]. При ₁=120 [Вт/м] теплоотдача идет с поверхности

S_K=0,116 [м²]. Тогда:

(_с1-₀)=Q₁/(_н*S_н+₁*S₁)= [°C].

Превышение температуры сердечника статора: _с1=(_с1-₀)=64,7[°C].

Превышение температуры обмотки статора ₁ находим, учитывая перепад температуры  ₁ между проводниками обмотки и сердечником статора:

_1­=_с1+₁=64,7+20=79,7[°C]. Учет приобретения наружной поверхности несколько снизит превышения температуры обмотки и сердечника статора, полученные расчетом.