Теплоотдача и теплопередача

Глава 5

ТЕПЛОВОЙ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТЫ

Общие положения

После выполнения электромагнитных расчетов машины необходимо провести тепловой расчет для определения ожидаемого установившегося превышения температуры обмоток и коллектора (у машины постоянного тока) при продолжительном режиме работы (S 1).

Распределение температуры в обмотках электрических машин не равномерно, а измерение методом сопротивления или термометра не дает возможность определить температуру в наиболее горячей точке обмотки. Поэтому пределы температуры в обмотках, допускаемые по ГОСТ 183, ниже регламентированных на изоляционные материалы*:

Класс нагревостойкости изоляции	B	F	H
Предельно допускаемые температуры, 0С изоляционных материалов обмоток машин (ГОСТ 183)
Предельно допускаемые превышения температуры обмоток машин, оС

*Допускаемые превышения температуры обмоток указаны при температуре охлаждающей среды 40 ⁰С и при измерении методом сопротивления.

Для однорядных обмоток возбуждения с неизолированными поверхностями допускаемые температуры и превышения температуры на 10 ⁰С выше.

Для коллекторов и контактных колец предельно допускаемые превышения температуры при измерении методом термометра составляют для класса нагревостойкости изоляции В - 80 ⁰С, для класса F – 90 ⁰C и для класса H – 100 ⁰С.

Тепловой расчет обмоток производят, исходя из наиболее неблагоприятных условий, для чего потери на обмотках рассчитывают, исходя из сопротивлений обмоток, приведенных к максимально допускаемой температуре при выбранном классе нагревостойкости изоляции (за исключением обмоток возбуждения машин постоянного и переменного тока). Для этого сопротивления обмоток, рассчитанные для температуры 20 °С, умножают на коэффициент m'_Т:

Класс нагревостойкости изоляции	В	F	Н
Значение коэффициента m'Т	1+ 0,004(120 -20) = 1,4	1+ 0,004 (140 -20) = 1,48	1+ 0,004(165 -20) = 1,58

Теплоотдача и теплопередача

Возникающие в машине потери выделяются в виде теплоты и передаются охлаждающей среде (воздух, масло, вода, водород, гелий и т. п.) через поверхность отдельных частей непосредственно или через другие граничащие с ними части машин. В машинах общего назначения, проектирование которых рассматривается в данной книге, охлаждающей средой является воздух.

Передаваемый через поверхность тепловой поток (Вт)

(5-1)

где — коэффициент теплоотдачи поверхности, Вт/(мм² · град); — превышение температуры поверхности над температурой охлаждающего воздуха, °С; S_П — площадь поверхности охлаждения, мм².

По аналогии с электрической цепью представим (5-1) в виде

(5-2)

где .

Здесь падению напряжения соответствует превышение (перепад) температуры , току - потери (тепловой поток) , сопротивлению электрической цепи - тепловое сопротивление .

По пути к охлаждаемой поверхности тепловой поток встречает дополнительное тепловое сопротивление в изоляции и в металлах. При тепловом расчете учитывают только тепловое сопротивление изоляционных материалов, обладающих малым коэффициентом теплопроводности; тепловым сопротивлением металлов (медь, сталь, чугун) пренебрегают ввиду их высокой теплопроводности. Тепловой поток (Вт), протекающий через изоляцию,

, (5-3)

где - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(мм · град); - перепад температуры в изоляции, ⁰С; - площадь односторонней поверхности изоляции, мм², - толщина изоляции, мм.

Уравнение (5-3) представим в следующем виде:

(5-4)

где .

Потери в машине, передаваемые охлаждаемому воздуху внутри машины, подогревают проточный воздух в защищенной машине или воздух в замкнутом объеме в закрытой машине.

Тепловой поток (Вт), передаваемый воздуху внутри машины,

, (5-5)

где - коэффициент подогрева воздуха, Вт/ (мм² · град); - среднее превышение температуры воздуха внутри машины, °С; - условная поверхность охлаждения машины, мм².

Уравнение (5-5) представим в следующем виде:

. (5-6)

У закрытых машин все потери (кроме потерь в наружном вентиляторе) передаются изнутри машины наружному охлаждающему воздуху. При этом тепловое сопротивление должно включать в себя тепловое сопротивление поверхности машины наружному охлаждающему воздуху.