Охлаждение электрических машин

Из уравнения теплового баланса

Qdt = Gcdτ + Sλτdt

следует, что теплота, выделяемая в электрической машине, лишь частично затрачивается на её нагревание (Gcdτ), а частично (Sλτdt) рассеивается с поверхности машины, главным образом путём конвекции – переносом потоками воздуха.

По способу охлаждения электрические машины разделяют на два вида:

1). Машины с естественным охлаждением – не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины, т. е. охлаждаются в основном естественным путём за счёт теплопроводности (передачи тепла внутри твёрдого тела) и конвекции (движение нагретых частиц воздуха вверх, уступая своё место менее нагретым). Естественное охлаждение применяют либо в открытых машинах большой мощности, либо в закрытых машинах небольшой мощности, работа которых не сопровождается значительным нагревом.

2). Машины с искусственным охлаждением – имеют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий движение в машине газа, охлаждающего нагретые части машины. Значительную группу этих машин составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор закреплён на валу машины; в процессе работы он «прогоняет» охлаждающий воздух через машину. Самовентиляция может быть наружной (обдувается внешняя поверхность статора) и внутренней (обдуваются внутренние части машины через специальные отверстия в статоре и подшипниковых щитах).

В электрических машинах, работающих с повышенными электродинамическими нагрузками, самовентиляция становится малоэффективной. Поэтому в таких машинах применяют независимую вентиляцию от специальных вентиляторов, имеющих собственный привод. Независимую вентиляцию применяют для мощных тяговых двигателей и генераторов, а также для электрических машин, работающих во взрывоопасной или химически активной среде. Система независимой вентиляции может быть разомкнутой (вентилятор нагнетает воздух в машину из атмосферы и затем выбрасывает его наружу) и замкнутой (вентилятор нагнетает хладагент в машину из замкнутой системы – трубопровода и охладителя). В качестве хладагента применяют воздух, водород, воду и т. д.

В гигантских электрических машинах (мощностью 6000 кВт и более) применяют замкнутую систему вентиляции, используя в качестве хладагента водород. Водородное охлаждение имеет ряд преимуществ:

- способствует снижению потерь на вентиляцию т. к водород в десять раз легче воздуха;

- водород не поддерживает горение, что снижает опасность возгорания;

- имея в (6÷7) раз большую, чем воздух теплопроводность, водород интенсивнее охлаждает машину;

- водородное охлаждение увеличивает срок службы изоляции т. к. препятствует образованию нитратов, разъедающих органические составляющие изоляционных материалов.