Способы охлаждения электрических машин

Цель работы: изучить способы охлаждения электрических машин.

Преобразование энергии в электрической машине всегда связано с потерями. При этом все виды потерь в конечном итоге преобразуются в теплоту, которая вызывает нагревание машины. Номинальная мощность машины при ее заданных размерах и условиях работы ограничивается превышением температуры ее частей, которое не должно быть больше допустимых значений.

Температура частей электрической машины существенно зависит от эффективности их охлаждения: чем интенсивнее отвод теплоты, тем ниже их температура, а, следовательно, тем выше номинальная мощность машины. Наибольшее применение в электрических машинах общего назначения получили два способа охлаждения - естественное и искусственное.

Машины с естественным охлаждением не имеют вентиляторов или каких-либо других специальных устройств для охлаждения машины или ее отдельных частей. Циркуляция воздуха внутри такой машины создается вследствие вентилирующего действия вращающихся частей машины и явления конвекции (перенос теплоты потоками воздуха внутри машины).

Машины с искусственным охлаждением снабжены специальными устройствами - вентиляторами, создающими движение газа (воздуха или водорода), который, соприкасаясь с нагретыми частями машины, отбирает от них теплоту, то есть охлаждает их.

Значительную группу электрических машин составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор расположен на валу либо предусмотрены лопатки на вращающихся частях машины. Самовентиляция может быть наружной и внутренней.

При наружной самовентиляции (способ охлаждения IC0141) обдувается внешняя ребристая поверхность машины (рисунок 29.1,а). Машину в этом

а)

б)

в)

а – самовентиляция наружная;

б и в – самовентиляция внутренняя

Рисунок 29.1 – Система вентиляции электрических машин

выполняют закрытой (исполнение IP44), то есть в ее корпусе не делают каких - либо специальных отверстий для сообщения внутренней полости машины с внешней средой.

При внутренней самовентиляции (способ охлаждения IC01) в корпусе и подшипниковых щитах машины имеются специальные отверстия (исполнения IP22 и IP23). через которые хладагент проникает внутрь машины, охлаждает ее. а затем выбрасывается наружу (рисунок 29.1,б и в).

В зависимости от направления движения охлаждающих потоков газа внутри машины различают вентиляцию радиальную и аксиальную.

При радиальной вентиляции (рисунок 29.2,а) преобладает радиальное

а)

б)

1- статор; 2 – ротор

Рисунок 29.2 – Радиальная (а) и аксиальная (б) системы вентиляции

направление движения охлаждающего газа внутри машины (перпендикулярно оси вращения машины), а при аксиальной вентиляции - аксиальное (вдоль оси вращения машины) (рисунок 29.2,б).

Для повышения эффективности охлаждения в некоторых электрических машинах предусматривают вентиляционные канты для прохода охлаждающего газа. При радиальной вентиляции сердечники статора и ротора подразделяются на несколько пакетов (рисунок 29.3,а), в промежутки между которыми к крайним листам пакетов приваривают распорки, называемые ветреницами. При вращении ротора ветреницы создают движение потоков охлаждающего газа через вентиляционные каналы.

Радиальная вентиляция обеспечивает равномерное охлаждение машины. Однако выполнение радиальных вентиляционных каналов усложняет конструкцию машины и ведет к увеличению ее габаритов и стоимости. При аксиальной вентиляции в машине предусматривают аксиальные вентиляционные каналы (рисунок 29.3.2,б).

Конструктивно выполнение аксиальных вентиляционных каналов проще, чем радиальных. Однако аксиальная вентиляция не обеспечивает равномерного охлаждения машины, так как охлаждающий газ, продвигаясь вдоль машины, постепенно нагревается.

Иногда в машине применяют радиально-аксиальную вентиляцию (рисунок 29.1,а).

В машинах средней и большой мощности применяют независимую (принудительную) систему вентиляции (рисунок 29. 3,а и б), когда охлаждающий газ подается в машину специальным вентилятором собственным электроприводом (способы охлаждения IC05 и IC37).

Система вентиляции может быть разомкнутой, когда газ (воздух) нагнетается в машину, а затем выбрасывается наружу (рис. 3,а), и замкнутой, когда в герметически закрытой машине циркулирует постоянный объем газа (воздуха или водорода), охлаждаемого в специальном охладителе (рис. 3,6). Замкнутую систему вентиляции обычно применяют в машинах большой мощности.

а)

б)

а – независимая разомкнутая самовентиляция; б – независимая замкнутая вентиляция;

1 – охлаждаемая машина; 2 – двигатель вентилятора; 3 – трубопровод; 4 – охладитель

Рисунок 29.3 – Система вентиляции электрических машин

Как при аксиальной самовентиляции, так и при независимой вентиляции от направления, в каюром проходит газ в машине по отношению к вентилятору различают вентиляцию нагнетательную (рисунок 29.4,а) и вытяжную (рисунок 29.4,б).

а)

б)

а – нагнетательная система вентиляции;

б – вытяжная система вентиляции

Рисунок 29.4 – Системы вентиляции электрических машин

При нагнетательной вентиляции воздух сначала попадает на вентилятор, а затем проходит по вентиляционным каналам машины и выбрасывается наружу. Вследствие трения о лопатки вентилятора происходит подогрев воздуха, поступающего внутрь машины, примерно на 3 - 8 °С. Для компенсации этого подогрева необходимо увеличить на 15-20 % расход воздуха.

При вытяжной вентиляции в машину поступает воздух, имеющий температуру охлаждающей среды. Поэтому предпочтение следует отдавать вытяжной вентиляции.