Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Механика

Расчет теплового режима электрической машины  Просмотрен 1200

При электромеханическом преобразовании часть потребляемой энергии всегда переходит в тепловую. Разница между потребляемой и отдаваемой энергией определяется потерями в электрической машине. Потери и характер их распределения в объеме машины формируют ее тепловое поле. Наиболее уязвимыми с точки зрения перегрева являются обмотки, вернее изоляция обмоток (изоляция проводников и пазовая).

Стандарты на электрические машины предусматривают оценку их теплового состояния по превышению температуры обмотки над температурой окружающей среды. В частности, превышение температуры обмоток асинхронных двигателей допускается до 90°С для класса изоляции B, 155°С –для класса F.

Непосредственный расчет теплового режима электрической машины представляет собой сложную многофакторную задачу. В практических применениях вводится ряд допущений, среди которых одним из основных является представление машины сплошным однородным телом с равномерно распределенными внутри него источниками тепла, обладающим бесконечно большой теплопроводностью. Также имеются следующие допущения: теплопередача пропорциональна первой степени разности температуры двигателя и охлаждающей среды, то есть превышению температуры; температура охлаждающей среды неизменна в процессе эксперимента; тепловые потери, теплоемкость и коэффициент теплоотдачи не зависят от температуры двигателя. В этом случае тепловое состояние машины может быть описано уравнением:

(30)

где t0 и tуст - соответственно начальное и установившееся превышения температуры, °С;

Tн - постоянная времени нагревания, с.

Постоянная времени характеризует длительность протекания процесса нагревания (охлаждения) и равна времени, в течение которого температура тела увеличилась (уменьшилась) в e раз по сравнении с начальным значением.

При нагреве машины из холодного состояния (т.е. температура машины равна температуре окружающей среды и, следовательно, t0 = 0) уравнение (30) приобретает вид:

(31)

Уравнение (30) справедливо и для процесса охлаждения, в этом случае t0 > tуст.

В частности, при отключении машины от сети выделение тепла в ней прекратится и охлаждение будет продолжаться до tуст= 0, этот процесс описывается уравнением:

(32)

где Tох - постоянная времени охлаждения, c.

Обычно Tох > Tн и зависит от условий охлаждения, например, чем больше время выбега машины до полной остановки, тем меньше Tохза счет самовентиляции, при принудительном охлаждении Tохменьше, чем при самовентиляции.

В приведенных выше уравнениях фигурируют постоянные времени нагревания или охлаждения, трудно поддающиеся аналитическому расчету. Обычно они находятся по результатам тепловых испытаний.

Отметим, что экспоненциальный характер изменения превышения температуры машины может иметь место только при указанных допущениях. В реальных условиях, что подтверждают экспериментальные данные, характер нагревания отличается от теоретического. Такое различие объясняется различным характером нагревания меди обмоток и стали статора. Экспериментальные исследования показывают, что в начале приложения нагрузки к двигателю медь обмоток нагревается быстрее стали статора, но после некоторого времени медь и сталь нагреваются как однородное тело и действительный характер нагревания приближается к экспоненциальному.

6.1.1 Способы определения постоянной времени нагревания и
установившегося превышения температуры

Первый способ. Строится экспериментальная кривая нагревания (рис. 15). К полученной кривой проводится касательная в начальной точке A. Отрезок АВ, отсекаемый касательной к кривой нагревания на асимптоте tуст, дает постоянную времени в масштабе оси абсцисс. Данный способ весьма приблизителен и требует знания установившегося перегрева.

Рис. 15. Первый способ определения постоянной времени Рис. 16. Второй способ определения постоянной времени

 

Второй способ. На экспериментальной кривой (рис. 16) выделяется некоторый участок ab в верхней части. В точках a и b проводятся касательные к кривой нагревания и находятся tga1 и tga2 либо путем измерения углов a1 и a2, либо из соотношения катетов прямоугольных треугольников (D apq, D bp'q'). В любом приемлемом масштабе mtg на прямых параллельных оси абсцисс и проходящих через точки a и b откладываются найденные значения тангенсов в виде отрезков fc и mn:

(33)

Через полученные точки c и n проводится прямая до пересечения с осями абсцисс и ординат. Эта прямая пересечет ось ординат в точке tуст (отрезок OD). Постоянная времени нагревания определяется как отношение:

(34)

где OD - отрезок на оси ординат, мм;

OF - отрезок на оси абсцисс, мм;

mt - масштаб температуры, °C/мм;

mtg - масштаб тангенсов, 1/мм.

Третий способ. На кривой нагревания берутся три точки, отстоящие друг от друга на равные промежутки времени Dt (рис. 17). Постоянная времени в этом случае:

(35)

Установившуюся температуру можно найти по методике, описанной во втором способе расчета или графическим способом, приведенным в ГОСТ 3484.2-88 [6].

По ГОСТ 3484.2-88 на кривой нагревания берутся четыре точки, отстоящие друг от друга на равные промежутки времени (рис. 18). Измеряются приращения превышения температур Dt1,Dt2, Dt3. Эти приращения в любом масштабе откладываются по оси Dt (см. рис. 18). Соответствующие точки 1, 2 и 3 должны лежать на одной прямой, которая пересечет ось ординат в точке tуст.

 

Рис. 17. Третий способ определения постоянной времени Рис. 18. Способ определения установившейся температуры по ГОСТ

 

Предыдущая статья:Построение диаграмм Следующая статья:Способ определения постоянной времени охлаждения
page speed (0.0648 sec, direct)