Тепловой расчет компенсационной обмотки. Заволакивание коллекторов тяговых электродвигателей при изменении их температуры, страница 2

Площадь поверхности S_паз передающей тепло от меди к стали определяется по формуле:

S_паз=2р*z_ко*(2h^’_zко+b^’_пко)*lm,                   (38)

где h^’_zко=4,45 см - высота паза в штампе;

b^’_пко=1,15 см – ширина паза в штампе.

S_паз= 6*8*(2*4,45+1,15)*40=19296 см².

Площадь поверхности S_ско, теплоотдачи со стали зубцов определяется по формуле:

S_ско=2р*(z_ко*b_zко+2h^’_zко)*lm,      (39)

S_ско=6*(8*2.72+2*4.45)*40=7358 см².

Площадь поверхности теплоотдачи с лобовых частей определяется по формуле:

S_лоб=0,75π*Да*z_ко*(h^’_zко+b^’_пко),    (40)

S_лоб=0,75*3,14*66*8*(4,45+1,15)=6963 см².

Удельная теплопроводность пазовой изоляции определяется по формуле:

                  λ_паз=,                  (41)

где b_из – толщина изоляции на одну сторону;

Δ=0,0013 Вт/°С*см – коэффициент теплопроводности материала изоляции.

Толщина изоляции на одну сторону определяется по формуле:

                 b_из=,             (42)

где b_меди=0,706 см – ширина меди.

b_из==0,222 см.

λ_паз==0,0059 Вт/°С*см².

Определяем удельную теплопроводность лобовой изоляции.

Изоляция лобовых частей состоит из слюдинитовой ленты толщиной 0,1 мм, 4 слоя в полуперекрышу, фторопластовой плёнки толщиной 0,02 мм, один слой в четверть плёнки.

λ_лоб=,                 (43)

где b_из=4*0,1*2+0,02*4*4=1,12 мм.

λ_лоб==0,0116 Вт/°С*см²_.

Перегрев меди над температурой окружающего воздуха     Q^’_м, °С  определяется по формуле:

,           (44)

где α=0,0133 – коэффициент теплоотдачи;

 °С.

Перегрев меди компенсационной обмотки над температурой окружающего воздуха определяется по формуле:

  Q^’_м +Q_возд=102+21,5=123,5 °С,         (45)

        где  Q_возд=21,5 °С – средний перегрев вентилируемого воздуха.[6]   

6.1 Расчет перепада температур для компенсационной   

обмотки по толщине изоляции

Для определения температуры компенсационной обмотки при измерении учитывается перепад температуры зависящий от толщины изоляции.

Компенсационная обмотка тягового двигателя НБ-514 в месте крепления датчика температуры имеет изоляцию состоящую из слюдинитовой ленты ЛСЭК-5-СПл, толщиной β_ко=0,1*10^-3 м намотанной в один слой.

 Средняя длина витков компенсационной обмотки l_ср.в=1,56м.

Так как длина витка, находящегося в пазу сердечника главного полюса имеет незначительную теплоотдачу, определяем длину витка передающую тепло окружающей среде по формуле:

l^’_в= l_ср.в-(l_n*2),               (46)    

где l_ср.в – средняя длина витка, м;

l_n – длина паза, м.

l^’_в=1,56-(0,4*2)=0,76 м.

Поверхность теплоотдачи S, м² определяем, с учётом того, что при сдвоенном расположении витков компенсационной обмотки в пазах теплоотдача между ними не учитывается, по формуле:

S=(4а+2b)* l^’_в,          (47)

где а – ширины витка компенсационной обмотки, м;

b – высота витка компенсационной обмотки, м.

S=(4*3,5*10^-3+2*35*10^-3)*0,76=63,84*10^-3 м².

 

Определяем потери в меди компенсационной обмотки при температуре t=20 °С для длительного режима по формуле:

Р_мко=I²*r_ко²⁰,              (48)

где I – длительный ток, А;

r_ко²⁰ – сопротивление одной катушки компенсационной обмотки при температуре t=20 °С, Ом.

Потери в меди для двух витков компенсационной обмотки определим по формуле:

         ΔР=;                  (49)

ΔР==316,85 Вт.

Определяем перепад температуры от толщины изоляции по формуле:

          τ_оо=,                    (50)

где ΔР – потери в меди двух витков компенсационной обмотки при температуре t=20 °С;

β – толщина изоляции, м;

λ=(0,15…0,25) – удельная теплопроводность, зависящая от физических свойств изоляции, Вт/°С*м;

S – поверхность теплоотдачи, м².

При λ=0,15 Вт/°С*м;

                            τ_0,15==3,3 °С.

При λ=0,25 Вт/°С*м;

                              τ_0,25==2 °С.

 

Используя формулы (49) и (50) рассчитаем перепад температуры для различных значений тока, удельной теплопроводности и изменении сопротивления компенсационной обмотки при увеличении температуры.

При температуре t=155 °С сопротивление  r_ко¹⁵⁵ определяется по формуле:

r_ко¹⁵⁵= r_ко²⁰*[1+(t_max-t²⁰)*α],               (51)

где t_max=155 °С – допустимая температура для класса нагревостойкости (F);

α=0,004.

                     r_ко¹⁵⁵= 0,00156*[1+(155-20)*0,004]=0,0024 Ом.

        Для остальных значений тока, удельной теплопроводности и сопротивления компенсационной обмотки расчет аналогичен, результаты расчетов приведены в таблице 6.1

Таблица 6.1 - Расчет изменения перепада температуры по толщине      изоляции

λ, Вт/°С*м	tко, °С	rко, Ом*10-3	I, А	ΔР, Вт	τβ, °С
0,15	20	1,56	100 400 843 1000	4,46 71,3 316,85 446	0,046 0,74 3,31 4,65
	155	2,4	100 400 843 1000	6,85 110 487 686	0,07 1,14 5,08 7,16
0,25	20	1,56	100 400 843 1000	4,46 71,3 316,85 446	0,029 0,44 1,98 2,79
	155	2,4	100 400 843 1000	6,85 110 487 686	0,042 0,68 3,05 4,29
0,15	20	1,75	100 400 843 1000	4,9 78,6 349 491	0,051 0,82 3,64 5,12
	155	2,65	100 400 843 1000	7,6 117 520 731	0,079 1,22 5,43 7,63

Продолжение таблицы 6.1

λ, Вт/°С*м	tко, °С	rко, Ом*10-3	I, А	ΔР, Вт	τβ, °С
0,25	20	1,72	100 400 843 1000	4,9 78,6 349 491	0,031 0,49 2,19 3,07
	155	2,65	100 400 843 1000	7,6 117 520 731	0,047 0,73 3,25 4,57

Определив перепад температуры по толщине изоляции, представляется возможность контролировать температуру меди компенсационной обмотки. Для этого необходимо подобрать датчик температуры с соответствующим диапазоном измеряемой температуры.

По значениям приведенным в таблице 6.1 строим на рисунке 6.1 зависимости перепада температуры от тока при различных значениях удельной теплопроводности λ, зависящей от физических свойств изоляции.