Основы аэродинамических и тепловых расчетов в электромеханике: Учебное пособие, страница 8

Экономичность системы охлаждения оценивается удельными затратами мощности (), представляющими собой отношение мощности Р_охл, затрачиваемой на функционирование системы охлаждения, к сумме потерь SР электрической машины.

2.2. Основы проектирования систем охлаждения, связь электромагнитного, вентиляционного и теплового расчетов

В процессе проектирования системы охлаждения электрической машины должны быть определены схемы циркуляции охлаждающих сред, выбраны типы нагнетательных элементов, рассчитано поле температуры во всем объеме и проведена проверка полученных результатов на соответствие техническим требованиям для выбранного класса изоляционных материалов и режимов работы. Исходными данными для проведения вентиляционных и тепловых расчетов являются результаты электромагнитного расчета, т.е. распределение потерь в активном объеме и конструкторская разработка машины (свойства материалов, формирование охлаждающего тракта и т.д.). На рис. 2.1 приведена блок-схема проектирования и расчета электрической машины и системы охлаждения.

Критерием расчета системы охлаждения является допустимый нагрев (перегрев) отдельных частей электрической машины. Если нагрев не укладывается в допустимые значения (расчет по пути 1), то необходимо внести коррективы в формирование трактов системы охлаждения и повторить расчет (путь 2). Если требуемые результаты не достигнуты, расчет электрической машины следует провести заново (путь 3). Таким образом, прослеживается неразрывная связь всех этапов проектирования и расчета электрической машины и взаимное влияние результатов этих этапов.

Методы вентиляционного и теплового расчетов, используемые в настоящее время, разнообразны и выбираются в каждом конкретном случае с учетом назначения электрической машины.

Решение дифференциального уравнения теплопроводности возможно, если известны условия теплообмена на граничных поверхностях тел. Это определяет необходимость расчета скоростей движения и расходов охлаждающих сред относительно охлаждаемых поверхностей. Охлаждающий тракт представляет сложную систему неподвижных и подвижных каналов весьма разнообразной формы, что не позволяет достаточно точно определить необходимые величины. Для обобщения физической картины теплообмена разработана теория подобия и используются результаты эксперимента при проектировании системы охлаждения электрических машин.

Так, при аэродинамических (вентиляционных, гидравлических) расчетах используются результаты экспериментальных исследований моделей, полученных на базе теории гидромеханического подобия течений, а при тепловых расчетах – теории теплового подобия, базирующаяся на безразмерных критериях подобия.

Критериями точности результатов вентиляционного и теплового расчетов являются данные экспериментальных исследований опытных образцов разрабатываемых электрических машин. По итогам анализа данных исследования опытных образцов должны вноситься необходимые коррективы в методики расчетов. Чем больше экспериментальных данных получено, тем более обоснованные уточнения методик вентиляционного и теплового расчетов можно реализовать и, тем самым, повысить достоверность результатов расчетов аналогичных электрических машин.

3. Вентиляционный расчет электрических машин

Охлаждение подавляющего большинства электрических машин осуществляется газом (воздухом или водородом). От интенсивности отвода тепла зависят важнейшие свойства электрической машины: габаритные размеры, масса, энергетические показатели и характеристики, надежность и т.д.

Отвод тепла потоком газа называется вентиляцией электрической машины.

3.1. Характеристика схем вентиляции