Тепловой расчет закрытого обдуваемого асинхронного электродвигателя серии 4А, АИ. Тепловой расчет повторно-кратковременных и кратковременных режимов работы электрических машин, страница 8

,

где:  - превышение температуры обмотки над температурой станины;

        - температура станины.

Теория двухступенчатого нагрева обмоток закрытых машин соответствует физической стороне явлений и положена в основу методики теплового расчета повторно-кратковременных режимов, представленной в [15]. Ниже приводится порядок теплового расчета таких машин. Вспомогательные величины и их расчет сведены в табл. 5.20.

5.11.1. Тепловой расчет закрытого электродвигателя постоянного тока с естественным охлаждением в повторно-кратковременных режимах

Температура корпуса равна:

,

где e - относительная продолжительность включения двигателя в рабочем цикле;

SР – сумма потерь в двигателе, Вт;

S_кор – полная внешняя охлаждаемая поверхность машины, м²;

a_кор – средний коэффициент теплоотдачи за время цикла, .

Коэффициент теплоотдачи определяется соотношением:

,

где  - для неподвижной машины,

 - для вращающейся машины.

Более точное значение коэффициента a₀ может быть определено по (4.20), при этом величина a¢ принимается равной a¢»1,5a₀.

Превышение температуры обмотки якоря над температурой корпуса (станины) определяется соотношением

,

где: Р_эл.я – электрические потери в обмотке якоря плюс половина добавочных потерь при нагрузке, Вт;

Р_с – потери в сердечнике якоря, Вт;

k_я – расчетный коэффициент теплопроводности изоляции паза, ;

П_п – периметр паза якоря, м;

a_я – средний коэффициент теплоотдачи с поверхности якоря за время цикла, ;

t – зубцовый шаг якоря, м.

Величина a_я определяется соотношением:

,

где:  - коэффициент теплоотдачи неподвижного якоря;

        - коэффициент теплоотдачи с поверхности вращающегося якоря, .

Величина  рассчитывается в соответствии с табл. П3 (=) при условии, что аксиальная составляющая скорости воздушного потока u_a=0.

При установке на валу якоря специальных вентиляторов-мешалок, обеспечивающих циркуляцию воздуха внутри машины, величина  возрастает примерно на 25% (=1,25).

Существенное влияние на нагрев обмоток закрытых электрических машин с естественным охлаждением оказывает внутреннее тепловое сопротивление обмоток. Порядок учета его приведен в табл. 5.20., а на рис. 5.16 представлена зависимость коэффициента k=f(d/d_из), используемого при расчете эквивалентной толщины внутренней изоляции обмоток.

Превышение температуры обмотки полюса (главного или добавочного) над температурой корпуса (станины) определяется соотношением:

,

где: Р_эл.п – электрические потери в обмотке главного или добавочного полюса, Вт;

       k_п – расчетный коэффициент теплопроводности изоляции полюса, ;

       П_в – периметр катушки полюса, м;

       П¢_в – периметр катушки полюса, учитывающий различные условия охлаждения сторон катушки, м;

       l_cp – средняя длина витка обмотки главного или добавочного полюса, м;

       a_п – средний коэффициент теплоотдачи с поверхности катушки за время цикла, .

       По рекомендациям [15] для e=0.15¸0.4 величина коэффициента теплоотдачи с поверхности катушки принимается равной a_п=15.

5.11.2. Тепловой расчет закрытого электродвигателя постоянного тока с естественным охлаждением в кратковременном режиме

Как следует из [15], за время t_p£15 мин поверхности якоря и катушек не успевают существенно прогреться, и теплоотдачей с них можно пренебречь. Кроме того, обмотка якоря загружена в большей степени, чем обмотки полюсов и, следовательно, перегрев ее лимитирует допустимую мощность.

Нагрев обмотки якоря в кратковременном режиме определяется уравнением:

.

Значения А и N рассчитываются по формулам:

В приведенных соотношениях обозначены:

G_Сu – масса меди обмотки якоря, кг;

G_Fe – масса стали сердечника якоря, кг;

C_Сu – теплоемкость меди, ;

C_Fe – теплоемкость стали, ;

t_p - время протекания процесса, сек.

Значения С_Сu и C_Fe выбираются по табл. 4.5. Для режимов t_p£15 мин величина  и перегрев обмотки якоря можно рассчитывать по соотношению: