Тепловой расчёт синхронных машин. Тепловой расчёт статора и ротора

5 Тепловой расчёт

При тепловом расчёте синхронных машин пренебрегают передачей тепла от ротора к статору ввиду относительно большой величины воздушного зазора и наличия межпо­люсных окон, через которые проходит охлаждающая среда. Это допущение позволяет не­зависимо проводить тепловой расчёт статора и ротора.

5.1 Тепловой расчёт статора

Тепловой расчёт статора проводится при допущении незначительного влияния внут­реннего теплового сопротивления обмотки, что справедливо для крупных электрических машин с обмотками из прямоугольного провода, укладываемых в открытые пазы.

Тепловая схема замещения статора представлена на рисунке 7.1.

5.1.1 Тепловое сопротивление обмотки между пазовой и лобовой частями

где Вт/°C ·м– коэффициент удельной теплопроводности меди (таблица 5-2 [7]), – число пазов статора, – число эффективных проводников в пазу статора,  – число элементарных проводников в одном эффективном,  м²– се­чение элементарного проводника обмотки статора.

5.1.2 Тепловое сопротивление между пазовой частью обмотки и сердечником

5.1.2.1 Тепловое сопротивление пазовой изоляции

где – двусторонняя толщина изоляции провода статора, м– толщина пазовой изоляции, ·м– коэффициент теп­лопроводности пазовой изоляции (по таблице 3.3 [3]).

5.1.2.2 Тепловое сопротивление воздушных прослоек

где – технологический зазор,  – коэффициент теплопроводности воздуха [3].

°C/Вт.

5.1.3 Тепловое сопротивление лобовой части обмотки

5.1.3.1 Тепловое сопротивление  изоляции лобовой части

где – толщина изоляции лобовых частей, – коэффициент тепло­проводности лобовых частей.

5.1.3.2 Скорость воздуха в зоне лобовых частей обмотки статора

,

где – расстояние между лобовой частью и щитом, м- длина вылета лобовых частей обмотки статора (пункт 3.8.2), м³/с– расход воздуха через лобовую часть обмотки статора (пункт 5.4).

5.1.3.3 Коэффициент теплоотдачи с поверхности лобовых частей

5.1.3.4 Тепловое сопротивление теплоотдачи с поверхности лобовых частей

5.1.4 Тепловое сопротивление обмотки статора в радиальных каналах

5.1.4.1 Тепловое сопротивление изоляции в радиальном канале

5.1.4.2 Скорость воздуха в радиальных каналах статора в зоне обмотки

где м³/с– расход воздуха через радиальные каналы статора (пункт 5.4).

5.1.4.3 Коэффициент теплоотдачи с поверхности обмотки статора в радиальных ка­налах

5.1.4.4 Тепловое сопротивление теплоотдачи с поверхности обмотки статора в ради­альных каналах

5.1.5 Тепловое сопротивление сердечника статора

5.1.5.1 Тепловое сопротивление пакета поперёк листов электротехнической стали

где  Вт/°C ·м– коэффициент теплопроводности стали поперёк листов (по таб­лице 5-2 [7]).

5.1.5.2 Скорость воздуха в радиальных каналах статора

5.1.5.3 Коэффициент теплоотдачи с боковой поверхности  радиальных каналов

5.1.5.4 Тепловое сопротивление теплоотдачи с боковой поверхности пакетов

5.1.5.5 Тепловое сопротивление  пакетов статора в осевом направлении

5.1.5.6 Тепловое сопротивление ярма вдоль листов

где Вт/°C ·м – коэффициент теплопроводности стали вдоль слоя
(по таблице 5-2 [7]).

5.1.5.7 Скорость воздуха при выходе из радиальных каналов

5.1.5.8 Коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности  сердечника статора

5.1.5.9 Тепловое сопротивление теплоотдачи с наружной поверхности сердечника статора

5.1.5.10 Тепловое сопротивление в направлении наружной поверхности сердечника статора

5.1.5.10 Тепловое сопротивление зубцов статора вдоль листов

,

где – высота зубца статора.

Максимальная ширина зубца статора

Минимальная ширина зубца статора

5.1.5.11 Окружная скорость ротора

5.1.5.12 Коэффициент теплоотдачи с внутренней поверхности  сердечника статора

5.1.5.13 Тепловое сопротивление теплоотдачи с внутренней поверхности сердечника статора

5.1.5.14 Тепловое сопротивление в направлении внутренней поверхности сердечника статора

5.1.6 Расчёт перегревов

Исходная система уравнений

Система уравнений для расчёта перегревов

где

Λ₁₂==475.693 Вт/°С

Λ₁₃==93.577 Вт/°С

Λ₁₄==10.102 Вт/°С

Λ₂₄==161.063 Вт/°С

Λ₃₄==254.674 Вт/°С

проводимости тепловых потоков соответствующих тепловых сопротивлений.

                                    – перегрев пазовой части обмотки статора

                                    – перегрев лобовой части обмотки статора

                                    – перегрев магнитопровода статора

                                    – электрические потери в пазовой части обмотки статора

                                    – электрические потери в лобовой части обмотки статора

                                    – потери в стали магнитопровода статора

Активное сопротивление пазовой части

Активное сопротивление лобовой части

;

;

Решаем систему уравнений

 ,    

Θ=

Перегрев пазовой части обмотки статора °С.

Перегрев лобовой части обмотки статора °С.

Перегрев магнитопровода статора °С.

Среднее превышение температуры обмотки статора

5.2 Тепловой расчёт ротора

 При косвенном воздушном охлаждении обмотки возбуждения, выделяющиеся в ней потери в основном отводятся через наружную поверхность. Скорость движения воздуха относительно обмотки возбуждения зависит от окружной скорости ротора, которая и оп­ределяет интенсивность охлаждения. Кроме того, торцевые участки и участки катушки вдоль длины полюсов охлаждаются по разному, что определяет зависимость результи­рующего коэффициента теплопередачи от отношения .

Для однорядной обмотки возбуждения её перегрев над температурой охлаждающего воздуха можно определить соотношением:

Предельно допустимое превышение температуры обмотки возбуждения с изоляцией класса F составляет 100°С.