Тепловые расчеты электрических машин. Поле температуры. Процессы передачи тепла. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Понятие тепловых сопротивлений, страница 10

4.  лобовая часть обмотки статора со стороны вентилятора с потерями  ( - полные потери в лобовых частях обмотки статора);

5.  лобовая часть обмотки статора со стороны привода с потерями ;

6.  внутреннее пространство со стороны вентилятора с потерями  ( - внутренние механические потери);

7.  внутреннее пространство со стороны привода с потерями .

Схема теплопередачи представлена на рисунке 4.4.

Вследствие различных условий охлаждения внешним вентилятором температура  и  объемов «а» и «б» различна. Неодинакова и температура потока окружающей среды в зоне щитов и корпуса, причем неравномерность распределения температуры вдоль корпуса тем больше, чем больше его длина. Для выполнения теплового расчета эти температуры должны быть известны, что значительно усложняет задачу.

Результаты исследований, приводимые в [2, 3, 4, 5], позволяют упростить тепловую схему без ущерба для точности расчетов, если принять следующие допущения:

-  температура внутри электродвигателя (объем «а» и «б») одинакова - ;

-  вследствие практически линейного закона подогрева охлаждающей среды при движении потока относительно поверхностей теплосъема, температуру во всех точках можно принять равной температуре окружающего пространства плюс средний подогрев воздуха в системе охлаждения.

,

где:  - подогрев воздуха, определяемый в вентиляционном расчете.

Эти допущения позволяют объединить в один узел точки 1 и 2 внутреннего объема точки 3, 4, и 5 внешней поверхности. Эквивалентная тепловая схема принимает вид, представленный на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Эквивалентная тепловая схема замещения

Источниками тепла являются потери электрической машины

Р₁ – электрические потери в пазовой части обмотки статора;

Р₂ - электрические потери в лобовой части обмотки статора;

Р₃ - потери в стали сердечника статора, состоящие из основных потерь в зубцах и ярме, поверхностных и пульсационных потерь в статоре, половины добавочных потерь при нагрузке;

Р₄ – потери в короткозамкнутом роторе, включающие в себя электрические потери в обмотке ротора, поверхностные и пульсационные потери в роторе и половину добавочных потерь при нагрузке;

Р₅ – механические потери, выделяющиеся во внутреннем объеме (трение ротора о воздух, потери вентиляционных лопаток ротора).

Тепло в электродвигателе передается в направлениях, указанных на рис. 4.5. Потери пазовой части обмотки статора в осевом направлении передаются к лобовым частям через тепловое сопротивление R₁₂ и в сердечник статора через тепловое сопротивление R₁₃. С поверхности лобовых частей через сопротивление R₂₅ тепло отдается во внутренний воздух, где соединяется с тепловым потоком от механических потерь и тепловым потоком от торцевых частей ротора. В электрических машинах с малой величиной воздушного зазора при отсутствии внутреннего продува проявляется передача тепла от ротора к статору и наоборот в зависимости от степени нагрева статора и ротора (на рис 4.5. – тепло через воздушный зазор передается от статора к ротору – тепловой поток Р₃₄). Потери в роторе с учетом теплового потока Р₃₄ (добавляется или вычитается из Р₄) также отдаются с торцевых частей во внутренний воздух через сопротивление R ₄₅. Суммарный тепловой поток внутреннего воздуха Р₅₆ через внутренние поверхности щитов и свисающих частей станины (тепловое сопротивление R₄₅) передается к наружной поверхности , где складывается с тепловым потоком Р₃₆ передаваемым через тепловое сопротивление R₃₆ от сердечника статора и через тепловое сопротивление R₆₇ отдается в охлаждающую среду. Тепловые сопротивления, указанные на рис. 4.5., как правило включают в себя несколько составляющих, определяющих суммарное тепловое сопротивление на пути передачи тепла от одной части электрической машины к другой и в сильной степени зависят от конструкции и системы вентиляции. Расчет наиболее часто встречающихся типов тепловых сопротивлений в электрических машинах приведен в примерах тепловых расчетов, рассмотренных в следующем разделе.