.
4.5.2 Тепловой расчет неустановившихся тепловых режимов.
Уравнение теплопроводности для единицы объема тела, охлаждаемого с поверхности записывается в виде:
(4.15)
Расчет нестационарного теплового процесса по приведенному уравнению практически невозможен. По этой причине была разработана классическая теория нагрева, которая при ряде допущений схематизирующих протекающие процессы, позволяет получить решения с достаточной степенью точности по отношению к действительным значениям [1, 4].
Допущениями классической теории нагрева являются:
- вся электрическая машина (или её
отдельная часть) является единым однородным телом, обдающей неограниченной
теплопроводностью , вследствие чего
;
- окружающая среда обладает
неограниченной теплоемкостью , вследствие чего
температура окружающей среды остается неизменной
;
- коэффициент теплопередачи с поверхности тела в окружающую среду не
зависит от места и длительности протекания процесса.
Если принять, что , то уравнение (4.15) запишется в виде:
(4.16)
где: - масса
тела,
-
выделяемые в теле потери.
Полученное уравнение называется уравнением теплового баланса, в соответствии с которым выделившееся в теле тепло частично расходуется на повышение теплосодержание тела , частично передается в окружающее пространство.
При нагреве тела до t®¥, все тепло будет отдаваться в окружающее
пространство - и уравнение нагревания имеет
вид:
(4.17)
где -
установившееся значение температуры.
При остывании тела имеем:
(4.18)
Решение (4.17) и (4.18) реализуется методом разделения переменных и представляется в виде:
Режим нагревания
Нагрев при температуре в начале
процесса
;
Нагрев из состояния, когда
Режим остывания
Охлаждение , до состояния, когда
;
Охлаждение до
В этих выражениях обозначены :
-
температура тела в установившемся режиме при нагреве тела,
-
температура тела в начале процесса нагрева,
-
температура тела в начале процесса охлаждения,
-
температура тела в конце процесса охлаждения,
-
постоянная времени нагрева или охлаждения.
Кривые нагревания и охлаждения однородного тела представлены на рис 4.8.
Сложность расчета нестационарных тепловых режимов электрических машин обуславливается трудностями определения постоянной времени ввиду того, что электрическая машина представляет собой комбинацию материалов с различными свойствами, а условия охлаждения различных частей не одинаковы. Наиболее близко представление электрической машины как однородного тела соответствует закрытым конструкциям с естественным охлаждением при передаче тепла в окружающую среду с наружной поверхности корпуса и щитов. Как показывает опыт в этих
Рис. 4.8 Кривые изменения температуры (1-кривые нагревания, 2-кривые остывания)
машинах одинаковая температура меди, стали и изоляции достигается по прошествии незначительного времени.
В открытых и вентилируемых электрических машинах за однородные тела принимаются отдельные её части. Так в синхронных машинах и машинах постоянного тока при внутреннем обдуве воздухом с достаточной степенью точности можно рассчитать независимо статор (якорь) и ротор (магнитную систему).
В установившемся тепловом режиме все
выделяющиеся потери отдаются в окружающую среду - .
Постоянная времени теплового процесса может быть, соответственно представлена в
виде:
, (4.19)
Соотношение (4.19) определяет порядок расчета нестационарных тепловых процессов, заключающийся в следующем:
- определяется температура
установившегося теплового режима ;
- рассчитывается произведение , с учетом материалов, входящих в
исследуемый объем:
,
где: -
удельные теплоемкости меди, изоляции и стали
,
-
масса меди, изоляции и стали (кг)
- определяется постоянная времени Т и рассчитывается тепловое состояние электрической машины.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.