Тепловые расчеты электрических машин. Поле температуры. Процессы передачи тепла. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Понятие тепловых сопротивлений, страница 6

В этих соотношениях:

d – диаметр голого проводника, м;

d_из – диаметр изолированного проводника, м;

d_пр – толщина изоляционной прокладки, м.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности равен:

-  в обмотках с рядовой укладкой проводников

,        (4,7)

-  в обмотках с шахматной укладкой проводников

. (4,8)

Эквивалентный коэффициент теплопроводности промежутков между проводниками  рассчитывается по (4,5), а расчетное значение воздушных промежутков  определяется по соотношениям:

-  при рядовой укладке - ,

-  при шахматной укладке - .

Для всыпных обмоток из круглых проводников, укладываемых в полузакрытый паз аналитический расчет эквивалентного коэффициента теплопроводности невозможен, так как неопределенными являются промежутки между проводниками вследствие многократного перекрещивания проводников. В [5, 6] на основании значительного экспериментального материала аппроксимирована зависимость для определения эквивалентного коэффициента теплопроводности таких обмоток.

, (4,9)

где:

 - коэффициент теплопроводности пропиточного состава, ;

 - коэффициент теплопроводности изоляции провода, ;

 - коэффициент заполнения паза медью;

 - коэффициент пропитки;

 - допустимая температура для выбранного класса изоляции, .

Формула (4,9) выведена для обмоток из проводников с эмалевой изоляцией. Однако, она пригодна для расчета эквивалентного коэффициента теплопроводности обмоток из проводников с волокнистой изоляцией (ПСД, ПСДК и т.д.). В этом случае по рекомендациям [3] вместо коэффициента 0,165 берется 0,2.

4.3.2. Определение коэффициентов теплоотдачи

Нагрев отдельных частей электрической машины в значительной степени определяется условиями теплообмена между поверхностью активных частей и охлаждающей средой.

По данным [6] в электрических машинах с воздушным охлаждением конвективные тепловые сопротивления обуславливают от 50 до 80% нагрева обмоток. Решение задачи о конвективном теплообмене базируется на математическом описании процесса конвекции и его условий. Однако, опыт показывает, что расчет коэффициентов теплоотдачи на основе классических зависимостей а большинстве случаев не даёт достаточно достоверных результатов ввиду сложности учета большого количества факторов, определяющих условия теплоотдачи на границе раздела сред.

В связи с этим важное значение в решении задач конвективного теплообмена играют экспериментальные методы, позволяющие определить коэффициенты теплоотдачи по результатам обработки данных исследований как на моделях, так и на натурных образцах. Научная основа эксперимента базируется на теории теплового подобия [3, 4, 5, 6].

На основе теории теплового подобия протекающие процессы теплообмена описываются по результатам эксперимента в виде критериального уравнения с использованием безразмерных критериев, что позволяет распространить результаты ограниченного числа экспериментов на максимально возможное число реальных устройств. Чаще всего при исследовании тепловых процессов в электрических машинах применяются критерии подобия, краткая характеристика которых приводится ниже.

Критерий Рейнольдса  характеризует характер движения среды (ламинарный или турбулентный) и представляет собой отношение инерционных сил движущейся среды к силам внутреннего трения.

Критерий Нуссельта  представляет собой безразмерную форму коэффициента теплоотдачи и связывает между собой коэффициент теплоотдачи с поверхности с теплопроводностью охлаждающей среды.

Критерий Прандтля  является сложной физической константой охлаждающей среды и определяет её свойства.

Критерий Фурье  определяет соотношение между темпом изменения окружающих условий и темпом перестройки температурного поля внутри тела.

Критерий Био  характеризует меру отношения температурного перепада в теле  к температурному перепаду между телом и охлаждающей средой.