Тепловые расчеты электрических машин. Поле температуры. Процессы передачи тепла. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Понятие тепловых сопротивлений, страница 8

Наибольшее влияние нагрева электрической машины сказывается на её изоляции, которая и определяет срок службы машины. Предельные значения абсолютных температур и перегревов активных частей электрических машин устанавливаются ГОСТ 183 – 74.

Специфика нагрева электрической машины заключается в том, что существенное значение на срок службы изоляции оказывает на только абсолютное значение температуры, но и разность температур между отдельными частями и охлаждающей средой.

Наиболее полно изучено тепловое воздействие на изоляцию, определяемое температурой. Под влиянием нагрева меняются физические свойства изоляции, она «стареет», в результате чего происходит тепловой или электрический пробой. Влияние абсолютной температуры изучено довольно хорошо и для каждого класса изоляции установлена предельная рабочая температура, превышение которой приводит к сокращению нормированного срока службы изоляции, а следовательно, и электрической машины. Старение изоляционных материалов, применяемых в электромашиностроении, описывается степенным (экспоненциальным) законом старения, установленным экспериментальным путем, в соответствии с которым повышение температуры на определенное число градусов сокращает срок службы в 2 раза по отношению к сроку службы при допустимой температуре ()

,

где:  - срок службы машины при температуре ;

       - срок службы машины при температуре ;

       - постоянное превышение температуры , при котором срок службы сокращается в 2 раза.

Для изоляционных материалов класса А обычно принимают , для классов B, F, H - .

Сложнее вопрос с оценкой влияния разности температур между изоляцией и охлаждающей средой, так как перепад температуры по толщине изоляции между обмотки и сталью сердечника определяет перемещение обмотки в пазу за счет разных значений температур и коэффициентов линейного расширения меди и стали. Это явление получило название: миграция обмоток. За счет миграции обмоток в осевом направлении изоляция подвергается механическому воздействию, что вызывает её разрушение. Миграция обмоток тем больше разрушает изоляцию, чем чаще она проявляется в процессе эксплуатации электрической машины. По этой причине ГОСТ 183-74 и ГОСТы на отдельные виды электрических машин оговаривают допустимое превышение температуры обмоток электрических машин, допустимое число сбросов и набросов нагрузки (особенно для крупных машин с большой длиной сердечника), число пусков и т.д.. Этим же обстоятельством обуславливается целесообразность эксплуатации электрической машины при стабильной температуре.

Таким образом, задачами теплового расчета электрической машины являются:

-  определение максимального (пикового) значения температуры (перегрева) в наиболее нагретой точке;

-  расчет средних значений температур (перегревов) активных частей;

-  расчет распределения температур (температурное поле).

Исходными данными являются: распределение потерь энергии по объему машины, геометрические размеры, значения физических величин (в первую очередь – теплопроводность и теплоёмкость материалов) и условия теплообмена на граничных поверхностях. Точность расчета в наибольшей степени определяется достоверностью задания распределения потерь и условий теплообмена на границах сред.

4.5. Тепловой расчет электрических машин.

В соответствии с разнообразием условий теплоотвода для электрических машин используются различные методы, краткая характеристика основных из них приводится ниже [3, 4, 5].

Метод расчета поля температуры базируется на непосредственном решении дифференциального уравнения теплопроводности. Однако, при применении этого метода следует учитывать следующие обстоятельства:

-  решения дифференциального уравнения являются громоздкими и очень сложными, что затрудняет их анализ;

-  эти решения в сильной степени схематизируют реальный процесс теплообмена, что позволяет считать их вполне точными лишь в самых редких случаях.