Эффективности преобразования

У машин постоянного тока каждый типоразмер выполняется с одной длиной сердечника, однако переход от одной частоты вращения к другой при самовентиляции также отражается на эффективности охлаждения, создавая известную перегрузку или недогрузку на разных частотах вращения. Поэтому выбираемая длина сердечника, а следовательно, и длина станины должны иметь такое значение, чтобы при частоте вращения соответствующей большей нагрузке, нагрев активных частей не превышал установленной нормы.

При проектировании следует учитывать, что основными исполнениями по степени защиты являются у машин переменного тока IP23 и IP44, а у машин постоянного тока —IP22 и IP44. В меньших машинах, где разница в эффективности охлаждения закрытого и защищенного исполнений меньше, чем в больших, степень защиты IP44 постепенно вытесняет IP23 и IP22, как повышающая надежность машин в эксплуатации. В области асинхронных двигателей мощностью до 18,5 кВт включительно (при 2/?=4) в СССР вообще исключено исполнение IP23 и оставлено только исполнение IP44 со способом охлаждения IC0141. Аналогичная тенденция наблюдается и в других странах.

Для повышения эффективности охлаждения применяют двух-каскадные батареи ( 3.25). Использование многокаскадных батарей позволяет снижать температуру до 70 К. В многокаскадных батареях каскады могут соединяться последовательно или параллельно. Лучшими материалами для элементов каскадов являются твердые растворы на основе теллурида висмута (В12Те3) с легирующими добавками. Для различных диапазонов температур, в которых работают термоэлементы многокаскадной батареи, используют растворы различного состава (табл. 3.11). На 3.26 приведен общий вид однокаскадной термобатареи, а на 3.27 — перепад температуры по каскадам и массы термобатареи в зависимости от числа каскадов N. При снижении температуры на 150 К холодопроизводительность термобатареи не превышает 1 Вт; при холодопроизводительности более 300 Вт применение термобатарей вообще нецелесообразно ввиду их низкого КПД и большой массы (15...90 г/Вт) по сравнению с жидкостной самолетной системой охлаждения (9...И г/Вт). Жидкостные системы на холодопроизводительность в несколько единиц или десятков ватт отсутствуют.

У машин постоянного тока каждый типоразмер выполляется с одной длиной сердечника, однако переход от одной частоты вращения к другой при самовентиляции также отражается на эффективности охлаждения, создавая известную перегрузку или недогрузку на разных частотах вращения. Поэтому выбираемая длина сердечника, а следовательно; и длина станины должны иметь такое значение, чтобы при частоте вращения соответствующей большей нагрузке, нагрев активных частей не превышал установленной нормы.

При проектировании следует учитывать, что. основными исполнениями по степени защиты являются у машин переменного тока-IP23 и IP44, а у машин постоянного тога — IP22 и IP44. В меньших машинах, где разница в эффективности охлаждения закрытого и защищенного исполнений меньше, чем в больших, степень защиты IP44 постепенно вытесняет IP23 и IP22, как повышающая надежность машин в эксплуатации. В области асинхронных двигателей мощностью до 18,5 кВт включительно (при 2р=4) в СССР вообще исключено исполнение IP23 и оставлено только исполнение IP44 со способом охлаждения IC0141. Аналогичная-тенденция наблюдается и в других странах.

Для повышения эффективности охлаждения в настоящее время в гидрогенераторах тоже используется непосредственное охлажде-

Как правило, жидкости имеют значительно большие коэффициенты теплопроводности, чем газы, поэтому охлаждение жидкостями интенсивнее. Увеличение эффективности охлаждения при вынужденной конвекции по сравнению с естественной можно, с одной стороны, объяснить уменьшением толщины пограничного слоя, а с другой стороны, интенсификацией турбулентного движе-

Расположение отверстий зависит от распределения теплонагружен-ных элементов в объеме. Когда это распределение равномерное, то вентиляционные отверстия должны быть тоже равномерно расположены на боковых и нижней частях кожуха. Форма отверстий может быть различной, но при квадратных отверстиях увеличивается отношение между площадью отверстий и площадью перемычек, что благоприятно сказывается на эффективности охлаждения. Для небольших блоков с общей площадью поверхности до 3000 см2 диаметр вентиляционных отверстий выбирают около 6 мм, а для блоков с площадью поверхности 6000 см2 и более—12 мм. Отверстия располагают в шахматной порядке.

В целях повышения эффективности охлаждения турбогенераторов, длина активной части которых особенно велика, а воздушный зазор мал, используют многоструйную радиальную систему вентиляции. Для этого вертикальными плоскостями 6 делят систему охлаждения турбогенераторов на ряд секций. В каждую секцию воздух поступает из воздушного зазора (/ и III секции) или из специального осевого канала 7 (// секция).

Водородное охлаждение. Водород является более эффективным охлаждающим агентом, чем воздух. По сравнению с воздухом у водорода при атмосферном давлении теплопроводность больше в 7,1 раза и средний коэффициент теплоотдачи при одной и той же скорости больше в 1,7 раза, а при одинаковом массовом расходе — в 11,8 раза. Благодаря этому для достижения такой же эффективности охлаждения, как и воздухом, требуются меньшие массовые расходы водорода, а вентиляционные потери, которые в крупных быстроходных машинах составляют большую часть суммарных потерь, снижаются почти в десять раз. При водородном охлаждении срок службы изоляции увеличивается, так как исключаются окислительные процессы и образование вредных азотистых соединений при коронных разрядах. Поэтому водород находит широкое распространение для охлаждения быстроходных машин переменного тока мощностью 25 МВт и выше.

При непосредственном водородном охлаждении с целью повышения эффективности охлаждения давление водорода доведено до 0,3 — 0,5 МПа. Для охлаждения ротора турбогенераторов в отечественной практике применяют аксиальную и многоструйную радиальную системы охлаждения (последняя выполнена по принципу самовентиляции), а для охлаждения обмотки статора применяют только аксиальную систему. Охлаждение активной стали статора производят либо с использованием однострунной (радиальной вытяжной), либо одновременно и аксиальной, и однострунной систем охлаждения. Недостатком аксиальной системы вентиляции, при которой водород проходит или вдоль всей обмотки, или вдоль ее половины, является резкая неравномерность нагрева обмотки по длине, а также необходимость в высоконапорном компрессоре, использование которого приводит к усложнению конструкции машины и увеличению расхода энергии на охлаждение, т. е. к снижению общего КПД машины.

К недостаткам рассмотренного преобразователя относят его невысокую эффективность преобразования, которая практически не больше эффективности преобразования ВШП, состоящего из двух электродов.

Форсировка магнитного потока перед началом каждого импульса хотя и приводит к существенному повышению эффективности преобразования энергии, однако требует больших затрат энергии на возбуждение. Сам процесс форсировки при этом получается весьма длительным, что по условиям нагрева генератора приводит к уменьшению частоты следования импульсов.

Современная паука и техника основываются на фундаментальных законах сохранения материи и энергии. Понимание этих законов необходимо для решения актуальных задач повышения эффективности преобразования и потребления энергии, разработки поиых способов получения электроэнергии и т. д.

4.5. Графики зависимости эффективности преобразования от степени согласованности сопротивлений

На практике наиболее часто встречаются случаи, когда сопротивления сопрягаемых преобразователей близки к активным. Кривая максимума эффективности преобразования в том случае, как видно из графика 4.5, имеет довольно пологий характер и условия согласования можно считать удовлетворительными при довольно значительных различиях этих сопротивлений вплоть до Ra = 0,25...4^. Такой же характер зависимости эффективности преобразования будет при сопряжении преобразователей, комплексные значения которых ИМеЮТ Одинаковый характер при <рн » «р^. Случаи чисто индуктивного выходного сопротивления ПП (<р< » 4-"/2), чисто емкостного входного сопротивления ПС (Фн » —я/2), и наоборот, практически не встречаются. Кроме того, таких случаев следует избегать, так как вблизи резонанса наблюдается резкая зависимость чувствительности от колебания частоты.

Графики зависимости ?п = / (а) для различных значений 6д приведены на 4.5. При 8д » 0 максимальное значение эффективности преобразования, равное примерно 0,1, имеет место при а = V8, а при 6« >• 1 эффективность преобразования достигает максимума при а « ю. 1, но ее абсолютное значение сильно падает.

4.2. В чем сущность согласования сопрягаемых преобразователей? Зависимость эффективности преобразования от степени согласованности сопротивлений для генераторных и параметрических преобразователей.

Условия максимума эффективности преобразования. На 16-4 показано семейство кривых, построенных по уравнению (16-1) для различных значений модуля k и для вещественных значений а. Если а комплексное, то этими кривыми можно пользоваться, полагая .

Из кривых видно, что максимум эффективности преобразования для любых значений k будет при а— 1, т. е. при Z2 = Zxap. Отступления от равенства Z2 = Zxap в обе стороны дают одинаковое уменьшение С. Несмотря на пологий максимум кривых С = / (а), вопрос о согласовании Z2 = Zxap имеет важное значение, особенно при малых значениях k и при наличии нескольких звеньев в цепной схеме.

На 16-5 изображена кривая зависимости эффективности преобразования С от качестна четырехполюсника (модуля k) при

эффективности преобразования (или относительной чувствительности) преобразователя (см. § 1.6-1). В данном случае интерес представляет эффективность преобразования длины зазора в емкость или индуктивность: