Превышению температуры

То же самое происходит, если в машине применена более совершенная -система охлаждения — водородная, жидкостная, форсированные системы или внутреннее охлаждение. В этих случаях при том же превышении температуры способность рассеивать тепло также возрастает и объем активной части машины может быть уменьшен. Однако при слишком больших нагрузках значительно снижаются КПД и cos^.

Перейдем теперь к рассмотрению второго из двух сформулированных выше основных условий проектирования. Именно определим влияние длины канала на давление нагнетательных элементов при заданном максимальном превышении температуры проводников.

Уравнение (5-27) определяет зависимость скорости движения охлаждающей среды от длины канала при заданном превышении температуры. Для определения зависимости давления нагнетателей от длины канала воспользуемся формулой (5-21):

При некотором превышении температуры т,» наступает установившийся тепловой процесс, при котором вся выделяемая в машине теплота отдается окружающей среде. В этом случае cmdr = 0 и уравнение теплового баланса принимает вид

При конечном (установившемся) превышении температуры TOO

Превышение температуры А. А.А/мм2 обмотки над температурой окружающего воздуха TCU = = qjk^0 зависит от коэффициента теплоотдачи, который определяется, в основном, скоростью воздуха на поверхности якоря (см. гл. 9). В больших машинах скорость на поверхности якоря больше, чем в малых, поэтому &то у них выше и при том же превышении температуры у них допустима большая тепловая нагрузка (Л/а). Нужно учитывать, что теплота отводится не только от внешней поверхности якоря, но

способностью меньше требуемой. Если старение изоляции будет таким же, как это получается при превышении температуры допускаемом нормами, значит, сечение проводников достаточно.

Расчет мощности двигателей, предназначенных для продолжительного режима работы, но используемых для повторно-кратковременной нагрузки с одноступенчатым графиком, производится на основании следующих соображений. Полное количество теплоты, которое будет отдаваться таким двигателем при номинальном превышении температуры за цикл, равно:

Допустимым числом включений в час считают такое, при котором среднее превышение температуры после большого числа рабочих циклов в режиме S5 будет равно допустимому, и двигатель оказывается полностью использованным по нагреву. В этом случае, если двигатель продолжительного режима работает с номинальной угловой скоростью при допустимом превышении температуры, мощность потерь, выделяемых в охлаждающую среду, равна ДРНом> а в период паузы при том же превышении температуры Р0 ДРИом- В среднем за время переходных процессов потери, выделяемые в охлаждающую среду, равны (1 •+• Ч- Ро) ДРном/2. Потери энергии, выделяющиеся в двигателе за цикл, состоят из потерь энергии за время переходных процессов ДЛ„ + Д/1Т и потерь в установившемся режиме АР ty. Последние могут меняться в зависимости от нагрузки. Когда температура двигателя установилась, потери энергии, выделяемые в двигателе за цикл, равны энергии, рассеиваемой в охлаждающую среду, т. е.

щадью 1 м2 за одну секунду при превышении температуры в = = 1C.

где cmdQ — часть тепловой энергии, которая накапливается в машине и вызывает повышение ее температуры; k^0SnnQdt — часть тепловой энергии, рассеивающейся в окружающее пространство; с — удельная теплоемкость машины (количество тепла, вызывающее повышение температуры 1 кг массы машины на ГС); т — масса машины; kTO — коэффициент теплоотдачи с поверхности (количество тепла, рассеиваемое с 1 м2 поверхности охлаждения машины в течение 1 с при разности между ее температурой и температурой окружающей среды в ГС), который определяется интенсивностью охлаждения электрической машины; 5ОХЛ — поверхность охлаждения машины; 0 — превышение температуры машины над температурой окружающей среды. По мере увеличения температуры электрической машины и величины 0 возрастает количество тепла, рассеиваемого в окружающую среду, и уменьшается часть тепла, вызывающая повышение темпера туры машины. При некотором превышении температуры 0.» наступает установившийся тепловой процесс, при котором все выделяемое в машине тепло отдается окружающей среде. В этом случае величина cmdQ = О и уравнение теплового баланса принимает вид

При повторно-кратковременном режиме двигатель попеременно то нагревается, то охлаждается. Изменение его температуры в течение времени каждого цикла зависит при этом от предыдущего теплового состояния. Зависимость нагрева и охлаждения машины от времени в подобных условиях показана на 17.7. Конечное превышение температуры каждой данной части цикла равно начальному превышению температуры для последующей части цикла. Если во время той или иной части цикла наступает значительное изменение условий охлаждения (остановка двигателя или заметное изменение частоты вращения), то изменяется постоянная времени т = С/Я нагрева двигателя, что должно быть учтено при построении графиков.

При изучении тепловых процессов в электрическом двигателе в целях упрощения двигатель рассматривают как однородное тело и температуру в разных его точках считают одинаковой. Кроме того, считают, что теплоотдача во внешнюю среду про-лорциональна превышению температуры т. Рассмотрим, как протекают процессы нагрева и охлаждения электрического двигателя.

В том случае, если ЭДН предполагается эксплуатировать в длительном циклическом режиме, в схему расчета необходимо вводить дополнительную процедуру, связанную с расчетом энергии Wa, подводимой в течение цикла к ротору от привода, с ограничением по допустимому касательному напряжению на валу ЭДН, а также процедуру, связанную с тепловым расчетом ЭДН с ограничением по допустимому превышению температуры обмоток и экранов. Такие исходные данные, как удельная электрическая проводимость обмоток и экранов, а также частота вращения ротора, могут меняться от цикла к циклу. В этом случае рассмотренная структура программы расчета ЭДН будет являться составной частью более сложной программы, состав которой будет определяться требованиями, предъявляемыми к установке, использующей ЭДН в качестве источника электрической энергии.

При повторно-кратковременном режиме двигатель попеременно то нагревается, то охлаждается. Изменение его температуры в течение времени каждого цикла зависит при этом от предыдущего теплового состояния. Зависимость нагрева и охлаждения машины от времени в подобных условиях показана на 17.7. Конечное превышение температуры каждой данной части цикла равно начальному превышению температуры для последующей части цикла. Если во время той или иной части цикла наступает значительное изменение условий охлаждения (остановка двигателя или заметное изменение частоты вращения), то изменяется постоянная времени т = С/Я нагрева двигателя, что должно быть учтено при построении графиков.

При повторно-кратковременном режиме двигатель попеременно то нагревается, то охлаждается. Изменение его температуры в течение времени каждого цикла зависит при этом от предыдущего теплового состояния. Зависимость нагрева и охлаждения машины от времени в подобных условиях показана на 17.7. Конечное превышение температуры каждой данной части цикла равно начальному превышению температуры для последующей части цикла. Если во время той или иной части цикла наступает значительное изменение условий охлаждения (остановка двигателя или заметное изменение частоты вращения), то изменяется постоянная времени т - С/Я нагрева двигателя, что должно быть учтено при построении графиков.

Испытания электрических машин на нагрев показывают, что в области номинальных нагрузок машины общего назначения, имеющие сравнительно низкие удельные тепловые нагрузки, подчиняются закону нагревания идеального однородного тела. В данном случае с достаточной точностью можно считать, что тепло, рассеиваемое с поверхности машины S, пропорционально превышению температуры поверхности (7.4). При неизменных потерях Q, выделяемых в объеме машины, дифференциальное уравнение нагревания, выражающее баланс энергии за время dt, будет иметь вид

32. Рассчитывают температуру нагрева наружной поверхности трансформатора T,p*=(Pm+Pu)/(ka?PJ, где а<=0,004'С'1 — температурный коэффициент медного провода; Р=/СР/ТН— отношение среднеобъемного превышения температуры обмотки к превышению температуры на ее поверхности (для трансформаторов мощностью менее 150 В-А Р = 1). Если данное допущение не приемлемо, т. е. когда максимально нагретая область находится внутри катушки, то ТГр=(ВРм+?Рс)2/(4ЛЛ,), где В, Б — тепловые сопротивления.

В начальной точке то (при <=0) производная dt/dt= (т«,—ID]IT. Следовательно, постоянная времени Т может быть представлена в виде отрезка АВ, отсекаемого касательной, проведенной к кривой нагревания при / = 0, на прямой, параллельной оси абсцисс и соответствующей установившемуся превышению температуры т». Формулу (9.11) с учетом (9.8) можно представить в виде

Если температура окружающей среды меньше расчетной, то в эксплуатации допускается соответственно увеличивать ттах, но не более чем на!0°С по сравнению со значением, установленным ГОСТом. Такое ограничение обусловлено влиянием перепада температур на старение изоляции, а перепад температур по толщине изоляции пропорционален превышению температуры обмотки.

В первую очередь нужно учесть тип применяемой изоляции: ее толщину, теплопроводность и допустимое максимальное превышение температуры tmax. В первом приближении можно считать, что тепловая нагрузка (Aja) пропорциональна превышению температуры ттах и тогда уточненное значение линейной нагрузки

1 Подразумевается превышение температуры (°С) жилы проводника над температурой среды, в которой он проложен вместе со своими изолирующими и защитными оболочками (броней, трубами). Под термином «нагрев» подразумевается конечная температура жилы проводника, равная превышению температуры плюс температура среды.