книги / Проектирование электрических машин

Коэффициент магнитной прово­ димости пазового рассеяния. Пред­ положим, что в пазу с высотой hn расположены проводники однослой­ ной обмотки (рис. 4-8) . Примем сле-

										Т а б л и ц а 1-1
Удельное электрическое сопротивление						материала проводников обмоток
						Удельное электрическое сопротивление,
Тип обмотки				Материал		Ом-м, при тсмпорптурс, СС
						20			75		115
Обмотки	из	медных
проводников		иди	не­	Медь	I T	10-	т	г ' ° -		—	10-®
изолированной			шин­							41
ной меди
Короткозамкнутые			ро­	Алюминиевые						-Г Г 10-6
торы асинхронных			ма­	ШИПЫ	- й - 10-"
шин										26
				Алюминий	ли­		т	г	‘° - ‘		10~°
				той	■5Г,|М
П р и м е м		л м и с. Удельное сопротивление алюминия после ЭЛЛИНКИ							II 11ЛЗМ МИШИНЫ		несколько
повышаете» II спили с образованием некоторого количества раковин (воздушных икл1иченнГ|) и
изменением	структуры при			охлаждении в	узких пазах. Поэтому		в расчетах			принимают	удельное
			10- °
при температуре 75" С			Ж1Г Ом-м при температуре 115° С.

При расчете индуктивных сопро­ тивлении рассеяния потоки рассея­ ния каждой из обмоток подразделя­ ют на три составляющие — потоки пазового, лобового и дифференци­ ального рассеяния. Для каждого из этих потоков находят коэффициенты удельной магнитной проводимости, т. е. магнитной проводимости, де­ ленной иа условную длину поля рассеяния. Эта длина учитывает ослабление поля в зазоре над ради­ альными вентиляционными канала­ ми примерно в 2 раза и принимается равной:

где пк и Ь„ число	о .б « Л '
	и ширина	ради­
альных каналов в сердечнике		ма­
шины.			Рис. 4-8. К расчету коэффициента магнит­
По сумме удельных коэффициен­			но» нроооднмостн пазового рассеяния.
тов магнитной проводимости		нахо­	дующие допущения:			проводники		с
дят, как будет показано ниже, ин­
дуктивное сопротивление рассеяния			током	распределены		равномерно		но
обмотки. Так как расчет коэффици­			всему сечению паза, плотность тока
ентов проводится всегда на единицу			в каждой точке сечения паза посто­
длины, то слово «удельные» обычно			янна,	магнитная		проницаемость
опускают.	последовательно		стали	магннтопровода равна			беско­
Рассмотрим			нечности,		магнитные	линии	потока
методы расчета коэффициентов маг­			рассеяния		в пазу прямолинейны			и
нитной проводимости.			направлены нормально к оси паза.

111

Все рассмотрение будем проводить относительно единицы условной длины 1'6.

Выделим в пазу на высоте hx от дна паза элемент высотой dx, пред­ ставляющий собой трубку потока рассеяния паза. Поток этого эле­ мента на единицу длины обозначим йФах. Создаваемое им потокосцеп-

ление с проводниками обмотки NXt расположенными в пазу ниже выде­ ленного элемента, равно:

<Nx = d&axNx.	(4-32)
При принятом допущении об от­
сутствии насыщения стали	можно
записать:

(4*33) где dAx= d x fb x ~ магнитная прово­ димость выделенного элемента паза; Ьх — ширина паза на высоте hx.

Учитывая, что FX= N XI, где / — ток в одном проводнике, из (4-32) и (4-33) получаем:

Потокосцепление всего потока рассеяния паза на единицу его дли­ ны со всеми проводниками, распо­ ложенными в данном пазу, равно:

(<-34)

о' **

сцепления с проводниками паза. Нго обозначают

Так как при расчете индуктив­ ного сопротивления рассеяния учет потокосцепления обязателен, ин­ декс X в обозначении обычно опус­ кают. Тогда

Аап = 2яК ^ п Ч -

(4’37)

Выразив Nn через число витков фазы (при условии, что обмотка фа­ зы расположена в Z/m пазах), по­ лучим выражение для индуктивного сопротивления пазового рассеяния всей фазы с учетом условной длины поля рассеяния:

Д'оп = 4л/|д0

/' Хи.

(4-38)

Расчетные формулы для опреде­ ления Хп получают из (4-36) с уче­ том конфигурации пазов и типа об­ мотки.

Коэффициент магнитной прово­ димости прямоугольного паза, пол­ ностью занятого проводниками од­ нослойной обмотки,

откуда индуктивное сопротивление проводников одного паза на едини­ цу длины

или

( % ) ’ - £ ■ ( 4 -3 5 >

где N„ — полное число проводников в пазу.

Интеграл в правой части выра­ жения (4-35) определяет коэффици­ ент магнитной проводимости потока пазового рассеяния с учетом потоко­

так как в прямоугольном пазу ши­ рина Ьх= Ь п постоянна и не зависит от высоты, а при принятом допуще­ нии о равномерности распределе­ ния проводников по площади сече­ ния паза справедливо равенство

Nx _ Sx _ hx

Nn Sn hn

где Sn— площадь поперечного сече­ ния всего паза, a Sx — часть площа­ ди сечения паза высотой hx.

В более сложных случаях, на­ пример когда проводники с током занимают не весь паз и конфигура­ ция паза отлична от прямоугольной, коэффициент проводимости пазово­

112

го рассеяния

где S„ и S.v — площади поперечного сечения паза, занятые проводника­ ми обмотки.

Интегрирование проводят по ча­ стям паза, причем паз подразделя­ ют по высоте таким образом, чтобы в пределах каждой части ширина паза могла быть выражена анали­ тически в зависимости от высоты, а плотность тока в каждой точке ее сечения была бы одинаковой. На­ пример, для прямоугольного паза со свободной от обмотки верхней — клиновой частью (рис. 4-9) таких участков интегрирования будет три: нижняя часть паза, занятая изоля­ цией высотой h0, часть паза с одно­ слойной обмоткой высотой hi и кли­ новая часть с высотой h2.

Коэффициент магнитной прово­ димости всего паза равен:

“ Т - 5- + - ? -

(4'41>

В двухслойных обмотках с уко­ роченным шагом в части пазов раз­ мещены стороны катушек, принад­ лежащих разным фазам, поэтому токи в них сдвинуты во времени.

Рис. 4-9. К расчету А.» прямоугольного па­ за с однослойной обмоткой.

8 -326

Влияние этого на потокосцепление пазового рассеяния в расчетных формулах учитывается коэффици­ ентами /е(>1и k'ip зависящими от уко­ рочения шага обмотки.

Чтобы не производить интегри­ рование при каждом из расчетов для наиболее употребительных кон­ фигураций пазов, оно выполнено заранее и приводится в виде спра­ вочных таблиц (см. гл. 6 и 7).

Коэффициент магнитной прово­ димости лобового рассеяния прин­ ципиально мог бы быть найден ме­ тодом, аналогичным описанному выше, однако индуктивное сопро­ тивление лобовых частей обмоток определяется не только индуктив­ ностью каждой из катушек, но и взаимонндуктнвнымн связями лобо­ вых частей всех катушек обмотки. Это значительно усложняет расчет, так как поле рассеяния в зоне рас­ положения лобовых частей имеет более сложный характер, чем в па­ зах. Криволннейность проводников в лобовых частях, разнообразные в различных машинах конфигурации поверхностей ферромагнитных де­ талей, окружающих лобовые части, и сложный характер индуктивных связей усложняют аналитический расчет Ял и требуют для его выпол­ нения ряда упрощающих допуще­ ний. В практических расчетах ко­ эффициент магнитной проводимо­ сти лобового рассеяния обмотки Ял определяют по относительно прос­ тым эмпирическим формулам, полу­ ченным на основании многочислен­ ных экспериментальных исследова­ ний, проведенных для различных типов и конструкций обмоток. При вычислении значение Ял также от­ носят к единице условной длины 1'ь

Коэффициент магнитной прово­ димости дифференциального рас­ сеяния. Полем дифференциального рассеяния называют всю совокуп­ ность полей различных гармоник в воздушном зазоре, не участвующих в создании электромагнитного мо­ мента. Потокосцепление этих полей с витками обмотки определенным образом увеличивает ее индуктив­ ное сопротивление, что учитывается коэффициентом магнитной проводн-

113

мости

дифференциального

рассея­

ренциальные

уравнения, описываю­

ния Хд. Его значение зависит от раз­

щие

переходные

и

установившиеся

мерных

соотношений

воздушного

режимы, так и в комплексные урав­

зазора, число пазов на полюс и фа­

нения, описывающие только устано­

зу q, размеров шлица, зубцовых де­

вившиеся процессы.

лений,

степени демпфирования

по­

Момент

инерции

характеризует

лей высших гармоник токами в про­

динамические свойства машины. Он

водниках, расположенных на проти­

входит в уравнение движения

воположной

от

рассматриваемой

/ А

- ±

Л4С=

Л4Э,

(4-43)

обмотки стороне воздушного зазора,

и от ряда других факторов,

dt

где

J — момент инерции;

Индуктивное сопротивление

об­

мотки, обусловленное потоками рас­

ей., — угловая

скорость

ротора;

сеяния,

определяется

по

(4-38),

Мс— момент

сопротивления;

в которую вместо

Хп

подставляют

Мэ — электромагнитный

мо­

сумму

коэффициентов

магнитной

мент.

проводимости

пазового,

лобового и

Момент инерции

вращающегося

дифференциального

рассеяния:

тела

равен

сумме

произведений

,г0 =

4

л

=

масс всех его точек на квадраты их

расстояний от оси вращения. Значе­

ние момента

инерции

тела

относи­

=

15,8 - Ь -

('—

У* - A SX, (4-42)

тельно оси OZ может быть получено

из интеграла

100

V ЮО /

pq

V

'

где 2Х = Хп + Хл +

Хд.

J . - j

p w ,

В асинхронных

машинах индук­

где

р — расстояние

до оси

враще­

тивное

сопротивление

фазы

обмот­

ния OZ;

ки статора обозначают Х\, а обмот­

dV — элемент объема.

ки ротора х2. В синхронных маши­

нах индуктивное сопротивление рас­

Для тел, имеющих простую гео­

сеяния обмотки статора обозначают

метрическую форму

(цилиндр, диск

*<п. В машинах постоянного тока

и т. п.), значения моментов инерции

индуктивное сопротивление обмотки

приводятся в справочниках. Напри­

якоря непосредственно не рассчиты­

мер,

момент

инерции

полого

ци­

вается,

одпако

коэффициенты маг­

линдра

массой

т, длиной /,

внеш­

нитной проводимости

рассеяния

оп­

ним радиусом R\

и

внутренним R2

ределяются для расчета реактивной

равен:

ЭДС секций обмотки.

J = ^L[3R] + 3Rl-\-iy

Расчетные

формулы

для

опре­

деления

коэффициентов

магнитной

Момент инерции

сплошного

ци­

проводимости

пазового,

лобового и

дифференциального

рассеяния

не­

линдра (Я2= 0; Ri==R)

посредственно связаны с формой и

размерами пазов, типом и конструк­

цией обмоток и размерными соотно­

шениями зубцовой зоны. Эти фак­

Как видно, при одном и том же

торы для различных типов

машин

объеме момент инерции тела с мень­

различны.

Расчет

коэффициентов

шим радиусом будет меньше, чем

магнитных

проводимостей

рассея­

при большом радиусе.

ния асинхронных и синхронных ма­

Момент инерции является мерой

шин, а также

машин

постоянного

инертности тела, поэтому двигатели

тока приводится в соответствующих

с малым моментом инерции разго­

главах.

няются с большими ускорениями и

Индуктивности

и

активные со­

быстро

достигают установившейся

противления являются

коэффициен­

частоты

вращения. Для эксплуата­

тами

в

уравнениях

напряжений.

ции в режимах с частыми пусками

Эти параметры входят как в диффе­

стремятся выполнить

двигатели

с

114

малыми

моментами

инерции,

для

перемагничиванпс

сердечника,

соз­

чего

уменьшают

диаметры

роторов

дание необходимого

для

охлажде­

при

соответствующем увеличении

ния потока воздуха, трение враща­

длин их сердечников.

ющихся частей о воздух, трение в

В приводах с ударной или пуль­

подшипниках и т. д. Эту часть мощ­

сирующей

нагрузкой

(поршневые

ности называют потерями, так как

компрессоры)

целесообразно приме­

она как бы «теряется» при электро­

нять

двигатели,

имеющие

большой

механическом преобразовании энер­

момент инерции, т. е. с относитель­

гии.

в

электрических

маши­

но большим диаметром ротора и ма­

Потерн

лой длиной. При постоянной часто­

нах подразделяют на основные и до­

те вращения

кинетическая

энергия

бавочные.

потерям

относят

вращающегося тела пропорциональ­

К основным

на его моменту

инерции,

поэтому

электрические

потери,

включающие

двигатели

с

большим

моментом

потери в обмотках при прохождении

инерции

имеют большую

кинетиче­

по ним тока и потери в скользящих

скую энергию, за счет которой пре­

контактах

(щетки — контактные

одолеваются толчки нагрузки.

кольца

или

щетки — коллектор),

Ввиду

сложности

конфигурации

потери

в стали, возникающие

при

роторов электрических машин и на­

перемагничиваннн стальных сердеч­

личия в них элементов с различной

ников, вентиляционные и механиче­

удельной

массой

(сталь

сердечни­

ские потери.

потери

в обмот­

ков,

обмотка,

изоляция,

детали

Электрические

крепления)

для

расчета

момента

ках,

Вт,

инерции ротор подразделяют на не­

Ра = тРг#,

сколько частей,

имеющих

сравни­

где

т — число фаз

(в машинах по­

тельно

простую

конфигурацию,

и для каждой из них определяют J,

стоянного тока т = 1 ) ;

руководствуясь

формулами

специ­

/ — ток в обмотке, А;

альных методик.

динамических

ха­

г&— сопротивление

обмотки,

При

расчете

приведенное

к

расчетной

рактеристик

.двигателя

вместе

с

температуре, Ом.

приводом

учитываются

моменты

Электрические потери в скользя­

инерции

механизмов, соединенных с

щих контактах P:,lU1

нс могут быть

валом двигателя, значения которых

рассчитаны точно, так как их сопро­

приводятся к частоте вращения ро­

тивления ие постоянны и зависят от

тора. Общий

приведенный

момент

режима

работы, состояния трущих­

инерции

определяется

по

формуле

ся поверхностей,

удельного

давле­

J „ ~ J ,

+

s i s z p .

ния щеток и других факторов. В рас­

четах Яа.щ находят по задаваемому

It

в технической характеристике щеток

где

А — момент

инерции

ротора

уровню

падения

напряжения в

скользящем контакте Дd/щ, В, и то­

двигателя;

ку через контакт

J(l+i) — моменты

инерции

меха­

Р.ш = 2Д(/Щ/,

низмов, соединенных с ва­

лом ротора;

ji — передаточное

отношение

причем

Д6/щ

принимают

постоян­

Лй передачи, равное отно­

ным во всех

режимах

работы

ма­

шению

частот

вращения

шины.

данного

механизма

и

ро­

Основные потери в стали магнп-

тора двигателя.

топровода Рст.оси состоят из потерь

на гистерезис Рг и потерь на вих­

4-3. ПОТЕРИ И КПД

ревые токи Яв.т, которые по-разно­

При

работе

электрической

ма­

му зависят от марки стали, толщи­

ны листов

магннтопровода, частоты

шины часть подводимой

мощности

персмагннчнвання,

индукции.

На

расходуется на нагрев проводников,

них оказывают также

влияние

раз­

8*

Н 5

личные

технологические

факторы,

тиляционных и механических потерь

связанные со штамповкой и опи­

(за

исключением

потерь

на

трение

ловкой

пазов

(«наклеп»,

образова­

в скользящем контакте).

Так

как

ние заусенцев и т. п.). Точный рас­

эти формулы

получены

для

кон­

чет

Рг

и Р в,т

практически

невозмо­

кретных типов и видов конструктив­

жен. При расчете машин для опре­

ного исполнения машин, то они при­

деления основных потерь в стали

водятся в последующих главах кни­

пользуются приближенной

форму­

ги. Там же приведены формулы для

лой,

основанной

на

результатах

расчета потерь на трение в скользя­

многочисленных

теоретических

и

щих контактах.

экспериментальных

исследований:

Некоторые виды добавочных по­

терь имеют место при холостом хо­

Лл,осн = *дгPi.о/

s

o

(4-44)

де и не меняются при нагрузке ма­

шины, другие проявляются только с

увеличением тока нагрузки. В зави­

где Ад,- — коэффициент,

учитываю­

симости

от этого первый вид

назы­

вают

добавочными

потерями

холо­

щий

увеличение-

потерь,

стого

хода,

а второй — добавочны­

вызванное

наклепом

при

ми потерями при нагрузке.

штамповке, неравномерно­

К добавочным

потерям холосто­

стью

распределения

ин­

го

хода

относят поверхностные

и

дукции и т. д.;

пульсационные потери.

Pi.o/so— удельные

потери

в стали

Поверхностные потери

возника­

при частоте

перемагничи-

ют из-за пульсаций индукции в воз­

вания 50 Гц

и

магнитной

душном зазоре. При работе машины

индукции

1

Тл,

Вт/кг;

f — частота

перемагничива-

индукция

в каждой

отдельно

взя­

ния, Гц;

той точке, расположенной

на

одной

Bt — индукция

в соответствую­

из

поверхностей

магнитопровода,

щей

части

машины, Тл;

обращенной

к зазору,

будет

изме­

няться

от

наибольшего

значения

mt — масса

соответствующей

(когда против нее на противополож­

части машины, кг;.

ной

стороне

зазора

находится

ко­

р — показатель

степени, зави­

ронка зубца)

до наименьшего

(ког­

сящий от

марки стали.

да на другой стороне располагается

Данные по выбору pi.o/so, Ад и р

паз). Частота таких пульсаций ин­

для конкретных типов машин пред­

дукции

определится

числом

зубцов

ставлены в соответствующих главах

и частотой вращения fz= n z / 60. Вы:

книги.

званная

этими

пульсациями ЭДС

К вентиляционным и механиче­

создаст

в

тонком

поверхностном

ским потерям

относят

потери

на

слое головок зубцов и полюсных на­

трение вращающихся

частей маши­

конечников

вихревые

токи,

потери

ны о воздух, потери

в

вентиляторе

от которых и называют поверхност­

на создание

потока охлаждающего

ными.

воздуха, потери

на

трение в под­

Таким

образом,

наличие

зубцов

шипниках и потери

на

трение

в

на

статоре

определяет

возникнове­

скользящем контакте.

ние поверхностных потерь в роторе,

Расчетные

формулы,

позволяю­

и наоборот.

Поверхностные

потери

щие, найти

каждую

из

составляю­

возникают во всех машинах, имею­

щих

этих

видов

потерь,

основаны

щих зубчатую поверхность на одной

на экспериментальных данных и от­

или на двух сторонах воздушного за ­

ражают

их

зависимость

от конст­

зора. Эти потери имеют место в ста­

рукции

машины,

частоты вращения

торах

и роторах

асинхронных

ма­

и ряда других факторов.

При рас­

шин и на поверхности полюсных на­

чете

машин,

конструкция

которых

конечников

синхронных

машин

и

не существенно отличается от базо­

машин постоянного тока. Для рас­

вых моделей, в расчете можно ис­

чета Рпов

предварительно

находят

пользовать

эмпирические

формулы,

амплитуду

пульсаций

индукции

в

дающие непосредственно сумму вен­

воздушном зазоре В0 в зависимости

116

от индукции в воздушном зазоре Вь			Вцул — амплитуда				пульса­
и размерных соотношений		зазора.		ций индукции в зуб­
Среднее значение удельных поверх­				цах	ротора		(стато­
ностных потерь, т. е. потерь,		отне­		ра), Тл;
сенных к единице площади поверх­			пиА и пг12— массы зубцов стато­
ности магнитопровода	статора или			ра и ротора, кг.
ротора, обращенной к	воздушному		Добавочные потери при нагрузке
зазору, В т/м 2,
			возникают как в проводниках обмо­
р-=ЧлГ<10>в"!; 1			грузки	создает потоки		рассеяния,
			ток, так	и в стали	на	отдельных
			участках	магнитопровода.			Ток на­

Л-=Чт^Г(101ад!’ |(45>ток. В результате этого в проводни­

сцепленные

с проводниками

обмо­

где

/г0

определяет

влияние

на

ках наводятся вихревые токи, вызы­

потери

толщины листов

вающие

добавочные,

не

учтенные

стали

магнитопровода,

ранее в расчете потери. В машинах

марки

стали

и способа

постоянного тока увеличение потерь

обработки поверхностей;

при нагрузке связано также с ком­

Zy и Zo — числа

зубцов

статора

и

мутационным процессом,

при кото­

ротора;

вращения,

ром токи в секциях меняют свое на­

п — частота

правление.

Поля,

созданные выс­

об/мии;

пульсаций

в

шими гармониками

МДС

обмоток,

В0— амплитуда

и зубцовые

гармоники

поля с рос­

воздушном

зазоре, Тл;

том нагрузки машины увеличивают

ty и t2 — зубцовые

деления

ста­

поверхностные и пульсационные по­

тора и ротора, м.

тери. В машинах постоянного тока

Полные

потери

получают

умно­

увеличение

добавочных

потерь

в

жением. Р 'оп

на всю

рассматривае­

стали

с

ростом

нагрузки

связано

мую поверхность.

также с искажением магнитного по­

ля под действием

поперечной реак­

Пульсационные потери возника­

ют в машинах, имеющих зубцы и на

ции якоря.

роторе, и на

статоре,

например

в

Расчет

отдельных

добавочных

асинхронных

машинах.

Они

обу­

потерь

при

нагрузке

производится

словлены

пульсациями

потока

в

обычно лишь для

машин большой

зубцах, что

приводит

к появлению

мощности.

Для

машин

общепро­

вихревых токов в стали зубцов. Час­

мышленного назначения эти потери

тота

пульсаций потока

и индукции

учитываются приближенно. Соглас­

в зубцах статора

происходит с зуб­

но ГОСТ 11828-75 добавочные поте­

цовой

частотой

ротора,

а частота

рн при нагрузке для асинхронных и

пульсаций в зубцах ротора — с зуб­

синхронных

машин и машин посто­

янного тока

с компенсационной

об­

цовой

частотой статора. Амплитуда

пульсаций Ваул зависит от среднего

моткой при расчете берут равными

значения индукции в зубцах

и раз­

0,5% номинальной мощности, а для

машин постоянного

тока

без ком­

мерных соотношений зубцовых зон,

и ее определяют раздельно для зуб­

пенсационной обмотки 1 %.

цов статора и ротора по следующей

При

нагрузках, отличных от но­

приближенной формуле, Вт:

минальной,

добавочные

потерн

должны

быть пересчитаны

пропор­

Л.у.-.1 =

(0.09-:-0,11)х

ционально квадрату тока.

Коэффициент полезного действия

(4-46)

»1> %.

при

расчете

электрических

Л.у,5 =

(0.°9-!-0.11)Х

машин определяют

по следующим

формулам:

хтй( гГВпул M a i

для генераторов

где

Zy и Z2— числа зубцов

стато­

Т|= 100(| —

(4-47)

ра

и ротора;

117

для двигателей

Т1= 100 ( l —

(4-48)

В этих формулах Рг — полезная мощность, отдаваемая генератором в сеть;

Pt — мощность, подводимая к дви­ гателю;

2Р — сумма потерь в машине. Коэффициент полезного действия

машины не постоянен, а меняется в зависимости от нагрузки. Он дости­ гает наибольшего значения при оп­ ределенном уровне нагрузки и при ее дальнейшем увеличении начинает уменьшаться. Положение максиму­

ма кривой КПД зависит от соотно­ шения потерь в машине. Максимум КП'Д машины имеет место при ра­ венстве переменных потерь, завися­ щих от квадрата тока (электриче­ ские потери), и постоянных потерь, не зависящих от нагрузки (потери в стали, механические, вентиляцион­ ные) .

При расчете машин стремятся получить такое соотношение этих видов потерь, чтобы КПД достигал максимума при нагрузке, несколько меньшей номинальной, так как большинство электрических машин, особенно двигателей, эксплуатиру­ ются с некоторой недогрузкой.

Г л а в а п я тая

ТЕПЛОВОЙ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

МАШИН

5-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ской машины

(мощность,

напряже­

Электромеханическое

преобразо­

ние, ток, частота вращения,

коэффи­

циент мощности, КПД и другие ве­

вание энергии в электрических ма­

личины), указываемые на табличке,

шинах

сопровождается

преобразо­

относятся к работе машины на вы­

ванием

электрической или

механи­

соте до

1000

м над

уровнем моря

ческой

энергии

в

тепло.

Тепло,

при температуре газообразной окру­

выделяемое при

работе

машины,

жающей среды до + 40° С и охлаж­

нагревает отдельные части электри­

дающей

воды

+ 30° С, но не выше

ческой машины, повышая их темпе­

33° С, если в стандартах

или техни­

ратуру. Чрезмерное повышение тем­

ческих

условиях на рассматривае­

пературы может вызвать в электри­

мую машину нет других указаний.

ческих машинах снижение электри­

Предельные допускаемые превы­

ческой

и механической

прочности

шения температуры частей электри­

изоляции обмоток. Допустимая пре­

ческих машин, приведенные в табл.

дельная

температура

определяется

5-1, установлены ГОСТ 183-74.

классом

нагревостойкости изоляции

На

нагревание

электрической

обмоток.

машины влияет режим ее работы,

Температура

частей

электричес­

т. е. характер

изменения

нагрузки

кой машины зависит от температуры

машины во времени.

охлаждающей (окружающей) среды.

При изменении температуры

ме­

В связи с неизбежными колебания­

тодом термометра

согласно ГОСТ

ми температуры

охлаждающей сре­

11828-75 температура определяется

ды вводят понятие превышения тем­

термометром,

прикладываемым

к

пературы частей

электрической ма­

доступным поверхностям.

шины над температурой охлаждаю­

Измерение температуры обмоток

щей среды

методом

сопротивления

применяют

=(5-1) для определения температуры об­

где — температура рассматривае­ мой части электрической машины;

0 вх — температура охлаждающей среды.

Номинальные данные электриче­

мотки по возрастанию ее сопротив­ ления. Превышение температуры, °С, обмотки, изготовленной из меди, над температурой охлаждающей среды

М = i L Z i i - (235 +	tfv) -I- — Oox,
r x	. . .

118

где

гt? — сопротивление обмотки в

духа,

а

в дальнейшем — переход к

нагретом состоянии, Ом;

системе непосредственного охлажде­

гх — сопротивление обмотки в

ния проводников обмотки, при кото­

холодном состоянии, Ом;

рой имеет

место

непосредственное

— температура

обмотки в

соприкосновение

меди

проводников

холодном

состоянии, °С;

с охлаждающим агентом.

— температура

охлаждаю­

При непосредственном охлажде­

щей среды, °С.

нии применяют в качестве охлажда­

При

изготовлении

обмотки

из

ющей

среды

не только

газ,

но и

алюминия

вместо

235 в формулу

жидкость — воду

или масло

(жид­

подставляют 245.

костное охлаждение).

В специаль­

Измерение температуры методом . ных машинах применяется испари­

температурных

индикаторов

преду­

тельное охлаждение.

сматривает наличие термопар, зало­

В тепловом

расчете

электриче­

женных в машину при ее изготовле­

ской машины ставится задача опре­

нии.

делить

превышение

температуры

Согласно ГОСТ 183-74 на общие

различных частей машины над тем­

технические

требования

к электри­

пературой

охлаждающей

среды. За

ческим

машинам

установлены

во­

допустимые превышения температу­

семь номинальных режимов работы,

ры обмоток

электрических машин

из которых наиболее часто встреча­

при расчете принимаются те, кото­

ются следующие:

1)

продолжитель­

рые приведены в табл. 5-1 для слу­

ный

(условное

обозначение

S1);

чая определения их по методу со­

2) кратковременный (S2) с длитель­

противления. В соответствии с режи­

ностями рабочего периода 10, 30, 60

мами

работы

машин

различают:

и 90 мин;

3) повторно-кратковремен­

а) расчет установившегося теплово­

ный (S3) с относительной продол­

го режима,

имеющего

место

при

жительностью включения ПВ-15, 25,

продолжительной

работе

машины,

40 и 60% длительности одного цик­

когда дальнейшего

повышения тем­

ла работы, равного 10 мин, и 4)

пе­

пературы уже нс происходит; б)

ра­

ремещающийся

с

чередованием

не­

счет

неустановившихся

тепловых

изменной

номинальной

нагрузки и

режимов, соответствующих

кратко­

холостого

хода

(S6)

(без выключе­

временным режимам работы машин.

ния машины) с продолжительностью

В электрических машинах обще­

нагрузки П Н = 15, 25, 40 и 60% дли­

промышленного

применения,

пред­

тельности одного цикла работы, рав­

назначенных обычно для продолжи­

ного 10 мин.

допускаемая

темпе­

тельной работы,

производят

расчет

Предельная

установившегося теплового режима.

ратура для какой-либо части элект­

Однако для

ряда электрических

рической машины определяется сум­

машин,

работающих в

различных

мой

значения температуры,

взятой

регулируемых электроприводах, тре­

из

табл.

5-1,

и

температурой

буется

рассчитать

неустановившне-

-}-40о С — предельной

допускаемой

ся тепловые процессы.

Осуществле­

температурой охлаждающей

среды,

ние таких расчетов встречает боль­

принятой при составлении табл. 5-1.

шие трудности, и для их выполнения

Предельная

допускаемая

темпе­

обычно приходится принимать элек­

ратура подшипников не должна пре­

трическую машину или ее отдельные

вышать

следующих

значений:

для

исследуемые

части за

однородное

подшипников

скольжения

80° С

тело.

(температура масла не должна быть

при этом выше 65°С); для подшип­

5-2. ВОПРОСЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

ников качения 100° С.

ис­

Передача тепла в охлаждающую

Необходимость

повышения

пользования

активных

материалов

среду

происходит

благодаря

тепло­

в связи с ростом единичной мощно­

проводности частей машины и теп-

сти

машины

первоначально обусло­

лорассеяншо с охлаждаемых поверх­

вила применение в качестве охлаж­

ностей.

Для

подавляющего

боль­

дающей среды водорода вместо воз­

шинства электрических машин в ка-

119

Т а б л и ц а 5-1

Предельные допускаемые превышения температуры частей электрических машин при температуре газообразной

__________ охлаждающей среды +40° С и высоте над уровнем моря нс более 1000 м (по ГОСТ 183-74)

НзоллционпыЛ материал классов (по ГОСТ 8865-70)

Части электрических ма-

1. Обмотки переменного тока машин мощностью 5000 кВ-А и выше или

сдлиной сердечника 1 м

иболее

2. Обмотки:

а) обмотки перемен­ ного тока машин мощностью менее 5000 кВ-А с длиной сердечника менее 1 м

б) обмотки возбуж­ дения машин посто­ янного н переменного тока с возбуждением постоянным током, кроме указанных в пп. 3, 4 и 5 настоящей таблицы

в) якорные обмотки, соединенные с коллек­ тором

	л			Е		1	В	1		F	1		н
			Предельные допускаемые превышения температуры, '■С. при измерении
методом термометра	методом сопротив­ ления	методом температур­ ных индикаторов, уложенных в пазу	методом термометра	методом сопротив­ ления	методом температур­ ных индикаторов, уложенных в пазу	метедом термометра	методом сопротивле-	методом температур­ ных индикаторов, уложенных в пазу	методом термометра	методом сопротнв-	методом температур­ ных индикаторов, уложенных в пазу	методом термометра	L	методом температур­ ных индикаторов, уложенных в пазу
	60	60	-	70	70	—	80	80	—	100	100	~	125	125

50

60

-

65

75

-

70

80

-

85

100

-

105

125

-