Тепловой расчет асинхронного двигателя

На первоначальной стадии проектирования достаточно досто­верную оценку теплового режима двигателя дает приближенный ме­тод теплового расчета, основанный на упрощенном представлении о характере тепловых связей между элементами электрической ма­шины. В нем используют средние значения коэффициентов теплоот­дачи с поверхности и теплопроводности изоляции, характерные для определенной конструкции и технологии производства двигателей данного типа.

Для расчета нагрева асинхронных машин, спроектированных на базе серий 4А и АИ, берутся усредненные коэффициенты теплоотда­чи с поверхности и теплопроводности изоляции в пазовой и лобо­вой частях обмоток.

Расчет нагрева проводят, используя значения потерь, получен­ных для номинального режима, но потери в изолированных обмот­ках статора несколько увеличивают по сравнению с расчетными, предполагая, что обмотки могут быть нагреты до предельно допустимой для принятого класса изоляции температу­ры: при классе нагревостойкости изоляции В — до 120° С, при клас­се нагревостойкости изоляции F — до 140° С и при классе нагрево­стойкости изоляции H — до 165° С. При этом коэффициент увеличения потерь по сравнению с полученными для расчетной температуры составит для обмоток с изоляцией класса нагревостой­кости В , для обмоток с изоляцией класса нагрево­стойкости F , для обмоток с изоляцией класса на­гревостойкости H .

Электрические потери в обмотке статора делятся на потери в па­зовой части и потери в лобовых частях катушек :

; (12.1)

. (12.2)

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины, ° С,

, (12.3)

где — коэффициент теплоотдачи с поверхности, определяемый по рис. 12.1;

К — коэффици­ент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружаю­щую среду (принимают по табл. 12.1).

Рис. 12.1 Среднее значение коэффициентов теплоотдачи с поверхности и подогрева воздуха для асинхронных двигателей исполнения IP44:

а – при h < 160 мм; б – при h = 160…250 мм; а – при h ≥ 280 мм (для двигателей с продуваемым ротором)

Таблица 12.1. Средние значения коэффициента K

Перепад температуры в изоляции пазовой часта обмотки статора, °C,

, (12.4)

где — расчетный периметр поперечного сечения паза статора, равный для полузакрытых трапецеидальных пазов (см. рис. 4.2, а):

, (12.5)

( —размеры паза в штампе); для прямоугольных открытых и полуоткрытых пазов (см. рис. 4.1):

; (12.6)

— односторонняя толщина изоляции в пазу. Для обмоток из прямоугольного провода

, (12.7)

и — число и ширина неизолированных элементарных про­водников, расположенных в одном слое по ширине паза;

— сред­няя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции; для классов нагревостойкости В, F и H ;

— среднее значе­ние коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированных проводников с учетом неплот­ности прилегания проводников друг к другу; значение берется по рис. 12.2; для обмоток из прямоугольного провода в (12.4) принимают .

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей

, (12.8)

где — периметр условной поверхности охлаждения лобовой час­ти одной катушки; ;

— односторонняя толщина изо­ляции лобовой части катушки. При отсутствии изоляции в лобовых частях ;

для всыпной обмотки опре­деляется по рис. 12.2. Для катушек из прямоугольного провода при­нимают .

Рис. 12.2. Среднее значение коэффициентов теплопроводности внутренней изоляции в катушках обмотки из круглого эмалированного провода

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобо­вых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины, ° С,

. (12.9)

Среднее превышение температуры обмотки статора над темпе­ратурой воздуха внутри машины, ° С,

. (12.10)

Превышение температуры воздуха внутри машины над темпера­турой окружающей среды определяется в предположении, что тем­пература корпуса равна температуре воздуха внутри машины. При этом условии

, (12.11)

где — сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя, Вт;

— коэффициент подогрева воздуха, Вт/(м · °С), учитывающий теплоотдающую способность поверхности корпуса и интенсивность пе­ремешивания воздуха внутри машины (см. рис. 12.1);

— эквивалентная поверхность охлаждения корпуса, м²:

. (12.12)

Для двигателей со степенью защиты ΙΡ44 при расчете не учи­тывают также мощность, потребляемую наружным вентилятором, которая составляет примерно 0,9 суммы полных механических по­терь:

, (12.13)

При расчете учитывают поверхность ребер станины:

. (12.14)

где — условный периметр поперечного сечения ребер корпуса дви­гателя; значение может быть принято приближенно по кривой рис. 12.3.

Среднее превышение температуры обмотки статора над темпе­ратурой окружающей среды, ° С,

. (12.15)

Из-за приближенного характера расчета , должно быть, по крайней мере, на 20% меньше, чем допускаемое превышение темпе­ратуры для принятого класса изоляции.

Рис. 12.3. Среднее значение периметра поперечного сечения ребер корпуса асинхронных двигателей

Превышение температуры магнитопровода ротора над температу­рой воздуха внутри машины, ° С,

, (12.16)

где — коэффициент теплоотдачи;

— электрические потери в пазо­вой части обмотки ротора:

. (12.17)

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки ротора, °C,

, (12.18)

где — периметр паза ротора. Для прямоугольных пазов

; (12.19)

Превышение температуры наружной поверхности лобовых час­тей над температурой воздуха внутри машины, ° С,

, (12.20)

где — электрические потери в лобовых частях обмотки, Вт:

. (12.21)

Перепад температуры в изоляции лобовых частей обмотки ротора, °С,

, (12.22)

где — периметр поперечного сечения условной поверхности ох­лаждения лобовой части одной катушки: ;

— односто­ронняя толщина изоляции лобовых частей.

Среднее превышение температуры обмотки ротора над темпера­турой воздуха внутри двигателя, ° С,

. (12.23)

Среднее превышение температуры обмотки ротора над окружа­ющей средой, ° С,

. (12.24)